同主族元素性质探究

教学目标：1.以碱金属为例，通过实验探究，从宏观层面归纳同主族元素性质变化规律;结合原子结构，从微观角度探析元素性质变化规律的本质原因，并找出原子结构与元素性质的关系。

2.渗透“预测”等科学研究方法和“比较、归纳”等信息加工的方法，培养分析处理数据的能力。

3.发展“宏观辨识与微观探析”和“证据推理与模型认知”的学科核心素养。

4.初步渗透“位--构--性”的系统认知模型。

教学重点：碱金属元素性质的相似性及递变性;

能够依据同主族元素性质的递变规律预测同主族元素性质。

教学难点：同主族元素原子结构与元素性质的关系。

教学流程：

新课导入：

[复习]1.元素的化学性质由什么决定？

2.元素分为金属元素和非金属元素，一般情况下，金属元素和非金属元素常表现什么性质？

3.碱金属元素包含哪些元素及在周期表中位置？

4.总结金属钠的性质。

[学生思考回答]

学习任务一认识碱金属元素的原子结构特点

[思考与讨论]完成P93思考与交流表格，回答下列问题：

（1）在周期表中，从上到下碱金属元素的核电荷数、原子半径的变化有什么（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？

[学生活动]完成表格，讨论回答问题

汇报结论：碱金属元素的原子结构特点：

碱金属元素原子结构的共同点是最外层电子数相同，都是1个电子;不同点是电子层数和原子半径不同，其变化规律是随着核电荷数的增加，电子层数逐渐增多，原子半径逐渐增大。

[追问]经过分析，得出碱金属元素的原子结构即存在相似性又存在递变性，那么这样的结构特点会对其性质产生怎样的影响？

[思考回答]结构决定性质，结构有相似，决定性质有相似;结构有递变，决定性质有递变。

[追问]性质的相似和递变如何表现？

[思考回答]与钠作比较，相似性表现在可以和同样的物质发生反应，;递变性表现在反应条件，剧烈程度及产物的复杂程度不同。

学习任务二预测碱金属化学性质，并设计实验验证

[方法导引]预测是在已有信息的基础上，依据一定规律和方法对未知事物所进行的一种推测。在化学研究中，可以根据物质的组成、结构和反应规律等，预测元素及其化合物的性质、可能发生的化学反应，并评估所作预测的合理性。

[学生活动]实验探究：碱金属化学性质的比较

问题和预测：

（1）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。

[思考回答]最外层都有一个电子，都易失去电子;预测锂、钾和钠也可以和氧气、水等物质发生反应。

实验和观察：

[实验探究1]钠、钾与氧气的反应

[观察实验现象]钠的现象：先熔化成小球，后剧烈燃烧，发出黄色火焰，生成淡黄色固体

钾的现象：先熔化成小球，剧烈燃烧，发出紫色火焰，生成黄色固体

结论K比Na反应更快更剧烈，产物更加复杂

小结碱金属与O₂的反应

4Li+O₂===2Li₂O（氧化锂）

4Na+O₂===2Na₂O（氧化钠）

2Na+O₂===Na₂O₂（过氧化钠，复杂氧化物）

（复杂氧化物）

[实验探究2]钠、钾与水的反应

[观察实验现象]钠的现象：浮在水面上，熔成光亮的小球，小球四处游动，发出嘶嘶的响声，反应后的溶液呈红色。

2Na+2H₂O=2NaOH+H₂↑

钾的现象：钾浮于水面，迅速熔化成银色小球，四处游动，反应剧烈，有轻微爆炸声并着火燃烧 ，反应后滴入酚酞，溶液变红。

2K+2H₂O=2KOH+H₂↑

结论K比Na反应更快更剧烈

小结Li、K都可以和水發生反应生成对应的碱和氢气，可用以下通式表示 2R+2H₂O=2ROH+H₂↑（R=Li、Na、K、Rb、Cs）

完成P94分析和结论

[师生共同总结结论，引导学生从原子结构角度分析原因，并预测同主族其它元素化学性质]

小结与最初预测一致，性质相似但有差异

1.碱金属元素的化学性质的相似性

Li、Na、K都能和氧气与水发生反应。反应中，碱金属元素的化合价都是+1价。

2.碱金属元素的化学性质的递变性

3.碱金属化学性质的相似性和递变性与原子结构的关系

碱金属元素原子的最外层上都1个电子，所以他们的化学性质相似，很容易失去最外层电子，

从Li→Cs随着核电荷数的增加，碱金属元素原子的电子层数增多→原子半径逐渐增大→原子核对最外层电子的引力逐渐减弱→原子失去最外层电子的能力逐渐增强→即从Li→Cs，元素金属性逐渐增强，单质还原性逐渐增强。

方法指导：金属性：元素原子失去电子的性质，是元素的性质;通过具体物质表现，表现为物质的还原性，还原性是物质的性质。

一般情况下，元素的金属性强弱可以从其单质与水（或酸）反应置换出氢的难易程度，以及它们的最高价氧化物的水化物一氢氧化物的碱性强弱来判断。

依据碱金属金属性变化规律，则从Li→Cs，单质与水或酸置换出氢越来越容易，最高价氧化物对应水化物的碱性逐渐增强，CsOH的碱性最强。

学习任务三：认识碱金属的物理性质

[过渡]]碱金属在化学性质上有相似性和递变性，那么物理性质是否也有呢？

[学生活动]自主学习，归纳碱金属物理性质及变化规律。

相似性：除铯外都是银白色，都比较柔软，有延展性;密度都比较小，熔点也都比较低，导热性和导电性也都很好。

递变性：从Li→Cs，密度增大 （K反常小）;熔沸点降低。

学科素养要求在碱金属结构与性质关系的探究过程中，发展“宏观辨识与微观探析”和“证据推理与模型认知”的学科核心素养。

结论同主族元素从上往下电子层数依次增多，原子半径逐渐增大，失电子能力逐渐增强。所以金属性逐渐增强。

山西省太原市第二十中学校 韩雪敏