《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。
门捷列夫元素周期律简介
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，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、，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、铂为，而金是。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
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。
2．放射性元素
放射性元素（确切地说应为放射性核素）能够自发地从内部放出或射线，同时释放出能量，这种现象叫做，这一过程叫做放射性。
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、和，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。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（）、食品加工和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。
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，一般极不易与其它反应。但这个名称已较少使用，因现今已发现很多。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，因为这些气体约占组成的%，其中气占了%。
（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时，发现强氧化性的可将氧化，继而他尝试用PtF6氧化Xe。结果反应得到了橙黄色的。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——、XeF4、XeF6
二、元素周期律
以第三周期为代表介绍元素周期律。
1．镁与水反应实验改进
镁与水的反应，尽管有明显的反应速率，但产生氢气的量较少，且看不到产生的氢氧化镁，只能通过氢气的产生和酚酞指示剂的变色去认定氢氧化镁的存在，说服力不强。根据水溶液中KCl、NaCl有阻止氢氧化镁薄膜在镁上形成的作用，可将水改成食盐水进行实验。
实验步骤：取一段擦去表面氧化膜的镁条，卷成螺旋状，插入盛有食盐水溶液的试管或烧瓶中，再将试管或烧瓶倒插在盛有食盐水的烧杯中，可以观察到镁持续不断地跟水反应，几分钟后，白色的氢氧化镁沉淀聚积在烧杯底部。
2．硅化氢、磷化氢自燃视频。
三、元素周期表和元素周期律的应用
4．元素周期表和元素周期律对于其他与化学相关的科学技术的指导作用。水化物酸（碱）性变化规律。
4．寻找新的半导体材料、制造新
农药、寻找催化剂和耐高温、耐
腐蚀的合金材料。
定的非金属性”。
死亡元素——氟的发现
“氟夺走了我十年的生命”――莫瓦桑
在化学元素史上，参加研究的化学家最多、历史最长、实验的危险性最大要算元素氟了。为了能制出氟气，几代化学家锲而不舍为之奋斗，有的因中毒损害了健康，有的献出了宝贵的生命。1813年英国化学家戴维为制取氟中毒，被迫中断研究。1836年，爱尔兰科学院院士乔治·诺克斯和托马斯兄弟在研究过程中，托马斯中毒几乎丧命，乔治在疗养院疗养了3年才恢复健康；比利时的耶鲁特对氟的制备也进行了长期研究，因中毒太深而殉身科学。法国化学家尼克雷前赴后继，以自己的生命铺垫在探索制取单质氟的道路上。着名的法国化学家盖·吕萨克和泰纳尔也差点儿被单质氟的制取夺去了生命。因此，氟元素有“死亡元素”之称。在制备氟气过程中多次中毒的法国化学家莫瓦桑，终于在1886年6月26日首次成功地获得了单质氟，这种气体遇到硅立即着火，遇到水即生成氧气和臭氧，与氯化钾反应置换出氯气。由于莫瓦桑的杰出贡献，他荣获了1906年度的诺贝尔化学奖。在庆祝他制得氟20周年大会上莫瓦桑在答词中说“我们不能停留在已经取得的成绩上面。在达到一个目标之后，我们应当不停地向着另一个目标前进，否则就不会有所进步。一个人应当永远为自己树立一个努力为之奋斗的崇高目标，只有这样做的时候，他才会感到自己是一个真正的人，只有这样，他才能前进。”
请同学们用化学知识说明为什么制备氟气艰难危险？
第三节化学键
在初中化学的基础上，通过离子键和共价键的形成，以及离子化合物和共价化合物的比较，使学生认识化学键的涵义；让学生进一步从结构的角度认识物质的构成，从而提示化学反应的实质。
教学重点：离子键、共价键的概念；离子化合物和共价化合物的概念；化学键的概念；化学反应的实质。
教学难点：化学键的概念；化学反应的实质。
一、离子键
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．钠在氯气中燃烧
2．分析氯化钠的形成过程3．离子键的概念
4．离子化合物
（1）理解概念（2）掌握主族元素的原子和单核离子的电子式（3）用电子式表示AB型、A2B 型、AB2型等离子化合物的形成过程（4）离子化合物与强电解质的关系
5．AlCl3不是离子化合物6．离子半径大小比较和10e－微粒的总结归纳。1．通过钠在氯气中燃烧的实验，结合
氯化钠形成的视频等，得出离子键的概
念。
2．正确理解“带相反电荷离子之间的
相互作用”。
3．以第3周期元素为例，掌握原子和
单核离子的电子式；通过用电子式表示
NaCl、BaO、Na2O、K2S、MgBr2、CaH2
等的形成过程，总结离子化合物的形成
条件。
4．以AlCl3不是离子化合物，总结出“金
属性强的元素与非金属性强的元素通
常形成离子化合物”。
1．评价教材上
“通常，活泼金
属与活泼非金属
形成离子化合
物”，培养学生
思维的批判性。
2．规范使用化学
用语。
钠与氯气反应实验改进：
钠与氯气反应实验可进行改进，装置如右图，实验步骤：（1）取黄豆大的钠，用滤纸吸干表面的煤油放入玻璃管中，按图所示安装好；（2）慢慢滴入浓盐酸，立即剧烈反应产生氯
气；（3）先排气至管内有足够氯气时，反应停止后，管壁上可观察到附着的白色固体。改进实验的优点：（1）整个实验过程中氯气保持一定浓度和纯度，避免发生副反应；（2）案例可靠，污染少。实验条件控制：（1）高锰酸钾要研细；（2）盐酸质量分数为30%－34%。
二、共价键
三、化学键分子间作用力和氢键
二．
第一节元素周期表
第二节元素周期律
第三节化学键
2.教学方法建议
（1）恰当把握概念原理知识学习的深广度，处理好与选修模块学习的关系，既打好基础、又留有余地。
（2）本章的教学设计要围绕“结构决定性质”的主线，从二个层面上来认识结构与性质的关系：
①原子结构：原子核外电子排布→元素的性质与原子结构的关系。
②微粒间的作用力：化学键、分子间作用力、氢键→微粒间的作用差异与物质性质的关系。
（3）注意直观教学，运用结构模型和多媒体技术帮助学生直观地理解离子键、共价键的形成与物质的微观结构，提高学生的空间想象能力。
（4）教材突出了科学探究活动的设计，让学生尽可能通过探究活动来学习化学知识。教材在内容的呈现上，不是把现成的结论直接告诉学生，而是从学生已有的生活经验出发，创设生动活泼的学习情景，引导学生自己去发现和提出问题、做出假设和猜想，设计方案，并通过观察、实验、阅读、思考、讨论等活动，获得对知识的理解。
（5）对于分子结构模型的制作，可以提供给学生一些器具，如橡皮泥、塑料棒等，由学生根据原子的成键方式、成键角度亲手制作。
本章在《化学1》中所学的元素化合物知识的基础上，帮助学生初步建立物质的微粒观，认识元素及其化合物的性质决定于它的结构，为后续课程包括《物质结构与性质》、《有机化学基础》模块的学习打下基础。同时，帮助学生通过学习，了解对比、归纳、分析、综合、演绎等逻辑方法；认识模型和化学用语在化学概念和理论学习中的作用；认识化学基本理论对物质性质及其变化的指导意义；感受化学世界所体现的对立和统一；认识科学家对化学科学发展的贡献，感悟科学发现和发展的艰辛，激发学生研究化学科学的热情。
3.实验教学建议
（1）科学探究实验钾在空气中燃烧、钾与水反应，整个实验操作要迅速，切取的钾块不能太大，要注意安全。
（2）实验1-1：卤素间的置换反应，氯水必须是新制备的饱和溶液，NaBr溶液和KI溶液用稀溶液。
（3）科学探究实验钠、镁、铝的金属性强弱比较，简单易做、现象比较明显且安全，要求各小组自行设计实验方案，然后全班进行交流评价，最后综合总结出最佳方案，注意培养学生求异思维的能力。
（4）本章涉及的化学实验较少，在教学中可以适当补充相关实验，如在元素周期律的教学中增补同主族金属单质活泼性比较的实验：钠、钾与水的反应；在钠、镁、铝金属性比较中可以增补氢氧化物与酸碱反应的实验：向新制得的Mg(OH)2、Al(OH)3沉淀中分别加入足量NaOH溶液、稀H2SO4。
（5）实验1-2：钠与氯气的的反应，必须用滤纸把金属钠表面的煤油吸净，否则反应时会冒黑烟（煤油与氯气反应产生炭粒），掩盖了正常的实验现象（产生白烟）。另外，金属预热要掌握火候，当钠熔成圆球即将着火时就应撒去酒精灯，并倒扣上氯气瓶，此时就可见到钠在氯气中燃烧，产生白烟。如预热不够，氯气瓶扣得早了，反应不剧烈，钠不燃烧，只冒白烟。如预热过头，钠已在空气中燃烧，此时再扣上氯气瓶，虽可看到钠继续燃烧，但不能说明钠在氯气中因反应剧烈会自动着火燃烧。
2010-1-6