资源简介

《实验活动3 同周期、同主族元素性质的递变》课时教案
学科 化学 年级册别 高一上册 共1课时
教材 人教版高中化学必修第一册 授课类型 实验探究课 第1课时
教材分析
教材分析
本节内容位于人教版高中化学必修第一册第五章“元素周期表与元素周期律”的实验活动部分，是理论知识向实践能力转化的重要桥梁。教材通过设计钠、镁、铝与水或酸反应的剧烈程度比较，以及氯、溴、碘单质间的置换反应，引导学生从实验现象中归纳同周期和同主族元素金属性、非金属性的变化规律。该实验不仅巩固了元素周期律的核心概念，也为后续学习元素化合物性质提供了方法论支持，在整个模块中具有承上启下的关键作用。
学情分析
高一学生已掌握原子结构、元素周期表的基本排布规律，并初步了解金属性与非金属性的概念，具备一定的理论基础。但对“性质递变”仍停留在记忆层面，缺乏直观体验。学生动手操作能力参差不齐，尤其在控制变量、观察记录、安全规范等方面经验不足。加之实验过程中易出现气泡干扰判断、试剂污染等现象，可能影响结论得出。因此，需通过情境驱动、小组合作与教师示范相结合的方式，强化探究意识，提升实证思维。
课时教学目标
化学观念
1. 能通过实验事实理解同周期元素从左到右金属性逐渐减弱、非金属性逐渐增强，同主族元素从上到下金属性增强、非金属性减弱的递变规律。
2. 建立“结构决定性质，性质反映结构”的核心化学思想，深化对元素周期律本质的认识。
科学思维
1. 能设计对比实验方案，运用控制变量法分析实验结果，形成基于证据进行推理的科学思维方式。
2. 能将实验现象转化为化学语言，归纳总结元素性质变化趋势，并能预测未知元素的性质走向。
科学探究与实践
1. 能独立完成金属与水/酸反应、卤素单质置换反应等基本实验操作，正确使用试管、胶头滴管等仪器，遵守实验室安全规则。
2. 能准确观察并描述实验现象（如气体产生速率、颜色变化），填写实验报告，表达探究过程与结论。
科学态度与责任
1. 在实验中养成严谨求实、尊重事实的科学态度，勇于质疑异常现象，乐于合作交流。
2. 认识化学实验的安全重要性，增强环保意识，妥善处理废液，体现社会责任感。
教学重点、难点
重点
1. 通过实验探究掌握同周期、同主族元素性质的递变规律。
2. 理解元素性质与原子结构之间的内在联系。
难点
1. 准确观察和描述实验现象，尤其是反应速率的细微差异。
2. 运用控制变量法设计实验并排除干扰因素，形成可靠的实验证据链。
教学方法与准备
教学方法
实验探究法、情境创设法、合作学习法、讲授引导法
教具准备
钠、镁条、铝片、蒸馏水、稀盐酸、酚酞溶液、氯水、溴水、碘水、四氯化碳、试管若干、烧杯、镊子、滤纸、胶头滴管、火柴、砂纸
教学环节 教师活动 学生活动
情境导入：元素王国的“家族会议”
【5分钟】 一、讲述故事，激发兴趣 （1）、创设故事情境：
同学们，今天我们要召开一场特殊的“元素家族大会”。在这个王国里，每个元素都有自己的位置和性格。比如钠，它活泼好动，见水就“炸”；而铝呢，表面沉默寡言，其实内心也很有能量。现在，周期表上的邻居们聚在一起讨论一个问题：“我们谁更‘强’？谁更容易失去电子成为阳离子？谁又更能抢夺别人的电子？”这个问题关乎他们在化学世界中的地位与影响力。那么，我们能不能用实验来说话，让它们自己“表演”一番？
（2）、提出驱动性问题：
如果我们不能靠猜，也不能只看课本背结论，该如何设计一个公平的比赛，来评判同周期元素（如Na、Mg、Al）谁的金属性更强？同样地，Cl、Br、I这三位卤族兄弟，谁的非金属性更胜一筹？你们愿意做这场“元素争霸赛”的裁判吗？让我们走进实验室，用眼睛去发现真相！
（3）、回顾已有知识：
在开始之前，请大家快速回忆：什么是金属性？通常用哪些方式判断？（提示：单质与水或酸反应的难易程度、最高价氧化物对应水化物的碱性强弱）非金属性呢？（与氢气化合的难易、气态氢化物的稳定性、最高价含氧酸的酸性强弱）很好，今天我们就要把这些抽象的标准变成看得见、摸得着的现象！ 1. 倾听故事，进入学习情境。
2. 思考教师提出的驱动性问题。
3. 回忆金属性与非金属性的判断依据。
4. 明确实验探究的目标与意义。
评价任务 参与度：☆☆☆
问题理解：☆☆☆
知识回忆：☆☆☆
设计意图 以拟人化的“元素家族会议”为主线故事贯穿全课，赋予冷冰冰的元素以生命与性格，极大提升学生兴趣。通过设置“谁更强”的挑战任务，激发探究欲望。同时自然引出核心问题——如何通过实验验证性质递变，实现由旧知向新探的平稳过渡。
任务一：金属性大比拼——同周期三兄弟的“反应速度战”
【15分钟】 一、明确任务，分组实验 （1）、布置实验任务：
现在我们进入第一场比赛——“金属性速度战”。参赛选手是第三周期的三位金属元素代表：钠（Na）、镁（Mg）、铝（Al）。比赛规则如下：分别让它们与冷水、热水、稀盐酸接触，观察反应剧烈程度。反应越剧烈，说明越容易失去电子，金属性就越强。请大家以小组为单位，按照实验手册步骤进行操作，注意安全！特别是取用钠时要用镊子，滤纸吸干煤油，切绿豆大小即可，剩余钠放回原瓶。
（2）、演示关键操作：
我先为大家示范钠与水的反应。看，用镊子取出一小块钠，放在滤纸上吸干表面煤油，用小刀切割成黄豆大小，迅速投入盛有滴加酚酞的水中。注意观察：是否熔化成小球？是否四处游动？是否有“嘶嘶”声？溶液是否变红？这些现象说明什么？（生成氢气推动小球移动，放热使其熔化，产物为碱性物质使酚酞变红）接下来，请各组分别完成以下实验：
① Na + 冷水（加酚酞）
② Mg + 冷水（加酚酞）
③ Mg + 沸水（加酚酞）
④ Al + 沸水（加酚酞）
⑤ Na + 稀盐酸
⑥ Mg + 稀盐酸
⑦ Al + 稀盐酸
请认真记录每种组合的现象，特别关注是否有气泡、气泡产生的快慢、是否发热、是否燃烧或爆炸、溶液颜色变化等细节。
二、巡视指导，纠正偏差 （1）、现场观察与点拨：
教师巡视各小组实验过程，重点关注：
- 是否正确使用镊子和小刀处理钠，避免用手直接接触；
- 镁条和铝片是否提前用砂纸打磨去除氧化膜，否则会影响反应速率判断；
- 加热沸水时是否使用试管夹，防止烫伤；
- 滴加试剂是否规范，避免交叉污染。
当发现某组将未打磨的铝片放入水中无明显现象时，及时提醒：“你们有没有考虑铝表面可能存在一层致密的氧化铝薄膜？它会不会阻止内部金属继续反应？要不要试试打磨后再做？”引导学生意识到控制变量的重要性。
（2）、引导现象分析：
待大部分小组完成实验后，组织汇报：
“第一组，你们看到钠与冷水反应有什么现象？”
预设回答：“剧烈反应，熔成小球，快速游动，发出‘嘶嘶’声，溶液变红。”
“第二组，镁与冷水呢？”
预设：“几乎看不到气泡，无明显变化。”
“那换成沸水呢？”
预设：“缓慢产生少量气泡，溶液微微变粉。”
“铝与沸水呢？”
预设：“即使加热也几乎没有反应。”
再对比与稀盐酸反应：
Na：剧烈反应，可能轻微爆炸；
Mg：较快产生大量气泡；
Al：开始较慢，随后稳定释放气泡（因氧化膜被破坏）。
由此可得：Na极易与水反应，Mg需加热才能与水反应，Al则难以与水反应；三者与酸反应均能生成氢气，但剧烈程度依次降低。因此，金属性：Na > Mg > Al，符合同周期从左到右金属性减弱的规律。 1. 分组领取器材，按步骤进行实验。
2. 观察并记录钠、镁、铝与不同条件下的反应现象。
3. 打磨镁条和铝片，排除氧化膜干扰。
4. 小组讨论现象背后的化学原理。
评价任务 操作规范：☆☆☆
现象记录：☆☆☆
结论归纳：☆☆☆
设计意图 通过“速度战”这一生动比喻，将抽象的金属性强弱转化为可观测的反应速率差异。采用分层实验设计（冷水→沸水→酸），体现反应条件的影响，培养学生控制变量意识。教师适时介入，纠正操作误区，引导学生思考氧化膜等干扰因素，提升科学探究的严谨性。
任务二：非金属性擂台赛——卤族三兄弟的“颜色争夺战”
【15分钟】 一、引入新挑战 （1）、承接上文：
刚才我们见证了金属世界的“强者为王”，现在轮到非金属家族登场了。Cl 、Br 、I ，这三位来自第VIIA族的兄弟，也都想证明自己是最强的“电子捕手”。他们的比赛方式很特别——“颜色争夺战”：谁能从别人手中夺取电子，把自己还原出来，谁就是胜利者！我们知道，活泼的非金属单质可以把不活泼的非金属从其盐溶液中置换出来。例如，Cl 能把Br 氧化为Br ，自身被还原为Cl 。这个过程中，溶液颜色会发生变化，甚至可以用有机溶剂萃取显色，一目了然。
（2）、布置实验任务：
请各小组完成以下三个置换实验：
① 向盛有1mL KBr溶液的试管中加入几滴氯水，振荡，再加入1mL CCl ，振荡静置，观察CCl 层颜色；
② 向盛有1mL KI溶液的试管中加入几滴氯水，振荡，再加入1mL CCl ，振荡静置，观察CCl 层颜色；
③ 向盛有1mL KI溶液的试管中加入几滴溴水，振荡，再加入1mL CCl ，振荡静置，观察CCl 层颜色。
注意：CCl 密度大于水，位于下层；Br 在CCl 中呈橙红色，I 呈紫红色。
二、指导实验与现象解析 （1）、强调安全与技巧：
提醒学生氯水、溴水具有刺激性和腐蚀性，应在通风条件下小心取用，避免吸入蒸气。滴加时不要过量，防止颜色过深难以分辨。加入CCl 后要充分振荡，使萃取完全，然后静置分层后再观察。
（2）、组织现象汇报：
“第三组，你们第一个实验看到了什么？”
预设：“加入氯水后溶液变黄，加CCl 振荡后下层变为橙红色。”
“说明生成了什么？”“Br ！”
“所以Cl 把Br 变成了Br ，说明谁的非金属性更强？”“Cl > Br！”
“第二个实验呢？”
预设：“加氯水后溶液变棕，加CCl 后下层呈紫红色。”→ 生成I → Cl 置换出I → Cl > I
“第三个实验？”
预设：“加溴水后溶液变黄褐，加CCl 后下层呈紫红色。”→ Br 置换出I → Br > I
综上所述：Cl > Br > I，即同主族元素从上到下非金属性逐渐减弱。
（3）、深化结构解释：
为什么会出现这样的递变？引导学生回到原子结构：随着核电荷数增加，电子层数增多，原子半径增大，原子核对最外层电子的吸引力减弱，得电子能力下降，故非金属性减弱。 1. 安全取用氯水、溴水等试剂。
2. 完成卤素单质置换实验。
3. 正确使用CCl 进行萃取操作。
4. 根据颜色变化判断反应发生及强弱关系。
评价任务 安全操作：☆☆☆
现象判断：☆☆☆
规律提炼：☆☆☆
设计意图 延续“元素争霸赛”主线，将非金属性竞争形象化为“颜色争夺战”，利用颜色变化这一鲜明视觉信号增强认知印象。通过层层递进的置换实验，构建完整的证据链条。强调萃取技术的应用，拓展学生实验技能，同时渗透“结构决定性质”的深层逻辑。
总结升华：从实验到哲思
【8分钟】 一、系统归纳规律 （1）、整合两大赛事结果：
今天我们通过两场精彩的比赛，揭开了元素性质递变的秘密。第一场“速度战”告诉我们：在同一周期中，从左到右，元素的金属性逐渐减弱，非金属性逐渐增强。第二场“颜色战”揭示：在同一主族中，从上到下，元素的金属性逐渐增强，非金属性逐渐减弱。这些规律不是凭空想象，而是建立在无数实验观察的基础之上。
（2）、回归周期表定位：
请大家打开课本第78页的元素周期表。沿着第三周期从Na到Cl画一条线，可以看到金属性递减、非金属性递增的趋势；再沿着第VIIA族从F到At向下看，非金属性明显减弱。这种有序的变化，正是元素周期律的魅力所在。
二、升华科学精神 （1）、引用名言激励：
居里夫人曾说：“在科学的道路上，我们应该像蜜蜂一样勤奋采集，像侦探一样敏锐观察，像哲学家一样深入思考。”今天你们每一个人都是真正的科学家——你们亲手点燃了钠的小火球，见证了镁的缓慢苏醒，捕捉到了碘的紫色光芒。每一个气泡、每一抹颜色，都是大自然写给我们的密码。
（2）、情感升华结语：
这个世界从来不会主动告诉你答案，但它总会留下线索。就像门捷列夫当年在梦中看见蛇咬住尾巴形成圆环，从而悟出周期律的雏形一样，科学的发现往往始于好奇心，成于坚持与实证。希望你们永远保持这份探索的热情，不迷信权威，不盲从书本，敢于提问，勤于动手。因为真正的知识，不在纸上，而在你手中的试管里，在你眼中的现象中，在你心中的思考里。愿你们在未来的学习旅程中，始终做一名勇敢的“元素猎人”，用实验揭开世界的奥秘！ 1. 跟随教师梳理元素性质递变规律。
2. 在周期表上标注趋势方向。
3. 理解实验与理论的关系。
4. 感受科学探究的精神价值。
评价任务 规律掌握：☆☆☆
图表应用：☆☆☆
情感认同：☆☆☆
设计意图 采用“升华式总结+激励性总结”双模式收尾。既系统回顾知识点，又借助名人名言与诗意语言，将实验探究上升为科学精神的熏陶。通过“元素猎人”的比喻，赋予学生角色使命感，激发持久学习动力，实现知识、能力与价值观的深度融合。
作业设计
一、基础巩固：填空与判断
1. 元素的金属性是指原子________电子的能力，通常可用单质与水或酸反应的________来衡量。非金属性是指原子________电子的能力，可通过单质间的________反应来比较。
2. 第三周期元素Na、Mg、Al的金属性由强到弱的顺序是________，其最高价氧化物对应水化物的碱性由强到弱为________。
3. 卤族元素F、Cl、Br、I中，非金属性最强的是________，最不稳定的是________；能将KI溶液中的I 置换出来的有________（填化学式）。
4. 判断下列说法是否正确（正确的打“√”，错误的打“×”）：
（1）钾比钠更易与水反应，说明同主族元素从上到下金属性增强。（ ）
（2）砹（At）是有色固体，其氢化物很稳定。（ ）
（3）铝与冷水反应缓慢，说明其金属性弱于镁。（ ）
二、能力提升：实验分析题
某同学设计如下实验比较镁和铝的金属性强弱：
实验步骤：
① 取两支试管，分别加入等体积、等浓度的稀盐酸；
② 同时向两支试管中投入大小相近的镁条和铝片（均已打磨）；
③ 观察并比较气泡产生的速率。
实验现象：镁条表面产生气泡的速率明显快于铝片。
结论：镁的金属性强于铝。
问题：
（1）该实验是否合理？为什么？
（2）若要改进实验，使其更加严谨，应补充什么对照实验？
（3）结合原子结构解释镁的金属性为何强于铝？
【答案解析】
一、基础巩固
1. 失去；剧烈程度；得到；置换
2. Na > Mg > Al；NaOH > Mg(OH) > Al(OH)
3. F；HI；Cl 、Br
4. （1）√ （2）× （3）√
二、能力提升
（1）基本合理。通过控制变量（相同酸浓度、同时投入、大小相近、已打磨），比较反应速率，可以推断金属性强弱。
（2）可补充实验：将镁条和铝片分别与冷水、沸水反应，观察现象差异，进一步佐证。
（3）镁原子和铝原子均位于第三周期，镁的核电荷数较小，原子半径较大，原子核对最外层电子的吸引力较弱，更容易失去电子，因此金属性更强。
板书设计
实验活动3 同周期、同主族元素性质的递变
元素争霸赛
↓
任务一：金属性大比拼
Na Mg Al │
┌─┬─┬─┐ │
│●│○│○│ ← 与冷水反应
└─┴─┴─┘ │
●：剧烈 ○：缓慢/无 │
结论：Na > Mg > Al │
同周期→金属性减弱 │
↓
任务二：非金属性擂台赛
Cl + 2KBr → 2KCl + Br
橙红（CCl 层） │
Cl + 2KI → 2KCl + I
紫红（CCl 层）
Br + 2KI → 2KBr + I
紫红（CCl 层）
结论：Cl > Br > I
同主族↓非金属性减弱
↓
核心规律总结
同周期：左→右 金属性↓ 非金属性↑
同主族：上→下 金属性↑ 非金属性↓
结构决定性质，性质反映结构
教学反思
成功之处
1. 以“元素家族争霸赛”为主线贯穿整节课，情境生动有趣，有效激发了学生探究热情，课堂参与度高。
2. 实验设计层次分明，既有金属反应的速度对比，又有卤素置换的颜色变化，现象直观，证据链完整，有助于学生建立实证思维。
3. 注重科学精神的渗透，结尾引用居里夫人名言并进行诗意升华，实现了知识传授与价值引领的统一。
不足之处
1. 部分学生在使用CCl 萃取时振荡不够充分，导致分层不清晰，影响颜色判断，今后需加强操作示范与练习。
2. 对于铝与酸反应初期较慢的现象，个别小组未能及时联想到氧化膜的存在，说明预判能力有待提高，可在课前增设微课视频提示。
3. 时间分配略显紧张，最后总结环节稍显仓促，下次可适当压缩实验操作时间，留足深度反思空间。

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