高一化学必修二元素周期律（第三课时）

元素周期律(第三课时)：元素周期表和元素周期律的应用
教学目标：
1、通过阅读元素周期律的发现史资料，体会科学研究的方法的重要性，感受科学研究对创新的要求。
2、通过精选习题的练与思，巩固元素周期表、元素周期律的相关知识,知道元素周期律是原子核外电子排布周期性变化的结果。
3、利用元素周期律比较原子的半径大小，总结出影响简单粒子半径大小的因素的规律，并应用来比较简单离子的半径大小。
4、根据实验事实推断元素在周期表中的位置及原子结构等，从“元素——具体物质”的互推角度理解和掌握“位—构—性”的关系。
5、介绍各界人士尤其学生对元素周期表的创新研究成果，激发学生的创新欲望，并通过课外作业形式转化为实际行动。
重、难点：知识的应用和新旧知识的整合。
教学过程：
三、元素周期表和元素周期律的应用
1、元素周期律的发现
[阅读]：从18世纪中叶到19世纪中叶的100年间，随着科学技术的发展，新的元素不断地被发现。到1869年，人们已经知道了63种元素，并积累了不少关于这些元素的物理、化学性质的资料。因此，人们产生了整理和概括这些感性材料的迫切要求。在寻找元素性质间的内在联系的同时，提出了将元素进行分类的各种学说。
1829年，德国人德贝莱纳（Dobereiner，1780—1849）根据元素性质的相似性提出了“三素组”学说。他归纳出了5个“三素组”：
Li
Na
K
Ca
Sr
Ba
P
As
Sb
S
Se
Te
Cl
Br
I
在每个“三素组”中，中间元素的相对原子质量大致等于其他两种元素相对原子质量的平均值，有些性质也介于其他两种元素之间。但是，在当时已经知道的54种元素中，他却只能把15种元素归入“三素组”，因此，不能揭示出其他大部分元素间的关系。但这却是探求元素性质和相对原子质量之间关系的一次富有启发性的尝试。
1864年，德国人迈耶耳（Meyer，1830—1895）把当时已知的元素按相对原子质量由小到大的顺序排列，发现从任意一种元素算起，每到第八种元素就和第一种元素的性质相似，犹如八度音阶一样，他把这个规律叫做“八音律”。但是，由于他没有充分估计到当时的相对原子质量测定值可能有错误，没有为这些元素留下空位。因此，他按“八音律”排的元素表在很多地方是混乱的，没能正确地揭示出元素间的内在联系的规律。
1869年，门捷列夫在继承和分析了前人工作的基础上，对大量实验事实进行了订正、分析和概括，成功地对元素进行了科学分类。他总结出一条规律：元素（以及由它所形成的单质和化合物）的性质随着相对原子质量的递增而呈周期性的变化。这就是元素周期律。他还根据元素周期律编制了第一张元素周期表，把已经发现的63种元素全部列入表里。他预言了了和硼、铝、硅相似的未知元素（门捷列夫叫它们类硼、类铝和类硅元素，即以后发现的钪、镓、锗）的性质，并为这些元素在表中留下了空位。他在周期表中也没有机械地完全按照相对原子质量数值由小到大的顺序排列，并指出了当时测定的某些元素的相对原子质量数值可能有错误。若干年后，他的预言和推测都得到了证实。门捷列夫工作的成功，引起了科学界的震动。人们为了纪念他的功绩，就把元素周期律和元素周期表称为门捷列夫元素周期律和门捷列夫元素周期表。但是由于时代的局限，门捷列夫揭示的元素内在联系的规律还是初步的，他未能认识到形成元素性质周期性变化的根本原因。
20世纪以来，随着科学技术的发展，人们对于原子的结构有了更深刻的认识。人们发现，引起元素性质周期性变化的本质原因不是相对原子质量的递增，而是核电荷数（原子序数）的递增，也就是核外电子排布的周期性变化。这样才把元素周期律修正为现在的形式，同时对于元素周期表也做了许多改进，如增加了0族。
[思考]：通过以上阅读，你有哪些体会？（科学方法方面、创新意识方面）
2、元素周期表和元素周期律的应用
学习上—“位—构—性”的关系
[练习1]：2004年，某甲宣布发现了一种比F2氧化性更强的单质，某乙宣布制得了一种比HF更稳定的气态氢化物。试分析其可信度并体会应用了什么知识？
[解答]：都不可信
[体会]：1、同周期元素中非金属性最强的是F，同主族元素中非金属性最强的是F，因此F是所有元素中非金属性最强的。2、元素的非金属性强弱体现在几个具体物质的化学性质上：①单质与氢气反应的难易；②气态氢化物的稳定性；③最高价氧化物对应的水化物的酸性强弱。
[练习2]：下列叙述正确的是
原子半径：O金属性：Na>Mg>Al
稳定性：H2O>H2S>H2Se
酸性:H3PO4>H2SO4>HclO4
体会：应用了什么知识？
[解答]：B、C
[体会]：A应用同周期、同主族元素原子半径的变化规律。B应用同周期元素金属性的变化规律。C、D应用同主族元素非金属性的变化规律。
[练习3]：填“
>
”、“=”、“<”
A、碱性：Mg（OH）2
Ca（OH）2
B、酸性：H2CO3
H3PO4
C、酸性：HF
HCl
D、溶解性：Ca（OH）2
Ba（OH）2
体会：应用了什么知识？
[解答]：A、<，B、
<，C、<，D、<
[体会]：A、应用同主族元素金属性的变化规律。B、应用周期性知识无法解答，可从已知知识H2CO3是弱酸、H3PO4是中强酸解决。C、比较元素非金属性强弱应用最高价氧化物对应的水化物的酸性强弱，而不是无氧酸的酸性强弱；HF与HCl的酸性强弱不知，但可从第六主族氧与硫的氢化物的酸性强弱推出规律。D、物理性质不是元素金属性强弱的判断依据，但也有一定的规律性；已知Ca（OH）2微溶，Mg（OH）2，即使不太知道Ba（OH）2
可溶，也可以得出规律进而做出解答。
[点评]：通过新旧知识的整合来解决问题，这也是一种创新。
[练习4]：下列可以说明硫的非金属性比氧弱的是
2H2S
+
O2
=
2H2O
+
S
2Cu
+
O2
==
2CuO;
Cu
+
2S==Cu2S
S
+
O2点燃
SO2
稳定性：H2O
>
H2S
体会：应用了什么知识？
[解答]：A、B、C、D
[体会]：判断元素的性质强弱，不仅可以应用周期律知识，还可以应用氧化还原知识。
[练习5]：按半径从小到大排列下列微粒
A组：S、Cl、K、Ca
[解答]：
Cl[体会]：影响微粒半径的因素
①电子层数—正相关。例：O
<
S
②核电荷数—反相关。例：S
>
Cl
应用以上得出的规律解答B组：
S2—、Cl—、K+、Ca2+
[解答]：
Ca2+
<
K+<
Cl—<
S2—
[体会]：先比较电子层数，电子层数相同再比较核电荷数。
[补充]：③(同一元素不同离子)电荷数—反相关。例：Fe2+
>
Fe3+
（2）科学上—人工合成元素的新进展
原子序数
元素符号
元素名称
合成年份
合成者
104
Rf
金卢
19641969
[苏]弗列洛夫[美]乔索等
105
Db
金杜
19671970
[苏]杜布纳研究所[美]
乔索等
106
Sg
金喜
19741974
[苏]杜布纳研究所[美]
乔索等
107
Bh
金波
19761981
[苏]杜布纳研究所[德]明岑贝格等
108
Hs
金黑
1984
[德]明岑贝格等，达姆施塔特重离子研究中心
109
Mt
金麦
1982
[德]明岑贝格等，达姆施塔特重离子研究中心
110
Uun
1994
[德]达姆施塔特重离子研究中心
111
Uuu
1994
[德]达姆施塔特重离子研究中心
112
Uub
1996
[德]P.阿尔穆勃鲁斯特和S.霍夫曼等,
达姆施塔特重离子研究中心
114
1999
[俄]杜布纳研究所[美]劳伦斯贝克莱国家实验室等合作
116
1999
[美]劳伦斯贝克莱国家实验室等合作
118
1999
[美]劳伦斯贝克莱国家实验室等合作
[注释]:
以上元素名称皆应为一个字,偏旁为金.
[练习6]：1999年，科学家已发现了114号、116号、118号元素，它们分别是金属元素还是非金属元素？
体会应用了什么知识？
[解答]：金属、金属、非金属
[体会]：应用了元素分布规律；所以我们要在理解的基础上记住元素周期表的具体结构，尤其是主族元素的分布规律。
[练习7]：R是元素周期表中第六周期ⅦA族元素,关于R的叙述,不正确的是
A、R是一种非金属元素
B、R的单质常温下是一种深颜色的固体
C、R的氢化物稳定
D、R的最高价氧化物对应水化物是一种酸
[解答]：C
[体会]：代表性主族元素的分布要熟悉，代表物质的结构、物理性质、化学性质的变化规律要能记住或推出。
（3）工农业生产上—“位置相近性质相似”的指导作用
制造新农药—非金属F、Cl、S、P等
寻找新半导体材料—金属与非金属分界线附近Si、Ge等
寻找新催化剂—过渡金属
寻找耐高温、耐腐蚀材料—过渡金属
[练习8]：(2003上海高考)下表是元素周期表的一部分。表中所列的字母分别代表某一化学元素。
b
h
j
a
c
f
i
l
m
e
g
d
k
（1）下列
（填写编号）组元素的单质可能都是电的良导体。
①a、c、h
②b、g、k
③c、h、1
④d、e、f
[解答]：①④
[体会]：电的良导体通常是金属单质，当然还有碳的单质—石墨。
（2）如果给核外电子足够的能量，这些电子便会摆脱原子核的束缚而离去。核外电子离开该原子或离子所需要的能量主要受两大因素的影响：
1．原子核对核外电子的吸引力
2．形成稳定结构的倾向
下表是一些气态原子失去核外不同电子所需的能量（kJ·mol－1）：
锂
X
Y
失去第一个电子
519
502
580
失去第二个电子
7296
4570
1820
失去第三个电子
11799
6920
2750
失去第四个电子
9550
11600
①通过上述信息和表中的数据分析为什么锂原子失去核外第二个电子时所需的能量要远远大于失去第一个电子所需的能量。
。
[解答]：Li原子失去1个电子后形成稳定结构,再失去1个电子很困难
。
[体会]：Li通常只能失去1个电子。
②表中X可能为以上13种元素中的
（填写字母）元素。用元素符号表示X和j形成化合物的化学式
。
[解答]：a；Na2O或Na2O2。
[体会]：X通常只能失去1个电子，应为第一主族元素。
③Y是周期表中
族元素。
[解答]：ⅢA。
[体会]：Y通常只能失去3个电子。
④以上13种元素中，
（填写字母）元素原子失去核外第一个电子需要的能量最多。
[解答]：m。
[体会]：稀有气体元素最难得失电子。
[练习9]:(1998全国高考)BGO是我国研制的一种闪烁晶体材料，曾用于诺贝尔奖获得者丁肇中的著名实验，它是锗酸铋的简称。若知：①在BGO中，锗处于其最高价态
②在BGO中，铋的价态与铋跟氯形成某种共价氯化物时所呈的价态相同，在此氯化物中铋具有最外层8电子稳定结构
③BGO可看作是由锗和铋两种元素的氧化物所形成的复杂氧化物，且在BGO晶体的化学式中，这两种氧化物所含氧的总质量相同。请填空：
（1）锗和铋的元素符号分别是
和
。
（2）BGO晶体的化学式是
。
（3）BGO晶体中所含铋氧化物的化学式是
。
[解答]：
（1）锗和铋的元素符号分别是Ge和Bi。
（2）BGO晶体的化学式是2
Bi2O3 3GeO2或Bi4Ge3O12或Bi4（GeO4）3。
（3）BGO晶体中所含铋氧化物的化学式是Bi2O3。
[体会]：①周期表中的主族元素大多已学过，它们的位置、名称、符号等信息应该掌握；②主族非金属元素的最高价=主族序数=最外层电子数；③BGO等陌生的、复杂的物质的化学式有多种写法，最好写的是氧化物形式（学硅酸盐时学过这种写法），其它写法应能转换为同一结果；④物质的名称反映其某些方面的特点，如BGO就可以写成铋离子与锗酸根离子，进而组合成化学式；⑤在共价化合物中，元素未必显最高价。
[讲解]：共价化合物中，元素的化合价怎么判断，在下一节的教学中将得到解决。
[展示并介绍]:元素周期表的最新研究成果(“化学教育”2000年第5期第43-48页；“化学教育”2006年第1期第63页)。
[作业]：自己绘制一张有创新的元素周期表，参加高一年级的评比。
附：设计思想与特点介绍
1、该部分内容的教学，比较容易流于“大、空”，大谈元素周期律和元素周期表的意义，空谈元素周期律和元素周期表对科研、生产生活的指导意义，学生听后感觉不实在，教师也觉得不满意。为了改变这种状况，本节课从教学目标的确定开始就注意遵守课标、贴近学生实际，注重知识的应用与做题的反思体会，每一条教学目标都有对应的达成措施，把对学生的创新能力、创新意识的培养落到实处。
2、本节课的重点是知识的应用和新旧知识的整合，考虑到方便学生课前准备与课后巩固，采用了讲学案的形式，没有使用课件。从本节课的应用情况来看，应用多媒体尽管有利于教师节约板书时间和展示更多的学生练习，但预先写好的、比较“规范”的答案容易打消学生的积极性，造成部分学生等答案。
3、每个练习后的解答与体会由学生完成为主，其他学生可以完善，教师以引导与提示为主。
4、课堂最后介绍元素周期表的最新研究成果，明示学生“我们也可以创新”、“我们如何创新”，并布置学生课后去进行创新实践，让学生真实体验、充分展示自己的创新才能。