元素性質(zhì)及其變化規(guī)律+教學(xué)設(shè)計高二下學(xué)期化學(xué)人教版（2019）選擇性必修2

2/2第3節(jié)元素性質(zhì)及其變化規(guī)律第1課時原子半徑及其變化規(guī)律【教材分析】本節(jié)教材的編寫就是建立在學(xué)生學(xué)習(xí)了核外電子排布和核外電子排布與元素周期表關(guān)系的基礎(chǔ)上，通過"聯(lián)想·質(zhì)疑"引出學(xué)習(xí)目的;通過"聯(lián)想·質(zhì)疑""觀察·思考""交流·研討"中的活動，引導(dǎo)學(xué)生在活動中主動認識元素原子核外電子排布周期性變化對原子半徑、原子得失電子能力的影響，使他們對元素周期律的認識更為深刻，并能構(gòu)建起新的"構(gòu)（原子結(jié)構(gòu)）—位（元素在周期表中的位置）—性（元素性質(zhì)）"三者關(guān)系的認識平臺。本節(jié)課在學(xué)生認識元素原子核外電子排布周期性變化對原子半徑、得失電子能力的基礎(chǔ)上，進一步學(xué)習(xí)元素原子核外電子排布周期性變化對元素電離能、電負性等性質(zhì)的本質(zhì)影響，使他們對元素周期律的認識更為深刻，進一步加深"構(gòu)（原子結(jié)構(gòu)）—位（元素在周期表中的位置）—性（元素性質(zhì)）"三者關(guān)系的?！窘虒W(xué)目標(biāo)與核心素養(yǎng)】證據(jù)推理與模型認知：（1）了解原子半徑的周期性變化，能用原子結(jié)構(gòu)的知識解釋主族元素原子半徑周期性變化的原因；（2）了解電離能的概念及其內(nèi)涵，認識主族元素電離能的變化規(guī)律，知道電離能與元素化合價的關(guān)系。宏觀辨識與微觀探析（1）了解同周期、同主族元素性質(zhì)的遞變規(guī)律以及與原子核外電子排布的關(guān)系；（2）知道主族元素電負性與元素性質(zhì)的關(guān)系，認識主族元素電負性的變化規(guī)律，培養(yǎng)的化學(xué)核心素養(yǎng)。【教學(xué)重難點】同周期、同主族元素原子半徑的變化規(guī)律、原子半徑大小比較；電離能與電負性變化規(guī)律【教學(xué)過程】【知識回顧】結(jié)合學(xué)案，學(xué)生回顧有關(guān)元素周期律的內(nèi)容和實質(zhì)。【引入】通過必修課的學(xué)習(xí)我們了解到，隨著核外電子排布的周期性變化元素原子的半徑、化合價、得失電子能力等性質(zhì)也呈現(xiàn)周期性變化?！就队啊侩娮釉颇Ｐ汀舅伎肌恳罁?jù)量子力學(xué)理論，核外電子從原子核附近到離核很遠的地方都有可能出現(xiàn)，因此原子并不是一個具有明確"邊界"的實體。這就是說，原子并沒有經(jīng)典意義上的半徑。那么，原子半徑是如何測定的呢？【講述】由于核外電子運動區(qū)域的大小對于元素原子的性質(zhì)有很大的影響，為了便于討論這方面的問題，人們便假定原子是一個球體，并采用統(tǒng)計的方法來測定它的半徑。具體方法請大家閱讀教材“追根尋源”欄目?！就队啊俊居^察思考】在周期表中隨著原子序數(shù)的周期性變化，元素原子的半徑呈現(xiàn)什么變化規(guī)律？觀察教材P21“元素的原子半徑及相應(yīng)的比例模型”，總結(jié)歸納元素的原子半徑隨著元素原子序數(shù)的遞增呈現(xiàn)的周期性變化規(guī)律?！就队啊俊景鍟恳?原子半徑及其變化規(guī)律1.主族元素主族元素同周期從左至右原子半徑逐漸減小，同主族自上至下原子半徑逐漸增大?！就队啊俊舅伎肌恐髯逶赝芷趶淖笾劣以影霃街饾u減小，同主族自上至下原子半徑逐漸增大的原因是什么？【講述】主族元素同周期從左至右，電子層數(shù)相同，核電核數(shù)和核外電子數(shù)逐漸增加，增加電子產(chǎn)生的電子間的排斥作用小于核電荷數(shù)增加導(dǎo)致的核對外層電子的吸引作用。同主族自上至下電子層數(shù)逐漸增大，核電荷數(shù)和核外電子數(shù)增加，核電荷數(shù)增加導(dǎo)致的核對外層電子的吸引作用小于增加電子產(chǎn)生的電子間的排斥作用?！景鍟?.過渡元素【講述】同一周期自左至右原子半徑逐漸減小，但變化幅度不大。原因是同一周期過渡元素增加的電子都分布在(n－1)d軌道上，電子間的排斥作用與核對電子的吸引作用大致相當(dāng)?！窘涣餮杏憽?．影響原子半徑大小的因素是什么？2．同一周期原子半徑自左至右逐漸減小，同一周期(如第3周期)離子半徑是否逐漸減??？3．同一主族原子半徑自上而下逐漸增大，同一主族離子半徑是否逐漸增大？【遷移應(yīng)用】完成學(xué)案遷移應(yīng)用題目，總結(jié)歸納比較原子半徑大小的方法?！練w納總結(jié)】微粒半徑大小的比較方法1．影響微粒半徑的因素主要是核電荷數(shù)和電子層數(shù)。同周期中，核電荷數(shù)越大，半徑越??；同主族中，電子層數(shù)越多，半徑越大。2．陽離子半徑小于對應(yīng)的原子半徑，陰離子半徑大于對應(yīng)的原子半徑，r(Na＋)＜r(Na)，r(S)＜r(S2－)。3．電子層結(jié)構(gòu)相同的離子，隨核電荷數(shù)增大，離子半徑減小，如r(S2－)＞r(Cl－)＞r(K＋)＞r(Ca2＋)。4．不同價態(tài)的同種元素的離子，核外電子多的半徑大，如r(Fe2＋)＞r(Fe3＋)，r(Cu＋)＞r(Cu2＋)。【思考】素周期表中元素原子得失電子能力呈現(xiàn)的遞變規(guī)律是什么？如何利用原子半徑和價電子數(shù)進行解釋？同周期自左至右元素原子得失電子能力如何變化？同主族自上至下元素原子得失電子能力如何變化？【自主閱讀】閱讀教材相關(guān)內(nèi)容，歸納總結(jié)有關(guān)規(guī)律。【講述】同周期元素原子的電子層數(shù)相同，從左到右原子半徑逐漸減小，原子核對外層電子的吸引作用逐漸增強。除稀有氣體元素外，同周期從左到右，元素原子失去電子的能力越來越弱，獲得電子的能力越來越強。同主族元素原子的價電子數(shù)相同，但自上而下原子半徑逐漸增大，原子核對外層電子的吸引作用逐漸減弱。同主族自上而下，金屬元素原子失去電子的能力越來越強，非金屬元素原子獲得電子的能力越來越弱。【投影】【講述】位于元素周期表中金屬與非金屬元素分界線周圍元素的原子獲得或失去電子的能力都不強。【回顧思考】請大家回顧必修內(nèi)容的學(xué)習(xí)，總結(jié)比較元素失電子能力（金屬性）和得電子能力（非金屬性）強弱的方法有哪些？【投影】【投影】元素性質(zhì)遞變規(guī)律項目同周期(從左→右)同主族(從上→下)原子核外電子排布電子層數(shù)相同，最外層電子數(shù)逐漸增多，1→7(第1周期1→2)最外層電子數(shù)相同，電子層數(shù)遞增原子半徑逐漸減小(0族除外)逐漸增大元素主要化合價最高正價由＋1→＋7，最低負價由－4→－1最高正價＝主族序數(shù)(氟、氧除外)，非金屬最低負價＝主族序數(shù)－8(氫除外)原子得、失電子能力得電子能力逐漸增強，失電子能力逐漸減弱得電子能力逐漸減弱，失電子能力逐漸增強元素金屬性、非金屬性金屬性逐漸減弱非金屬性逐漸增強金屬性逐漸增強非金屬性逐漸減弱【板書】二、元素的電離能及其變化規(guī)律1.電離能的定義【講述】氣態(tài)基態(tài)原子或氣態(tài)基態(tài)離子失去一個電子所需要的最小能量稱為電離能，常用符號I表示，單位為kJ·mol-1。【投影】【講述】元素原子失去一個電子的電離能稱為第一電離能，常用符號I1表示；在此基礎(chǔ)上再失去一個電子的電離能稱為第二電離能，常用符號I2表示；以此類推，還有第三、第四電離能等。同一原子的各級電離能之間存在如下關(guān)系：I1<I2<I3……【投影】【板書】2.電離能的含義及應(yīng)用【講述】電離能越小，表示在氣態(tài)時該元素的原子（或離子）越容易失去電子;電離能越大，表示在氣態(tài)時該元素的原子（或離子）越難失去電子。通常運用電離能數(shù)值來判斷金屬元素的原子在氣態(tài)時失去電子的難易程度?！舅伎肌繛槭裁翠囋匾仔纬蒐i＋，而不易形成Li2＋；鎂元素易形成Mg2＋，而不易形成Mg3＋？【總結(jié)】當(dāng)相鄰逐級電離能突然變大時，說明其電子層發(fā)生變化，即同一電子層中電離能相近，不同電子層中電離能有很大的差距。Li原子最外層一個電子，第一電離能小，容易失去，第二電離能為次外層電子不易失去；Mg原子最多外層兩個電子，第一和第二電離能遠大于此外層的第三電離能，易失去兩個電子。【觀察思考】觀察圖1-3-4，請你說明元素的第一電離能隨著元素原子序數(shù)的遞增呈現(xiàn)怎樣的變化規(guī)律，并從原子結(jié)構(gòu)的角度加以解釋。【投影】【板書】3.電離能的變化規(guī)律【講述】同周期元素原子電子層數(shù)相同，但隨著核電荷數(shù)增大，原子核對外層電子的有效吸引作用增強。同一周期的元素，堿金屬元素的第一電離能最小，稀有氣體元素的第一電離能最大;從左到右，元素的第一電離能在總體上呈現(xiàn)從小到大的變化趨勢，表示元素原子越來越難失去電子。【思考】第二周期Be第一電離能大于B,N大于O；第三周期Mg大于Al,P大于S的原因是什么？【講述】具有全充滿、半充滿及全空的電子構(gòu)型的元素穩(wěn)定性較高，其電離能數(shù)值較大。如稀有氣體的電離能在同周期元素中最大，N為半充滿、Mg為全充滿狀態(tài)，其電離能均比同周期相鄰元素大?！就队啊俊局v述】同主族元素原子的價電子數(shù)相同，原子半徑逐漸增大，原子核對外層電子的有效吸引作用逐漸減弱。同主族元素，自上而下第一電離能逐漸減小，表明自上而下原子越來越容易失去電子。過渡元素的第一電離能的變化不太規(guī)則，對同一周期的元素而言，總體上隨元素原子序數(shù)的增加第一電離能從左到右略有增加?！举|(zhì)疑】金屬活動性順序為K、Ca、Na、Mg、Al、Zn、Fe、Sn、Pb、（H）、Cu、Hg、Ag、Pt、Au。鈉元素的第一電離能為496kJ·mol-1，鈣元素的第一電離能和第二電離能分別為590kJ·mol-1、1145kJ·mol-1，表明氣態(tài)鈉原子比氣態(tài)鈣原子更容易失去電子，更加活潑。金屬的活動性順序與金屬元素電離能的大小順序為什么不一致？【投影】【講述】元素第一電離能的周期性遞變規(guī)律與原子半徑和核外電子排布的周期性變化密切相關(guān)。與電離能想對應(yīng)電子親和能的大小反映了氣態(tài)原子獲得電子成為氣態(tài)陰離子的難易程度。請閱讀教材“拓展視野”欄目，了解電子親和能含義?！就队啊俊具^度】盡管電離能（或電子親和能）為理解元素性質(zhì)及其周期性變化提供了工具，但因為其反映的是氣態(tài)原子得失電子的難易程度，當(dāng)用于描述物質(zhì)中不同原子吸引電子的能力、物質(zhì)中原子的電荷分布等情況時會有較大偏差。因此，化學(xué)家嘗試對已經(jīng)測得的物理量進行組合和數(shù)學(xué)處理，以獲得能更好反映變化規(guī)律的參數(shù)?！就队啊俊景鍟咳?、元素的電負性及其變化規(guī)律【講述】電負性用來描述兩個不同原子在形成化學(xué)鍵時吸引電子能力的相對強弱。元素的電負性越大，其原子在化合物中吸引電子的能力越強;元素的電負性越小，其原子在化合物中吸引電子的能力越弱。觀察元素電負性表，總結(jié)元素電負性變化規(guī)律?！就队啊俊究偨Y(jié)】分析元素電負性數(shù)值可以看出，金屬元素的電負性較小，非金屬元素的電負性較大。對主族元素而言，同一周期從左到右，元素的電負性遞增;同一主族自上而下，元素的電負性遞減。因此，電負性大的元素集中在元素周期表的右上角，電負性小的元素集中在元素周期表的左下角。【投影】【講述】電負性標(biāo)度的建立是為了量度原子對成鍵電子吸引能力的相對大小?；诮⒛Ｐ偷牟煌悸泛头椒?，可以有不同的電負性標(biāo)度。至今化學(xué)家建立電負性標(biāo)度的方法還在不斷更新。利用元素的電負性數(shù)值可以判斷元素的活潑性、化合價以及化學(xué)鍵的性質(zhì)。請大家閱讀教材相關(guān)內(nèi)容，了解電負性的應(yīng)用?！就队啊俊練w納總結(jié)】比較元素電負性大小的方法（1）同一周期從左到右，原子電子層數(shù)相同，核電荷數(shù)逐漸增大，原子半徑逐漸減小，原子核對外層電子的有效吸引作用逐漸增強，電負性逐漸增大。（2）同一主族從上到下，原子核電荷數(shù)增大，電子層數(shù)逐漸增加，原子半徑逐漸增大，原子核對外層電子的有效吸引作用逐漸減弱，電負性逐漸減小。（3）對副族而言，同族元素的電負性也大體呈現(xiàn)主族元素的變化趨勢。因此，電負性大的元素集中在元素周期表的右上角，電負性小的元素位于元素周期表的左下角。（4）非金屬元素的電負性一般比金屬元素的電負性大。（5）二元化合物中，顯負價的元素的電負性更大。（6）不同周期、不同主族兩種元素電負性的比較可找第三種元素(與其中一種位于同主族或同周期)進行參照?！窘涣餮杏憽吭氐脑影霃健⒌谝浑婋x能、電負性等從不同角度對元素性質(zhì)進行了描述，請你利用教材中所給出的短周期元素的原子半徑、第一電離能及電負性數(shù)據(jù)，通過作圖尋找它們之間的關(guān)系和規(guī)律，以及它們與金屬活動性順序之間的關(guān)系。基于圖象對這些關(guān)系和規(guī)律進行描述和討論，并與同學(xué)分享你的體會?！就队啊俊菊故尽空故緦W(xué)生作圖，并分享其體會【總結(jié)】隨著原子序數(shù)的遞增，原子半徑、第一電離能、電負性均呈現(xiàn)周期性變化。同周期原子序數(shù)增大，原子半徑逐漸減小，第一電離能趨于增大（有起伏），電負性逐漸增大?！景鍟克?、原子結(jié)構(gòu)與元素性質(zhì)的周期性變化規(guī)律元素周期律的實質(zhì)元素原子核外電子排布的周期性（1）同族元素性質(zhì)相似的原因是元素原子的價電子排布相似；同族元素性質(zhì)遞變的原因是元素原子核外電子層數(shù)的增加。（2）同周期元素性質(zhì)變化的原因是元素原子核電荷數(shù)的增加。2.具體內(nèi)容原子結(jié)構(gòu)與元素性質(zhì)同周期主族元素（左→右）同主族元素（上→下）最外層電子數(shù)逐漸增多（1e-→7e-）相同原子半徑逐漸減小逐漸增大主要化合價最高正價：+1→+7（O、F除外）；最低負價：-4→-1最高正價相同（O、F除外）；最低負價相同；最高正價=主族序數(shù)（O、F除外）第一電離能總體上呈增大的趨勢逐漸減小電負性逐漸增大逐漸減小得失電子能力失電子能力減弱；得電子能力增強失電子能力增強；得電子能力減弱元素的金屬性和非金屬性金屬性逐漸減弱；非金屬性逐漸增強金屬性逐漸增強；非金屬性逐漸減弱最高價氧化物對應(yīng)水化物的酸堿性堿性逐漸減弱；酸性逐漸增強堿性逐漸增強；酸性逐漸減弱非金屬元素氣態(tài)氫化物的穩(wěn)定性逐漸增強逐漸減弱3.元素“位、構(gòu)、性”的關(guān)系【課堂小結(jié)】【教學(xué)反思】本節(jié)課主要是介紹電離能