同主族元素性質探究

教學目標：1.以堿金屬為例，通過實驗探究，從宏觀層面歸納同主族元素性質變化規(guī)律;結合原子結構，從微觀角度探析元素性質變化規(guī)律的本質原因，并找出原子結構與元素性質的關系。

2.滲透“預測”等科學研究方法和“比較、歸納”等信息加工的方法，培養(yǎng)分析處理數據的能力。

3.發(fā)展“宏觀辨識與微觀探析”和“證據推理與模型認知”的學科核心素養(yǎng)。

4.初步滲透“位--構--性”的系統(tǒng)認知模型。

教學重點：堿金屬元素性質的相似性及遞變性;

能夠依據同主族元素性質的遞變規(guī)律預測同主族元素性質。

教學難點：同主族元素原子結構與元素性質的關系。

教學流程：

新課導入：

[復習]1.元素的化學性質由什么決定？

2.元素分為金屬元素和非金屬元素，一般情況下，金屬元素和非金屬元素常表現什么性質？

3.堿金屬元素包含哪些元素及在周期表中位置？

4.總結金屬鈉的性質。

[學生思考回答]

學習任務一認識堿金屬元素的原子結構特點

[思考與討論]完成P93思考與交流表格，回答下列問題：

（1）在周期表中，從上到下堿金屬元素的核電荷數、原子半徑的變化有什么（2）觀察堿金屬元素的原子結構示意圖，它們的原子核外電子排布有什么特點？

[學生活動]完成表格，討論回答問題

匯報結論：堿金屬元素的原子結構特點：

堿金屬元素原子結構的共同點是最外層電子數相同，都是1個電子;不同點是電子層數和原子半徑不同，其變化規(guī)律是隨著核電荷數的增加，電子層數逐漸增多，原子半徑逐漸增大。

[追問]經過分析，得出堿金屬元素的原子結構即存在相似性又存在遞變性，那么這樣的結構特點會對其性質產生怎樣的影響？

[思考回答]結構決定性質，結構有相似，決定性質有相似;結構有遞變，決定性質有遞變。

[追問]性質的相似和遞變如何表現？

[思考回答]與鈉作比較，相似性表現在可以和同樣的物質發(fā)生反應，;遞變性表現在反應條件，劇烈程度及產物的復雜程度不同。

學習任務二預測堿金屬化學性質，并設計實驗驗證

[方法導引]預測是在已有信息的基礎上，依據一定規(guī)律和方法對未知事物所進行的一種推測。在化學研究中，可以根據物質的組成、結構和反應規(guī)律等，預測元素及其化合物的性質、可能發(fā)生的化學反應，并評估所作預測的合理性。

[學生活動]實驗探究：堿金屬化學性質的比較

問題和預測：

（1）結合鋰、鈉和鉀的原子結構特點，請你預測鋰、鉀可能具有哪些與鈉相似的化學性質。

[思考回答]最外層都有一個電子，都易失去電子;預測鋰、鉀和鈉也可以和氧氣、水等物質發(fā)生反應。

實驗和觀察：

[實驗探究1]鈉、鉀與氧氣的反應

[觀察實驗現象]鈉的現象：先熔化成小球，后劇烈燃燒，發(fā)出黃色火焰，生成淡黃色固體

鉀的現象：先熔化成小球，劇烈燃燒，發(fā)出紫色火焰，生成黃色固體

結論K比Na反應更快更劇烈，產物更加復雜

小結堿金屬與O₂的反應

4Li+O₂===2Li₂O（氧化鋰）

4Na+O₂===2Na₂O（氧化鈉）

2Na+O₂===Na₂O₂（過氧化鈉，復雜氧化物）

（復雜氧化物）

[實驗探究2]鈉、鉀與水的反應

[觀察實驗現象]鈉的現象：浮在水面上，熔成光亮的小球，小球四處游動，發(fā)出嘶嘶的響聲，反應后的溶液呈紅色。

2Na+2H₂O=2NaOH+H₂↑

鉀的現象：鉀浮于水面，迅速熔化成銀色小球，四處游動，反應劇烈，有輕微爆炸聲并著火燃燒 ，反應后滴入酚酞，溶液變紅。

2K+2H₂O=2KOH+H₂↑

結論K比Na反應更快更劇烈

小結Li、K都可以和水發(fā)生反應生成對應的堿和氫氣，可用以下通式表示 2R+2H₂O=2ROH+H₂↑（R=Li、Na、K、Rb、Cs）

完成P94分析和結論

[師生共同總結結論，引導學生從原子結構角度分析原因，并預測同主族其它元素化學性質]

小結與最初預測一致，性質相似但有差異

1.堿金屬元素的化學性質的相似性

Li、Na、K都能和氧氣與水發(fā)生反應。反應中，堿金屬元素的化合價都是+1價。

2.堿金屬元素的化學性質的遞變性

3.堿金屬化學性質的相似性和遞變性與原子結構的關系

堿金屬元素原子的最外層上都1個電子，所以他們的化學性質相似，很容易失去最外層電子，

從Li→Cs隨著核電荷數的增加，堿金屬元素原子的電子層數增多→原子半徑逐漸增大→原子核對最外層電子的引力逐漸減弱→原子失去最外層電子的能力逐漸增強→即從Li→Cs，元素金屬性逐漸增強，單質還原性逐漸增強。

方法指導：金屬性：元素原子失去電子的性質，是元素的性質;通過具體物質表現，表現為物質的還原性，還原性是物質的性質。

一般情況下，元素的金屬性強弱可以從其單質與水（或酸）反應置換出氫的難易程度，以及它們的最高價氧化物的水化物一氫氧化物的堿性強弱來判斷。

依據堿金屬金屬性變化規(guī)律，則從Li→Cs，單質與水或酸置換出氫越來越容易，最高價氧化物對應水化物的堿性逐漸增強，CsOH的堿性最強。

學習任務三：認識堿金屬的物理性質

[過渡]]堿金屬在化學性質上有相似性和遞變性，那么物理性質是否也有呢？

[學生活動]自主學習，歸納堿金屬物理性質及變化規(guī)律。

相似性：除銫外都是銀白色，都比較柔軟，有延展性;密度都比較小，熔點也都比較低，導熱性和導電性也都很好。

遞變性：從Li→Cs，密度增大 （K反常小）;熔沸點降低。

學科素養(yǎng)要求在堿金屬結構與性質關系的探究過程中，發(fā)展“宏觀辨識與微觀探析”和“證據推理與模型認知”的學科核心素養(yǎng)。

結論同主族元素從上往下電子層數依次增多，原子半徑逐漸增大，失電子能力逐漸增強。所以金屬性逐漸增強。

山西省太原市第二十中學校?韓雪敏