高中化学人教版 (2019)必修 第一册第四章 物质结构 元素周期律第一节 原子结构与元素周期表第3课时教学设计

课题

第四章  物质结构 元素周期律

  第一节  元素周期表

第三课时  

教学目标

知识与技能

1、掌握第三周期硅、磷、硫、氯四种元素的单质与氢气化合的能力、形成的气态氢化物的稳定性以及最高价氧化物对应的水化物的酸性的渐变规律；

2、理解第三周期硅、磷、硫、氯四种元素的非金属性与原子结构的关系；

3、认识同主族元素性质与原子结构的关系。

过程与方法

1、通过对硅、磷、硫、氯四种元素的非金属性强弱的分析与讨论，训练学生的逻辑思维能力；

2、通过对硅、磷、硫、氯四种元素形成的气态氢化物的稳定性以及最高价氧化物对应的水化物的酸性的实验探索，

3、培养学生的观察能力、实验能力和创造思维能力。

情感态度

与价值观

通过对硅、磷、硫、氯四种元素的非金属性的预测和验证，指导学生用模型或假说的方法进行化学学科的研究，将实验事实的现象与本质进行转化的科学方法。

教学

重点

第三周期硅、磷、硫、氯四种元素的非金属性与原子结构的关系

教学

难点

同周期的元素非金属性的变化规律

本节主要围绕元素周期表的结构展开教学，师生共同探究元素周期表的结构、以及组成、元素周期表的用途.

对升入高中不久的学生来说，大部分人的抽象思维比较困难，有些学生学得比较呆板，不太会灵活运用所学的知识，学习方法上往往更多的习惯死记硬背，不习惯对知识的理解记忆和独立思考，在动手探究方面的能力则更差。

激发学生的学习兴趣和求知欲，充分运用实验探究，层层推进，坚持以人为本的宗旨，注重对学生进行科学方法的训练和科学思维的培养，提高学生的逻辑推理能力以及分析问题、解决问题、总结规律的能力。

教学环节

教  学  内  容

设计意图

教师活动

学生活动

【复习提问】回忆第三周期前三种元素的性质随它们原子结构的变化规律？具体体现在哪些方面？

【提问】第三周期后面还有几种元素它们属于哪类元素？

【提问】第三周期后面还有几种元它们属于哪类元素？

【设问】从理论和结构上判断它们可能有什么性质？这些性质的变化规律可能由哪些方面体现？

再现：Na、Mg、Al三种元素，电子层数相同，核电荷数依次增多，核对外层电子的引力依次增加，原子半径依次减小，失电子的能力依次减弱，金属性依次减弱。表现在：（1）与水或酸反应置换出H2的能力依次减弱；（2）最高价氧化物对应的水化物的碱性依次减弱。

思考：还有五种元素：Si、P、S、Cl、Ar。它们均是非金属元素。其中Ar是一种稀有气体元素。

思考：还有五种元素：Si、P、S、Cl、Ar。它们均是非金属元素。其中Ar是一种稀有气体元素。

判断：Si、P、S、Cl四种元素可能具有非金属性，这是因为它们电子层数相同，核电荷数依次增多，核对外层电子的引力依次增加，原子半径依次减小

认识Si、P、S、Cl四种元素的非金属性进行铺垫。

引导学生建立新素？旧知识之间的联系。学习使用“假说”研究化学问题。

【板书】

2．非金属元素的性质与原子结构的关系

（1）单质与氢气化合的能力以及形成的气态氢化物的稳定性。

【设问】根据“卤素”和“氧族元素”的知识内容，回忆实验室通过什么类型的反应获得HCl和H2S？

【设问】实验室为什么不用化合反应制取HCl和H2S？

【设问】根据卤族元素随元素原子半径的增大，单质与H2化合的能力的变化规律，推测Si、P的单质与氢气化合能力的强弱？

【投影】

【设问】据这四个反应发生的条件，

可以得出什么结论？

【过渡】实验室要获得较大量的SiH4和PH3是通过以下两个反应，请指出它们的反应类型。

【投影】（次磷酸氢钾）

【演示】将少量Mg2Si粉末小心均匀地撒到稀盐酸中（提示学生注意记录所看到的和听到的）。

【提问】请描述反应现象，并说明现象作出结论。

【启发】为什么会有“火星”和爆炸？

Mg2Si+4HCl=SiH4↑+2MgCl2

【提问】请描述反应现象，并说明现象作出结论。

【启发】为什么会有“火星”和爆炸？

【展示】一瓶事先收集的PH3，指导学生观察，作出结论。

【演示】加热一只玻璃棒，接近盛有PH3的集气瓶口。

【提问】请描述反应现象，并说明现象作出结论。

【设问】PH3的自燃是产生“鬼火”的原因，但“鬼火”为什么通常在夏天发生？

 （2）最高价氧化物对应的水化物的酸性。

再现并概括：

（复分解反应）

FeS+2HCl=H2S↑+FeCl2

（复分解反应）

回答：因为用化合反应制取HCl，反应太剧烈，不易控制。用化合反应制取H2S不方便。

回答：Si、P的单质与氢气化合的能力可能较弱，因为它们的原子半径较大。

小结：Si、P、S、Cl四种元素，随核电荷数的增多，单质与氢气化合的能力增强

判断：得到SiH4是复分解反应；得到PH3是自身氧化还原反应。

 观察并记录。

实验并记录：

描述：Mg2Si粉撒到稀盐酸中看到有“火星”产生；听到轻微的爆炸。

观察并得出结论：PH3是无色气体，在室温下可以存在。观察并记录。

描述：热玻璃棒，接近集气瓶口，气体燃烧。

回答：PH3的自燃需要一定的温度。

通过对元素非金属性和金属性的判断依据的确认，培养学生严谨求实的优良品质。

引导学生思维：学习运用已有知识考察新的内容，激发学生的学习积极性。

复习已学过知识，为建构知识网络作铺垫

复习这些物质相关性质。

【设问】根据上述实验和你已有的知识，归纳Si、P、S、Cl四种元素，随核电荷数的增多，其气态氢化物的元素，随核电荷数的增多，其气稳定性的渐变规律【板书】

（2）最高价氧化物对应的水化HClO4物的酸性

【练习】请写出Si、P、S、Cl四种元素最高价氧化物对应的水化物的化学式。

【提问】一般如何定性地说明酸性的强弱？使用哪种类型的反应？ 

【组织讨论】根据已有的知识，请你设计一个实验，证明硅酸和磷酸的酸性强弱。 

【指导实验】取少量硅酸钠溶液，逐滴加入稀磷酸。观察现象，作出结论。

【投影】学生实验内容

①取一小块金属钠，放入盛有约30 mL水的小烧杯中，观察。待反应停止后，滴入几滴酚酞，观察。

②取一段镁条放入盛有 5 mL冷水的试管中，观察。

③取一块铝片放入盛有5 mL冷水的试管中，观察。要求：记录上述实验现象，对比并得出结论。

【指导实验】纠正观察和操作中的问题。

【实验小结】学生汇报实验现象，并引导学生相互评价，最终得出正确结论。

【提问】镁和铝与冷水不反应是否就证明它们不能与水反应？

【追问】怎样设计这个实验？

【启发设问】怎样证明镁条和铝片是否与热水发生了反应？

【追问】如果加热的温度超过100℃，此实验设计有没有什么不严谨的地方？如何改进更能说明问题？

【指导实验】分别取两支试管，加入5mL水，加热至沸腾，移开火焰，待水停止沸腾后，再加入镁条和铝片，待试管冷却后加入几滴酚酞，观察并记录实验现象。

 讨论并小结：SiH4在空气中剧烈自燃；PH3在一定的温度下自燃；H2S可在加热的条件下分解；HCl在一般条件下不分解；所以，Si、P、S、Cl四种态氢化物的稳定性依次增强。

练习并回答：H4SiO4（H2SiO3）、H3PO4、H2SO4

思考并回答：一般可用“强酸制弱酸”的原理定性地说明酸性的强弱；反应类型是酸和盐的复分解反应。

讨论并评价（分组讨论，一个小组代表发言，其他小组进行评价，最后得出正确结论）：用酸和盐的复分解反应来证明。盐应该选用可溶性的硅酸盐，如：硅酸钠；酸应该选用磷酸溶液。

实验观察并记录：取少量硅酸钠溶液，逐滴加入稀磷酸，有白色胶状沉淀产生。

结论：钠与冷水剧烈反应；镁与冷水无明显反应；铝与冷水不反应；

思考后回答：还应实验一下它们是否能与热水反应。

回答：将上述加入镁条和铝片的两支试管分别在酒精灯上加热。

思考后回答：观察是否有气体产生。

思索后回答：如果加热的温度超过100℃，水就会沸腾，则无法判断产生的气体是水蒸气还是氢气。将水加热至沸腾，移开火焰，待水停止沸腾后，再加入镁条和铝片，观察是否有气体产生。

通过对Na、Mg、Al三种元素的单质与水反应置换出H2的难易程度的实验探索，培养学生的观察能力、实验能力和创造思维能力。

培养学生严谨求实的优良品质。

通过实验探索，培养学生的观察能力、实验能力和创造思维能力。

【听取汇报】引导学生在汇报实验现象的同时得出实验结论，并准确书写化学方程式。

【投影】给出信息：高纯度磷酸以白磷为原料，燃烧后生成的五氧化二磷，溶于水而制得；而工业磷酸则是用浓硫酸处理磷灰石，其中的主要成分是Ca3（PO4）2。已知磷酸亦为高沸点酸，写出此反应的化学方程式，据此化学事实可得出什么结论？

【介绍】HClO4是已知酸中最强的一种酸，至此，你能否排出Si、P、S、Cl四种元素最高价氧化物对应的水化物的酸性强弱顺序？

【过渡】我们除了可以用上述两方面来衡量元素的非金属性之外，有元素的非金属性强弱。并反应实的优良品质。金属活泼性一样。

【板书】

（3）非金属之间的置换

【设问】根据你已有的知识，能否设计一个实验，来验证S、Cl两种元素的非金属性强弱？

【投影】学生得出的结论：Na、Mg、Al三种元素与水反应置换出H2的能力依次减弱。

【设问】根据金属钠与水反应的剧烈程度，推测一下与酸反应的剧烈程度将会怎样？

【过渡】金属钠与酸的反应非常剧烈，下面我们通过实验研究镁、铝与酸的反应。

【投影】学生实验内容：

在两支试管中分别加入5mL同浓度的稀盐酸，并分别投入镁条和铝片。实验要求：观察现象及反应的剧烈程度。

【指导实验】纠正观察和操作中的问题。

【实验小结】请学生描述实验现象，作出实验结论，写出相应的化学方程式和离子方程式。

【投影】学生得出的结论：Na、Mg、Al三种元素与酸反应置换出H2的能力依次减弱。

【设问】上述化学事实本身对NaOH、Mg（OH）2和Al（OH）3的碱性相对强弱有无证明功能？

【追问】Mg（OH）2和Al（OH）3的碱性相对强弱还能否使用这种方式证明？为什么？

小结：此复分解反应可以发生，说明磷酸的酸性强于硅酸。此反应的化学方程式：

2H3PO4+3Na2SiO3=3H2SiO3

↓+2Na3PO

阅读思考并回答：

此反应的化学反应方程式为：Ca3（PO4）2+3H2SO4（浓）=2H3PO4+3CaSO4

据此化学事实可得出硫酸的酸性强于磷酸的结论。 

讨论并小结：Si、P、S、Cl四种元素最高价氧化物对应的水化物的酸性强弱顺序为：

HClO4＞H2SO4＞H3PO4＞H4SiO4（H2SiO3）。

讨论：确定由Cl2和H2S的置换反应，来验证S、Cl两种究，培养学生严谨求属活泼性，就像用置换反应来说明Cl2（气）混合；（2）H2S的水溶液与Cl2（气）混合；（3）氯水与H2S（气）混合；（4）H2S的水溶液与氯水混合。

判断：将会比与水反应更为剧烈。

实验并记录：在两支盛有5mL同浓度稀盐酸的试管中，分别投入镁条和铝片，均有无色气泡产生，且反应的程度是镁条更剧烈。 

描述和归纳：

（1）镁与酸反应剧烈：

Mg+2HCl=MgCl2+H2↑

（2）铝与酸反应平缓：2Al+6HCl=2AlCl3+3H2↑

NaOH、Mg(OH)2、Al(OH)3

讨论并设计

通过对化学原理在工业生产中的应用，激发学生的学习兴趣，使学生更加热爱科学、相信科学和崇尚科学，感悟到学的魅力。

通过对Cl2和H2S反应的实验研时也用置换反应来说明元素的非金得出几种方案：

【板书】

（2）最高价氧化物对应的水化物的碱性强弱

【练习】请同学写出 Na、Mg、Al三种元素最高价氧化物对应的水化物的化学式。

【设问】NaOH是化学实验室的常用试剂，而Mg（OH）2和Al（OH）3一般需现用现制。你能否设计一个制备它们的实验方案吗？

【投影】学生实验内容：

在两支试管中分别加入 5 mLMgCl2和AlCl3溶液，并分别滴入几滴NaOH溶液。观察并记录实验现象。

【指导实验】纠正观察和操作中的问题。

【实验小结】请学生描述实验现象，得出实验结论，写出相应的化学方程式和离子方程式。

【设问】完成Cl2和H2S的反应，选择什么方法最方便？

【指导实验】要求两组学生分别以两种方式完成实验：一组取3mLH2S的水溶液，逐滴加入3～5滴氯水，并边加边振荡，观察，记录现象；另一组取3mL氯水，逐滴加入3～5滴H2S的水溶液，并边加边振荡，观察，记录现象。

【引导】描述并解释实验现象，写出化学反应方程式，据此化学事实可得出什么结论？

【设问】如果希望观察到置换反应的现象，应选择哪种方式完成这一反应？

【实验小结】请学生描述实验现象，得出实验结论，写出相应的化学方程式和离子方程式。

【指导归纳】根据以上对第三周期元素性质的讨论，归纳：同周期元素的性质的渐变与元素原子结构的关系。

思考：用H2S的水溶液与氯水混合最方便。

实验观察并记录：在H2S的水溶液中滴入氯水，溶液中有黄白色浑浊产生；在氯水中滴入H2S的水溶液，无明显变化。

描述并解释：在H2S的水溶液中滴入稀氯水，产生的黄白色浑浊为硫单质；此反应说明Cl2可以把S从H2S中置换出来。

反应的化学方程式是：

Cl2+H2S=S↓+2HCl

即：非金属性：Cl2＞S。

在氯水中滴入H2S的水溶液，无明显变化是由于Cl2把H2S氧化到更高的价态。而无法观察到明显现象。反应的化学方程式是：

4Cl2+H2S+4H2O=

H2SO4+8HCl

回答：选择第一种方式。

归纳：第三周期元素性质的渐变：

因为同周期元素，原子的电子层数相同，随核电荷数依次增多，核对外层电子的引力依次增加，原子半径依次减小，失电子的能力依次减弱，得电子的能力依次增强，因此，金属性依次减弱，非金属性依次增强。

思考后回答：有。可以证明NaOH的碱性强于Mg（OH）2和Al（OH）3。

回答：不能。因为碱和盐的反应要求碱和盐均可溶，而Mg（OH）2和Al（OH）3难溶。

使用已有知识分析未知事物，指导学生学习将实验事实的现象与本质进行转化的科学方法。

学习“抽象”和“归纳”的思维方法。

【板书】

（三）同主族元素的性质与原子结构的关系

【设问】能否根据卤族元素和碱金属元素的性质，归纳出同主族元素的性质与原子结构的关系？

在学生归纳时，注意进行语言逻辑和因果关系方面的评价。

【引导提问】根据以上讨论，能否确定在元素周期表中，哪种元素金属性最强（不考虑放射性元素）？哪种元素非金属性最强？

【追问】若沿元素周期表左下角至右上角的对角线推移，元素的性质将如何变化？

【追问】在这种过渡中一定有一个部位的元素具有两性，请你从周期表中找到这一部位。

【投影练习】在元素周期表的元素中，所形成的最稳定的气态氢化物是_____，与水或酸反应置换出H2的反应最剧烈的单质是____，碱性最强的最高价氧化物的水化物是____，酸性最强的最高价氧化物的水化物是____。

【归纳】与学生共同巩固、回忆本节知识内容，并归纳得出课本第页表5－4。

重现思考并归纳：非金属性依次减弱；金属性依次增强。

因为同主族元素，原子的最外层电子数相同，随核电荷数依次增多，电子层数依次递增，原子半径依次增大，核对外层电子的引力依次减小，失电子的能力依次增强，得电子的能力依次减弱，因此，金属性依次增强，非金属性依次减弱。

思考并回答：Cs金属性最强。F元素非金属性最强。

思考并回答：将由强的金属性逐渐过渡到强的非金属性。

查找并回答：沿周期表中B、Si、As、Te、At与Al、Ge、Sb、Po之间画一条虚线，位于虚线附近的元素，既具有某些金属的性质，又具有某些非金属的性质。

练习并回答：HF；Cs；CsOH；HClO4。

复习、巩固并归纳本节知识内容。

 通过对同主族元素性质与原子结构关系的归纳，训练学生的逻辑思维能力。

通过推理、判断思维过程的进行，训练学生建立由量变到质变的思考问题的方法。

强化学生对元素性质与原子结构关系的认识。

一、非金属元素的性质与原子结构的关系

（1）单质与氢气化合的能力以及形成的气态氢化物的稳定性。

（2）最高价氧化物对应的水化HClO4物的酸性

（3）非金属之间的置换

二、同主族元素的性质与原子结构的关系