实验活动3 同周期、同主族元素性质的递变（教学设计）化学人教版2019必修第一册

第四章 物质结构 元素周期律 实验活动3 同周期、同主族元素性质的递变 一、知识目标 1.认识同周期、同主族元素性质的递变规律，如同一主族元素由上到下非金属性减弱、金属性增强，同一周期元素由左到右金属性减弱、非金属性增强。 2.学会设计实验验证同周期、同主族元素金属性与非金属性的递变性，如通过卤素单质间的置换反应验证氧化性，通过、与水反应的剧烈程度及、碱性强弱比较金属性。 3.理解原子结构与元素性质的关系，能从原子结构角度解释元素性质的递变规律。 二、核心素养目标 1.宏观辨识与微观探析：通过实验观察宏观现象，如溶液颜色变化、反应剧烈程度等，从微观角度理解元素性质递变与原子结构的关系。 2.证据推理与模型认知：通过实验现象得出结论，建立元素性质递变的模型，理解元素周期律。 3.科学探究与创新意识：设计实验方案探究同周期、同主族元素性质的递变，培养科学探究能力和创新思维。 一、教学重点 认识同周期、同主族元素性质的递变规律，学会设计实验验证元素性质的递变。 二、教学难点 理解原子结构与元素性质的关系，能运用元素周期律解释实验现象和预测元素及其化合物的性质。 元素周期律和元素周期表是化学学科的重要理论基础，它揭示了元素之间的内在联系和变化规律，对化学学习和研究具有重要的指导意义。本实验活动是对元素周期律和元素周期表知识的具体应用和实践，通过实验探究同周期、同主族元素性质的递变规律，能够帮助学生更深入地理解元素周期律的本质，体会结构决定性质的化学思想。 教材安排了同主族元素性质的递变和同周期元素性质的递变两个实验任务。在同主族元素性质递变实验中，通过卤素单质间的置换反应验证氧化性：Cl₂＞Br₂＞I₂，进而得出卤族元素非金属性的递变规律；在同周期元素性质递变实验中，通过比较钠、镁与水的反应以及 Mg(OH)₂和 Al(OH)₃的碱性强弱，验证钠、镁、铝金属性的递变规律。教材还设置了问题和讨论环节，引导学生思考实验中的问题，加深对实验结论的理解和对元素周期律的认识。 经过前面章节的学习，学生已经掌握了元素周期表的结构和元素周期律的基本内容，了解了原子结构与元素性质的关系，但对于元素性质的递变规律还停留在理论层面，缺乏直观的认识和实践体验。在实验技能方面，学生已经具备了基本的实验操作能力，但对于实验方案的设计和实验现象的分析还需要进一步培养和提高。 在思维能力上，高一学生正处于从形象思维向抽象思维过渡的阶段，对于抽象的化学概念和理论理解起来可能存在一定的困难。因此，在教学过程中，需要通过具体的实验现象和实例，引导学生进行分析和归纳，帮助他们将抽象的理论知识转化为具体的认识。同时，学生对化学实验具有浓厚的兴趣，通过实验探究能够激发他们的学习积极性和主动性。教师应充分利用这一特点，引导学生积极参与实验设计和操作，培养他们的科学探究能力和创新思维。此外，在教学中还应关注学生的个体差异，根据学生的实际情况进行有针对性的指导和帮助，确保每个学生都能在原有基础上得到提高和发展。 教学环节一 新课导入 【回顾元素周期表知识】我们之前已经学习过元素周期表，知道元素周期表是按照原子序数递增的顺序排列的，而且同一周期和同一主族的元素在性质上存在着一定的规律。那么，这些规律具体是怎样的呢？同一周期和同一主族元素的金属性和非金属性到底是如何递变的呢？ 项目 同周期（左→右） 同主族（上→下） 性质 金属单质的还原性和非金属单质的氧化性 金属性逐渐减弱非金属性逐渐增强 金属性逐渐增强非金属性逐渐减弱 金属离子的氧化性、非金属离子的还原性 阳离子氧化性逐渐增强 阴离子还原性逐渐减弱 阳离子氧化性逐渐减弱 阴离子还原性逐渐增强 气态氢化物稳定性 逐渐增强 逐渐减弱 最高价氧化物对应水化物的酸碱性 碱性逐渐减弱，酸性逐渐增强 碱性逐渐增强，酸性逐渐减弱 【引出实验主题】今天，我们就通过实验来验证同周期、同主族元素金属性与非金属性的递变性，一起揭开元素性质递变的神秘面纱。 【设计意图】 1.联系已有知识：回顾元素周期表的相关知识，将新旧知识建立联系，为后续的实验探究和新知识的学习做好铺垫，让学生能够在已有知识的基础上更好地理解和掌握本节课的内容。 2.引发思考，导入新课：由烟花颜色与元素的关系引出元素性质递变的问题，自然地过渡到本节课的实验主题，让学生明确学习目标，带着问题去进行实验探究，提高学习的主动性和积极性。 教学环节二 同主族元素性质的递变 任务1：请同学们在给定试剂中选择合适试剂，设计同主族元素性质的递变方案。 【引入】同学们，在之前的学习中，我们了解了同周期、同主族元素性质存在一定的递变规律。今天我们通过实验来具体验证同主族元素性质的递变。大家想一想，我们该如何设计实验来验证同主族元素性质的递变呢？ 【问题】请同学们在给定试剂（新制的氯水、溴水、溶液、溶液、白色点滴板、胶头滴管）中选择合适试剂，设计同主族元素性质的递变方案，目的是验证氧化性：，操作思路是利用卤素单质间的置换反应。 【学生思考】学生分组讨论，根据操作思路，设计实验方案。可能会想到通过氯水与溶液、溶液反应，溴水与溶液反应来验证氧化性强弱。 【教师引导】教师巡视各小组讨论情况，适时给予指导，强调实验设计的科学性和安全性。 【教师讲解】讲解实验原理，卤素单质间的置换反应遵循氧化性强的单质可以置换出氧化性弱的单质。如能置换出和，能置换出，对应的化学方程式分别为：，，。 【设计意图】通过问题引导学生自主设计实验方案，培养学生的实验设计能力和逻辑思维能力。教师的讲解让学生明确实验原理，为后续实验操作奠定基础。 任务2：请同学们按照设计好的实验方案进行操作。 【学生实验】学生按照设计好的实验方案进行操作。 （1）在点滴板的3个孔穴中分别滴入3滴溶液、溶液和新制的氯水，然后向溶液和溶液中各滴入3滴新制的氯水。观察颜色变化，并与氯水的颜色进行比较。 （2）在点滴板的两个孔穴中分别滴入3滴溶液和溴水，然后向溶液中滴入3滴溴水。观察颜色变化，并与溴水的颜色进行比较。 【教师巡视】教师巡视各小组实验操作情况，及时纠正错误操作，提醒学生注意观察实验现象。 【学生汇报】各小组汇报实验现象，如溶液滴入氯水后呈黄色，溶液滴入氯水后呈褐色，溶液滴入溴水后溶液变褐色。 【教师讲解】根据实验现象分析得出结论，溶液中滴入氯水后变黄色，说明有生成，发生反应；溶液中滴入氯水后变褐色，说明有生成，发生反应；溶液中滴入溴水后变褐色，说明有生成，发生反应。从而得出卤素单质的氧化性：，卤族元素的非金属性：。 【设计意图】让学生亲自动手实验，培养学生的实验操作能力和观察能力。通过汇报和教师讲解，加深学生对实验现象和结论的理解。 【总结讲解】 一、同主族元素性质的递变 1.卤素单质间的置换反应 实验操作 实验现象 实验结论 （化学方程式） （1）在点滴板的3个孔穴中分别滴入3滴NaBr溶液、NaI溶液和新制的氯水，然后向NaBr溶液和NaI溶液中各滴入3滴新制的氯水。 NaBr溶液呈黄色, NaI溶液呈褐色 2NaBr+Cl2 =2NaCl+Br2 2NaI+Cl2 =2NaCl+I2 氧化性：Cl2＞Br2， Cl2＞I2 实验操作 实验现象 实验结论 （化学方程式） （2）在点滴板的两个孔穴中分别滴入3滴NaI溶液和溴水，然后向NaI溶液中滴入3滴溴水。 溶液呈褐色 2NaI+Br2 =2NaBr+I2 氧化性：CBr2＞I2 2.同主族元素性质的递变 ①卤素单质间的置换反应结论： 卤素单质的氧化性：Cl2>Br2>I2 卤族元素的非金 属性：Cl>Br>I ②同一主族元素，由上到下，非金属性减弱，金属性增强 教学环节三 同周期元素性质的递变 任务1：请同学们在给定试剂中选择合适试剂，设计同周期元素性质的递变方案。 【引入】我们已经探究了同主族元素性质的递变，接下来探究同周期元素性质的递变。 任务2：请同学们在给定试剂中选择合适试剂，设计同周期元素性质的递变方案1 【引入】我们先通过钠、镁与水的反应，比较钠和镁的金属性强弱。 【问题】 （1）回忆钠与水反应的实验，写出实验现象和化学方程式。 （2）设计实验，比较镁与冷水、热水的反应，观察并记录实验现象。 【学生思考】学生回忆钠与水反应的实验现象（浮、熔、游、响、红），写出化学方程式。然后分组设计镁与冷水、热水反应的实验方案。 【教师引导】教师引导学生思考实验设计的要点，如镁条的处理（用砂纸打磨），实验现象的观察重点（气泡产生情况、溶液颜色变化）等。 【学生实验】学生进行实验操作，将打磨好的镁条分别放入冷水中和热水中，观察现象。 【学生汇报】汇报实验现象，镁与冷水反应时，表面附着了少量无色气泡，酚酞溶液几乎不变红；镁与热水反应时，有较多的无色气泡冒出，酚酞溶液变为粉红色。 【教师讲解】根据实验现象分析得出结论，钠与水反应剧烈，而镁与冷水反应缓慢，与热水反应较剧烈，说明钠的金属性比镁强，即还原性：，金属性。 【设计意图】通过回忆和设计实验，培养学生的知识迁移能力和实验设计能力。亲自动手实验和现象分析，让学生直观地感受钠和镁金属性的差异。 【总结讲解】 二、同周期元素性质的递变 1.Na、Mg与水反应的剧烈程度。 实验操作 Na与水的反应 Mg与冷水的反应 Mg与热水的反应 实验现象 浮、熔、游、响、红 表面附着了少量无色气泡,酚酞溶液几乎不变红。△ Mg+2H2O = Mg(OH)2+H2↑ 有较多的无色气泡冒出,酚酞溶液变为粉红色。 实验原理 2Na+2H2O=2NaOH+H2↑ Mg+2H2O=Mg(OH)2+H2↑                     结论 还原性：Na＞Mg，金属性Na＞Mg 任务3：请同学们在给定试剂中选择合适试剂，设计同周期元素性质的递变方案2 【问题】利用和设计实验，说明镁和铝的金属性、非金属性。操作思路是分别向溶液和溶液中逐滴加入过量的溶液。 【学生思考】学生分组讨论实验方案，明确通过观察沉淀的生成和溶解情况来比较和的碱性强弱，进而比较镁和铝的金属性强弱。 【学生实验】学生进行实验操作，向两支试管中分别加入少量和溶液，然后逐滴滴加溶液直至过量。 【学生汇报】汇报实验现象，溶液中产生白色沉淀，溶液先产生白色沉淀，后白色沉淀溶解。 【教师讲解】根据实验现象分析得出结论，溶液与溶液反应生成沉淀，化学方程式为；溶液与溶液反应先生成沉淀，继续滴加溶液，与反应生成，化学方程式为，。说明碱性：，金属性。 【设计意图】通过实验设计和操作，培养学生的实验探究能力和分析问题的能力。让学生从实验现象中得出结论，加深对镁和铝金属性差异的理解。 【总结讲解】 二、同周期元素性质的递变 2.Mg(OH)2、Al(OH)3碱性强弱 实验操作 实验现象 实验结论 （化学方程式） 向两支试管中分别加入少量MgCl2和AlCl3溶液,然后逐滴滴加1mol·L-1 NaOH溶液直至过量 MgCl2溶液中产生白色沉淀，AlCl3溶液先产生白色沉淀,后白色沉淀溶解。 MgCl2+2NaOH=Mg(OH)2↓+2NaCl AlCl3+3NaOH =Al(OH)3↓+3NaCl Al(OH)3+NaOH =Na[Al(OH)4] 碱性:Mg(OH)2>Al(OH)3，金属性Mg>Al 3.同周期元素性质的递变 ①金属单质的还原性：Na＞Mg>Al 最高价氧化物的水化物碱性：NaOH>Mg(OH)2>Al(OH)3 ②同一周期元素，由左到右，金属性减弱，非金属性增强 任务4：请同学们思考与讨论下面的问题 【教师总结】总结同周期元素性质的递变规律，金属单质的还原性：，最高价氧化物的水化物碱性：，同一周期元素，由左到右，金属性减弱，非金属性增强。 【问题讨论】提出问题： （1）实验中所用的氯水为什么要用新制的？ （2）通过上面的两组实验，你能得出什么结论？你对原子结构与元素性质的关系及元素周期律（表）有什么新的认识？ 【学生思考】学生分组讨论问题，思考氯水久置的变化以及实验结论与原子结构、元素周期律的联系。 【学生汇报】各小组代表汇报讨论结果，对于氯水要用新制的原因，可能会提到氯水久置会发生反应，分解会使更多的与水反应，最终久置的氯水会变为稀盐酸，没有氯气分子。对于实验结论和新认识，可能会总结出元素性质的递变与原子结构的周期性变化有关。 【教师讲解】评价学生的汇报，强调氯水久置的具体变化过程和影响。进一步讲解原子结构决定元素性质，同周期或同主族元素的原子半径呈现周期性变化，故元素的性质也呈现周期性变化，体现了元素周期律（表）的重要意义。 【设计意图】通过总结和问题讨论，帮助学生梳理同周期元素性质的递变规律，加深对原子结构与元素性质关系及元素周期律（表）的理解。培养学生的总结归纳能力和思考探究能力。 同周期、同主族元素性质的递变 一、同主族元素性质递变 1.实验：卤素单质间置换反应 氯水+NaBr溶液→Br₂ 氯水+NaI溶液 →I₂ 溴水+ NaI溶液 →I₂ 2.结论 氧化性：Cl₂＞Br₂＞I₂ 非金属性：Cl＞Br＞I 规律：上到下，非金属性减弱，金属性增强 二、同周期元素性质递变 1.Na、Mg与水反应 实验现象 原理：2Na + 2H₂O = 2NaOH + H₂↑；Mg + 2H₂O = Mg(OH)₂ + H₂↑（加热） 结论：金属性Na＞Mg 2.Mg(OH)₂、Al(OH)₃碱性 实验现象 原理：MgCl₂ + 2NaOH = Mg(OH)₂↓ + 2NaCl； AlCl₃ + 3NaOH = Al(OH)₃↓ + 3NaCl； Al(OH)₃ + NaOH = Na[Al(OH)₄] 结论：金属性Mg＞Al 3.规律：左到右，金属性减弱，非金属性增强 三、问题讨论 1.氯水用新制原因 2.实验结论 3.对结构、性质、周期律新认识 1.已知钡的活动性介于钠和钾之间，下列叙述正确的是(　　) A．钡与水反应不如钠与水反应剧烈 B．钡可以从KCl溶液中置换出钾 C．氧化性：K⁺>Ba²⁺>Na⁺ D．碱性：KOH>Ba(OH)₂>NaOH 【答案】D 【解析】钡的活动性介于钠和钾之间，说明钡比钠活泼。A选项，钡比钠活泼，所以钡与水反应比钠与水反应剧烈，A错误；B选项，钡投入KCl溶液中，先与水反应，不能从KCl溶液中置换出钾，B错误；C选项，金属单质的活动性越强，其对应阳离子的氧化性越弱，所以氧化性：Na⁺>Ba²⁺>K⁺，C错误；D选项，金属性越强，其最高价氧化物对应水化物的碱性越强，金属性K＞Ba＞Na，所以碱性：KOH>Ba(OH)₂>NaOH，D正确。 2.根据原子结构及元素周期律的知识，下列推断正确的是（ ） A. 同主族元素含氧酸的酸性随核电荷数的增加而减弱 B. 核外电子排布相同的微粒化学性质也相同 C. S²⁻、Cl⁻、K⁺、Ca²⁺半径逐渐增大 D. ³⁵₁₇Cl与³⁷₁₇Cl得电子能力相同 【答案】D 【解析】A选项，同主族元素最高价含氧酸的酸性随核电荷数的增加而减弱，不是所有含氧酸，A错误；B选项，核外电子排布相同的微粒，化学性质不一定相同，如Ne和Na⁺，B错误；C选项，S²⁻、Cl⁻、K⁺、Ca²⁺核外电子排布相同，核电荷数越大，半径越小，所以半径逐渐减小，C错误；D选项，³⁵₁₇Cl与³⁷₁₇Cl是氯元素的不同核素，质子数相同，最外层电子数相同，得电子能力相同，D正确。 3.下列叙述能说明氯元素非金属性比硫元素强的是（ ） ①HCl的溶解度比H₂S大　 ②HCl的酸性比H₂S强　 ③HCl的稳定性比H₂S强　 ④还原性：Cl⁻<S²⁻　 ⑤HClO的酸性比H₂SO₄弱　⑥Cl₂与铁反应生成FeCl₃，而S与铁反应生成FeS　 ⑦Cl₂能与H₂S反应生成S　 ⑧在周期表中Cl处于S同周期的右侧 A. ③④⑤⑦⑧ B. ③⑥⑦⑧ C. ③④⑥⑦⑧ D. ①②③④⑤⑥⑦⑧ 【答案】C 【解析】①溶解度属于物理性质，不能说明元素的非金属性强弱，①错误；②氢化物的酸性强弱不能说明元素的非金属性强弱，②错误；③HCl的稳定性比H₂S强，说明Cl的非金属性比S强，③正确；④还原性：Cl⁻<S²⁻，说明Cl的非金属性比S强，④正确；⑤HClO不是Cl的最高价含氧酸，不能通过HClO与H₂SO₄的酸性比较来判断非金属性强弱，⑤错误；⑥Cl₂与铁反应生成FeCl₃，而S与铁反应生成FeS，说明Cl的得电子能力比S强，即Cl的非金属性比S强，⑥正确；⑦Cl₂能与H₂S反应生成S，说明Cl的氧化性比S强，即Cl的非金属性比S强，⑦正确；⑧在周期表中Cl处于S同周期的右侧，同周期元素从左到右非金属性逐渐增强，所以Cl的非金属性比S强，⑧正确。综上所述，能说明氯元素非金属性比硫元素强的是③④⑥⑦⑧，答案选C。 4.应用元素周期律可预测我们不知道的一些元素及其化合物 的性质，下列预测正确的是（ ） ①Be的氧化物的水化物可能具有两性 ②Tl能与盐酸和NaOH溶液反应均产生氢气 ③At单质为有色固体，AgAt不溶于水也不溶于稀硝酸 ④Li在氧气中剧烈燃烧，产物是Li₂O₂，其溶液是一种强碱 ⑤SrSO₄可能是难溶于水的白色固体 ⑥H₂Se无色，有毒，比H₂S稳定 A．①②③④ B．②④⑥ C．①③⑤ D．②④⑤ 【答案】C 【解析】①Be与Al处于对角线位置，性质相似，Al的氧化物的水化物具有两性，所以Be的氧化物的水化物可能具有两性，①正确；②Tl与Al同主族，金属性比Al强很多，Tl只能与盐酸反应产生氢气，不能与NaOH溶液反应，②错误；③卤族元素单质从上到下颜色逐渐加深，状态由气态到液态到固态，AgCl、AgBr、AgI都不溶于水也不溶于稀硝酸，所以At单质为有色固体，AgAt不溶于水也不溶于稀硝酸，③正确；④Li在氧气中燃烧产物是Li₂O，不是Li₂O₂，④错误；⑤Sr与Ba同主族，BaSO₄难溶于水，所以SrSO₄可能是难溶于水的白色固体，⑤正确；⑥同主族元素从上到下，氢化物的稳定性逐渐减弱，所以H₂Se不如H₂S稳定，⑥错误。综上所述，预测正确的是①③⑤，答案选C。 在本次教学中，通过实验让学生直观感受同周期、同主族元素性质的递变，学生参与度较高，对知识的理解更为深刻。但在教学过程中也存在一些不足，比如实验操作时，部分学生操作不够规范，导致实验现象不够明显，在今后教学中应加强实验操作指导。在引导学生讨论问题时，部分学生思维不够活跃，可能是问题设置难度不太合适，后续要更精准地设计问题，激发学生思考。此外，时间把控上略有不足，练习部分讲解稍显仓促，以后要合理安排教学环节时间。 / 学科网（北京）股份有限公司 $