第一章第2节 第1课时 原子结构与元素性质 教案 高中化学人教版（2019）选择性必修二
文档属性
| 名称 | 第一章第2节 第1课时 原子结构与元素性质 教案 高中化学人教版（2019）选择性必修二 |  | |
| 格式 | docx | ||
| 文件大小 | 26.1KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 化学 | ||
| 更新时间 | 2024-06-10 12:00:26 | ||
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文档简介
第二节 原子结构与元素的性质
第1课时
教学目标
1.了解元素周期表的发展历史，体会科学家挖掘科学规律的方法，他们依据何种实验证据，对周期表模型做出了怎样的改进。
2.知道运用构造原理书写元素的基态原子的电子排布式，能运用电子排布式解释元素周期系的基本结构。
3.知道价层电子及价层电子排布，能从原子价层电子数目和价层电子排布角度解释元素周期表的分区、周期和族的划分。
教学重难点
构造原理如何决定了元素周期表的形式
周期表的分区，不同分区元素价电子构型的特征
教学过程
一、新课导入
回顾关于元素周期表的一些基础知识：
（1）周期表中周期和族的概念是什么？
（2）周期表中现在共有多少个周期和多少个族？
（3）运用元素周期表你能为解决一些问题提供思路和方向么？
比如寻找催化剂该去哪里寻找？寻找半导体材料该去哪里寻找？
【交流分享】
不同学习小组围绕元素周期表、周期律的发现与发展，结合自己所学，绘制了好了特色周期表，请不同小组进行展示，简述设计理念中包含的化学知识。
【思维启迪】
（1）1869年门捷列夫就制作出了历史上第一张周期表，他制作的依据是什么？
（2）门捷列夫的周期表与今天我们所使用的周期表有何异同？
（3）是否还有其他类型的周期表？
（4）…………
二、讲授新课
一、元素周期律、元素周期系和元素周期表
1.基本概念
元素周期律：元素的性质随元素原子的核电荷数递增发生周期性递变
元素周期系：元素按原子核电荷数递增排列的序列
元素周期表：元素周期系通过表格形式呈现
2.周期表的历史发展及对我们的启示
1869年，门捷列夫按相对原子质量从小到大的顺序将元素排列起来，得到一个元素序列，并从最轻的元素氢开始编号，称为原子序数。
1913年莫塞莱证明原子序数即原子核电荷数。
结合书后的元素周期表引导学生思考：
【提问】（1）门捷列夫按相对原子质量从小到大的顺序将元素排列起来并编号，这样的排序跟按照核电荷数排序不完全一致。结合书后的周期表，你能找出1-36号元素中，哪两个元素在最初排序中排反了么？为什么会出现核电荷数小但相对原子质量大的情况？
【讲解】28号元素Ni（相对原子质量58.69）排在了27号元素Co（相对原子质量58.93）之前。相对原子质量由同一种元素的各种同位素质量加权平均而来。而每种核素的质量除去质子外，还有相当大一部分是由中子提供的。Co存在质量较大的核素。
【提问】（2）相对原子原子质量的大小顺序和核电荷大小顺序并不一致，但为什么门捷列夫的初版周期表已经与当代周期表具有很大的相似性了？从中我们能得到怎样的启示？
【讲解】原子的质量主要由质子数和中子数决定。随着原子核中质子数的增加，中子数整体上也呈增加趋势。因此原子质量会表现出随核电荷数增加而增加的趋势（特例较少）。
门捷列夫虽然最初没有直击本质，但仍抓住了变量递增中的主要矛盾，故其初版周期表就很有指导意义。
【问题总结】引导学生认识在解决科学问题中，要抓住主要矛盾：
门捷列夫虽然最初没有直击本质，但仍抓住了变量递增中的主要矛盾，故其初版周期表就很有指导意义。
【科学史话】
学生阅读教材P18-19的内容，对比不同科学家提出的元素周期表，并思考下面的问题
【提问】（1）图1-14是门捷列夫周期表的修订版，观察该周期表，你认为该表有哪些科学性、有哪些局限性？造成局限性可能的原因是什么？
【讲解】该周期表的科学性体现在元素已经按照七个周期分好，从第四周期开始，在族的划分上也出现“主族”“副族”的概念。（虽然其内涵与现在的主族、副族不同）
该周期表的局限性体现在门捷列夫将IA、IIA和IIIB~VIIB放在一起，而将IB、IIB和IIIA~VIIA放在一起。门捷列夫依据的是宏观元素的性质，如化合价，进行的编排。
造成这种局限性的主要原因是那个时代人类对原子结构的了解有限，无法从微观的角度，电子排布角度系统认识原子。
【提问】（2）图1-15是维尔纳元素周期表，观察该周期表，你认为该表的科学性进步体现在何处、有哪些局限性？
【讲解】该周期表的科学性体现在元素在列的排布上已经有了现代周期表的雏形，同族元素上下对齐。主族元素、过渡金属、稀有气体、镧系、锕系的区域一目了然。
局限性体现在他将Be、Mg两元素放在了IIB族的上方。造成这种局限性的可能原因是Be、Mg、Zn、Cd、Hg都容易形成二价的阳离子，因此在做性质归纳时放在了一起。
【提问】（3）图1-16是玻尔对汤姆孙元素周期表的改进版，观察该周期表，你认为该表的科学性进步体现在何处？
【讲解】该周期表的科学性体现在把21~28号、39~46号、57~70号等元素用方框框起，玻尔认识到这些框内元素的原子新增加的电子是填入到内层轨道的，他已经从微观的原子结构解释周期系了。
他用直线连接前后周期的同族元素，主要依据它们价电子数相等。这是从电子排布的角度对族进行分类，相较于依据元素性质的分族，更深入微观。
二、构造原理与元素周期表
1.初探构造原理与元素周期表
若以一个方格代表一种元素，每个周期排一个横排，并按s、p、d、f分段，在教材的图1-17方格中填入数字，每一行从1开始填，数一数每行有多少种元素？
每行依次有2、8、8、18、18、32、32种元素。
深度思考：
【提问】（1）在计数的基础上，结合构造原理，说明每个周期里的元素数与元素的原子结构有何关联？
每个周期逐步讨论，寻找规律，归纳总结。
【讲解】每个周期第一种元素原子总是从ns能级开始，填入第1个电子，随着原子序数递增，新增的电子依次填入(n-2)f、(n-1)d、np能级，直至p能级填满6个电子结束。最后的原子满足ns2np6的电子构型，其对应每个周期中稀有气体元素的原子。
由于不同的能层含有的能级数不同，进一步的可以分为下面的几种情况：
①第一能层只有1s能级，1条轨道总共能容纳2个电子，它只包含2种元素
②第二、三周期用到了ns、np（n=2、3）两个能级，4条轨道，总共能容纳8个电子，故二、三周期总共8种元素
③第四、五周期用到了ns、(n-1)d、np（n=4、5）三个能级，9条轨道，总共容纳18个电子，故四、五周期总共18种元素
③第六、七周期用到了ns、 (n-2)f、(n-1)d、np（n=6、7）四个能级，16条轨道，总共容纳32个电子，故六、七周期总共32种元素
小结：
每个周期中的元素数等于相应能级组合（ ns、(n-2)f、(n-1)d、np ）全部轨道所能容纳的电子总数。
【提问】（2）在问题（2）的基础上，你发现元素的周期序数与元素的原子结构有何关系？
【讲解】元素的周期序数等于其基态原子的能层数（Pd除外）
从电子排布式看，若价层电子能级为ns、np，则该元素位于第n周期。
【提问】（3）图1-17怎样变为书末的元素周期表？移动过程中的主要依据是什么？
【讲解】将图中第二到第七周期的所有p区与p区上下对齐，d区与d区上下对齐，
第六、第七周期的f区与f区的上下对齐，并将它们单列为两行放在主表的下方（即镧系和锕系），将1s2的He移到第一行最右侧，即可得到书末的周期表。
这样做的主要依据是最后一个电子填入的能级相同，且同一纵列元素的价电子数相同，这样排列有利于研究同族元素的相似性与递变性。
【提问】（4）观察书后的周期表，元素周期表共有多少列？各列的价电子数各为多少？主族元素的价电子数与其族序数有何关系？
【讲解】元素周期表共18列，最左侧第1列价电子数为1，从第1列到第12列，价电子数从1增加到12，从第13列到第18列，价电子数从3增加到8。
主族元素的价电子数等于其主族序数。
【提问】（5）为什么元素周期表中非金属元素主要集中在右上角三角区内？
【讲解】非金属元素的最外层电子数一般≥4，
其价电子构型一般为ns2np2~6，它们的最后一个电子填入的是某周期能级组合（ ns、(n-2)f、(n-1)d、np ）中最后的np轨道，故一定会在某周期中靠后（右）的位置出现。
【提问】（6）从构造原理和价电子的角度看，为何长周期比短周期多出的元素全部都是金属元素？
【讲解】在4s、5s能级填满2个电子后，后续增加的电子优先填入3d、4d能级，这使得这些元素的最外层电子数始终不超过2（Pd除外）。
镧系、锕系则是优先填入4f、5f能级，这些元素的最外层电子数始终不超过2。
微观上看，它们的最外层电子数与主族典型金属元素相同，故它们宏观上表现出的也是金属的性质。
【提问】（7）为什么副族元素又称为过渡元素？过渡元素价电子数跟它们的族序数有什么关系？写出它们的价电子排布式通式。
【讲解】副族元素处于由金属元素向非金属元素过渡的区域，因此又称过渡元素。
过渡元素价电子数与它们族序数的关系是：
①第IIIB族到第VIIB族元素的价电子数等于它们的族序数
②第VIII族有3列元素，该族的第1列元素的价电子数等于其族序数
③第IB、IIB族的最外层电子数等于它们的族序数
过渡元素的价电子排布通式为(n-1)d1~10ns1~2（不考虑镧系锕系）
【提问】（8）按照核外电子排布，可把元素周期表划分分成5个区，如图所示。除ds区外，各区的名称来自按照构造原理最后填入电子的能级的符号。s区、d区，p区分别有几列？为什么s区（除H）、d区和ds区的元素都是金属元素？
【讲解】s区有2列，d区有8列，p区有6列。
s区元素的价电子排布通式为ns1~2，
d区元素的价电子排布通式为(n-1)d1~9ns1~2
ds区元素的价电子排布通式为(n-1)d10ns1~2
它们的最外层电子数均不超过2，在化学反应中容易失去电子，
所以这三个区的元素都是金属元素。
例1. 依据电子排布式判断下列各元素
（1）是主族元素还是副族元素？
（2）位于周期表的第几周期和哪个族？
（3）属于哪个分区？
①1s22s22p63s23p5 ②[Kr]4d105s25p2
③[Ar]3d34s2 ④[Ar]3d104s1
⑤[Ar]4s1 ⑥[Ar]3d64s2
将你的判断过程、依据整合，给出依据电子排布式进行信息判断的步骤与方法，下节课交流讨论。
三、课堂小结
1. 从1869年门捷列夫制作的第一张周期表，到1950年国际纯粹与应用化学联合会推荐的周期表（书后周期表），经历近一个世纪的时间。
在这个过程中，人们对周期表、周期律的认识是螺旋上升的，认识视角也从宏观元素物质性质逐步转移到微观原子结构、核外电子排布。
量子力学发展后，人类对原子结构的深刻认识反过来又更好的指导了对元素性质的解释与预测。
2. 从构造原理的角度，我们进一步的理解了元素周期表结构：
元素在周期表中所处的位置与元素基态原子的电子排布结构一一对应。
而原子电子排布结构相似的元素组成一族，它们的宏观反应性质相似。
例如之前学习的碱金属、卤素，其位置、结构、性质关系可用下表表示
卤素 碱金属
周期表中的位置 第1列 第17列
价电子排布 ns1 ns2np5
原子得/失电子倾向 易失1个电子变为稀有气体结构的1价阳离子 易得1个电子变为稀有气体结构的1价阴离子
单质典型性质 强还原性 强氧化性
第1课时
教学目标
1.了解元素周期表的发展历史，体会科学家挖掘科学规律的方法，他们依据何种实验证据，对周期表模型做出了怎样的改进。
2.知道运用构造原理书写元素的基态原子的电子排布式，能运用电子排布式解释元素周期系的基本结构。
3.知道价层电子及价层电子排布，能从原子价层电子数目和价层电子排布角度解释元素周期表的分区、周期和族的划分。
教学重难点
构造原理如何决定了元素周期表的形式
周期表的分区，不同分区元素价电子构型的特征
教学过程
一、新课导入
回顾关于元素周期表的一些基础知识：
（1）周期表中周期和族的概念是什么？
（2）周期表中现在共有多少个周期和多少个族？
（3）运用元素周期表你能为解决一些问题提供思路和方向么？
比如寻找催化剂该去哪里寻找？寻找半导体材料该去哪里寻找？
【交流分享】
不同学习小组围绕元素周期表、周期律的发现与发展，结合自己所学，绘制了好了特色周期表，请不同小组进行展示，简述设计理念中包含的化学知识。
【思维启迪】
（1）1869年门捷列夫就制作出了历史上第一张周期表，他制作的依据是什么？
（2）门捷列夫的周期表与今天我们所使用的周期表有何异同？
（3）是否还有其他类型的周期表？
（4）…………
二、讲授新课
一、元素周期律、元素周期系和元素周期表
1.基本概念
元素周期律：元素的性质随元素原子的核电荷数递增发生周期性递变
元素周期系：元素按原子核电荷数递增排列的序列
元素周期表：元素周期系通过表格形式呈现
2.周期表的历史发展及对我们的启示
1869年，门捷列夫按相对原子质量从小到大的顺序将元素排列起来，得到一个元素序列，并从最轻的元素氢开始编号，称为原子序数。
1913年莫塞莱证明原子序数即原子核电荷数。
结合书后的元素周期表引导学生思考：
【提问】（1）门捷列夫按相对原子质量从小到大的顺序将元素排列起来并编号，这样的排序跟按照核电荷数排序不完全一致。结合书后的周期表，你能找出1-36号元素中，哪两个元素在最初排序中排反了么？为什么会出现核电荷数小但相对原子质量大的情况？
【讲解】28号元素Ni（相对原子质量58.69）排在了27号元素Co（相对原子质量58.93）之前。相对原子质量由同一种元素的各种同位素质量加权平均而来。而每种核素的质量除去质子外，还有相当大一部分是由中子提供的。Co存在质量较大的核素。
【提问】（2）相对原子原子质量的大小顺序和核电荷大小顺序并不一致，但为什么门捷列夫的初版周期表已经与当代周期表具有很大的相似性了？从中我们能得到怎样的启示？
【讲解】原子的质量主要由质子数和中子数决定。随着原子核中质子数的增加，中子数整体上也呈增加趋势。因此原子质量会表现出随核电荷数增加而增加的趋势（特例较少）。
门捷列夫虽然最初没有直击本质，但仍抓住了变量递增中的主要矛盾，故其初版周期表就很有指导意义。
【问题总结】引导学生认识在解决科学问题中，要抓住主要矛盾：
门捷列夫虽然最初没有直击本质，但仍抓住了变量递增中的主要矛盾，故其初版周期表就很有指导意义。
【科学史话】
学生阅读教材P18-19的内容，对比不同科学家提出的元素周期表，并思考下面的问题
【提问】（1）图1-14是门捷列夫周期表的修订版，观察该周期表，你认为该表有哪些科学性、有哪些局限性？造成局限性可能的原因是什么？
【讲解】该周期表的科学性体现在元素已经按照七个周期分好，从第四周期开始，在族的划分上也出现“主族”“副族”的概念。（虽然其内涵与现在的主族、副族不同）
该周期表的局限性体现在门捷列夫将IA、IIA和IIIB~VIIB放在一起，而将IB、IIB和IIIA~VIIA放在一起。门捷列夫依据的是宏观元素的性质，如化合价，进行的编排。
造成这种局限性的主要原因是那个时代人类对原子结构的了解有限，无法从微观的角度，电子排布角度系统认识原子。
【提问】（2）图1-15是维尔纳元素周期表，观察该周期表，你认为该表的科学性进步体现在何处、有哪些局限性？
【讲解】该周期表的科学性体现在元素在列的排布上已经有了现代周期表的雏形，同族元素上下对齐。主族元素、过渡金属、稀有气体、镧系、锕系的区域一目了然。
局限性体现在他将Be、Mg两元素放在了IIB族的上方。造成这种局限性的可能原因是Be、Mg、Zn、Cd、Hg都容易形成二价的阳离子，因此在做性质归纳时放在了一起。
【提问】（3）图1-16是玻尔对汤姆孙元素周期表的改进版，观察该周期表，你认为该表的科学性进步体现在何处？
【讲解】该周期表的科学性体现在把21~28号、39~46号、57~70号等元素用方框框起，玻尔认识到这些框内元素的原子新增加的电子是填入到内层轨道的，他已经从微观的原子结构解释周期系了。
他用直线连接前后周期的同族元素，主要依据它们价电子数相等。这是从电子排布的角度对族进行分类，相较于依据元素性质的分族，更深入微观。
二、构造原理与元素周期表
1.初探构造原理与元素周期表
若以一个方格代表一种元素，每个周期排一个横排，并按s、p、d、f分段，在教材的图1-17方格中填入数字，每一行从1开始填，数一数每行有多少种元素？
每行依次有2、8、8、18、18、32、32种元素。
深度思考：
【提问】（1）在计数的基础上，结合构造原理，说明每个周期里的元素数与元素的原子结构有何关联？
每个周期逐步讨论，寻找规律，归纳总结。
【讲解】每个周期第一种元素原子总是从ns能级开始，填入第1个电子，随着原子序数递增，新增的电子依次填入(n-2)f、(n-1)d、np能级，直至p能级填满6个电子结束。最后的原子满足ns2np6的电子构型，其对应每个周期中稀有气体元素的原子。
由于不同的能层含有的能级数不同，进一步的可以分为下面的几种情况：
①第一能层只有1s能级，1条轨道总共能容纳2个电子，它只包含2种元素
②第二、三周期用到了ns、np（n=2、3）两个能级，4条轨道，总共能容纳8个电子，故二、三周期总共8种元素
③第四、五周期用到了ns、(n-1)d、np（n=4、5）三个能级，9条轨道，总共容纳18个电子，故四、五周期总共18种元素
③第六、七周期用到了ns、 (n-2)f、(n-1)d、np（n=6、7）四个能级，16条轨道，总共容纳32个电子，故六、七周期总共32种元素
小结：
每个周期中的元素数等于相应能级组合（ ns、(n-2)f、(n-1)d、np ）全部轨道所能容纳的电子总数。
【提问】（2）在问题（2）的基础上，你发现元素的周期序数与元素的原子结构有何关系？
【讲解】元素的周期序数等于其基态原子的能层数（Pd除外）
从电子排布式看，若价层电子能级为ns、np，则该元素位于第n周期。
【提问】（3）图1-17怎样变为书末的元素周期表？移动过程中的主要依据是什么？
【讲解】将图中第二到第七周期的所有p区与p区上下对齐，d区与d区上下对齐，
第六、第七周期的f区与f区的上下对齐，并将它们单列为两行放在主表的下方（即镧系和锕系），将1s2的He移到第一行最右侧，即可得到书末的周期表。
这样做的主要依据是最后一个电子填入的能级相同，且同一纵列元素的价电子数相同，这样排列有利于研究同族元素的相似性与递变性。
【提问】（4）观察书后的周期表，元素周期表共有多少列？各列的价电子数各为多少？主族元素的价电子数与其族序数有何关系？
【讲解】元素周期表共18列，最左侧第1列价电子数为1，从第1列到第12列，价电子数从1增加到12，从第13列到第18列，价电子数从3增加到8。
主族元素的价电子数等于其主族序数。
【提问】（5）为什么元素周期表中非金属元素主要集中在右上角三角区内？
【讲解】非金属元素的最外层电子数一般≥4，
其价电子构型一般为ns2np2~6，它们的最后一个电子填入的是某周期能级组合（ ns、(n-2)f、(n-1)d、np ）中最后的np轨道，故一定会在某周期中靠后（右）的位置出现。
【提问】（6）从构造原理和价电子的角度看，为何长周期比短周期多出的元素全部都是金属元素？
【讲解】在4s、5s能级填满2个电子后，后续增加的电子优先填入3d、4d能级，这使得这些元素的最外层电子数始终不超过2（Pd除外）。
镧系、锕系则是优先填入4f、5f能级，这些元素的最外层电子数始终不超过2。
微观上看，它们的最外层电子数与主族典型金属元素相同，故它们宏观上表现出的也是金属的性质。
【提问】（7）为什么副族元素又称为过渡元素？过渡元素价电子数跟它们的族序数有什么关系？写出它们的价电子排布式通式。
【讲解】副族元素处于由金属元素向非金属元素过渡的区域，因此又称过渡元素。
过渡元素价电子数与它们族序数的关系是：
①第IIIB族到第VIIB族元素的价电子数等于它们的族序数
②第VIII族有3列元素，该族的第1列元素的价电子数等于其族序数
③第IB、IIB族的最外层电子数等于它们的族序数
过渡元素的价电子排布通式为(n-1)d1~10ns1~2（不考虑镧系锕系）
【提问】（8）按照核外电子排布，可把元素周期表划分分成5个区，如图所示。除ds区外，各区的名称来自按照构造原理最后填入电子的能级的符号。s区、d区，p区分别有几列？为什么s区（除H）、d区和ds区的元素都是金属元素？
【讲解】s区有2列，d区有8列，p区有6列。
s区元素的价电子排布通式为ns1~2，
d区元素的价电子排布通式为(n-1)d1~9ns1~2
ds区元素的价电子排布通式为(n-1)d10ns1~2
它们的最外层电子数均不超过2，在化学反应中容易失去电子，
所以这三个区的元素都是金属元素。
例1. 依据电子排布式判断下列各元素
（1）是主族元素还是副族元素？
（2）位于周期表的第几周期和哪个族？
（3）属于哪个分区？
①1s22s22p63s23p5 ②[Kr]4d105s25p2
③[Ar]3d34s2 ④[Ar]3d104s1
⑤[Ar]4s1 ⑥[Ar]3d64s2
将你的判断过程、依据整合，给出依据电子排布式进行信息判断的步骤与方法，下节课交流讨论。
三、课堂小结
1. 从1869年门捷列夫制作的第一张周期表，到1950年国际纯粹与应用化学联合会推荐的周期表（书后周期表），经历近一个世纪的时间。
在这个过程中，人们对周期表、周期律的认识是螺旋上升的，认识视角也从宏观元素物质性质逐步转移到微观原子结构、核外电子排布。
量子力学发展后，人类对原子结构的深刻认识反过来又更好的指导了对元素性质的解释与预测。
2. 从构造原理的角度，我们进一步的理解了元素周期表结构：
元素在周期表中所处的位置与元素基态原子的电子排布结构一一对应。
而原子电子排布结构相似的元素组成一族，它们的宏观反应性质相似。
例如之前学习的碱金属、卤素，其位置、结构、性质关系可用下表表示
卤素 碱金属
周期表中的位置 第1列 第17列
价电子排布 ns1 ns2np5
原子得/失电子倾向 易失1个电子变为稀有气体结构的1价阳离子 易得1个电子变为稀有气体结构的1价阴离子
单质典型性质 强还原性 强氧化性