高中化学“碱金属元素”的项目式教学实践

张锦程

一、项目主题内容分析

项目式学习（PBL）是以建构主义理论为指导，以小组协作的形式进行规划和解决项目任务的学习方式。学生通过经历事先精心设计的项目和一连串任务，在复杂及真实的学习环境中不断进行探索和学习，从而获得所需知识，解决项目过程中碰到的问题，实现有意义的学习。2019人教版必修一教材，把第四章第一节“原子结构与元素周期表”划分为3个课时，其中最后一个课时为“原子结构与元素的性质”。新教材采用了预测的方法，引导学生发现碱金属元素之间性质的相似性和递变规律。“探秘碱金属，‘预见119”项目创意新颖，紧贴学生实际，涉及到的知识规律性强。在教学中，笔者将项目拆分成“初探钠和钾”“再探碱金属”“‘预见119”3个任务展开，在问题解决过程中借助“预测一观察一解释”的POE策略、从“位置一结构一性质”视角研究元素的性质，根据碱金属元素性质的相似性和递变性，让学生预测未知元素的性质，设计专属名片，体会科学与艺术的结合，感受化学学科魅力。

二、项目教学目标

1.通过预测钾的化学性质，观察钾与氧气、水反应的实验，认识钠与钾性质的相似性和不同之处，培养“宏微结合”和“变化观念”的核心素养；

2.通过预测锂、铷、铯的化学性质，观察碱金属单质与氧气、水反应的实验，理解同主族元素性质的递变规律及与原子结构的关系，发展“科学探究”与“证据推理”的核心素养；

3.能从位、构、性视角研究元素的性质，通过预测未知元素性质和为未知元素设计名片，体会“预测”这种方法在化学科学研究中的应用，发展“科学态度”与“创新意识”的核心素养。

三、教学流程

具体教学流程见表1。

四、项目实施过程及学生学习成果

[创设情境]镓是化学史上第一个先从理论预言后在自然界中被发现验证的元素。1871年，门捷列夫发现元素周期表中铝元素下方有个间隙尚未被占据，他预测这种未知元素的相对原子量大约是68，密度为5.9g/cm3，性质与铝相似，他的这一预测被法国化学家布瓦博德兰证实。

[学生活动]2名学生分别扮演门捷列夫和布瓦博德兰，表演元素镓的发现过程中2人争论的故事。

[问题引入]门捷列夫能够根据元素的位置预测元素的性质，同学们想不想成为和门捷列夫一样厉害的化学家、预言家呢？目前，俄罗斯和日本科学家正尝试合成119号元素Uue，如何预测该元素的性质并为它设计一张专属名片呢？

[学生观点]根据元素周期表的编排规则，119号元素位于第8周期第ⅠA族。可以效仿门捷列夫，通过第ⅠA族中已经学过的金属钠的性质，预测119号元素的性质。

[过渡]钠和119号元素都位于第ⅠA族，但钠位于第3周期，119号元素位于第8周期，直接通过钠的性质预测119号元素的性质是否合理呢？我们不妨先通过钠的性质预测位于钠下方的钾的性质，再找到碱金属元素性质的规律，从而预测119号元素的性质。

[任务1]初探钠和钾

[教师]回忆金属钠的化学性质，描述钠与氧气、水反应的实验现象。

[学生]钠在常温下与氧气反应生成氧化钠，在加热条件下生成过氧化钠。钠与水反应生成氢氧化钠和氢气。常温下，银白色的钠表面很快变暗；加热条件下，钠先熔化，再剧烈燃烧，产生黄色火焰，生成淡黄色固体。钠与水反应，钠浮在水面上，熔成光亮的小球，四处游动，发出嘶嘶的响声，滴入酚酞，溶液变红。

[教师]如何从结构的角度解释钠具有的化学性质？

[学生]钠原子的最外层电子数为1，容易失去电子形成钠离子。

[教师]根据钾的原子结构，你认为钾会具有怎样的性质？

[学生]钾原子的最外层电子数也为1，也容易失去电子形成钾离子，具有金属性，具体表现在也能和氧气反应，也能和水反应。

[教师]钾的性质是否和预测的一样呢？观察实验，描述实验现象。

[演示实验]钾与氧气反应、钾与水反应。

[学生]钾与氧气反应，先熔化再剧烈燃烧，产生紫色火焰，生成黄色固体。钾与水反应，钾浮在水面上，熔成光亮的小球并剧烈燃烧，四处游动，发出爆炸声，滴入酚酞，溶液变红。

[教师]钾与氧气反应生成的黄色固体有过氧化钾（K2O2）和超氧化钾（KO2）。比较钠和钾与氧气、水反应的实验现象，你能得出什么结论？

[学生]钠和钾都能与氧气和水反应，且钾更活泼。

[过渡]钠和钾性质上有相似性和不同之处，这样的规律是只存在于这2种元素之间还是所有的碱金属元素之间呢？

[任务2]再探碱金属

[教师]根据碱金属元素的原子结构特点（见表2），预测锂、铷、铯的化学性质。

[学生]锂、铷、铯的最外层电子数都为1，容易失去电子形成+1价的离子，具有金属性，具体表现为可以与氧气和水反应。

[教师]事实和推测是否一致呢？观看视频，并尝试总结碱金属元素的化学性质。

[视频]碱金属单质与氧气和水的反应。

[教师]锂与氧气反应只生成氧化锂；钠与氧气反应，常温下生成氧化钠，加热时生成过氧化钠；钾与氧气反应，常温下生成氧化钾，加热时生成过氧化钾和超氧化钾；铷和铯，除了生成氧化物、过氧化物、超氧化物以外，还会生成臭氧化物。你认为碱金属单质与氧气的反应有怎样的规律？

[学生]碱金属单质，从锂到铯，与氧气的反应越来越剧烈，生成物越来越复杂。

[教师]无论哪种碱金属单质，与水反应都会生成对应的氢氧化物和氢气，那么通过视频，你发现碱金属单质与水的反应又有怎样的规律呢？

[学生]碱金属单质，从锂到铯与水的反应越来越剧烈。

[教师]将碱金属单质与氧气和水反应的规律总结成一句话，就是碱金属元素，从锂到铯，金属性逐渐增强。结构决定性质。如何从结构的角度，解释碱金属元素性质的相似性与递变性呢？

[学生]碱金属元素原子的最外层电子数都为1，都容易失去电子形成+1价的离子，都表现金属性，具有相似性。

[学生]碱金属元素，从上到下，核电荷数依次增多，电子层数依次增大，原子半径依次增大，原子核对最外层电子的引力依次减小，失去电子的能力依次增大，金属性逐渐增强。

[教师]化学性质具有相似性和递变性，物理性质呢？观察表格（见表3），总结规律。

[学生]碱金属元素，从锂到铯，都为银白色金属（除了铯略带金色光泽），都很柔软，密度依次增大，钠钾反常，熔沸点依次降低。

[教师]钠钾合金的熔点低于纯金属钠和钾的熔点，因此钠钾合金常用作核反应堆的导热剂。性质决定用途。碱金属元素还被用作锂电池、碱金属蒸气激光器、铷铯原子钟等等。

[过渡]找到了碱金属元素的相似性和递变性，就可以预测119号元素的性质了。

[任务3]“预”见119

[教师]尝试预测119号元素的性质，并为它设计一张专属名片。

[学生]设计名片（如图1所示）。

五、项目教学反思（略）

（收稿日期：2024-01-35）