高中化学 11 原子结构教案 新人教版选修3.docx
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高中化学11原子结构教案新人教版选修3
原子结构
本章知识分析：
本章是在学生已有原子结构知识的基础上，进一步深入地研究原子的结构，从构造原理和能量最低原理介绍了原子的核外电子排布以及原子光谱等，并图文并茂地描述了电子云和原子轨道；在原子结构知识的基础上，介绍了元素周期系、元素周期表及元素周期律。
总之，本章按照课程标准要求比较系统而深入地介绍了原子结构与元素的性质，为后续章节内容的学习奠定基础。
尽管本章内容比较抽象，是学习难点，但作为本书的第一章，教科书从内容和形式上都比较注意激发和保持学生的学习兴趣，重视培养学生的科学素养，有利于增强学生学习化学的兴趣。
通过本章的学习，学生能够比较系统地掌握原子结构的知识，在原子水平上认识物质构成的规律，并能运用原子结构知识解释一些化学现象。
注意本章不能挖得很深，属于略微展开
本章教学目标
1．了解原子结构的构造原理，知道原子核外电子的能级分布，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。
2．了解能量最低原理，知道基态与激发态，知道原子核外电子在一定条件下会发生跃迁产生原子光谱。
3．了解原子核外电子的运动状态，知道电子云和原子轨道。
4．认识原子结构与元素周期系的关系，了解元素周期系的应用价值。
5．能说出元素电离能、电负性的涵义，能应用元素的电离能说明元素的某些性质。
6．从科学家探索物质构成奥秘的史实中体会科学探究的过程和方法，在抽象思维、理论分析的过程中逐步形成科学的价值观。
第一节原子结构
第一课时
一、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
方法和过程：
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。
二、教学重点
1.原子核外电子的能层分布及其能量关系
2.原子核外电子的能级分布及其能量关系
三、教学难点：
知道原子核外电子的能级分布及其能量关系
四、教学方法：
讲授法、指导阅读法、讨论归纳法、讲练结合法等
五、教学准备：
多媒体，图片
教学过程：
[引入]原子的概念
[设问]原子是如何诞生的？
宇宙什么是时候诞生的？
我们的地球从那里来？
[指导阅读][板书]第一节原子结构
一、开天辟地—原子的诞生
[投影]宇宙大爆炸图片：
[讲述]1932年勒梅特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H、少量的He及极少量的Li，然后经过长或短的发展过程，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。
[问题]有谁知道宇宙中最丰富的元素是那一种？
宇宙年龄有多大？
地球年龄有多大？
[回答]阅读课本后回答：
氢元素宇宙中最丰富的元素占88.6%（氦1／8），另外还有90多种元素，宇宙年龄距近约140亿年，地球年龄已有46亿年。
[强调]至今，所有恒星仍在合成元素，而且这些元素都是已知的，地球上的元素仅22种。
[板书]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。
[阅读]科学史话，说明思维性推测与科学假设的关系。
[复习]初中学过的核外电子排布的初步知识。
[板书]二、能层与能级
[讲述]含多个电子的原子里，电子本身所具有的能量并不相同。
能量最低的电子，在距原子核最近的区域运动，能量高一些的电子，在距原子核远一些的区域运动。
我们把这些区域称为电子能层，由里向外，分别用字母：
K、L、M、N、O、P、Q…表示相应的分别第一、二、三、四、五、六、七能层。
[投影]练习、填表：
能层
一
二
三
四
五
六
七……
符号
K
L
M
N
O
P
Q……
最多电子数
[回忆复习]原子的组成结构
核外电子是怎样排布的？
[复习讲述]
核外电子排布的一般规律——分层排布
（1）核外电子总是尽量先排布在能量较低的电子层，然后由里向外，依次排布在能量逐步升高的电子层（能量最低原理）。
（2）原子核外各电子层最多容纳2n2个电子。
（3）原于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。
（说明：
以上规律是互相联系的，不能孤立地理解。
）
[讨论]
1.不同的能层分别有多少个能级，与能层的序数n存在什么关系？
2.如何表述各能层（电子层）的各能级？
3.s、p、d、f能级所容纳的电子数怎样？
[学生讨论、小结]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.任一能层的能级总的从s能级开始，而且能级数等于该能层序数。
3.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。
[讲解]在含有多个电子的原子中，位于同一电子层上的能量稍有差别。
根据这个差别，又可以把一个电子层分成几个能级，分别用s、p、d、f等符号表示。
[板书]1、能层：
K、L、M、N、O、P、Q……
2、能级：
一个电子层分成几个能级用s、p、d、f等符号表示。
[读表课本表]K层指包含一个能级，即s能级；L层包含两个能级，s和p能级；M层包含三个能级，s、p和d能级；N层包含四个能级，s、p、d、f能级。
在同一电子层里，能级按s、p、d、f的次序递增。
[复习]初中所学的核外电子排布规律（能量最低原理）。
[板书]三、构造原理
[思考]钾原子的电子排布为什么是2、8、8、1而非2、8、9？
[投影]图1-2构造原理：
[讲解]能量高低顺序。
[板书]1、电子填充的先后顺序（构造原理）为：
1s 2s2p 3s3p 4s3d4p 5s4d5p 6s4f5d6p 7s5f6d7p ……
[讲解]根据构造原理，我们可以写出已知元素的原子的电子排布，这样的电子排布是基态原子的，如：
Na：
1s22s22p63s1，能级符号上面数字是该能级上的电子数。
[板书]2、Na：
1s22s22p63s1，能级符号上面数字是该能级上的电子数。
[投影]部分原子的电子排布式，空着的自己填上：
原子
序数
元素
名称
元素
符号
电子排布
KLMNO
1
氢
H
1s1
2
氦
He
1s2
3
锂
Li
1s22s1
4
铍
Be
5
硼
B
1s22s22p1
……
10
氖
Ne
1s22s22p6
11
钠
Na
12
镁
Mg
1s22s22p63s2
13
铝
Al
…
[思考]1、查元素周期表中铜、金、银外围电子排布，它们是否符合构造原理，你从中总结出什么规律？
2、元素周期表中钠的电子排布写成[Ne]3s1，[]是什么意义？
模仿写出8号、14号、26元素简化的电子排布式？
[交流]1、Cu：
[Ar]3d104s1Ag[Kr]4d105s1Au[Xe]5d106s1，如Cu根据构造原理先排4s再排3d，实际上采取了3d全充满，4s半充满的状态。
2、[]稀有气体结构，O：
[He]2s22p4Si：
[Ne]3s23p2Fe：
[Ar]3d64s2。
[板书][He]2s22p4Si：
[Ne]3s23p2Fe：
[Ar]3d64s2。
[点拨]对于同一电子亚层,当电子排布为全充满、半充满或全空时,原子是比较稳定的。
［随堂练习］
1、现代大爆炸理论认为：
天然元素源于氢氦等发生的原子核的融合反应。
这于一百多年前，普鲁特运用思辨性推测作出“氢是所有元素之母”的预言，恰好“一致”。
下列说法正确的是（）
A科学研究中若能以思辨性推测为核心，就能加快科学的进程
B普鲁特“既然氢最轻，它就是其他一切元素之母”的推理是符合逻辑的
C“一致”是巧合，普鲁特的预言没有科学事实和理论支撑，只是一种猜测D“现代大爆炸理论”是解释宇宙诞生的唯一正确的理论
2．支撑“宇宙大爆炸”理论的重要事实之一是（）
A．宇宙原子总数的88.6％是氢B．地球上的元素绝大多数是金属
C．普鲁特“氢是元素之母”的预言D．宇宙中存在少量稀有气体分子
3、以下能级符号正确的是（）
A6sB2dC3fD7p
[教学小结]本节课从介绍原子的诞生（宇宙大爆炸）入手，在介绍能层、能级的感念后，直接给出构造原理并根据构造原理进行原子的核外电子排布。
[作业布置]课时作业1
[板书设计]
第一章原子结构与性质
第一节原子结构
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：
K、L、M、N、O、P、Q……
2、能级：
一个电子层分成几个能级用s、p、d、f等符号表示。
三、构造原理
1、电子填充的先后顺序（构造原理）为：
1s 2s2p 3s3p 4s3d4p 5s4d5p 6s4f5d6p 7s5f6d7p ……
2、Na：
1s22s22p63s1，能级符号上面数字是该能级上的电子数。
[He]2s22p4Si：
[Ne]3s23p2Fe：
[Ar]3d64s2。
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
过程与方法复习和沿伸、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、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。
二、教学重点
1.能根据构造原理写出1至36号元素原子的电子排布式。
2.知道原子核外电子的排布遵循能量最低原理
三、教学难点：
1.知道原子核外电子的排布遵循能量最低原理
2.基态、激发态与光谱
四、教学方法：
讲授法、指导阅读法、讨论归纳法、讲练结合法等
5、教学准备
图片多媒体
教学过程：
[复习]能层、能级、构造原理等上节课内容。
[过渡]通过上节课学习我们知道，电子排布都遵循能量最低原理，我们学习第四部分。
[板书]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。
[讨论]节日五颜六色的焰火是否是化学变化？
若不是化学变化，与电子存在什么关系？
（参阅课本）。
[讲解]节日焰火与核外电子发生跃迁有关。
[板书]2、
基态—处于最低能量的原子。
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。
[讲解]各种焰色反应是由对应的各种元素决定的。
钙、锶、钡以及碱金属的挥发性化合物在高温火焰中，接受了能量，使原子外层的电子从基态激发到了高态，该电子处于激发态；处于激发态的电子是十分不稳定的，在极短的时间内（约10－８s）便跃迁到基态或较低的能级上，并在跃迁过程中将能量以一定波长的光能形式释放出来。
由于各种元素的能级是被限定的，因此在向基态跃迁时释放的能量也就不同。
碱金属及碱土金属的能级差正好对应于可见光范围，于是我们就看到了各种色彩。
[投影]图1-4激光的产生与电子跃迁有关
[转折]同学们都听说过“光谱”一词，什么是光谱呢？
[板书]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
[讲述]资料：
1868年8月18日，法国天文学家詹森赴印度观察日全食，利用分光镜观察日珥，从黑色月盘背面如出的红色火焰，看见有彩色的彩条，是太阳喷射出来的帜热其他的光谱。
他发现一条黄色谱线，接近钠光谱总的D1和D2线。
日蚀后，他同样在太阳光谱中观察到这条黄线，称为D3线。
1868年10月20日，英国天文学家洛克耶也发现了这样的一条黄线。
经过进一步研究，认识到是一条不属于任何已知元素的新线，是因一种新的元素产生的，把这个新元素命名为helium，来自希腊文helios（太阳），元素符号定为He。
这是第一个在地球以外，在宇宙中发现的元素。
为了纪念这件事，当时铸造一块金质纪念牌，一面雕刻着驾着四匹马战车的传说中的太阳神阿波罗（Apollo）像，另一面雕刻着詹森和洛克耶的头像，下面写着：
1868年8月18日太阳突出物分析。
[投影]图1-5图1-6
[板书]4、光谱分析—利用原子光谱线上的特征谱线来鉴定元素。
[阅读]科学史话—玻尔与光谱。
体会“类比”是一种科学思维方法；体会理论对实验的指导意义。
[板书]五、电子云与原子轨道
[设问]原子核外电子是如何运动的呢？
[讲述]20世纪处，丹麦科学家玻尔把原子类比为太阳系，提出了原子的行星模型。
认为核外电子象行星绕太阳那样绕原子核运动。
1916年玻尔因此获得诺贝尔物理奖。
然而，在后来的十年间，玻尔建立的行星模型被量子理论学彻底否定了。
[提问]核外电子的质量、运动速率、运动空间（学生回答）。
[讲解]既然电子有不同于宏观物体的特征，其运动也与宏观物体不同。
只能通过确定它在原子核外各处出现的概率，而无法确定某个时刻处于原子核外空间核处。
[板书]1、电子运动特点：
只能通过确定它在原子核外各处出现的概率，而无法确定某个时刻处于原子核外空间核处。
[投影]图1-101s电子在原子核外出现的概率分布图
[阅读]资料卡片，理解概率的含义。
[讲解]对于图1-10可以这样理解：
手持一架虚拟的高速照相机拍摄电子，电子每出现一次，拍的一张照片，拍成千上万张，然后将照片叠加在一起得到的图象。
[板书]2、电子云-由此得到的概率分布图看起来象云雾一样，形象的称为电子云。
[投影]图1-11电子云轮廓图的制作过程：
[讲解]最后的图为电子云轮廓图，图内电子出现几率为90%，人们将这种电子云轮廓图称为电子轨道。
注意电子轨道是一空间区域。
[投影]图1-12s能级的原子轨道：
[问题]s电子轨道都是球形的（原子核位于球心），能层序数越大，原子轨道的半径越大。
为什么？
[讲解]这是因为1s、2s、3s电子的能量依次增高，电子在离核更远的区域出现的几率增大，电子云越来越向更大的空间扩展。
举例神州5号。
[投影]p能级原子轨道图
[讲解]P原子轨道是纺锤形，每个p能级有三个原子轨道，它们相互垂直，分别以px、py、pz为符号，而且，p原子轨道的半径也随n值增大而增大。
[板书]3、s电子轨道都是球形；P原子轨道是纺锤形分别以px、py、pz为符号。
[科学探索]以第二周期电子排布为例，探索电子排布规律。
[汇报]S原子轨道最多能容纳2个电子；p原子轨道最多能容纳6个电子；d原子轨道最多能容纳10个电子。
[讲解]量子力学告诉我们，ns能级各有一个轨道，np能级各有3个轨道；nd能级各有5轨道；nf能级各有7个轨道………，每个轨道最多可容纳2个电子。
[思考]各能级最多容纳的电子数是多少？
如何从能级角度推导每一层最多容纳的电子数？
[板书]4、一个原子轨道可用一个□表示，如O：
5、两个规律：
泡利不相容原理：
一个原子轨道里最多容纳两个电子，且自旋方向相反。
洪特规则：
当电子排布在同一能级的不同轨道时，总是优先占据一个轨道，而且自旋方向相同。
[小结]略。
[课堂练习]
1、关于光谱分析，下列说法错误的是：
A、光谱分析的依据是每种元素都有其独特的特征谱线
B、光谱分析不能用连续光谱
C、光谱分析既可以用线状谱也可以用吸收光谱
D、分析月亮的光谱可得知月球的化学组成
2、在太阳的光谱中有许多暗线，这表明
A、太阳内部含有这些暗线所对应的元素
B、太阳大气层中缺少这些暗线所对应的元素
C、太阳大气层中含有这些暗线所对应的元素
D、地球的大气层中含有这些暗线所对应的元素
参考答案：
1、D2、D
[作业布置]资料的章节测试
[板书计划]
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。
2、基态—处于最低能量的原子。
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、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
4、光谱分析—利用原子光谱线上的特征谱线来鉴定元素。
五、电子云与原子轨道
1、电子运动特点：
只能通过确定它在原子核外各处出现的概率，而无法确定某个时刻处于原子核外空间核处。
2、电子云-由此得到的概率分布图看起来象云雾一样，形象的称为电子云。
3、s电子轨道都是球形；P原子轨道是哑铃形分别以px、py、pz为符号。
4、一个原子轨道可用一个□表示，如O：
5、两个规律：
泡利不相容原理：
一个原子轨道里最多容纳两个电子，且自旋方向相反。
洪特规则：
当电子排布在同一能级的不同轨道时，总是优先占据一个轨道，而且自旋方向相同。
[教学回顾]：
本节课的设计，为了避免枯燥，采用了探究性学习方法，由浅入深，步步引入，在旧知识的基础上发现新的问题，在师生的共同努力下分析问题、大胆猜测，到最终将问题解决。
问题解决后，引出了新的知识，教师适时对新知识进行分析和讲解。
随后，经过思考与交流，学生对于新知识的认识更进一步，由感性认识上升到理性认识。
希望通过本课时，让学生认识并掌握构造原理，能运用构造原理写出原子的电子排布式；熟悉探究性学习的方法；与旧知识比较，感受到知识不断的扩展与深入；经过思考交流，全面认识构造原理，培养学生科学的学习观。
随堂章节练习
1、首先提出原子结构模型并开始涉及原子内部结构的科学家是（）
A．卢瑟福B．玻尔C．汤姆生D．道尔顿
2、下列对不同时期原子结构模型的提出时间由早到晚排列正确的是（）
①电子分层排布模型②“葡萄干布丁”模型③量子力学模型
④道尔顿原子学说⑤核式模型
A．①③②⑤④B．④②③①⑤C．④②⑤①③D．④⑤②①③
3、中学化学关于原子核外电子排布，停留在（）
A．道尔顿原子模型B．汤姆生原子模型
C．卢瑟福原子模型D．玻尔原子模型
4、下列各电子能层，含有f能级的是（）
A．K层B．L层C．M层D．N层
5、在同一个原子中，M能层上的电子与Q能层上的电子的能量（）
A．前者大于后者B．后者大于前者
C．前者等于后者D．无法确定
6、不同的原子不可能具有相同的（）
A．质子数B．中子数C．质量数D．质子数和中子数
7、下列关于多电子原子核外电子的运动规律的叙述正确的是（）
A．核外电子是分层运动的B．所有电子在同一区域里运动
C．能量高的电子在离核近的区域运动
D．能量低的电子在离核近的区域绕核运动
8、在M能层中，能级数目为（）
A．1B．3C．9D．18
9、以下能级符号错误的是（）
A．6sB．2dC．3fD．7p
10、在M能层中，最多能容纳的电子数为（）
A．2B．8C．18D．32
11、下列能级中可容纳电子最多的是（）
A．6sB．4pC．3dD．4f
12、各能层最多容纳的电子数为____2n2____。
在多电子原子中，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的___序数____，例如第四能层有__4__个能级，分别是_____4s、4p、4d、4f___________。
13、用“>”、“<”、“=”表示下列能级的能量高低关系：
（1）1s__<__2s__<__3s__<__4s；2p__<__3p_<___4p__<__5p；3d__<__4d__<__5d；
（2）2s__<__2p；3s__<__3p__<__3d；4s__<__4p__<__4d___<_4f；
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