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选修三 第一章原子结构与性质教案。


选修三 物质结构与性质 第一章 原子结构与性质

教材分析: 一、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。 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。

第一节 原子结构 第一课时
知识与技能: 1、进一步认识原子核外电子的分层排布及其规律;能根据构造原理写出 1-36 号元素原子的电子排布式。 2、明白核外电子的运动特点,知道电子云、原子轨道等概念。 3、掌握泡利原理、洪特规则。 教学难点: 1 电子云与原子轨道 2 基态、激发态与光谱 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。 教学过程: (设计课时 3-4 课时)
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引言介绍:强调结构(原子结构、分子结构、晶体结构)决定性质。 一、 开天辟地—原子的诞生 原子结构理论发展从古代希腊哲学家留基伯和德谟克利特的朴素原子说 到现代量子力学模型,人类思想中的原子结构模型经过多次演变,给我们多 方面的启迪。 现代大爆炸宇宙学理论认为,我们所在的宇宙诞生于一次大爆炸。大爆炸 后约两小时,诞生了大量的氢、少量的氦以及极少量的锂。其后,经过或长 或短的发展过程,氢、氦等发生原子核的熔合反应,分期分批地合成其他元 素。 〖复习〗必修中学习的原子核外电子排布规律: 核外电子排布的一般规律: (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。例如;当 M 层是最外 层时,最多可排 8 个电子;当 M 层不是最外层时,最多可排 18 个电子 〖思考〗这些规律是如何归纳出来的呢? 二、能层与能级 由必修的知识,我们已经知道多电子原子的核外电子的能量是不同的, 由内而外可以分为: 第一、二、三、四、五、六、七??能层 符号表示 K、 L、 M、 N、 O、 P、 Q?? 能量由低到高 例如: 钠原子有 11 个电子, 分布在三个不同的能层上, 第一层 2 个电子, 第二层 8 个电子,第三层 1 个电子。由于原子中的电子是处在原子核的引力 场中,电子总是尽可能先从内层排起,当一层充满后再填充下一层。理论研 究证明,原子核外每一层所能容纳的最多电子数如下: 能 层 一 二 三 四 五 六 七?? 符 号 K L M N O P Q?? 最多电子数 2 8 18 32 50?? 即每层所容纳的最多电子数是:2n2(n:能层的序数) 但是同一个能层的电子,能量也可能不同,还可以把它们分成能级(S、P、d、 f),就好比能层是楼层,能级是楼梯的阶级。各能层上的能级是不一样的。
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能级的符号和所能容纳的最多电子数如下: 能 层 K L M 能 级 1s 2s 2p 3s 3p 3d 最多电子数 2 2 6 2 6 10 各能层电子数 2 8 18

N 4s 4p 4d 4f 2 6 10 14 32

?? ?? ?? 50 ??

O

(1) 每个能层中,能级符号的顺序是 ns、np、nd、nf?? (2) 任一能层,能级数=能层序数 (3) s、p、d、f??可容纳的电子数依次是 1、3、5、7??的两倍 三、构造原理(详细说明见课件。 ) 根据构造原理,只要我们知道原子序数,就可以写出几乎所有元素原子 的电子排布。即电子所排的能级顺序:1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p 5s 4d 5p 6s 4f 5d 6p 7s?? 元素原子的电子排布: (1—36 号) 1 氢 H 1s ?? 钠 Na 1s22s22p63s1 ?? 钾 K 1s22s22p63s23p64s1 【Ar】4s1 ?? 有少数元素的基态原子的电子排布对于构造原理有一个电子的偏差,如: 铬 24Cr [Ar]3d54s1 铜 29Cu [Ar]3d104s1 [练习] 1、写出 17Cl(氯) 、21Sc(钪)、35Br(溴)的电子排布 2 2 6 氯:1s 2s 2p 3s23p5 钪:1s22s22p63s23p63d14s2 溴:1s22s22p63s23p63d104s24p5 2、写出 1—36 号元素的核外电子排布式。 3、写出 1—36 号元素的简化核外电子排布式。

〖引入〗 :在日常生活中,我们看到许多可见光如灯光、霓虹灯光、激光、 焰火与原子结构有什么关系呢? 提出问题:这些光现象是怎样产生的? 阅读与思考:指导学生阅读课本 p7-8,并思考 1、什么是能量最低原理? 2、什么是基态原子、激发态原子?它们如何转化? 3、什么是光谱?光谱分析? 引导学生从原子中电子能量变化的角度去认识光产生的原因。举例说明光
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谱分析的应用,如科学家们通过太阳光谱的分析发现了稀有气体氦,化学研究 中利用光谱分析检测一些物质的存在与含量,还可以让学生在课后查阅光谱分 析方法及应用的有关资料以扩展他们的知识面。 〖总结〗 四、能量最低原理、基态与激发态、光谱 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。 基 态:处于最低能量的原子叫做基态原子。 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。 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。 原子光谱: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。 光谱分析: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。 〖阅读分析〗分析教材 p8 发射光谱图和吸收光谱图,认识两种光谱的特点。 阅读 p8 科学史话,认识光谱的发展。 〖练习〗 :见 ppt 〖引入〗电子在核外空间运动,能否用宏观的牛顿运动定律来描述呢? 阅读与思考:指导学生阅读课本 p9-11,并思考 1、什么是电子云? 2、什么是原子轨道 3、什么是泡利原理和洪特规则 〖总结〗 五、电子云和原子轨道: 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。 因此,电子运动来能用牛顿运动定律来描述,只能用统计的观点来描述。我们 不可能像描述宏观运动物体那样,确定一定状态的核外电子在某个时刻处于原 子核外空间如何,而只能确定它在原子核外各处出现的概率。 电子云:核外电子的概率密度分布看起来像一片云雾,因而被形象地称作电 子云。 换一句话说, 电子云是处于一定空间运动状态的电子在原子核外空间的概 率密度分布的形象化描述,是一种比喻。 (强调说明:概率、概率密度等名词) S 电子云轮廓图是球形的,能层序数越大,半径越大。 P 电子云轮廓图是纺锤形的,每个 P 能级有 3 互相垂直电子云,分别以 Px、 Py、Pz 为符号。P 电子云轮廓图平均半径也随能层序数增大而增大。

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六、泡利原理和洪特规则 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 个轨道,nf 能级各有 7 个轨道.而每个轨道里最多能容纳 2 个电子, 通常称为电子对,用方向相反的箭头“↑↓”来表示。 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。 〖思考〗思考推理各电子层的轨道数和容纳的电子数。 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。 学习电子排布图: 明白一个方框表示一个轨道、 一个箭头表示一个电子。 〖练习〗 写出 5、6、7、8、9 号元素核外电子排布图。并记住各主族元素最外层电 子排布图的特点:(成对电子对的数目、未成对电子数和它占据的轨道)。 〖思考〗下列表示的是第二周期中一些原子的核外电子排布,请说出每种 符号的意义及从中获得的一些信息。

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。 练习: 1、用轨道表示式表示下列原子的价电子排布。 (1)N (2)Ca (3)Cr

(4)Cu

2、以下列出的是一些原子的 2p 能级和 3d 能级中电子排布的情况。试判断,哪 些违反了泡利不相容原理,哪些违反了洪特规则。 (1) (2) (3) ↑ ↓ ↑ ↑ ↑ ↑ ↓ ↑ ↑ ↑ ↑ ↓ (4)
↓ ↑ ↑ ↑ ↑

(5)

↑ ↑ ↑ ↑ ↓ ↓

(6)

↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑

违反泡利不相容原理的有 ,违反洪特规则的有 3、下列原子的外围电子排布中,那一种状态的能量较低?试说明理由。 (1)氮原子:A. B.
↓ ↑ ↓ ↑ ↑ ↓ ↑ ↑ ↑ ↑



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2s

2p

2s

2p ;

(2)钠原子:A.3s

1

B.3p

1

; (3)铬原子:A.3d54s1

B.3d44s2

4、原子核外电子的运动有何特点?科学家是怎样来描述电子运动状态的? 以氮 原子为例,说明原子核外电子排布所遵循的原理。 [同步训练] 1、以下能级符号正确的是() A.6s B.2d C.3f D.7p 2、下列个能层中不包含 p 能级的是() A.N B.M C.L D.K 3、 下列符号代表一些能层或能级的能量, 请将它们按能量由低到高的顺序排列: (1)EK EN EL EM (2)E3s E2s E4s E1s (3)E3s E2d E2p E4f 4、下列关于 1S 电子在原子核外出现的概率分布图的说法中,正确的是() A、通常用小黑点来表示电子的多少 B、小黑点密表示在该核外空间的电子数多 C、小黑点密表示在该核外空间的单位体积内电子出现的概率大 D、通常用小黑点来表示电子绕核作高速圆周运动

小结本节、处理练习

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