高中化学原子结构与元素周期表第二课时教学设计

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宏观辨识与微观探析：了解核素、同位素的含义，认识同位素在生产、生活中的应用。通过观察实验现象，分析实验原理、阅读教材内容，探究认识碱金属元素和卤族元素性质的递变规律。证据推理与模型认知：能用原子结构理论初步加以解释同主族元素性质的递变规律，初步掌握元素性质与原子结构的关系。科学探究与创新意识：通过分析同族元素的相关性质的图表信息，尝试运用比较、归纳等方法对信息进行加工，培养分析、处理数据的能力。
1．了解核素、同位素的含义，认识同位素在生产、生活中的应用。2．通过观察实验现象，分析实验原理、阅读教材内容，探究认识碱金属元素和卤族元素性质的递变规律。重点:碱金属元素和卤族元素性质的递变规律。难点：碱金属元素和卤族元素性质的递变规律。
【问题探究】元素周期表还有哪些其它表现特征？
元素周期表中每一个格都标有元素的基本信息
图片中H的质量数为什么有3个呢？
元素是具有相同质子数（核电荷数）的一类原子总称。特点：同种元素的原子一定具有相同的质子数，但是同种元素的原子的中子数不一定相同。
阅读教材96-97页的相关内容，回答下列问题：
①观察三种原子的结构图，补充下列表格：
【结论】元素周期表中涉及的元素有118种，但核素多于118种。并不是所有原子均有中子数，氕无中子。
②什么是核素？什么是同位素？核素、同位素两者有什么关系？
1.元素：具有相同 的一类原子的总称。
同种元素原子的 一定相同，但 可以不同。
原子的质子数相同就属于同种元素，但质子数相同的原子不一定是同种原子。
2.核素：具有一定数目质子和一定数目中子的一种原子叫做核素。
即 同一元素 的 不同核素 互称为 同位素
如1H、2H、3H互为同位素
同种元素可以有若干不同的核素，这些核素之间互称同位素
【练习1】以下互称为同位素的是A. 金刚石和石墨 B. CO 和 CO2 C. D 和 T D. 1H216O 和 2H218O
特点：1.在元素周期表里占据同一位置(即同位) 2.相同状况下，化学性质几乎相同，但物理性质略有差异
3.同位素：质子数相同而中子数不同的同一种元素的不同原子互称为同位素。
4.元素、核素、同位素、同素异形体的辨析
具有相同核电荷数(质子数)的同一类原子
具有一定数目质子和一定数目中子的一种原子
质子数相同而中子数不同的核素
同种元素形成的不同单质
O2、O3互称为同素异形体
氧有三种同位素： 16O、17O、 18O
科学家还利用核反应人工制造出很多种同位素。同位素中，有的具有放射性，称为放射性同位素。利用放射性同位素释放的射线育种、给金属探伤、诊断和治疗疾病等。
【练习2】回答下列问题：（1）有下列微粒
①以上8种微粒中共有____种核素，共____种元素。②互为同位素的是____________。③质量数相等的是_____和_____，中子数相等的是_____和_____。④ H、D、T 三种核素构成的氢气的相对分子质量有____种。
6 5
14C　 14N　 14C 16O
（2）18O2与16O2，二者的关系是_________________（填“互为同位素”“互为同素异形体”或“属于同一种物质”）。
氢元素的三种核素: 氕,相对原子质量为1.0079,其丰度为99.985%,氘相对原子质量为2.014,其丰度为0.015%，氚，痕量(计算时忽略）。
【问题解决1】为什么H的相对原子质量1.008，这个数值是怎么来的？
氢元素的相对原子质量=
1.0079×99.985%+2.014×0.015% ≈1.008
【问题解决2】O2和O3互为同位素吗？H2O和D2O互为同位素吗？
O2和O3互为同素异形体； H2O和D2O为同种物质。
经过不断的研究，科学家们最终制定出了元素周期表，那么，其是如何揭示元素之间的关联？
金属元素的原子最外层电子一般少于4个，在化学反应中容易失去电子，具有金属性；非金属元素的原子最外层电子一般多于4个，在化学反应中容易得到电子，具有非金属性。所以可以说，原子结构(原子的最外层电子数)决定元素的性质。
除H以外的IA族元素。包括：锂（Li）钠（Na）钾（K）铷（Rb）铯（Cs）钫（Fr）
【注意】化学性质非常活泼的金属，在自然界中都以化合态存在。其中钫（Fr）是放射性元素，中学阶段不讨论。
二、原子结构与元素的性质
思考：结合教材P99页“思考与讨论”，回答在周期表中，从上到下碱金属元素原子的核电荷数、原子半径的变化有什么特点？
【结论】（1）最外层电子数相等，都是1；（2）从上到下，由Li→Cs，随着核电荷数增加，电子层数增多；原子半径依次增大。
（1）回忆第二章学过的知识，钠有哪些化学性质？（用化学方程式表示）
（2）结合锂、钠和钾的原子结构特点，预测锂、钾可能具有哪些相似化学性质？
②2Na＋2H2O = 2NaOH＋H2↑
③2Na＋2HCl = 2NaCl＋H2↑
4Na＋O2 = 2Na2O
①锂、钠和钾最外层都只有1个电子，都易失去最外层电子，表现出较强的还原性。②锂、钾和钠相似，都能与O2、水、酸、盐溶液反应。
（1）将干燥的坩埚加热，同时切取一块绿豆大的钾，用镊子夹取并迅速投到热坩埚中，继续加热片刻，待钾熔化后立即撤掉酒精灯，观察现象。（2）在烧杯中加入一些水，滴入几滴酚酞溶液。切取一块绿豆大的钾，用镊子夹取并投入水中，观察现象。
【分析和结论】碱金属与O2、H2O的反应
熔成小球，浮在水面上，四处游动，有轻微的爆鸣声，溶液变红（比钠和水反应剧烈）
2Na+2H2O === 2NaOH+H2↑
2K+2H2O === 2KOH+H2↑
剧烈燃烧，产生黄色火焰，生成淡黄色固体
剧烈燃烧(比钠剧烈)，产生紫色火焰，生成黄色固体
K2O、K2O2、KO2
从Li—Cs，单质的还原性逐渐增强；金属元素的金属性逐渐增强。
2M+2H2O=2MOH+H2↑
【小结】碱金属元素原子结构和化学性质的相似性和递变性：
(1) 易失去电子，表现出强还原性 (2)化合物中显+1价
原子核对最外层电子的吸引力
与O2、H2O反应越来越剧烈、最高价氧化物对应的水化物碱性增强
思考：分析表中数据，思考碱金属单质的物理性质表现出哪些相似性和递变性？
相似性：质地较软，有延展性，密度较小，熔点较低，均为电和热的良导体（如钠钾合金—室温呈液态）可用作核反应堆的传热介质。注意：不都是银白色金属，Cs略带金色光泽
递变性：由Li→Cs，随原子半径逐渐增大，密度逐渐增大(K反常)，熔沸点逐渐降低等。
【注意】锂是最轻的金属，保存在石蜡里；其他保存在煤油中。
元素金属性强弱的判断依据：
单质与水或酸反应置换出氢气的难易程度（易—强）
最高价氧化物对应水化物的碱性强弱（强—强）
金属单质间的置换反应（以强制弱）
阳离子氧化性越强，元素的还原性越弱
根据元素在周期表中的位置，同主族从上到下，金属性逐渐增强
化学性质非常活泼的非金属，在自然界中都以化合态存在。
思考：结合表中数据，思考在周期表中，从上到下卤族元素原子的核电荷数、原子半径的变化有什么特点？完成表格内容。
①卤族元素的原子最外层电子数都是7；决定了化学性质的具有相似性；②卤族元素的原子随核电荷数逐渐增大，电子层数逐渐增多，原子半径逐渐增大，决定了化学性质的又有差异性。
思考：根据卤族元素原子结构的相似性和递变性，推测卤素元素性质的相似性和递变性是什么？
（1）相似性：最外层电子数都是 ，易 1个电子形成最外层8电子稳定结构，具有较强的 。
（2）递变性：从F→I，核电荷数依次 ，电子层数依次 ，原子半径逐渐 ，对最外层电子的吸引能力逐渐 ，得到电子的能力逐渐 ，元素的非金属性逐渐 。
从上到下，熔、沸点逐渐升高
单质颜色逐渐加深，状态由气态到液态到固态
易溶于乙醇、苯、CCl4等有机溶剂
思考：回忆第二章学过的知识，思考氯气具有哪些化学性质？
与金属，非金属单质（如H2)化合，与水反应，与碱液反应，与还原性微粒反应等
注意：①卤素单质都有毒，可溶于水，易溶于苯、CCl4、汽油等有机溶剂②溴是常温常压下唯一的液态非金属单质。③液溴易挥发，保存时要加水液封；碘可升华，淀粉溶液遇碘变蓝。④氟是最活泼的非金属，无正化合价，化合态只有负一价。
a、卤族单质与氢气反应
与氢气反应的难易程度： ；生成氢化物的稳定性： ；卤素非金属性的强弱： ；
1. 反应条件越来越苛刻2. 剧烈程度递减3. 产物稳定性变差
H2＋Cl2 2HCl
2Fe+3X2=2FeX3
(X=F、Cl、Br)
H2O + X2 ⇌ HX + HXO
(X=Cl、Br、I难度逐渐加大)
2F2 + 2H2O = 4HF + O2 (反应剧烈)
2NaOH + X2 = NaX + NaXO + H2O
I2 + H2O ⇌ HI + HIO
Br2 + H2O ⇌ HBr + HBrO
Cl2 + H2O ⇌ HCl + HClO
【实验4-1】完成实验，观察比较卤素单质间的置换反应的实验现象，并分析其原理，完成表格内容。
振荡静置后，溶液由无色变为橙黄色
振荡静置后，溶液由无色变为红棕色
振荡静置后，溶液由无色变为褐色
Cl2＋ 2I－ === 2Cl－＋I2
Cl2＋2Br－ === 2Cl－＋Br2
Br2+2I－ === 2Br－＋I2
氧化性：Cl2＞Br2＞I2 还原性：I- > Br- > Cl-
注意：因为F2能与H2O发生反应，所以F2不能从其他卤化物的盐溶液中置换出卤素单质。
元素非金属性强弱的判断依据：
单质与氢气化合时，生成气态氢化物越容易，元素的非金属性越强。（易—强）
最高价氧化物水化物酸性越强，非金属性越强。（强—强）
气态氢化物越稳定非金属性越强。
阴离子还原性越强，元素的氧化性越弱
根据元素在周期表中的位置，同主族从上到下，非金属性逐渐减弱
【练习3】下列关于碱金属元素的说法正确的是(　　) ①原子结构的相同点是最外层电子数相同，都为1；②原子结构的不同点是随核电荷数的增加，电子层数增多，原子半径增大；③具有相似的化学性质，都是活泼金属；④都具有强还原性，在化合物中显＋1价；⑤化学性质有差别，从Li到Cs，失电子能力逐渐增强 A．①③④ B．①③⑤ C．②④⑤ D．全部
【练习4】以下关于锂、钠、钾、铷、铯的叙述正确的是(　　)①氢氧化物中碱性最强的是CsOH　②单质熔点最高的是铯　③它们都是热和电的良导体　④它们的密度依次增大，且都比水轻　⑤它们的还原性依次增强　⑥它们对应阳离子的氧化性依次增强 A．①③ B．②⑤ C．②④⑥ D．①③⑤
【练习5】下列叙述正确的是（ ） A．Li、Na、K都可以保存在煤油中 B．碱金属元素是指ⅠA族的所有元素 C．在熔融状态下，钠可以从MgCl2中置换出镁 D．Na在空气中燃烧会生成Na2O2，故Li在空气中燃烧也会生成Li2O2
【练习6】砹(At)是卤族元素，对砹及其化合物的叙述，不正确的是（ ）A．与H2化合的能力：At2Br-C．卤素单质的密度从F2→I2随相对分子质量增大而增大D．F2可以从NaCl溶液中置换出Cl2
【练习8】元素周期表中卤族元素(F→I) 的单质和化合物的性质，从上到下呈现一定的递变性。下列叙述中正确的是(   )①氢卤酸(HX) 的酸性依次减弱 ②单质的颜色加深 ③气态氢化物的沸点依次增高 ④单质的沸点升高  ⑤阴离子的还原性增强 A．①②④ B．②③④⑤ C．②④⑤ D．①③⑤
金 属 性 逐 渐 增 强
非 金 属 性 逐 渐 减 弱
同一主族，从上到下： 电子层数逐渐 ， 原子半径逐渐 ， 失电子能力逐渐 ，得电子能力逐渐 ，金属性逐渐 ，非金属性逐渐 ；