第一节 原子结构与元素周期表 第3课时（教学设计）化学人教版2019必修第一册

第一节 原子结构与元素周期表 第3课时 原子结构与元素的性质 碱金属元素 一、知识目标 1.知道碱金属元素的结构和性质，能从原子结构角度解释同主族元素性质的递变规律。 2.能设计实验方案，探究同主族元素性质的递变性。 3.了解元素“位置—结构—性质”之间的内在联系，掌握预测元素性质的方法。 二、核心素养目标 1.宏观辨识与微观探析：从宏观上认识碱金属元素的性质，从微观上理解碱金属元素原子结构与性质的关系。 2.证据推理与模型认知：通过实验探究和数据分析，建立碱金属元素性质递变规律的模型，并运用该模型解释和预测元素的性质。 3.科学探究与创新意识：通过设计实验方案，探究同主族元素性质的递变性，培养学生的实验探究能力和创新思维。 一、教学重点 碱金属元素的结构和性质，能从原子结构角度解释同主族元素性质的递变规律。 二、教学难点 设计实验方案，探究同主族元素性质的递变性。。 这部分内容在教材中起着承上启下的重要作用，它是在学生学习了原子结构和元素周期表的基础上，进一步探究元素性质与原子结构的关系，为后续学习其他主族元素以及元素周期律的全面理解奠定基础。 首先明确本节课的重点内容，即碱金属元素的结构和性质，以及从原子结构角度解释同主族元素性质的递变规律。接着从元素化学性质与原子结构的关系入手，引导学生思考元素之间的关联，进而引入碱金属元素的学习。通过填写碱金属元素的相关信息表格，让学生自主探究碱金属原子结构的相似性和递变性。然后通过实验探究、问题驱动等方式，深入探讨碱金属性质的相似性和递变性，包括化学性质和物理性质，并总结其与原子结构的关系。最后通过典型范例和技能实战，帮助学生巩固所学知识，提高应用能力。 学情分析 教学对象是高一学生，他们在初中阶段已经对原子结构和一些常见元素的性质有了初步的了解，但对于元素性质与原子结构之间的内在联系还缺乏深入的认识。在思维能力方面，高一学生正处于从形象思维向抽象思维过渡的阶段，他们对直观、生动的实验现象比较感兴趣，但对于抽象的理论知识理解起来可能存在一定的困难。 在知识储备上，学生已经知道金属元素和非金属元素在化学反应中的一些基本特征，但对于同主族元素性质的递变规律还没有形成系统的认识。在学习方法上，学生习惯被动接受知识，缺乏自主探究和合作学习的能力。因此，在教学过程中，教师应充分利用实验探究、问题驱动等教学方法，引导学生积极参与课堂讨论和实验操作，培养学生的自主学习能力和科学探究精神。同时，要注重将抽象的知识形象化、具体化，帮助学生更好地理解和掌握碱金属元素的结构和性质，以及同主族元素性质的递变规律。 教学环节一 新课导入 【播放视频】同学们，在开始今天的课程之前，老师先给大家播放一段精彩的视频。 【引出课题】在我们的日常生活中，电池无处不在，从手机、手表到电动汽车，它们都离不开电池的能量支持。大家想一想，科学家们为什么会从锂电池联想到开发钠电池呢？钠电池的开发又有着什么样的前景和局限性呢？其实，这背后的奥秘就和我们今天要学习的碱金属元素有关。 【设计意图】 1.激发学生兴趣：以学生熟悉的电池作为切入点，能迅速吸引学生的注意力，让他们对电池这一生活中常见的物品产生新的好奇，从而激发他们进一步探究的兴趣。 2.联系实际生活：将化学知识与科技前沿和日常生活紧密联系起来，让学生感受到化学在现代科技发展中的重要作用，使抽象的化学知识变得具体而有趣，提高学生的课堂参与度。 3.引发思考，导入新课：通过提出关于钠电池开发的问题，引发学生的思考，自然地过渡到本节课关于碱金属元素的学习，让学生带着问题去探索新知识，明确学习方向，提高学习的主动性和积极性。 教学环节二 原子结构与化学性质 任务1：请同学们分组讨论元素化学性质与原子结构有什么关系呢？ 【引入】同学们，在电池界有新选手出现，比如钠电池，科学家们能从锂电池联想到开发钠电池，这和元素之间的关联有关，而元素周期表揭示了元素之间的这种关联。那元素化学性质与原子结构有什么关系呢？下面我们就来探讨这个问题。 【问题】请同学们分组讨论元素化学性质与原子结构有什么关系呢？ 【学生活动】分组进行讨论，代表发言。 金属元素的原子最外层电子一般少于 4 个，在化学反应中容易失去电子，具有金属性。 非金属元素的原子最外层电子一般多于 4 个，在化学反应中容易得到电子，具有非金属性。 稀有气体原子最外层电子数除氦为 2 个电子稳定结构外，都为 8 电子稳定结构，既不易得到电子，也 不易失去电子，化学性质稳定。 最外层电子数决定元素的化学性质。 【教师讲解】评价学生的发言，强调最外层电子数对元素化学性质的决定性作用，通过举例进一步说明金属元素、非金属元素和稀有气体元素的原子结构与化学性质的关系。 【设计意图】通过问题驱动，引导学生自主思考和讨论，培养学生的合作探究能力和逻辑思维能力，让学生初步理解元素化学性质与原子结构的关系。 【总结讲解】 一、原子结构与化学性质 1.元素化学性质与原子最外层电子数的关系 ⑴金属元素的原子最外层电子一般少于4个， 在化学反应中容易失去电子，具有金属性； ⑵非金属元素的原子最外层电子一般多于4个，在化学反应中容易得到电子，具有非金属性。 ⑶稀有气体原子最外层电子数除氦为2个电子稳定结构外，都为8电子稳定结构，既不易得到电子，也不易失去电子，化学性质稳定。 ⑷最外层电子数决定元素的化学性质 任务2：请同学们观察元素周期表探讨，元素周期表是如何揭示元素之间关联的？ 【问题】请同学们观察元素周期表探讨，元素周期表是如何揭示元素之间关联的？ 【学生活动】观察元素周期表，思考并回答问题。发现碱金属元素都位于周期表的第 IA 族（元素 Fr 是一种放射性元素，高中阶段不探讨），化学性质很活泼，在自然界中都以化合态存在。 【教师讲解】总结学生的回答，介绍碱金属元素在周期表中的位置和特点，强调元素周期表对研究元素性质的重要作用。 【设计意图】培养学生观察和分析问题的能力，让学生了解元素周期表是如何揭示元素之间的关联的，为后续学习碱金属元素的性质做铺垫。 【总结讲解】 一、原子结构与化学性质 2.碱金属元素都位于周期表的第ⅠA族（元素Fr是一种放射性元素，高中阶段不探讨），化学性质很活泼，在自然界中都以化合态存在。 教学环节三 碱金属的原子结构 任务1：填写下表中的信息，并思考和讨论下列问题。 【问题】填写下表中的信息，并思考和讨论下列问题。 元素名称 元素符号 核电荷数 原子结构示意图 最外层电子数 电子层数 原子半径（nm） 锂 Li 3 1 2 0.152 钠 Na 11 1 3 0.186 钾 K 19 1 4 0.227 铷 Rb 37 1 5 0.248 铯 Cs 55 1 6 0.265 （1）在周期表中，从上到下碱金属元素原子的核电荷数、原子半径的变化有什么特点？ （2）观察碱金属元素的原子结构示意图，它们的原子核外电子排布有什么特点？从哪一点能够推断出碱金属元素的化学性质具有相似性？ 【学生活动】认真填写表格信息，分组讨论问题，代表发言。 （1）在周期表中，从上到下碱金属元素原子的核电荷数递增，原子半径逐渐增大。 （2）随着核电荷数递增，电子层数增加，最外层电子数都是 1，由此可推断出碱金属元素的化学性质具有相似性。 【教师讲解】评价学生的回答，强调碱金属原子结构的相似性和递变性，解释原子半径增大和最外层电子数相同对化学性质的影响。 【设计意图】通过让学生自主填写信息和思考讨论，培养学生的自主学习能力和分析归纳能力，让学生深入了解碱金属的原子结构特点。 【教师引导】引导学生根据前面的讨论和分析，总结碱金属原子结构的相似性和递变性。 【学生活动】总结并回答： 相似性：元素周期表中第 IA 族元素（除氢外）又称碱金属元素，包括锂(Li)、钠(Na)、钾(K)、铷(Rb)、铯(Cs)、钫(Fr)六种元素，最外层电子数都是 1。 递变性：在周期表中，从上到下碱金属元素原子的核电荷数递增，电子层数增多，原子半径逐渐增大。 【教师讲解】再次强调碱金属原子结构的相似性和递变性对其化学性质的影响，从结构角度解释为什么可以推断碱金属元素的性质具有相似性和递变性。 【设计意图】帮助学生梳理知识，形成系统的认识，培养学生的总结归纳能力，让学生从原子结构的角度理解碱金属元素性质的变化规律。 【总结讲解】 二、碱金属的原子结构 1.碱金属的原子结构的相似性 ⑴元素周期表中第ⅠA族元素（除氢外）又称碱金属元素，包括锂(Li)、钠(Na)、钾(K)、铷(Rb)、铯(Cs)、钫(Fr)六种元素。 ⑵最外层电子数都是1。 2.碱金属的原子结构的递变性 ⑴在周期表中，从上到下碱金属元素原子的核电荷数递增，电子层数增多，原子半径逐渐增大. 从结构推断碱金属元素的性质也具有相似性和递变性 典例精讲 【例1】下列关于碱金属元素的说法正确的是(　　) ①原子结构的相同点是最外层电子数相同，都为1； ②原子结构的不同点是随核电荷数的增加，电子层数增多，原子半径增大； ③具有相似的化学性质，都是活泼金属； ④都具有强还原性，在化合物中显＋1价； A．①③④ B．①③ C．②④ D．全部 【答案】 D 教学环节四 碱金属性质的相似性和递变性 任务1：请同学们回忆第二章学过的知识，思考金属钠具有哪些化学性质？ 【问题】请同学们回忆第二章学过的知识，思考金属钠具有哪些化学性质？结合锂、钠和钾的原子结构特点，请你预测锂、钾可能具有哪些与钠相似的化学性质。 【学生活动】回忆钠与氧气、水反应的实验现象和化学方程式， 4Na + O2 = 2Na2O 2Na + O2 Na2O2 2Na + 2H2O = 2NaOH + H2↑ 任务2：请同学们结合锂、钠和钾的原子结构特点，预测锂、钾可能具有哪些与钠相似的化学性质。 【学生活动】根据原子结构特点预测锂、钾与氧气、水也能发生反应，因为它们最外层都有 1 个电子，易失去 1 个电子，单质具有强还原性。 【教师讲解】总结学生的回答，写出钠与氧气、水反应的化学方程式，强调原子结构对化学性质的决定性作用，引导学生从原子结构角度理解化学性质的相似性。 【设计意图】通过回忆和预测，巩固学生对钠的化学性质的认识，培养学生的逻辑推理能力和知识迁移能力，为后续实验探究做铺垫。 任务3：请同学们回忆仔细观察教师实验，比较钾与钠化学性质的异同。 【实验任务】回忆钠与氧气、水反应的实验现象，并观察下列实验（由教师演示）。 （1）将干燥的坩埚加热，同时切取一块绿豆大的钾，用镊子夹取并迅速投到热坩埚中（如图 4 - 8）。继续加热片刻，待钾熔化后立即撤掉酒精灯，观察现象。 （2）在烧杯中加入一些水，滴入几滴酚酞溶液。切取一块绿豆大的钾，用镊子夹取并投入水中（如图 4 - 9），观察现象。 【学生活动】认真观察实验现象，记录并比较钾与钠化学性质的异同。 钠与氧气反应：钠受热后先熔化，然后与氧气剧烈反应，发出黄色火焰，生成一种淡黄色固体 (2Na＋O₂===Na₂O₂)。 钠与水反应：钠浮在水面上，熔成小球，四处游动，溶液变为红色 (2Na + 2H₂O == 2NaOH + H₂↑)。 钾与氧气反应：常温下表面变暗，发生反应(4K＋O₂===2K₂O)；加热时反应剧烈，紫色火焰，产 物为黄色固体，生成复杂的氧化物(2K+O₂ K₂O₂)，(K+O₂ KO₂)。 钾与水反应：钾浮在水面上，熔成小球，四处游动，并伴有爆炸声和紫色火焰，溶液变为红色 (2K+ 2H₂O == 2KOH + H₂↑)。 【教师讲解】解释实验现象产生的原因，比较钾与钠化学性质的相似性和递变性，从原子结构角度分析原因，强调钾比钠多一个电子层，半径更大，更易失电子，所以化学性质更活泼。 【设计意图】通过实验观察和比较，让学生直观地感受钾与钠化学性质的异同，培养学生的观察能力和分析能力，进一步理解原子结构对化学性质的影响。 【总结讲解】 三、碱金属性质的相似性和递变性 1.碱金属化学性质的比较。 （1）钠与氧气反应 钠受热后先熔化，然后与氧气剧烈反应，发出黄色火焰，生成一种淡黄色固体。 2Na + O2 Na2O2 （2）钠与水反应 钠浮在水面上，熔成小球，四处游动，溶液变为红色。(水中滴有酚酞) 2Na + 2H₂O == 2NaOH + H₂↑ ⑶钾与氧气反应 常温下：表面变暗，发生反应：4K＋O2===2K2O 加热时：反应剧烈，紫色火焰，产物为黄色固体，生成复杂的氧化物。 (2K+O₂ K₂O₂)，(K+O₂ KO₂) ⑷钾与水反应 钾浮在水面上，熔成小球，四处游动，并伴有爆炸声和紫色火焰，溶液变为红色。 (水中滴有酚酞) 2K+ 2H₂O == 2KOH + H₂↑ 任务4：请同学们讨论并推断出碱金属元素化学性质的相似性和递变规律。 【问题】请同学们讨论并推断出碱金属元素化学性质的相似性和递变规律。 （1）通过实验、观察，讨论并总结钠、钾有哪些相似的化学性质，与你最初根据原子结构特点进行的预测是否一致？ （2）从实验现象比较钾、钠与水反应的难易程度。由此，你能推断出锂与水反应的难易程度吗？ （3）通过比较碱金属与水反应的难易程度，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？ 【学生活动】分组讨论，代表发言。 （1）钠、钾都能与氧气剧烈反应，都能与水反应生成碱和氢气，与最初的预测一致。 （2）钾与水反应比钠与水反应更剧烈，由此推断锂与水反应比钠与水反应更缓慢。 （3）碱金属元素原子的最外层都有 1 个电子，所以化学性质相似；随着核电荷数递增，电子层数增加，原子半径增大，原子失电子能力增强，金属性逐渐增强，所以与氧气、水反应越来越剧烈。 【教师讲解】评价学生的回答，总结碱金属元素化学性质的相似性和递变规律，用“位置—结构—性质”模型进一步解释。 【设计意图】通过问题引导，让学生深入思考和讨论，培养学生的归纳总结能力和逻辑推理能力，使学生从实验现象上升到理论认识，理解碱金属元素化学性质的变化规律。 【总结讲解】 三、碱金属性质的相似性和递变性 2.比较钾与钠化学性质的相似性和递变性 （1）相似性 ①都能与氧气剧烈反应 ②都能与水反应生成碱和氢气 （2）递变性 ①钾燃烧的产物比钠的复杂 ②钾与水反应比钠与水反应更剧烈 3.钾与钠化学性质的相似性和递变性的原因——原子结构的相似性和递变性 ①最外层都有1个电子→易失去1个电子→单质具有强还原性 ②钾比钠多一个电子层，半径更大，更易失电子 ③钠、钾具有很强的金属性，金属性增强。 任务5：请同学们观察元素周期表你能预测锂、铷、铯的化学性质？ 【总结讲解】 三、碱金属性质的相似性和递变性 4.碱金属化学性质的相似性 碱金属元素原子的最外层都有1个电子，它们的化学性质相似 ①碱金属与氧气反应比较 2Li+ O2 Li2O 2Na + O2 Na2O2 单质 与O2反应 反应程度 锂 Li2O 越来越剧烈 钠 Na2O、Na2O2 钾 K2O、K2O2、KO2 铷 更为复杂 铯 更为复杂 ②碱金属与水反应比较 2Na + 2H₂O == 2NaOH + H₂↑ 2K+ 2H₂O == 2KOH + H₂↑ 2R +2H2O = 2ROH + H2↑ 锂与水反应很缓慢 钾与水反应更剧烈 任务6：请同学们观看视频，实验验证锂、铷、铯的化学性质 【实验任务】请同学们观看视频，实验验证锂、铷、铯的化学性质。 【学生活动】观看视频，观察锂、铷、铯与氧气、水反应的实验现象，进一步验证前面推断的碱金属元素化学性质的相似性和递变规律。 【教师讲解】结合视频内容，再次强调碱金属元素化学性质的相似性和递变规律，解答学生的疑问。 【设计意图】通过视频验证，增强学生对碱金属元素化学性质的感性认识，巩固所学知识，培养学生的观察能力和科学探究精神。 【总结讲解】 三、碱金属性质的相似性和递变性 5.碱金属化学性质的递变性 ①碱金属与氧气反应比较 从Li→Cs，与氧气反应越来越剧烈，产物越来越复杂。 ②碱金属单质与水反应的比较 2R +2H2O = 2ROH + H2↑ 从Li→Cs，与H2O(或酸)反应越来越剧烈。 如K与H2O反应能发生轻微爆炸，则Rb、Cs遇水会发生剧烈爆炸。 6.碱金属性质的相似性和递变性与其原子结构的关系总结 随着核电荷数递增，碱金属元素的原子电子层增加，原子半径增大，所以原子失电子能力增加，原子核对最外层电子的引力逐渐减弱，原子失去最外层电子的能力逐渐增强，即由锂到铯，金属性逐渐增强。 典例精讲 【例1】下列叙述正确的是（ ） A．Na在空气中燃烧会生成Na2O2，故Li在空气中燃烧也会生成Li2O2 B．碱金属元素是指ⅠA族的所有元素 C．在熔融状态下，钠可以从MgCl2中置换出镁 D．Li、Na、K都可以保存在煤油中 【答案】C 【例2】下列有关碱金属元素的性质判断正确的是( ) A.K与H2O反应最剧烈 B.Rb比Na活泼，故Rb可以从NaCl溶液中置换出Na C.碱金属的阳离子没有还原性，所以有强氧化性 D.从Li到Cs都易失去最外层1个电子，且失电子能力逐渐增强 【答案】D 任务7：请同学们阅读课本表4-2，试着归纳碱金属物理性质的相似性和递变性 碱金属单质 颜色和状态 密度(g.cm3) 熔点(℃) 沸点(℃) Li 银白色，柔软 0.534 180.5 1347 Na 银白色，柔软 0.97 97.81 882.9 K 银白色，柔软 0.86 63.65 774 Rb 银白色，柔软 1.532 38.89 688 Cs 略带金属光泽，柔软 1.879 28.40 678.4 【总结讲解】 三、碱金属性质的相似性和递变性 7.碱金属物理性质的相似性和递变性 碱金属单质 Li     Na    K    Rb     Cs   相似性 颜色 均为银白色（Cs略带金色） 硬度 柔软 密度 较小 熔沸点 较低 导电导热性 强 递变性 密度变化 逐渐增大（K特殊） 熔沸点变化 逐渐降低 任务8：请同学们探讨预测元素性质的方法 【总结讲解】 三、碱金属性质的相似性和递变性 7.碱金属物理性质的相似性和递变性 典例精讲 例3】已知：金属镁能与水和氧气反应： 1.请预测钙的性质 2.请设计实验验证镁与钙金属性的强弱 【答案】 原子结构与元素的性质——碱金属元素 一、原子结构与化学性质 1.元素化学性质与最外层电子数关系 金属元素：最外层电子＜4，易失电子，金属性 非金属元素：最外层电子＞4，易得电子，非金属性 稀有气体：稳定结构，性质稳定 2.元素周期表揭示元素关联 碱金属元素：第IA族 二、碱金属的原子结构 1.相似性：最外层电子数为1 2.递变性：核电荷数↑，电子层数↑，原子半径↑ 三、碱金属性质的相似性和递变性 1.化学性质 相似性：与O₂、H₂O反应 递变性：反应剧烈程度递增 2.物理性质 相似性：颜色、硬度、密度、熔沸点、导电性 递变性：密度（K特殊）↑，熔沸点↓ 3.预测元素性质方法 “位置—结构—性质”模型 1.我国西部地区蕴藏着丰富的锂资源，开发锂的用途是一个重要的科学课题。关于锂的叙述不正确的是(　　) A．锂是较轻的金属 B．LiOH的碱性比NaOH弱 C．锂的化学性质比钠活泼 D．氧化性：Li＋>Na＋ 【答案】C 【解析】A. 锂的相对原子质量较小，是较轻的金属，A选项正确；B. 同主族元素从上到下金属性逐渐增强，对应碱的碱性逐渐增强，所以LiOH的碱性比NaOH弱，B选项正确；C. 同主族元素从上到下金属性逐渐增强，锂的金属性比钠弱，化学性质不如钠活泼，C选项错误；D. 金属性越强，对应阳离子的氧化性越弱，锂的金属性比钠弱，所以氧化性：Li＋>Na＋，D选项正确。答案选C。 2.下列关于碱金属元素的原子结构和性质的叙述不正确的是(　　) A．碱金属元素原子的最外层都只有1个电子，在化学反应中容易失去 B．碱金属单质都是强还原剂 C．碱金属单质都能在氧气中燃烧生成过氧化物 D．碱金属单质都能与水反应生成碱 【答案】C 【解析】A. 碱金属元素原子的最外层都只有1个电子，在化学反应中容易失去电子，表现出较强的还原性，A选项正确；B. 碱金属单质在反应中易失去电子，都是强还原剂，B选项正确；C. 锂在氧气中燃烧生成氧化锂，而不是过氧化物，C选项错误；D. 碱金属单质都能与水反应生成碱和氢气，D选项正确。答案选C。 3.镭是元素周期表中第七周期IIA族元素，关于其叙述不正确的是( ) A. 镭的金属性比钙弱 B. 单质能与水反应生成H2 C. 在化合物中呈＋2价 D. 碳酸镭难溶于水 【答案】A 【解析】A. 同主族元素从上到下金属性逐渐增强，镭位于钙的下方，所以镭的金属性比钙强，A选项错误；B. 镭是活泼金属，单质能与水反应生成氢气，B选项正确；C. 镭最外层有2个电子，在化合物中呈＋2价，C选项正确；D. 碳酸镁、碳酸钙等难溶于水，可推测碳酸镭也难溶于水，D选项正确。答案选A。 4.据报道，我国科学家通过与多个国家进行科技合作，成功研发出铯(Cs)原子喷泉钟，标志着我国时间频率基准研究进入世界先进行列。已知铯位于元素周期表中第六周期IA族，根据铯在元素周期表中的位置，推断下列内容： (1)铯的原子核外共有_个电子层，最外层电子数为_，铯的原子序数为___。 (2)铯单质与水剧烈反应，放出_色气体，同时使紫色石蕊溶液显_色，原因是___________________________(写出化学方程式)。 (3)预测铯单质的还原性比钠单质的还原性_____(填“弱”或“强”)。 【答案】(1)6；1；55；(2)无；蓝；2Cs＋2H2O===2CsOH＋H2↑；(3)强 【解析】(1)铯位于第六周期IA族，原子核外共有6个电子层，最外层电子数为1，原子序数等于核电荷数，为55。(2)铯单质与水剧烈反应生成氢气和氢氧化铯，氢气是无色气体，氢氧化铯是强碱，能使紫色石蕊溶液显蓝色，化学方程式为2Cs＋2H2O===2CsOH＋H2↑。(3)同主族元素从上到下金属性逐渐增强，铯的金属性比钠强，所以铯单质的还原性比钠单质的还原性强。 在本节课的教学中，通过实验探究、问题驱动等方式引导学生学习碱金属元素的结构和性质，取得了一定的教学效果。学生对元素周期表揭示元素关联有了更深刻的理解，也能从原子结构角度解释同主族元素性质的递变规律。但在教学过程中，也存在一些不足之处。例如，实验演示环节由于时间有限，部分学生可能没有充分观察到实验现象；在引导学生设计实验方案探究同主族元素性质递变性时，部分学生参与度不高。在今后的教学中，我会更加合理安排教学时间，确保实验演示的效果，同时加强对学生的引导和鼓励，提高学生的参与度和积极性。 / 学科网（北京）股份有限公司 $