《物质结构元素周期律》的教学策略

《物质结构元素周期律》的教学策略武汉外国语学校孟凡盛物质结构和元素周期律是化学的重要理论知识，也是中学化学教学的重要内容。通过学习这部分知识，可以使学生对所学元素化合物等知识进行综合、归纳，从理论上进一步理解。同时，作为理论指导，也为学生继续学习化学打下基础。本章内容虽然是理论性知识，但教材结合元素化合物知识和化学史实来引入和解释，使理论知识与元素化合物知识相互融合，以利于学生理解和掌握。一．用化学史整合三维目标课堂教学的三维目标是推进素质教育的根本体现，它使素质教育在课堂教学中的落实有了重要的抓手和坚实的操作性基础。在这三维目标中，知识与技能维度的目标立足于让学生“学会”，过程与方法维度的目标立足于让学生“会学”，情感态度与价值观维度的目标立足于让学生“乐学”。化学家傅鹰曾说：“化学给人以知识，而化学史给人以智慧”。化学史中的智慧就是课堂教学需要的“知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观”，教材上所选化学史往往受篇幅和文字所限，或所载信息有限，或人文内涵隐含在字里行间，这些都有待于教学中教师的拓展、挖掘和发挥。教师有意识地利用化学史创设教学情景，激发学生学习化学的兴趣，促进学生掌握化学知识，培养学生的人文精神，引导学生学习科学方法，体验探究过程，形成科学的世界观。第一节元素周期表本节从化学史入手，直接呈现元素周期表的结构。在学生了解一些元素性质和原子结构示意图的基础上，以周期表的纵向结构为线索，以碱金属和卤族元素为代表，通过比较原子结构（电子层数、最外层电子数）的异同，突出最外层电子数的相同；并通过实验和事实来呈现主族元素性质的相似性和递变性。帮助学生认识元素性质与原子核外电子的关系。教学重点：元素周期表的结构；元素在周期表中的位置及其性质的递变规律。教学难点：元素在周期表中的位置及其性质的递变规律。一、元素周期表元素周期表是元素周期律的具体表现形式，是学习化学的重要工具。知识与技能（学会）过程与方法（会学）情感态度与价值观（乐学）1．原子序数2．周期表的编排原则3．周期（元素种数）4．族（族序数的顺序）1．教师示范画出一张元素周期表2．学生熟记族序数顺序、主族元素的名称和元素符号，画出元素周期表。1．有关周期律和元素周期表的化学史2．熟练准确画出元素周期表3．提高学生记忆能力和表达能力门捷列夫元素周期律简介俄罗斯化学家门捷列夫（1834年2月7日～1907年2月2日）出生在俄国西伯利亚。他从小热爱劳动，喜爱大自然，学习勤奋。门捷列夫长期为无机化学的缺乏系统性所困扰，他搜集每一个已知元素的性质资料和有关数据，发现一些元素除有特性之外还有共性。例如，已知卤素元素的氟、氯、溴、碘，都具有相似的性质；碱金属元素锂、钠、钾暴露在空气中时，都很快就被氧化，因此都只能以化合物形式存在于自然界中。门捷列夫开始试着排列这些元素。他把每个元素都建立了一张长方形纸板卡片。在每一块长方形纸板上写上了元素符号、原子量、元素性质及其化合物。然后把它们钉在实验室的墙上排了又排。发现性质相似的元素，它们的原子量并不相近；相反，有些性质不同的元素，它们的原子量反而相近。他紧紧抓住元素的原子量与性质之间的相互关系进行反复研究，终于在1869年2月19日发现了原素周期律。在排列元素周期表的过程中，门捷列夫大胆指出当时一些公认的原子量不准确。如那时金的原子量公认为169.2，按此在元素表中，金应排在锇、铂的前面，因为它们被公认的原子量分别为198.6、196.7，而门捷列夫坚定地认为金应排列在这二种元素的后面，原子量都应重新测定。大家重测的结果，锇为190.9、铂为195.2，而金是197.2。实践证实了门捷列夫的论断，也证明了周期律的正确性。在门捷列夫编制的周期表中，还留有很多空格，这些空格应由尚未发现的元素来填满。当有人将门捷列夫对元素周期律的发现看得很简单，轻松地说他是用玩扑克牌的方法得到这一伟大发现的，门捷列夫却认真地回答说，从他立志从事这项探索工作起，一直花了大约20年的功夫，才终于在1869年发表了元素周期律。他把化学元素从杂乱无章的迷宫中分门别类地理出了一个头绪。此外，因为他具有很大的勇气和信心，不怕名家指责，不怕嘲讽，勇于实践，敢于宣传自己的观点，终于得到了广泛的承认。为了纪念他的成就，人们将美国化学家希伯格在1955年发现的第101号新元素命名为“钔”。诺贝尔奖最大遗憾是一票错失门捷列夫。俄国天才科学家门捷列夫与诺贝尔奖的擦肩而过恐怕要算诺贝尔奖最大的遗憾。二、元素的性质与原子结构以碱金属元素和卤族元素为代表，介绍同主族元素性质的相似性和递变性。知识与技能（学会）过程与方法（会学）情感态度与价值观（乐学）1．碱金属元素2．卤素元素（1）原子结构示意图及异同点（2）化学性质的相似性和递变性（3）物理性质的相似性和规律性（4）判断元素金属性强弱的方法（5）判断元素非金属性强弱的方法3．同主族元素性质的变化规律1．对比实验：钠、钾分别在空气中燃烧的实验；钠、钾分别与水反应的实验。2．Cl2、Br2、I2的颜色状态比较（实物展示对比）。3．卤化氢性质的变化规律。（适度拓展）4．卤素单质间的置换反应实验。5．卤素单质与水反应的比较。（适度拓展）1．总结判断元素金属性强弱的简单方法（单质与氧气或水反应剧烈比较）2．总结归纳判断元素非金属性强弱的多种方法（单质与氢气化合的难易、气态氢化物的热稳定性、在水溶液中单质间的置换反应。）3．提高实验操作能力、观察能力、得出结论的能力。卤素间的置换反应实验改进：教材中卤素间的置换反应实验是分步进行的，饱和氯水会挥发出氯气造成污染。可浓度改进设计实验如下。实验装置如右图。实验操作：①向U形管中加入约2g高锰酸钾粉末；取一根5mm150mm的玻璃管，插入橡皮塞中，在右图所示实验装置中的“4、5、6”处帖上滤纸小旗，分别滴3滴淀粉KI溶液、饱和KI溶液、NaBr溶液（从上到下）。另取一同样的玻璃管，两端各塞入一小团脱脂棉，在1和2处脱脂棉上分别滴入淀粉KI溶液和饱和NaBr溶液，关在两端分别接一乳胶管（事夹子）；在3处装入吸有NaOH溶液的脱脂棉。按右图的装置连接。②滴加浓盐酸，即可看到有黄绿色的氯气产生，上小旗接触后，由下至上依次出现：红棕色、紫黑色、蓝色。打开a、b处的夹子，当氯气恰好上升到2位置，保持一会儿即夹住a处，不使氯气上升。③取下上节玻璃管，在2处微微加热，即看到红棕色的溴上升到b处，此时有蓝色出现。改进后的优点：操作方便，对比性强，现象明显，且无有毒气体逸出。三、核素在元素的性质与原子核外电子有密切关系的基础上，提出元素性质与原子核的关系，并由此引出核素和同位素的有关知识。知识与技能（学会）过程与方法（会学）情感态度与价值观（乐学）1．质量数、质子数、中子数、核电荷数、核外电子数、原子序数及其关系，原子符号的表示方法。2．元素、核素、同位素的关系和区别3．元素相对原子质量的计算4．放射性同位素在能源、农业、医疗、考古等方面的应用。1．通过视频了解原子核质量大体积小。2．学会通过概念的外延和内涵给概念下定义。（如给出元素、核素、同位素的定义）3．了解核素的相对原子质量和近似相对原子质量、了解元素的相对原子质量和近似相对原子质量的计算。4．学会查阅资料。1．通过对视频的观察，提高微观想象能力。2．体验给概念正确下定义的快乐。3．以氯元素的相对原子质量为例，了解元素相对原子质量的计算方法。2．放射性元素放射性元素（确切地说应为放射性核素）能够自发地从原子核内部放出粒子或射线，同时释放出能量，这种现象叫做放射性，这一过程叫做放射性衰变。放射性现象是一种元素的原子自发地转变为另一种元素的原子的结果，它动摇了多少世纪以来作为经典化学基石的“原子不可分、化学元素不可变”的观念。放射性元素是具有放射性的元素的统称。指锝、钷和钋，以及元素周期表中钋以后的所有元素。元素周期表中放射性元素的元素符号是红色的。放射性元素最早应用的领域是医学和钟表工业。镭的辐射具有强大的贯穿本领，发现不久便成为当时治疗恶性肿瘤的重要工具；镭盐在暗处发光，用于涂制夜光表盘。核电站和核舰艇使用的核燃料，工业、农业和医学中使用的放射性标记化合物，工业探伤、测井（石油）、食品加工和肿瘤治疗所使用的某些放射源等。放射性应用的形式可分成三种：第一，它可以作为新的科学研究工具(即示踪原子)应用于各种学科。其中包括物理学、化学、生物学、医学、地质学和考古学等；第二，放射性同位素所发射的射线和X射线很相似，可以用来作为辐射源去透视各种X射线不能透视的材料内部的特性和缺陷，并可以在大规模生产中，用作为自动检查仪器及各种测量仪器等等；第三，它可作为核能源应用，如核电池。下面仅就某些方面的应用加以简单介绍。第二节元素周期律以周期表的横向结构为线索，先介绍原子核外电子排布，突出电子层数的不同和最外层电子数的递增关系，以第三周期元素为代表，归纳出元素周期律。教学重点：元素周期律的涵义和实质；元素性质与原子结构的关系。教学难点：元素性质与原子结构的关系。一、原子核外电子的排布教材没有具体介绍原子核外电子排布的规律，而是直接给出了1－20号元素原子核外电子的排布，让学生从中发现一些简单的规律。知识与技能（学会）过程与方法（会学）情感态度与价值观（乐学）1．理解原子的结构2．掌握核外电子排布的规律3．会画主族元素的原子结构示意图4．理解稀有气体原子结构特点1．利用电子层模型示意图，理解原子的结构2．通过对前20号元素原子核外电子排布的归纳，总结出核外电子排布的规律。3．利用核外电子排布的规律，画出其他主族元素的原子结构示意图。1．原子模型的演变。2．发现主族元素的原子结构示意图与元素周期表之间的关系。3．了解稀有气体发现史，培养学生科学严谨的态度和精益求精的方法。3．稀有气体及稀有气体化合物（1）稀有气体名称的演变稀有气体原来叫“惰性气体”，意指“懒惰”没有活性，一般极不易与其它元素反应。但这个名称已较少使用，因现今已发现很多惰性气体化合物。在1991年，全国自然科学名词审定员会公布的《化学名词》中正式规定，把惰性气体改称为稀有气体，这个名称也有不精确之处，因为这些气体约占地球大气组成的0.94%，其中氩气占了0.9%。（2）稀有气体的发现――第三位小数点的故事1892年，英国科学家瑞利用两种不同的方法制取氮气，测定出来的氮气密度并不相同，两者相差0.0064g/L，瑞利并没有忽略这一差异，他不认为这是实验本身的误差加以修正，而是把他的实验结果与研究论文一起公开发表在《自然》杂志上，公开征求答案，引起了他的朋友拉姆塞的注意并开始一起研究这个问题。他们在翻越80年前英国科学家实验大师卡文迪许的实验记录中取得了重要突破。在卡文迪许当年的实验报告中记录了氧与氮化合为氮的氧化物再溶解在苛性钠溶液中，最后管内总有一个小气泡，其体积相当于原气体体积的1/120。他们重复了卡文迪许的实验并对这个小气泡内剩余气体进行密度测定和光谱分析，确认它是一种新元素，后来被命名为氩。这个事实给人以极大的启发，一个小小的气泡是很容易被人忽略的，但里面隐藏着一个化学元素家族（零族）。它们默默无闻地酣睡了100多年，直到细心过人的瑞利和拉姆塞不放过第三位小数上的差异，才把它们从不被人察觉的细节中探索出来。这也充分体现了科学家诚实的科学态度和精益求精的思维方法。（3）稀有气体化合物的发现1962年，巴特利特在研究无机氟化物时，发现强氧化性的六氟化铂可将O2氧化，继而他尝试用PtF6氧化Xe。结果反应得到了橙黄色的固体。巴特利特认为它是六氟合铂酸氙（Xe[PtF6]）。这是第一个制得的稀有气体化合物。目前合成的稀有气体化合物绝大多数都是氙的化合物，如氙氟化物——XeF2、XeF4、XeF6二、元素周期律以第三周期为代表介绍元素周期律。知识与技能（学会）过程与方法（会学）情感态度与价值观（乐学）1．元素原子的电子层排布、原子半径和主要化合价呈同期性变化。2．元素的金属性和非金属性呈周期性变化。3．元素周期律。1．利用表格分析，初步得出元素性质呈现周期性变化。2．通过实验探究得出钠、镁、铝（同周期金属元素