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主讲:XXX
3.2 元素
第三单元 物质构成的奥秘
3.1.1 原子的结构
发展变化的观点不仅适用于外部世界,也适用于人类的理论、思维和意识。
①阅读历史——站在巨人肩上
化学发展的过程,从一定意义上讲,主要就是化学概念和理论发展和演化的过程。
在化学学科的诸多概念中,元素概念在化学发展中的巨大意义是不言而喻的。
因此可以说,元素概念的演化和发展的过程,基本上反映了化学学科基本理论的发展历程。
由于化学变化的隐蔽性和复杂性,长期以来,人类无法直接感知微观粒子的存在及其运动规律,因此对“元素”这一基本概念的认识经历了十分曲折和漫长的道路。
又由于认识上的局限性和片面性,使人们在相当长的历史时期内不能把元素、原子和单质纳入一个统一的体系。
化学元素概念
发展阶段
一、古代思辨阶段
二、经验分析阶段
三、原子理论阶段
四、现代科学阶段
①阅读历史——站在巨人肩上
一、古代思辨阶段的元素概念
古代的自然哲学家们为了合理地解释物质世界的多样性和运动的永恒性,对宇宙本原提出了多种不同的看法。
如中国古代的“五行说”,古希腊时期的“四元素说”,欧洲医药化学时期的“三要素说”等,于是出现了最早的元素概念。
另外,古希腊的留基伯和德谟克利特也提出了与当时元素概念相对应的具有深远意义的原子学说。他们认为一切物质都是由最小的不可分割的微粒——原子组成的。
这种建立在笼统观察和思辨基础上的见解,只不过是古代哲学家的直觉臆测,还根本不能和现代元素概念相提并论。但毫无疑问,现代元素概念正是从古代元素概念演化发展而来的。
无实际具体实验
①阅读历史——站在巨人肩上
二、经验分析阶段的元素概念
所谓经验分析的元素概念是指它并不能真正反映化学元素的客观本质,而是根据人们分解物质的能力来定义元素。大量炼金、医药和工艺化学的成就,使人们对元素的某些性质有了初步认识。
17世纪60年代,英国化学家波义耳为把化学确立为一门科学做出了卓越的贡献。他利用大量实验事实猛烈地抨击了“四元素说”和“三要素说”,他第一次给元素下了一个朴素的定义:“我所说的元素的意思和那些讲得最明白的化学家说的要素的意思相同,是指某种原始的、简单的,一点也没有掺杂的物质。”
①阅读历史——站在巨人肩上
二、经验分析阶段的元素概念
18世纪的化学家大都喜欢在化学研究中采取经验主义的原则,按照他们的观点,元素应该是实验操作可以直接感知到的物质。人们通过矿物分析和冶金实践的确制出了不少单质:气体化学的发展推翻了“空气是一种元素”的观点,并陆续发现了H2、N2、CI2、O2等多种气体单质。
1783年,拉瓦锡又在前人实验的基础上,证明了水是氢、氧两种元素的化合物,而不是一种元素。
至此,传统的“四元素说”和“三要素说”才彻底宣告破产,近代元素概念则应运而生。
①阅读历史——站在巨人肩上
二、经验分析阶段的元素概念
1787年,拉瓦锡在一篇题为“论改革和完善化学革命的必要性”的论文中,给元素下了一个清晰明确的定义:“元素是任何方法都不能分解的物质。”
但拉瓦锡的元素定义只是一个经验分析的定义,是根据可感知到的元素外部特征或外在联系来定义元素。
他对物质的分类不是根据元素所固有的结构属性,而是完全依赖于人的主观能力和分解物质的手段。因此、该定义的内涵和外延都不符合实际的界限,带有明显的主观主义性质,并不是真正的元素概念。
①阅读历史——站在巨人肩上
二、经验分析阶段的元素概念
但同过去的传统元素概念相比,拉瓦锡的定义也具有明显的科学性:
首先,元素的性质和数目只有通过实验来确定,因而它是建立在科学实验基础上而不是笼统的凭空猜想;
其次,他通过实验抓住了一般元素在通常情况下不能分解的客观性质,把分析的极限作为判别元素的标准。
拉瓦锡的元素定义给整个化学研究带来了空前的条理性。由于定量分析方法的广泛采用,组成化合物的元素间的定量关系很快被揭示出来。
①阅读历史——站在巨人肩上
三、原子理论阶段的元素概念
1803年,道尔顿继承了古代原子论的思想,创立了科学原子论,开辟了化学发展的新纪元,第一次揭示了元素和原子的内在联系——元素就是同一类原子,有多少种原子就有多少种元素。
原子量成为区分元素的重要标志。
原子在化学反应中的不可分性也在实验中得到证明,从微观的角度赋予了元素不可分解的特性。
一大批新元素的发现、扩大了元素概念的外延,使门捷列夫在同代人探索的基础上于1869年发现了元素周期律,而把自然界所有的元素纳入了一个严谨统一的体系。
①阅读历史——站在巨人肩上
三、原子理论阶段的元素概念
原子理论的元素定义显然比经验分析定义更富有内涵,更深刻地揭示了元素的一些固有特性,明确了元素和原子的内在联系。
但原子理论的元素定义沿袭了经验分析定义的缺点,因而也带有明显的主观主义色彩。
它只不过是建立在经验分析基础上的一种理论分析概念,门捷列夫对元素的认识是建立在原子理论基础上的,他对元素的位置特征的本质根本不清楚。
①阅读历史——站在巨人肩上
四、现代科学阶段的元素概念
现代科学的元素概念的建立是与19世纪末20世纪初发生的自然科学革命紧密联系在一起的。这场大革命使人类的认识从宏观领城推进到微观领域,正是原子结构复杂性的披露,导致了元素观念的根本变革。
19世纪末,物理学上的三大发现(X射线、放射性和电子)彻底打破了原子不可分的传统观念,摧毁了原子理论的元素概念理论基础,揭开了新旧元素观念斗争的序幕。
1913年莫斯菜发现原子序数的实质是核电荷数,揭示了周期律的实质,揭开了元素在周期表中的位置之谜,使人们对元素本质的认识产生了一次质的飞跃。一系列惊心动魂的发现终于导致了元素思想史上的革命——元素应该被定义为“核电荷数(即核内质子数)相同的一类原子的总称”。
①阅读历史——站在巨人肩上
(一)元素与元素符号
原子以不同数量、不同种类,按照不同的方式结合,构成了多种多样的物质。
原子核中质子数相同的原子在化学变化中表现出来的性质几乎完全相同,因此,科学家们把具有相同质子数的原子归为一类,每一类原子成为一种元素。
②新课讲授——感受化学奥秘
(一)元素与元素符号
②新课讲授
质子数为1的一类原子称为氢元素
例如
质子数 1 1 1
中子数 0 1 2
氢元素种类 氕 氘(重氢) 氚(超重氢)
占氢元素的百分比 99.98% 0.016% 0.004%
氢的主要存在形式
(一)元素与元素符号
②新课讲授
质子数为6的一类原子称为碳元素
例如
质子数 6 6 6
中子数 6 7 8
碳元素种类 碳-12 碳-13 碳-14
占氢元素的百分比 98.93% 1.01%
碳的主要存在形式
(一)元素与元素符号
原子以不同数量、不同种类,按照不同的方式结合,构成了多种多样的物质。
原子核中质子数相同的原子在化学变化中表现出来的性质几乎完全相同,因此,科学家们把具有相同质子数的原子归为一类,每一类原子成为一种元素。
同位素:质子数相同而中子数不同的同一元素的不同原子互称为同位素
②新课讲授
(一)元素与元素符号
②新课讲授
质子数为1的一类原子称为氢元素
质子数为6的一类原子称为碳元素
例如
水是由氢和氧两种元素组成的
二氧化碳由氧和碳两种元素组成的
臭氧O3是由氧元素组成的,氧气O2是由氧元素组成的
金刚石和石墨也都是由碳元素组成的,只是内部具体结构不同
(一)元素与元素符号
②新课讲授
目前已经发现的物质有数千万种,但是组成这些物质的元素只有一百多种。
我们可以根据组成物质的元素的种类将纯净物分类:
单质:只由一种元素组成的纯净物
如:氢气、氧气、铁、碳等
化合物:由两种或两种以上元素组成的纯净物
如:二氧化碳、水、氯化钠、氢氧化钠等
(一)元素与元素符号
②新课讲授
物质
纯净物
混合物
单质
化合物
只由一种元素组成的纯净物
由两种或两种以上元素组成的纯净物
根据组成物质的种类多少分类
根据组成纯净物的元素种类分类
单质和化合物都属于纯净物
随堂练习
②新课讲授
(一)元素与元素符号
1、化学概念在逻辑上可能存在某种关系,对下列概念说法正确的是:
A.纯净物和混合物属于包含关系
B.化合物和混合物属于并列关系
C.单质与化合物属于并列关系
D.化合反应与分解反应属于包含关系
随堂练习
②新课讲授
(一)元素与元素符号
2、下列各图中,○和●分别表示两种质子数不同的原子,其中能表示由一种单质和一种化合物组成的混合物是:
A
B
C
D
随堂练习
②新课讲授
(一)元素与元素符号
3、下列说法正确的是:
A.所有原子的原子核都是由质子和中子构成
B.在同一种元素的原子中质子数一定相同
C.由同一种元素组成的物质一定是纯净物
D.分子、原子都是不带电的粒子,所以不带电的粒子一定是分子或原子
A.氢原子(氕原子)没有中子
C.臭氧和氧气、金刚石和石墨
D.不带电的粒子还有中子
随堂练习
②新课讲授
(一)元素与元素符号
4、下列有关单质和化合物的说法中,你认为一定正确的是:
A. 单质是由同种原子构成的物质,化合物是由不同种原子构成的物质
B. 单质是由同种元素组成的纯净物,化合物是由不同种元素组成的纯净物
C.单质是由同种分子构成的纯净物,化合物是由不同种分子构成的混合物
D.单质是由同种物质组成的纯净物,化合物是由不同种物质组成的混合物
随堂练习
②新课讲授
(一)元素与元素符号
5、钙是构成人体骨骼和牙齿的重要成分,这里的“钙”是指:
钙单质
钙原子
钙元素
钙离子
②新课讲授
(一)元素与元素符号
元素在自然界中的分布并不均匀
按质量计算,地壳中含量最多的氧元素,其他元素含量依次是硅、铝、铁、钙
氧、硅、铝、铁、钙
②新课讲授
(一)元素与元素符号
为方便区分和交流,国际上规定每种元素都采用统一的符号来表示,这种符号叫做元素符号。
例如: 用“H”表示氢元素,“O”表示氧元素。
元素符号能表示一种元素,还能表示这种元素的一个原子。例如:“Cl”既表示氯元素,又表示一个氯原子。
②新课讲授
(一)元素与元素符号
思考:
原子结构从小到大有什么变化规律?
②新课讲授
(一)元素与元素符号
原子结构的变化规律
①元素的原子核内的质子数是连续的自然数,依次是1、2、3……
②根据电子层数,可以将表中的前三行元素分为三组
③除氢和氦之外,余下的元素原子的最外层电子数都是从1递增到8
②新课讲授
(一)元素与元素符号
原子结构的变化规律
④除氢外,所有元素原子的第一层电子数,都是2
⑤从第三行开始,所有元素原子的第二层电子数,都是8
②新课讲授
(一)元素与元素符号
化学元素汉语名称的由来
氢(H)、氧(O)、钠(Na)等化学元素的汉语名称,是我国近代化学先驱徐寿创造的。
1869年,徐寿在翻译《化学鉴原》时发现大部分元素在汉语中没有对应的名称。于是,他把化学元素进行了分类:(1)对于金、银、铜、铁、锡、铅、硫等国人早已定名的元素,继续沿用旧名。(2)对于一些有特定性质的元素,则采用意译的方式,如轻气、养气、淡气等(后来分别演变为氢、氧、氮,但仍保持原字的读音)。(3)对于其他元素,将元素的英文名称的首音节或次音节译为发音类似的汉字,再加以汉字部首大致区分元素的类别。例如:凡是金属元素(汞除外)均使用“钅”部首;而非金属元素则分别加“气”“氵”或“石”部首,以表示其单质在通常状况下的存在状态是气态、液态或固态,如硒、碘、钙、铍、锂、钠、镍等元素名称都是根据这一原则创造的。
三、原子理论阶段的元素概念
1803年,道尔顿继承了古代原子论的思想,创立了科学原子论,开辟了化学发展的新纪元,第一次揭示了元素和原子的内在联系——元素就是同一类原子,有多少种原子就有多少种元素。
原子量成为区分元素的重要标志。
原子在化学反应中的不可分性也在实验中得到证明,从微观的角度赋予了元素不可分解的特性。
一大批新元素的发现、扩大了元素概念的外延,使门捷列夫在同代人探索的基础上于1869年发现了元素周期律,而把自然界所有的元素纳入了一个严谨统一的体系。
①阅读历史
②新课讲授
(二)元素周期表简介
早在原子结构被发现之前,科学家们就已经对元素之间的规律与联系进行了长期的探索。
直到1869年,俄国化学家门捷列夫才在前人研究的基础上,把当时已经发现的63种元素按照相对原子质量由小到大的顺序排列起来,并分成几行,使性质相似的元素排在同一列中,从而得到第一张元素周期表。
元素的化学性质呈周期性变化
②新课讲授
(二)元素周期表简介
如今的元素周期表是把目前已发现并被正式命名的112种元素按照原子核内质子数由小到大的顺序排列而成的,共有7个横行、18个纵行,每一个横行叫做一个周期,每一个纵行叫做一个族(8、9、10三个 纵行共同组成一个族)。
元素周期表中每种元素都有一个序号,称为原子序数。它的数值等于其原子核内质子数
元素周期表是学习和研究化学、探索未知世界最 有力的工具之一。它为发现新的元素和化合物、预测新元素的结构和性质提供了线索,为我们深入学习和掌握物质性质及其变化规律提供理论指导。
②新课讲授
(二)元素周期表简介
②新课讲授
(二)元素周期表简介
元素周期表的使用
找出氧、钙、铁的原子序数及元素符号
找出原子序数是53的元素的相对原子质量
找出IIA族的元素种类
第三周期中,金属元素多还是非金属元素多?
②新课讲授
(二)元素周期表简介
元素周期表中原子序数从1依次变大
相对原子质量也逐渐变大
左上角的原子序数、相对原子质量较小,右下角较大
计算时,相对原子质量一般取整数部分进行计算,氯元素除外(35.5)
第一周期元素有2种:氢、氦
第二周期元素有8种:3号-10号元素
第三周期元素有8种:11号-17号元素
②新课讲授
(二)元素周期表简介
元素周期表中最后一列气体称为稀有气体或惰性气体,性质稳定
氦、氖、氩、氪、氙、氡
常温下是液体的元素:溴、汞(水银)
非金属主要聚集在左上角和右上角
②新课讲授
(二)元素周期表简介
随堂练习
1、下列含金属元素的物质是:
A.H2S
B.P2O5
C.CaCO3
D.H2O
②新课讲授
(二)元素周期表简介
随堂练习
2、下列元素名称与其对应的元素符号完全正确的是:
A.氯Al
B.钙Ka
C.铜cu
D.氦He
②新课讲授
(二)元素周期表简介
随堂练习
3、该图是元素周期表中的一格,依据图中的信息得到的以下认识中错误的是:
A.该元素原子的质子数为14
B.该元素属于非金属元素
C.该元素的一个原子的原子核外有14个电子
D.该元素的相对原子质量为28.09g
错误原因:相对原子质量是质量比,单位为1,一般不写
②新课讲授
(二)元素周期表简介
随堂练习
4、以崇尚科学为荣,以愚昧无知为耻,下列叙述不科学的是:
区别硬水与软水常用肥皂水
未开启的地窖,不可冒然进入
小孩经常咬铅笔,会导致铅中毒
加碘食盐中的碘是指碘元素
错误原因:铅笔的主要成分是石墨,石墨的主要元素组成是碳
③课堂总结
感谢聆听
主讲:XXX