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选修3 第一章 第一节 原子结构教学设计

第一课时

【教学目标】

知识与技能：

1、进一步认识原子核外电子的分层排布                            

2、知道原子核外电子的能层分布及其能量关系

3、知道原子核外电子的能级分布及其能量关系

4、能用符号表示原子核外的不同能级，初步知道量子数的涵义

5、了解原子结构的构造原理，能用构造原理认识原子的核外电子排布

6、能用电子排布式表示常见元素（1～36号）原子核外电子的排布

过程和方法：

复习和沿伸、类比和归纳、能层类比楼层，能级类比楼梯。

情感和价值观：充分认识原子结构理论发展的过程是一个逐步深入完美的过程。

【教学重点】原子核外电子的能层、能级分布及其能量关系。

【教学难点】能用符号表示原子核外的不同能级。

【教具准备】

【教学方法】讲授法

【课时安排】1课时   

【课型】新授课

【教学过程】

【阅读教材】第一章彩图，了解人们认识原子模型的发展史。

[讲] 人类对原子的认识史——不同时期的原子结构模型

1．公元前400多年前，希腊哲学家德谟克利特等人的观点：水或者任何一种物质，都不能无限次的分割，它们在若干次分割以后，最终会得到一种不可再分的基本微粒。德谟克利特把它们叫做原子。认为物质由原子构成，且原子是不可分的微粒；原子的结合和分离是万物变化的根本。

2．19世纪初，英国科学家道尔顿提出近代原子说；物质由原子组成，且原子为实心球体，不能用物理方法分割；同种分子的质量和性质相同。

3．1897年，英国科学家汤姆生发现了电子，提出原子结构的“枣糕”模型：原子是一个球体，正电荷平均分布于球体之中，像一块蛋糕，电子像葡萄干一样镶嵌在球体的某些固定位置，中和了正电荷，所以整个原子呈中性，原子是可以再分的。

4．卢瑟福原子模型：原子由原子核和核外电子组成。原子核带正电荷，位于原子的中心并几乎集中了原子的全部质量，电子带负电荷，在原子核周围沿着不同的轨道运转，就象行星环绕太阳运转一样。

5．波尔原子模型：电子在原子核外一定轨道上绕核作高速运动

6．20世纪20年代中期，奥地利物理学家薛定谔等人以量子力学为基础建立了电子云模型。原子结构的量子力学模型（电子云模型）：现代原子结构学说：现代科学家用量子力学的方法描述核外电子运动，即运用电子云模型描述核外电子的运动。

[问]我们知道化学变化的最小微粒是原子。那么原子又是如何诞生的呢？

一．开天辟地——原子的诞生

1．大爆炸理论（The Big Bang Theory）

比利时天文学家和宇宙学家勒梅特（Lemaitre Georges，1894.7.17～1966.6.20）于1932年首次提出了现代宇宙大爆炸理论——整个宇宙最初聚集在一个“原始原子”中，后来发生了大爆炸，碎片向四面八方散开，形成了我们的宇宙。大爆炸后两小时，诞生了大量的Hydrogen、少量的Helium及极少量的Lithium，然后经过或长或短的发展过程，以上元素发生原子核的熔合反应，分期分批的合成了其它元素。

2．氢元素是宇宙中最丰富的元素，约占88.6%（氦约为氢原子数的1/8），两者合起来约占宇宙原子总数的99.7%以上。另外还有90多种天然元素，加起来不足总数的1%。

【阅读教材】P4“科学史话”，你认为普鲁特的推理是符合逻辑的吗？

不符合，科学假设不同于思辨性推测。

【复习回顾1】什么叫原子？——化学变化中的最小微粒。

【复习回顾2】核外电子是怎样排布的？

1＞核外电子总是尽量先排布在能量较低的电子层里，然后由里向外，依次排布在能量逐步升高的电子层里（能量最低原理）。

2＞原子核外各电子层最多容纳2n²个电子。

3＞原子最外层电子数目不能超过8个（K层为最外层时不能超过2个电子）。

4＞次外层电子数目不能超过18个（K层为次外层时不能超过2个），倒数第三层电子数目不能超过32个。

【注意】以上规律是互相联系的，不能孤立地理解。

二．能层和能级

1．能层（电子层）

2．能级（电子亚层）

多电子原子中，同一能层的电子，能量也可能不同，还可以把它们分成不同的能级，就好比能层是楼层，能级是楼梯的阶梯。

3．各能层所包含的能级类型及各能层、能级最多容纳的电子数

【规律】

1＞在每一能层中，能级符号的顺序是ns、np、nd、nf……（n代表能层）

2＞任一能层的能级总是从s能级开始，而且能级数等于该能层序数。

3＞各能级所在能层的取值——ns→n≥1，np→n≥2，nd→n≥3，nf→n≥4……

4＞每一能层最多可容纳2n²个电子

5＞以s、p、d、f……排序的各能级可容纳的最多电子数依次为1、3、5、7……的二倍。

6＞各能层、能级中电子能量的高低

①同一能层中——E(ns)＜E(np)＜E(nd)＜E(nf)＜……。

②不同能层中——E(1s)＜E(2s)＜E(3s)＜E(4s)＜……；E(2p)＜E(3p)＜E(4p)＜E(5p)＜……。

【练习1】以下能级符号正确的是（　AD　）　　　A．6s　B．2d　C．3f　D．7p

【练习2】若n＝3，以下能级符号错误的是（　B　）A．np　B．nf　C．nd　D．ns

【练习3】下列各电子能层中，不包含d能级的是（　CD　）

A．N能层   B．M能层   C．L能层   D．K能层

【板书设计】

第一章  第一节 原子结构  第一课时

一、开天辟地—原子的诞生

1．氢元素宇宙中最丰富的元素  

2．宇宙年龄距近约140亿年，地球年龄已有46亿年。

二、能层与能级

1．能层

2．能级

【布置作业】

【教学反思】

第一章 第一节原子结构

第二课时

【教学目标】

知识与技能：

1、了解原子结构的构造原理，能用构造原理认识原子的核外电子排布

2、能用电子排布式表示常见元素（1～36号）原子核外电子的排布

3、知道原子核外电子的排布遵循能量最低原理

4、知道原子的基态和激发态的涵义

5、初步知道原子核外电子的跃迁及吸收或发射光谱，了解其简单应用

过程与方法：复习和延伸、动画构造原理认识核外电子排布，亲自动手书写，体会原理

情感、态度与价值观：充分认识原子构造原理，培养学生的科学素养，有利于增强学生学习化学的兴趣。

【教学重点】电子排布式、能量最低原理、基态、激发态、光谱。

【教学难点】电子排布式。

【教具准备】

【教学方法】讲授法

【课时安排】1课时   

【课型】新授课

【教学过程】

【思考1】知道了原子核外电子的能层和能级可容纳的最多电子数，是否就可以得出各种原子的电子排布规律呢？

【思考2】钾原子的电子排布为什么不是2、8、9，而是2、8、8、1？

阅读课本P5～6。

三．构造原理

1．构造原理（Aufbau Principle）

电子填充的先后顺序（构造原理）

1s　2s2p　3s3p　4s3d4p　5s4d5p　6s4f5d6p　7s5f6d7p　……

随原子核电荷数递增，原子核外电子的排布遵循如右图的排布顺序，这个排布顺序被称为构造原理（电子填充顺序）。

2．电子排布式

按能层次序书写，按构造原理充入电子。

3．电子填入轨道次序图

通式：ns、(n－2)f、(n－1)d、np

【练习1】写出下列元素基态原子的电子排布式。C、O、Si、P、Co。

【练习2】教材P7“思考与交流1”。

【练习3】P7“思考与交流2”，归纳出简化电子排布式的写法。

4．简化的电子排布式

5．构造原理中排布顺序的实质——各能级的能量高低顺序

①相同能层的不同能级的能量高低顺序：ns＜np＜nd＜nf

②英文字母相同的不同能级的能量高低顺序：1s＜2s＜3s＜4s；2p＜3p＜4p；3d＜4d

③不同层不同能级可由下面的公式得出：s＜(n－2)f＜(n－1)d＜np（n为能层序数）

【练习】从元素周期表中查出铜、银、金的外围电子层排布。它们是否符合构造原理？——并不是所有基态原子的核外电子都符合构造原理。

如：₂₄Cr：1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁵4s¹  （[Ar]3d⁵4s¹）；

　　₂₉Cu：1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s¹ （[Ar]3d¹⁰4s¹）

半充满、全充满更稳定。

【思考】写出铁原子的电子排布式，解释为什么铁元素在通常情况下＋3价比＋2价稳定。

【阅读思考1】什么是能量最低原理？

【阅读思考2】什么是基态原子、激发态原子？它们如何转化？

【阅读思考3】什么是光谱？光谱分析？

四．能量最低原理、基态与激发态、光谱

1．能量最低原理——原子的电子排布遵循构造原理能使整个原子的能量处于最低状态，简称能量最低原理。

2．基态原子与激发态原子——处于最低能量的原子叫做基态原子。当基态原子的电子吸收能量后，电子会跃迁到较高能级，变成激发态原子。

3．基态、激发态相互转化与能量的关系

（1）光（辐射）是电子释放能量的重要形式之一（光是一种电磁波）。

（2）在日常生活中，我们看到的许多可见光，如灯光、霓虹灯光、激光、焰火等都与原子核外电子发生跃迁释放能量有关。

4．光谱与光谱分析

（1）光谱（Spectrum）——不同元素的原子发生跃迁时会吸收或放出不同的光，可以用光谱仪摄取各种元素的电子吸收光谱或发射光谱，总称原子光谱。

（2）光谱分析（Spectrum Analysis）——在现代化学中，常利用原子光谱上的特征谱线来鉴定元素，称为光谱分析。

【阅读】教材P8～P9科学史话：

①“光谱”的提出：牛顿，1672年。

②“七基色”：“红、橙、黄、绿、青、蓝、紫”。

③1859年，德国科学家本生（R. Bunsem）和基尔霍夫（G. Kirchhoff）发明了光谱仪，摄取了当时已知元素的光谱图。

④1913年，丹麦科学家玻尔建立了量子力学。

【练习1】原子的电子排布遵循构造原理能使整个原子的能量处于最低状态，简称能量最低原理。处于最低能量的原子叫做基态原子。

【练习2】当基态原子的电子吸收能量后，电子会跃迁到较高能级，变成激发态原子。电子从较高能量的激发态跃迁到较低能量的激发态乃至基态时，将释放能量。光（辐射）是电子释放能量的重要形式之一。

【练习3】不同元素的原子发生跃迁时会吸收或释放不同的光，可以用光谱仪摄取各种元素的电子的吸收光谱或发射光谱，总称原子光谱。许多元素是通过原子光谱发现的。在现代化学中，常利用原子光谱上的特征谱线来鉴定元素，称为光谱分析。

【板书设计】

第一章  第一节 原子结构  第二课时

一、构造原理

1、构造原理：绝大多数基态原子核外电子的排布的能级顺序都遵循下列顺序：1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p 5s 4d 5p 6s 4f 5d 6p 7s……

2、能级交错现象（从第3电子层开始）：是指电子层数较大的某些轨道的能量反低于电子层数较小的某些轨道能量的现象。

电子先填最外层的ns，后填次外层的（n-1）d，甚至填入倒数第三层的（n-2）f的规律叫做“能级交错”

3、能量最低原理：原子核外电子遵循构造原理排布时，原子的能量处于最低状态。

4、对于同一电子亚层（能级）（等价轨道）,当电子排布为全充满、半充满或全空时，原子是比较稳定的。

5、基态原子核外电子排布可简化为［稀有气体元素符号］ 外围电子（价电子、最外层电子）

二、基态与激发态、光谱

1、基态———处于最低能量的原子。

2、激发态———当基态原子的电子吸收能量后，电子会跃迁到较高能级，变成激发态原子。

3、基态与激发态的关系：

4、不同元素的原子发生跃迁时会吸收或释放不同的光，可以用光谱仪摄取各种元素的电子的吸收光谱或发射光谱，总称原子光谱

【布置作业】

【教学反思】

第一章 第一节  原子结构  

第三课时

【教学目标】

知识与技能：

1、了解原子核外电子的运动规律，了解电子云的概念

2、了解原子轨道图及每个能级中的轨道分布情况和最大容纳电子数

3、掌握泡利原理、洪特规则

程与方法：复习和延伸、动画构造原理认识核外电子排布，亲自动手书写，体会原理

情感、态度与价值观：充分认识原子构造原理，培养学生的科学素养，有利于增强学生学习化学的兴趣。

【教学重点】泡利原理、洪特规则。

【教学难点】泡利原理、洪特规则。

【教具准备】

【教学方法】讲授法

【课时安排】1课时   

【课型】新授课

【教学过程】

【阅读课本】P9“五．电子云与原子轨道”第一至四段，简单归纳微观粒子的运动特征，并于宏观物体的运动特征进行对比。

宏观物体与微观粒子（核外电子）运动特征的对比

1．电子云（Electron Cloud）——电子在原子核外空间一定范围内出现，可以想象为一团带负电的云雾笼罩在原子核周围，所以人们形象地把它叫做“电子云”。

2．电子云轮廓图

（1）绘制目的——表示电子云轮廓形状，对核外电子空间状态有一个形象化的简便描述。

（2）绘制过程——电子在核外空间出现概率90%的空间圈出来。（见教材P10图1－11）

3．原子轨道——量子力学把电子在原子核外的一个空间运动状态称为一个原子轨道。简言之，原子轨道——电子云轮廓图。

4．原子轨道的特点

（2）不同能级的原子轨道形状不一样。如：

s能级原子轨道是球形对称，每个s能级只有1个轨道。

【小结】

1＞s原子轨道是球形的，p原子轨道是纺锤形的。

2＞能层序数n越大，原子轨道的半径越大。

3＞不同能层的同种能级的原子轨道形状相似，只是半径不同；相同能层的同种能级的原子轨道形状相似，半径相同，能量相同，方向不同。

4＞s能级只有一个原子轨道；p能级有3个原子轨道，互相垂直，可分别以p_x、p_y、p_z表示，能量相等。（d能级有5个轨道、f能级有7个轨道。）

六．泡利原理和洪特规则

1．电子的自旋——顺时针、逆时针，常用↑或↓表示。

2．泡利（不相容）原理（Pauli Exclusion Principle）

每个原子轨道里最多只能容纳2个电子，而且自旋方向相反。

3．电子排布图——方框——原子轨道，箭头——电子。

【练习】P12“学与问”

4．洪特规则（Hund’s Rule）——当电子排布在同一能级的不同轨道时，总是优先单独占据一个轨道，而且自旋方向相同。

当一个能级上的电子填充达到全充满、半充满或全空时是一种稳定状态，使得体系的能量较低。——洪特规则的特例

【小结】基态原子的核外电子排布要遵循的规则：能量最低原理、泡利（不相容）原理、洪特规则。

【练习】用电子排布图表示出铁原子的核外电子排布。

通过比较、归纳，分别说出3种不同化学用语所能反映的粒子结构信息。

结构示意图：能直观地反映核内的质子数和核外的电子层数及各能层上的电子数。

电子排布式：能直观地反映核外电子的能层、能级和各能级上的电子数。

电子排布图（轨道表示式）：能反映各轨道的能量的高低及各轨道上的电子排布情况，以及电子的自旋状态。

【小结】

【板书设计】第一章 第一节  原子结构  

第三课时

1、电子云

(1)电子运动的特点：①质量极小  ②运动空间极小  ③极高速运动。

2、原子轨道：s电子轨道都是球形；P原子轨道是纺锤形分别以p_x、p_y、p_z为符号。d原子轨道是花瓣形的。

3、泡利原理：一个原子轨道里最多只能容纳2个电子，而且自旋方向相反，这个原理成为泡利原理。

4、洪特规则：当电子排布在同一能级的不同轨道时，总是优先单独占据一个轨道，而且自旋方向相同，这个规则是洪特规则。

5、洪特规则的特例：对于同一个能级，当电子排布为全充满、半充满或全空时，是比较稳定的。