高中化学必修一 专题4.2.1 元素性质的周期性变化规律

第四章  物质结构 元素周期律

第二节 元素周期律

第1课时  元素性质的周期性变化规律

(1)结合有关数据和实验事实认识原子核外电子排布、元素最高化合价和最低化合价、原子半径等随元素原子序数递增而呈周期性变化的规律。

(2)以第三周期元素为例，认识同周期元素的金属性、非金属性等随元素原子序数递增而呈周期性变化的规律，建构元素周期律。

【内容分析】

本节内容的呈现，仍是以原子结构为基础的。由于第一节已经通过两族元素初步建构了“构”“位”“性”的认识模型，本节应用认识模型，通过“思考与讨论”和“探究”活动，引导学生思考并参与知识的建构。

研究第三周期元素的性质变化时，应重在引导学生从中发现规律，所以一些知识是作为发现规律的载体编排进来的。例如，关于铝的知识，课程标准并无明确要求，教材中是将其作为信息给出，目的是使学生从中发现变化的趋势，总结出规律。探究“第三周期元素性质的递变”过程中，应用了预测方法模型，通过设计“问题提出一实验(事实)验证-结论分析”的探究思路,并运用比较、信息处理等方法，引导学生体验探索规律的过程，学习科学研究的方法。

【教学重点和难点】

重点：元素周期律的含义和实质;

难点：第三周期元素性质的递变规律

【教学流程】

思考：通过对碱金属元素、卤素的结构和性质的研究，我们已经知道同主族元素的性质有相似性和递变性。那么，同一周期的元素结构有什么相似性和递变性？性质又有什么变化规律？

【学习任务一】同一周期元素原子结构的变化规律

思考与讨论：观察表4-5，思考并讨论:随着原子序数的递增，元素原子的核外电子排布、原子半径和化合价各呈现什么规律性的变化?

在下图中继续画出3-18号元素以原子序数为横坐标、原子的最外层电子数为纵坐标的折线图。观察所画图形，你得到什么结论？

在上图中画出以3-18号元素原子序数为横坐标、元素的主要化合价（最高化合价和最低化合价）为纵坐标的折线图（第二周期用红笔，第三周期用蓝笔）。观察所画图形，你得到什么结论？

规律：

同周期，从左到右（随着原子序数的递增），  最外层电子数：1→8 逐渐增加（第一周期除外）

呈现周期性变化

规律：同周期，从左到右（随着原子序数的递增），

最高正价：+1→+7（O/F除外，第一周期除外）   最低化合价：-4→-1→0 （第一周期除外）

呈现周期性变化

非金属元素：│最高正价│+│最低负价│＝________ （O、F除外）

将上述结论填入P102的表格中

【设计意图】通过折线图的绘制，学生更能直观地感受到元素原子结构的变化规律，更有利于学生的归纳总结。且通过自主动手，能更好落实证据推理和模型构建素养。

思考：结构决定性质。那么元素的金属性和非金属性是否也随着原子序数的递增而呈现周期性的变化呢？

【学习任务二】同一周期元素性质的变化规律

如何用事实证明？以第三周期为例，

证明金属性Na>Mg>Al，非金属性Si<P<S< Cl？

【探究1-金属性探究】

1、设计方案：如何证明金属性Na>Mg>Al？尽可能提出多种方案。理论依据是什么？

依据金属性强弱比较方法---------方案

（1）单质与水反应的难易程度

（2）单质与酸反应的剧烈程度

（3）最高价氧化物对应水化物的碱性强弱

（4）金属间的置换反应

2、设计反思：

评价上述方案,哪些方案可行性高？

    条件、操作简单，现象明显                   

本实验重在不同金属的金属性，为了使实验更严谨，要注意控制哪些实验条件？

控制变量法：固体表面积、c盐酸、温度等

单质与水反应的难易程度：Na>Mg

【设计意图】通过实验探究，落实科学探究和实验创新素养，通过归纳分析落实证据推理和模型认知素养。

思考：通过实验比较和信息获取，你得出的结论是什么?与最初的推测一致吗?由此,你对原子结构与元素性质的关系又有哪些认识?

根据实验，可得出第三周期元素金属性、非金属性的递变规律:

 对其他周期元素性质进行研究,也可以得到相似的结论。

元素周期律：元素的性质随着原子序数的递增而呈周期性的变化。

【设计意图】通过事实探讨，落实证据推理和模型认知素养。

【评价任务一】

【典例】a、b、c、d为原子序数依次增大的短周期主族元素,a原子核外电子总数与b原子次外层的电子数相同;c所在周期数与族数相同;d与a同族,下列叙述正确的是              (　　)

A.原子半径:d>c>b>a

B.4种元素中b的金属性最强

C.c的氧化物的水化物是强碱

D.d单质的氧化性比a单质的氧化性强

【答案】B

【评价任务二】

(2020·南通高一检测)下列不能说明氯的非金属性比硫强的事实是

①HCl比H2S稳定

②HCl和H2S的水溶液前者的酸性强

③HClO4酸性比H2SO4强

④Cl2能与H2S反应生成S

⑤氯原子能得1个电子变成稳定离子,而硫原子能得两个电子

⑥Cl2与Fe反应生成FeCl3,S与Fe反应生成FeS

A.①②④　              B.①②⑥

C.②⑤               D.①③⑤

【答案】C

【评价任务三】

【典例】(2020·厦门高一检测)短周期元素甲～戊在元素周期表中的相对位置如表所示,下面判断正确的是              (　　)

A.原子半径:丙<丁<戊

B.金属性:甲>丙

C.氢氧化物碱性:丙>丁>戊

D.最外层电子数:甲>乙

【答案】C

【评价任务四】

(2020·杭州高一检测)下表为元素周期表中短周期的一部分,Y元素最高正价与最低负价的代数和为4,下列叙述正确的是 (　　)

A.原子半径:W<X<Y

B.元素的非金属性:X>Z>Y

C.氢化物的热稳定性:W<X

D.氧化物对应水化物的酸性:Y<Z

【答案】B

【设计意图】通过学习评价，及时落实必备知识，提升关键能力。

【思考与讨论】

本栏目的目的是引导学生对教材表4-5中呈现的数据进行处理，并从中找出元素的原子核外电子排布、原子半径和化合价的变化规律。教学中，除了通过归纳数据填写栏目中的表格外，还可以引导学生采取多样化的数据处理方法，如绘制直方图、折线图等。为了提高课堂效率，教师可以在课前发给学生空白坐标图。

【探究】

第三周期元素性质的递变

钠、镁、铝的性质实验简单易做，现象比较明显且安全。有条件的学校可将钠、镁、铝的性质实验设计为学生的分组实验，实验方案不做统- .规定， 要求各小组自行设计实验方案,然后全班进行交流，最后综合总结出最佳方案。活动中要注意培养学生的求异思维能力。

镁与水的反应，看不到产生的氢氧化镁，因此可通过酚酞指示剂的变色去确定氢氧化镁的生成。镁与水反应产生的氢气量较少，不易点燃。为了清楚地看到生成物产生的气泡，而不是加热时由于水沸腾而产生的气泡，应该在停止加热、水不再沸腾时立即观察。也可利用KCI、NaCl等有阻止氢氧化镁薄膜在镁条上形成的作用，将水改成食盐水等进行实验。

实验步骤:取一段擦去表面氧化膜的镁条，卷成螺旋状,插入盛有食盐水的试管中,再将试管倒插在盛有食盐水的烧杯中，可以观察到镁持续不断地跟水反应，几分钟后，白色的氢氧化镁沉淀聚积在烧杯底部。

在镁与水反应的基础上，可引导学生分析铝与水是否反应，并联系铝制品可作炊具的生活实际。

注意事项:①食盐水可以用饱和食盐水稀释一倍获得; ②提示学生，氢氧化钠溶液与镁盐溶液反应生成氢氧化镁沉淀， 但不能用此实验来证明氢氧化钠的碱性比氢氧化镁强。

【练习与应用】教材P106

1.元素周期表的第三周期元素，从左到右，原子半径逐渐_____ ; 元素的金属性逐渐_____，非金属性逐渐____。该周期元素中，最高价氧化物对应的水化物碱性最强的是_(填元素符号，下同);最高价氧化物对应的水化物呈两性的是______;最高价氧化物对应的水化物酸性最强的是___________

【答案】减小  减弱   增强   Na   Al    Cl

2.根据元素周期表中1~20号元素的性质和递变规律，填写下列空白。

(1)属于金属元素的有_____种， 属于稀有气体元素的有_____ ( 填元索符号，下同)。

(2)第三周期中，原子半径最大的元素是(稀有气体元素除外)___________

(3)推测Si、N的非金属性强弱:______大于___________

(4)第三周期中金属性最强的元素与氧气反应，生成的化合物有___________

(写出两种化合物的化学式)。

【答案】(1)7

He、Ne、Ar

(2 )Na

(3)N   Si

(4 )Na2O    Na2O2

【补充练习】

【典例】a、b、c、d为原子序数依次增大的短周期主族元素,a原子核外电子总数与b原子次外层的电子数相同;c所在周期数与族数相同;d与a同族,下列叙述正确的是              (　　)

A.原子半径:d>c>b>a

B.4种元素中b的金属性最强

C.c的氧化物的水化物是强碱

D.d单质的氧化性比a单质的氧化性强

【答案】B

(2020·南通高一检测)下列不能说明氯的非金属性比硫强的事实是

①HCl比H2S稳定

②HCl和H2S的水溶液前者的酸性强

③HClO4酸性比H2SO4强

④Cl2能与H2S反应生成S

⑤氯原子能得1个电子变成稳定离子,而硫原子能得两个电子

⑥Cl2与Fe反应生成FeCl3,S与Fe反应生成FeS

A.①②④　              B.①②⑥

C.②⑤               D.①③⑤

【答案】C

【典例】(2020·厦门高一检测)短周期元素甲～戊在元素周期表中的相对位置如表所示,下面判断正确的是              (　　)

A.原子半径:丙<丁<戊

B.金属性:甲>丙

C.氢氧化物碱性:丙>丁>戊

D.最外层电子数:甲>乙

【答案】C

(2020·杭州高一检测)下表为元素周期表中短周期的一部分,Y元素最高正价与最低负价的代数和为4,下列叙述正确的是 (　　)

A.原子半径:W<X<Y

B.元素的非金属性:X>Z>Y

C.氢化物的热稳定性:W<X

D.氧化物对应水化物的酸性:Y<Z

【答案】B