4.1原子结构与元素周期表（3课时） 教学设计 2022-2023学年高一上学期化学人教版（2019）必修第一册

连山壮族瑶族自治县连山中学 教学设计（教案） 课题 4.1原子结构与元素周期表 教材版本 高中化学人教版必修一 学段 2022-2023学年度第一学期 课型 新授课 计划课时 3课时 备课人 李旭苗 编写时间 2022年12月14日 学科 化学 适用年级 高一 第1课时：原子结构 核素 教学内容分析 《原子结构》是《新课标》中必修课程主题3“物质结构基础及化学反应规律”中一级标题“原子结构与元素周期律”中的内容。本节内容在教材的必修模块中起着承上启下的作用。承上：学生在此前已经学习了钠、氯元素的性质，而原子结构可以从本质上去解释元素的性质，遵循了由具体到抽象，由现象到本质的认知规律。启下：对原子结构的探究为学习元素周期律、化学键以及分析必修二硫、氮元素的性质打下基础。也为学生发展“宏观辨识与微观探析”等核心素养提供有力保障。 本节内容在新人教版教材中位于必修一第四章第一节。而在旧人教版中位于必修二第一章第二节，呈现顺序调整较大。且将质量数、质子数、中子数的表示及关系由“核素”调整到了“原子结构”。旧版教材给出的填写表格是1-20号元素原子核外电子排布，新版教材给出的填写表格是稀有气体元素核外电子排布。整体来说，新版教材内容的编写顺序更符合学生由微观结构总结宏观性质的认知规律，核外电子排布规律也能更好地帮助学生深刻认识元素周期表“族”和“周期”的排布。 学情分析 学生在初中对原子结构已经有所了解，本节内容在初中学习的基础上进一步深化学习原子结构知识。重点在原子构成微粒及其相互关系以及核外电子排布规律上。在能力上，学生已经具备了一定的分析、归纳能力，因此可以通过稀有气体元素原子核外电子排布，让学生自主归纳核外电子排布规律。 教学目标 【教学目标】 1．认识原子核的结构，掌握质量数和符号A、X、Z的含义，并明确各微粒之间的关系。 2．掌握原子核外电子排布的能量规律和数量规律，并会书写前20号元素原子结构示意图。 3．通过对核外电子排布的规律探究，辨别明晰原子结构示意图的正确画法，培养总结归纳、处理问题的能力。 【评价目标】 1．通过对某些原子质量数、质子数、中子数的计算，诊断学生对各符号的认识以及对各符号间关系的认识。 2．通过书写前20号元素原子结构示意图，诊断学生对核外电子排布规律的掌握情况以及对书写原子结构示意图的掌握情况。 重难点分析 重点：原子的构成微粒及相互关系、原子核外电子排布规律。 难点：原子核外电子排布规律。 学法指导 1． 多媒体展示 2．学生讨论 3．归纳法 学生在初中已经学过原子结构的相关知识，所以教学重点放在符号表征，以及核外电子排布规律上。以问题做引导：原子由什么构成？→原子质量如何测量？→如何用符号表示原子？→核外电子排布的能量规律？→核外电子排布的数量规律？→K原子结构示意图的正确画法？学生能够从已知经验解决相关问题，此外，书中的稀有气体元素原子结构示意图可以帮助学生总结归纳核外电子排布规律。 教学用具 希沃多媒体课件 教学环节 教师活动 学生活动 设计意图 课 堂 导 入 了解本章的学习内容，初步构建单元体系 板块一 原 子 结 构 与 质 量 数 （12min） 导入：我们知道在化学变化中的最小微粒是原子。原子结构又是怎样的呢？一起回顾原子结构的发展史 1、构成原子的粒子有哪些？它们是怎样构成原子的？ 2、 质子数、核电荷数和核外电子数之间有什么关系？(原子中的数量关系) 核电荷数=质子数=核外电子数=原子序数 再来看看构成原子的粒子之间的质量关系 3、原子质量主要有哪些微观粒子决定？(质量关系) 质量数（A）＝ 质子数（Z）＋ 中子数（N） 认识质量数： ·如果是离子，各微粒数如何变化？ （原子结构模型演变：古希腊哲学家德谟克利特→墨子→道尔顿→汤姆生→卢瑟福→波尔→薛定谔） 回忆初中所学知识， 作出回答。 回忆相对原子质量的概念，并思考原子质量的计算方法，明晰质子与中子的相对质量 可以发现原子中的原子核体积很小，但质量很大，电子的质量很小，可以忽略 分析： 板块二 原子核外电子排布规律（13min） 过渡：随着人们对原子模型的认识不断深入，现在我们站在巨人的肩膀再来学习原子的核外电子排布 思考：电子处在原子核的引力场中，电子总是先从内层排起，一层充满后再填充下一层。从稀有气体元素原子的电子层排布，从中发现什么规律？ 活动：试写出原子序数为118的元素原子核外电子排布规律 课堂练习1 学生代表： 分析与书写： 板块三 核素与同位素（15min） 思考：这里的14C，13C以及前面学习的12C，它们的结构相同吗? 是否属于同一种元素？ ·同位素与同素异形体 元素、核素、同位素、同素异形体的比较 课堂练习2 请学生代表上台上来分角色扮演氕氘氚三种核素 板书设计 作业布置 课外（预计用时30分钟） 教后反思 第2课时：元素周期表 教学内容分析 元素周期表的发现过程，充分体现了科学研究方法、观念和科学精神，教材在本节特别重视化学史情境的创设。通过科学史话、研究与实践等形式，呈现周期表的发现过程和意义。例如，在元素周期表的引入段落，以门捷列夫编制第一张周期表引入，并特别强调其是“在前人研究的基础上”编制出来的;在科学史话“元素周期表的发展”中，简述了门捷列夫周期表之前的基础和之后的发展;在研究与实践“认识元素周期表”中，还以学生体验的形式，通过关注周期表发展过程中的不同形式，引导学生认识和理解周期表。这条化学史情境线索的呈现，能使学生发现和体会科学家的研究方法和科学态度。 元素周期表是元素周期律的具体体现，是中学生学习化学的重要工具，具有很强的指导性。理解元素周期表的结构是后续学习的基础，也是应用元素周期表解决相关问题的基础。教材把元素周期表的教学安排在原子结构的内容之后，目的是引导学生在了解原子结构的基础上认识元素周期表的排布规律。之后呈现的核素的知识，是对元素概念的扩大，是从周期表的同“位”与原子核(“构”)的关系这一视角来讨论的。 学情分析 关于元素周期表，学生在初中已了解概貌，教材中这部分内容编写的目的是要使学生了解和熟悉周期表的结构。本节采用“思考与讨论”的方式，让学生发现、归纳原子结构与周期表的关系，这里重点讨论的是周期表的周期序数、族序数(“位”)与原子核外电子(“构”)的关系，为后面讨论元素性质打下基础。有关放射性同位素的知识，中学物理中已有较多的介绍，此处只是简单介绍应用。元素周期表与核素这两部分内容，可以使学生初步建立“构”“位”“性”的关系。 教学目标 1. 结合原子结构示意图，能说出元素周期表的编排原则及其结构； 2. 能根据原子序数确定元素在周期表中的位置； 3. 掌握核素、同位素的概念，了解核素在人类科技发展中的重要应用 重难点分析 重点：元素周期表的结构 难点：元素周期表的结构 学法指导 归纳法、演绎法 在了解各种形式的周期表的基础上，以问题推动教学：“现用元素周期表的规则如何？其中蕴含哪些规律呢？”→“元素周期表的编写规则”→“周期的规律”→“族的规律”→“周期和族的关系”。围绕核心“元素周期表的规则和规律”展开教学。在了解了元素周期表的全貌后，通过特殊区域的了解和问题的转换：118种元素是不是代表了118种原子，过渡到“元素、核素、同位素”的了解。最后通过对同位素在生产生活中的广泛应用的介绍，让学生体会化学的实用性。 教学用具 希沃多媒体课件 教学环节 教师活动 学生活动 设计意图 课 堂 导 入 找一找：请联系7种元素的原子结构示意图，并对这7种元素进行分类 思考：不同的分类依据是认识物质的不同视角。人们对于元素的认识是随着科学的发展而深入的。在原子结构发现之前，科学家们是如何系统认识元素的呢？ 寻找卡片中的规律，并思考分类依据 环节一 认 识 元 素 周 期 表 （15min） 提问：你知道谁是元素周期表发展史上的第一人吗？ 第一个对元素进行分类的人？第一张元素周期表的绘制者？第一张现代元素周期表的绘制者？ 元素周期表发展历程： 以时间轴为依据，展示各阶段研究成果，以图片展示各种形式周期表。元素周期表的确定可以分为三个阶段：萌芽期、成型期、完善期。 元素周期表编排原则： 问题1：我们常用的元素周期表是按照什么样的规则编排的呢？当中蕴含哪些规律呢？ 同横行称为周期，同纵列称为族。 问题2：周期表有多少个周期多少个族？如何表达？ 前3周期元素种类比较少，称为短周期，后4周期元素种类比较多，称为长周期。 问题3：怎样的元素排在同一周期？应用规律预测第8周期可能的情况。第8周期最多能容纳多少种元素呢？ 问题4：族的分类情况如何？怎样的元素放在同一族？ 元素周期表中的元素信息 课堂练习1 阅读并了解：元素周期表的发展 探索期：第一个对元素进行分类的人—法国化学家拉瓦锡； “三素组”的概念。 成型期：第一张元素周期表的绘制者—俄国化学家门捷列夫。 完善期：第一张现代周期表的绘制者—维尔纳。 1、 以前18号元素为研究对象，探寻编排规则。 发现：元素周期表是以核电荷数为原子序数，将元素按照原子序数由小到大，在周期表中先从左至右，再从上至下依次排列。 分析元素周期表：有7个周期，可以用数字和汉字表达。发现同周期元素具有相同的电子层数，且电子层数等于周期序数。 2、 预测第8周期元素拥有8个电子层。通过前7周期元素种类寻找规律，符合2╳n2这一公式，由此推出第8周期最多能容纳50种元素。 4、有16个族，用罗马数字和字母等符号表示。观察元素周期表中族的名称发现，有主族（A）、副族（B）各7个，还有第Ⅷ族和0族各一个。诵读从左至右的族顺序。 分析元素周期表：发现同族元素具有相同的最外层电子数（氦例外），主族元素的最外层电子数等于族序数。 理解原子结构与元素位置的关系。 环节二 法（13min） 思考1：为什么周期有长短之分。 周期与族的关系：除第一周期外，多周期元素包含所有主族（共7个）和0族，共8种元素。长周期包含所有族，共18种元素。6、7周期因为镧系锕系的加入比18种多了14种，共32种。 思考2：相邻元素的原子序数的差值？ 课堂练习2 元素周期表中的位置判断——0族元素确定方法 课堂练习3 同周期（左右）相邻：绝大多数为1，第ⅡA和ⅢA在长周期部分可以为11（副族和第Ⅷ族）或25（与镧系和锕系） 同主族（上下）相邻：以第ⅠA为例，差值有2、8、18、32，该数值与各周期所含元素种类数值相同。 掌握该重点方法 纵观整张元素周期表，有几个特殊区域。 了解过渡元素又称过渡金属，实现了第ⅡA与第ⅢA的衔接；碱金属和卤族元素，是重要的金属和非金属的代表；0族元素又称稀有气体元素。 环节三 认识核素与同位素 （12min） 目前7个周期118种元素是否代表118种原子呢？ 以氢元素为例，了解元素与原子的差别。 提示：结合原子结构，思考一种元素是否只有一种原子。介绍氕氘氚。介绍同位素。 同位素在农业、医疗、科研、环保等领域又重要作用 回忆元素的概念：具有相同核电核数（质子数）的一类原子的总称。同一元素质子数相同，中子数可能不同。 了解核素、同位素的概念，并学会原子符号的表达规则。了解同位素的应用。 板书设计 作业布置 课外（预计用时30分钟） 教后反思 第3课时：原子结构和元素的性质 教学内容分析 本课时是教材第四章第一节第三课时的内容，该课时是在学习了原子结构和元素周期表的基础上，以碱金属和卤族元素为代表，深入研究两个主族元素的原子结构、元素性质的相似性和递变性。通过该课时的学习，可以让学生对于同主族元素性质有较清晰的认识，对于常见的活泼金属和活泼非金属有一定的了解。通过对碱金属元素和卤族元素性质的研究来探究元素性质与原子结构的关系，能够知道金属和非金属在元素周期表中的位置及其性质的递变规律。在新教材的编排中，更加注重概念理论知识的建构过程和各部分知识间的联系。核心教学活动凸现了概念理论的建构过程，更注重科学学习方法的教育。 学情分析 在之前的学习中，学生已经知道了原子核外电子排布的规律，能够给出主族元素的核外电子排布；学生也知道元素周期表中元素的排列是由该元素原子的核外电子排布决定的，能够明确主族元素的电子层数、最外层电子数与其在周期表中的位置之间的关系；同时在第二章的学习中，学生知道了金属钠和非金属氯的基本性质。但是，学生没有清晰的元素变化规律的认识，还不能将周期表与元素的原子结构以及元素性质相联系。通过本课时的学习，学生可以建立同主族元素性质的相似和递变的简单模型，为今后元素周期律的学习打下坚实的基础。 教学目标 【教学目标】 1.通过展示-探讨-总结的教学环节，初步掌握元素的性质与原子结构的关系、初步学会总结元素的性质递变规律的能力。 2.通过问题探究和讨论交流，掌握化学知识学习方法—逻辑推理法、抽象思维法、总结归纳法。 3.通过对同主族元素性质的探究，使学生融入科学活动和科学思维中，体验科学研究的过程和认知的规律性，在认识上和思想方法上都得到提升。 【评价目标】 1.通过对碱金属及卤族元素性质递变性的实验探究，诊断并发展学生实验探究的水平（定性水平和定量水平）。 2.通过对原子结构影响化学性质的分析及总结，诊断并发展学生对元素“位-构-性”的认识进阶（物质水平、元素水平、微粒水平）和认识思路的结构化水平（视角水平、内涵水平）。 3.通过对陌生元素性质的探究及应用的预测及验证，诊断并发展学生对化学价值的认识水平（学科价值视角）。 重难点分析 重点： 碱金属元素、卤族元素化学性质变化规律 难点：原子结构决定元素性质的思想方法的确定 学法指导 归纳、实验探究、演绎 提出问题—实验探究—理论结论（碱金属的原子结构特点和性质递变规律）—理论预测（卤素的原子结构特点和性质递变规律）—实验验证—总结规律—应用规律。符合学生从实践到理论，再以理论指导新的实践的认知规律，有效建构学生的知识体系。 教学用具 希沃多媒体课件 教学环节 教师活动 学生活动 设计意图 课 堂 导 入 门捷列夫作为第一位发表元素周期表但不是第一位对元素排序的化学家，他的伟大之处就是他在元素周期表中，给当时的未知元素留出了空位，并且准确的预言了其中很多未知元素的性质。 他是根据什么预言未知元素的性质的呢？通过本节课的学习，同学们就能找到答案。 感知物质性质与结构之间的微妙关系 环节一 碱 金 属 元 素 （20min） 任务：寻找元素化学性质与原子结构的关系 研究元素时，人们经常把周期表中同族元素放在一起研究，是因为他们之间存在某种内在联系。 我们将从他们的结构和性质关系认识这种内在联系。 碱金属元素性质的相似性和递变性 碱金属化学性质的推测与比较 钠、钾与氧气反应的比较 金属钾与水和氧气反应的现象与金属钠有何异同，我们通过一组对照实验来验证一下。播放视频 碱金属化学性质的推测与比较 钠、钾与水反应的比较 思考1：结构决定性质，金属钠和钾的原子结构又存在什么异同之处？通过观察和回忆钾和钠的实验，你认为钾和钠性质的相似性和不同点与它们的原子结构有什么关系呢？ 碱金属化学性质的推测与比较 （2）通过探究碱金属与氧气、水反应的难易程度，你能发现与它们的原子结构有什么关系吗？由此，你能推断出碱金属元素化学性质的相似性和递变规律吗？ 播放视频：验证其他碱金属的化学性质（Li、Ru、Cs） 碱金属的物理性质 元素金属性强弱的判断依据 由上表可知，原子结构决定元素的化学性质 查阅元素周期表，填写教材P99中的表格，对比碱金属的原子结构示意图，归纳碱金属原子结构的相同点和不同点。 【总结】1、从上到下碱金属元素原子的核电荷数逐渐增大，原子半径逐渐增大。 2、最外层电子数都是1；随核电荷数增大，电子层数逐渐增多。 交流讨论，得出假设：锂、钠和钾最外层都只有1个电子，都容易失去最外层电子，表现出比较强的还原性。锂、钾和钠相似，都能与氧气、水发生化学反应。 观看实验视频，观察现象异同，在P100探究中记录实验现象； 总结性质差异。掌握方程式的书写 注意： Li与氧气反应只有一种产物；钠与氧气在不同条件有两种产物；钾有三种；铷、铯的产物较为复杂 观看实验视频，观察现象异同，在P100探究中记录实验现象； 总结性质差异。掌握方程式的书写 总结：从现象可知金属钠与钾均能与水和氧气反应，表现为强还原性，并且金属钾的反应更加剧烈。 分析：钾和钠都能与氧气和水反应，性质相似，是因为它们的最外层都有1个电子，而钾比钠反应更剧烈，是因为钾原子比钠原子多1个电子层。 【学生归纳】 ①碱金属元素最外层都有1个电子，它们的化学性质相似，都能与氧气、水反应。 ②碱金属从锂到铯，随着电子层数逐渐增多，原子半径逐渐增大，原子核对最外层电子的引力逐渐减弱，失电子越来越易，与氧气、水反应越来越剧烈。 ③锂反应没有钠剧烈，铷反应比钾剧烈。 立足于旧知，激发学生的探究意识 环节二 卤族元素（18min） 卤族元素性质的相似性和递变性 【过渡】通过碱金属的学习，我们已经知道了最外层电子数都为1个电子的碱金属原子结构和性质的关系，那同学们能不能类推卤族元素结构和性质的相似性和递变性呢？ 卤族元素的物理性质 思考：预测卤族元素化学性质的基本思路是什么？ 卤族元素的原子结构 【思考与讨论1】根据卤族元素的原子结构，请你试着推测氟、氯、溴、碘在化学性质上表现的相似性和递变性。 【过渡】如何证明我们的预测是否正确呢？除了实验，我们还可以通过一些科学家已经得出的客观事实来证明我们的结论？例如教材第103页卤素单质与氢气的反应。请根据反应事实，总结卤素与氢气反应的规律性变化。 1、卤族单质与氢气的反应 过渡：类似比较金属活泼性强弱，证明卤素元素的非金属性强弱也可以通过卤素单质间的置换反应。 2、卤素单质间的置换反应 【实验4-1】完成下列实验，观察现象。写出有关反应的化学方程式。 从氧化还原反应的角度分析 拓展：3、卤素最高价氧化物对应的水化物的酸性 拓展：卤素的特性 (1)相似性(用X代表卤族元素) (2)卤族元素原子结构和性质的递变性 【类推】相似性：最外层电子数都为7，都易得1个电子，都有氧化性。 递变性：从氟到碘，电子层数逐渐增大，原子半径逐渐增大，原子核对最外层电子引力逐渐减弱，得电子越来越难，氧化性逐渐减弱。 【归纳】从F2到I2，颜色逐渐加深，密度逐渐增大，熔、沸点逐渐增大，状态逐渐从气体→液体→固体 学习 相似性：卤素单质均为双原子分子，均能与氢气反应生成氢化物。 递变性：从F2到I2，与氢气反应越来越难，氢化物稳定性逐渐减弱，非金属性逐渐减弱。 任务：补充P103的思考与讨论 根据现象写出方程式，比较以上三个反应氧化剂、氧化产物的氧化性强弱。得出结论：Cl2＞Br2＞I2 总结：从氯气到单质碘，单质的氧化性逐渐减弱、阴离子的还原性逐渐增强。元素的非金属性逐渐减弱。 环节三 归纳总结 （5min） 【总结】通过比较碱金属和卤族元素，我们可以看出，元素的性质与原子结构有密切的联系，特别是与最外层电子数有关，结构的相似的一族元素，在化学性质上表现出相似性和递变性。拓展到整个元素周期表，同主族元素从上到下，金属性逐渐增强，非金属性逐渐减弱。 已知碱金属和卤族元素的递变性质，请根据已有科学事实，总结出判断金属性，非金属性强弱的依据。 思考，总结，内化 【学生归纳】 （研究方法）元素的性质强弱比较 板书设计 作业布置 课外（预计用时30分钟） 教后反思 - 1 - 学科网（北京）股份有限公司 $$