原子結(jié)構(gòu)模型的演變.doc

原子結(jié)構(gòu)模型的演變教案一、前期分析1、 學(xué)習(xí)內(nèi)容分析本節(jié)教材選自蘇教版高中化學(xué)必修一專題一人類對原子結(jié)構(gòu)的認識。本節(jié)課的內(nèi)容包括原子結(jié)構(gòu)模型的演變、原子核外電子排布和原子核的組成。本節(jié)課被安排在物質(zhì)檢驗的學(xué)習(xí)內(nèi)容之后，是對物質(zhì)組成的進一步探究，同時也為后續(xù)的物質(zhì)性質(zhì)的探究打下基礎(chǔ)，因此本節(jié)課在教材中具有承上啟下的作用。2、 學(xué)習(xí)者分析本節(jié)課的教學(xué)對象是高一學(xué)生，學(xué)生對原子結(jié)構(gòu)的認識還停留在原子階段，缺乏深入的探究認識，而且普遍喜歡動手做實驗，對偏理論性的原子結(jié)構(gòu)組成不太感興趣。此外，學(xué)生還缺乏嚴謹?shù)目茖W(xué)態(tài)度，發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題的能力還有待提高。3、 教學(xué)重難點（1） 重點：掌握核外電子排布的規(guī)律，以及掌握核外電子排布的特點決定原子性質(zhì)的知識點（2） 難點：鎂和氧發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的本質(zhì)，對構(gòu)成原子的粒子間的相互關(guān)系及結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的關(guān)系的理解二、 教學(xué)目標(biāo)1、 知識與技能：（1） 通過原子結(jié)構(gòu)模型演變歷史的學(xué)習(xí)，知道每個階段的代表人物及主要理論（2） 掌握常見元素的原子的核外電子排布情況，知道這類原子在化學(xué)反應(yīng)中常通過電子的得失使最外層達到8電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的事實（3） 通過氧化鎂的形成知道鎂與氧氣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的本質(zhì)2、 過程與方法（1）通過學(xué)習(xí)原子結(jié)構(gòu)模型演變的歷史，認識實驗、假說、模型等科學(xué)方法對化學(xué)研究的重要作用3、 情感態(tài)度與價值觀對科學(xué)家探索物質(zhì)構(gòu)成奧秘的史實中體會到科學(xué)探究的過程與方法，學(xué)習(xí)科學(xué)家的探究精神，進一步培養(yǎng)學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣三、教學(xué)過程：導(dǎo)課：師：上課，同學(xué)們好。師：在正式上課之前，大家先來看一個視頻（播放視頻）（邊播放視頻邊講解）師：牛奶一滴滴的落下，這本是再平常不過的事情，然而當(dāng)我們進入它放大以后的世界，才發(fā)現(xiàn)竟也如此的美，而有些景象的觀察，則要借助更加先進的觀察工具，請看圖片（展示一張用掃描隧道顯微鏡下的圖片），圖片上中國這兩個字，大家知道這是在哪嘛？生：疑惑（或者說原子上） 師：這其實是寫在硅原子晶面上的漢字，它非常的小，我們用掃描隧道顯微鏡下記錄下了這張圖片，很神奇吧師：今天我們的旅程還將進入更微觀的層次，那就是人類對于原子內(nèi)部結(jié)構(gòu)的認識。可是原子就更小了，秤不能秤，尺不能量，大家想想看你可以通過什么方法去了解原子的內(nèi)部結(jié)構(gòu)呢？相互討論（學(xué)生討論時，下去和學(xué)生交流）請學(xué)生回答。生：用顯微鏡觀察（用更先進的儀器觀察，猜想，做實驗等）師：很好，可以利用先進的觀測工具進行直接的觀察，那這可行嘛？生：有的可能說不可行，因為原子太小了師：對，原子太小了，小到連我們現(xiàn)有的最精確的觀測工具掃描隧道顯微鏡都無法直接觀察原子的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。雖然這樣，但我們?nèi)祟惖乃季S卻是無限量的，所以我們還可以怎樣去做呢？生：大膽的猜想，做實驗等。師：對，我們可以進行大膽的猜想，然后看看能不能通過實驗對猜想進行驗證。師：其實在人類探索原子結(jié)構(gòu)的過程當(dāng)中，大膽的猜想，實驗，以及模型法都非常的重要，那接下來我們跟著大師們的足跡一起重溫人類探索原子的過程。師：現(xiàn)在大家都知道，原子是構(gòu)成物質(zhì)的一種基本粒子，但古人有沒有這么想？生：沒有（或 師：沒有）師：在我國古代，古人提出了陰陽五行學(xué)說，它們認為金木水火土是構(gòu)成世界的五要素。在同時期，古希臘的哲學(xué)家也在思考同樣的問題，古代原子論的先驅(qū)者德謨克利特認為世界萬物是由一個個不可分割的粒子（這個粒子就是原子）組成的，但他的原子論只建立在哲學(xué)的猜想上，并沒有事實根據(jù)。 師：時間魔輪飛轉(zhuǎn)，到了16世紀末，在一些重要的化學(xué)定律的發(fā)現(xiàn)之后?；瘜W(xué)史上出現(xiàn)了一位重要的科學(xué)家，他就是道爾頓（板書），正如其名，是他引領(lǐng)大家在原子的研究方面走上了正軌。重新提出了原子學(xué)說。他認為所有物質(zhì)都是由不可分割的原子構(gòu)成。同種元素的原子其質(zhì)量、大小、性質(zhì)相同，不同元素的原子質(zhì)量、大小、性質(zhì)不同。不同元素的原子通過鉤子相互結(jié)合成化合物。在化學(xué)反應(yīng)中，原子既不會產(chǎn)生或者消失，也不會改變，原子的種類和數(shù)目保持不變。原子是守恒的，或許你鼻尖上的碳原子正是億萬年前恐龍尾巴上的那一個。師：同時他提出了原子的實心球模型（板書），他覺得原子是一個光滑的實心球，不可以再分。師：現(xiàn)在我們覺得這種模型很可笑，但在當(dāng)時的認知水平下，道爾頓的原子論是及其了不起的成就。師：伴隨著科學(xué)技術(shù)的進步，電被人們發(fā)現(xiàn)并利用?？茖W(xué)家可以研究物質(zhì)在通電條件下的性質(zhì)，而陰極射線實驗就是其中非常著名的一個（在黑板上演示）?？茖W(xué)家將氣體充到一個密封的玻璃管中，然后在兩端通上高壓電，這時發(fā)現(xiàn)有一束粒子從電極的陰極通過氣體到達了陽極，這就叫陰極射線。這束射線到底是什么呢？英國科學(xué)家湯姆森（板書）做了一系列實驗，發(fā)現(xiàn)這陰極射線在不同的電場或磁場中會發(fā)生偏轉(zhuǎn)。而且不管使用什么電極材料、什么氣體所得到的射線都是一樣的，這是為什么呢？請同學(xué)們思考。生：這束射線帶負電，可能是電子吧，它來自于氣體或者電極中，而且任何原子中都存在這種粒子師：對，同學(xué)們現(xiàn)在都知道，湯姆森也想了，原子中既然存在這種帶負電的電子，而原子是不帶電的，那原子中肯定有帶正電的部分，因此他提出了“西瓜”模型（板書），面包代表原子內(nèi)均勻分布的正電荷，而電子像葡萄干一樣鑲嵌在面包中。師：“西瓜”模型雖然很好的解釋了電子管的現(xiàn)象。也讓一些科學(xué)家對其產(chǎn)生了很多疑問。湯姆森有個孝徒，他為了將湯姆派發(fā)揚光大，驗證其恩師的學(xué)說，是閉門修煉好多年，埋頭苦干做實驗啊，但萬萬沒想到的是實驗結(jié)果卻給了其恩師當(dāng)頭一棒，徹底推翻了湯姆森的原子學(xué)說，將西瓜砸成了兩半。這孝徒就是盧瑟福（板書）。現(xiàn)在我們一起重溫其研究過程。師：1911年，盧瑟福根據(jù)阿爾法粒子的散射實驗（阿爾法粒子是帶兩個單位正電荷，相對質(zhì)量為4的帶電粒子）（黑板上簡圖演示）師：盧瑟福用阿爾法粒子轟擊金箔（金的延展性非常好，金箔非常薄，可以認為是單層原子排布的）如果阿爾法粒子撞擊到金箔的周圍的熒幕上，熒幕就會發(fā)出熒光。如果按照湯姆森的理論，大家想想看會有什么結(jié)果？（請學(xué)生回答）生：阿爾法粒子會發(fā)生偏轉(zhuǎn)或者反彈（同種電荷相互排斥，實心的過不去）師：對，可實驗結(jié)果恰恰相反，絕大多數(shù)的阿爾法粒子通過了金箔，少數(shù)的粒子發(fā)生了偏轉(zhuǎn)，極少數(shù)的粒子被反彈回來。這又是為什么呢？請同學(xué)一個個回答生：原子內(nèi)大部分是空的，所以大多數(shù)粒子得以穿過金箔，原子所有的正電荷集中在一個很小的區(qū)域師：很好，而這個區(qū)域我們稱之為原子核，那為什么實驗中原子核沒有被彈開，而是阿爾法粒子被彈回來了呢？生：可能是因為原子核質(zhì)量很大（根據(jù)碰撞原理，乒乓球撞的過鉛球嘛？）師：盧瑟福也有相同的思考，因此他提出：原子中間有一個帶正電的核，電子繞核作運動，這像是什么？生：微縮的太陽系師：這就是盧瑟福的“行星模型”。當(dāng)時年僅32歲的他同他的模型一起被載入了化學(xué)史冊。但根據(jù)經(jīng)典的電磁場理論，當(dāng)電子圍繞原子核旋轉(zhuǎn)時，它會向外輻射電磁波，能量會越來越小，離核會越來越近，最后會怎樣？生：落到原子核上。師：對，會落到原子核上，這樣原子的結(jié)構(gòu)也就崩潰了，可實際上這樣的事情發(fā)生了嘛？生：沒有師：看來行星模型需要更好的解釋，這時候，盧瑟福的弟子波爾又站出來了，所以說長江后浪推前浪，順便把師傅拍在了沙灘上。波爾在研究氫原子光譜時，引入了剛誕生不久的量子論觀點，大膽的提出了新的原子結(jié)構(gòu)模型。他認為電子在一系列穩(wěn)定的軌道上運動，每個軌道都具有一個確定的能量值，電子在靠近或者遠離原子時是跳躍式的（這叫電子躍遷）在電子躍遷時，電子會放出或者吸收能量。這就是他的軌道模型。師：原子模型演變的歷史給了我們什么樣的啟迪？師：我們發(fā)現(xiàn)不管是湯姆生還是盧瑟福，都是在實驗的基礎(chǔ)上提出自己的理論，所以原子結(jié)構(gòu)模型的每一次演變，都是從科學(xué)家的實驗開始，實驗方法是科學(xué)研究的一種重要手段，是化學(xué)科學(xué)進步的關(guān)鍵。另外，我們要勇于探索，敢于懷疑，提出自己的看法，不要迷信權(quán)威。過渡 站在巨人的肩膀上，我們借著前輩的眼睛，對原子結(jié)構(gòu)的認識更深了一步。現(xiàn)在，人們已經(jīng)知道，原子是由原子核與核外電子構(gòu)成的，那么，電子在核外究竟是怎么排布的呢？師：在多電子的原子中，電子的能量不盡相同，能量有大有小，能量的大小決定了電子運動離核的遠近。這個大家可以想象的到，因為原子核對電子是有吸引力的，能量大，運動速度快，電子就可以抗衡這個吸引力，跑到離核更遠的地方運動。我們根據(jù)電子的能量大小把電子運動劃分成不同的區(qū)域，這就叫電子的分層排布電子層。師：在同一個電子層運動的電子能量比較接近，因為它是一個區(qū)域，而不是一條線，但是層與層之間的電子能量相差就比較大。我們將離原子核最近的一層電子層叫第一層，以此向外類推分別為第二層、第三層電子層用n表示，總共為7層，用字母K、L、M、N、O、P、Q，越往外，電子的能量越大。師：知道電子層概念后，我們一同來看書本圖1-27.展示的是幾種不同的原子它的核外電子排布的情況。能量不同的電子在不同的電子層中運動，紅點就代表電子，而圓圈表示什么？生：運動軌跡（電子層或能量相近的電子運動的一個區(qū)域）師：很好，這里的圓圈并不代表電子運動的軌道，而是而是能量相近電子運動的電子層。師：從圖中可以看到，圓圈上布滿了密密麻麻的電子。感覺很亂吧？那為了方便描述，我們聰明的科學(xué)家采用原子結(jié)構(gòu)示意圖的方法來表示原子的核外電子排布，以鎂原子為例，我們一起來學(xué)習(xí)一下這一方法，先畫一個小圓圈表示原子核，里面寫上+12，數(shù)字12代表核電荷數(shù)（12也表示質(zhì)子數(shù)或原子序數(shù)），號就代表原子核帶正電，而原子核帶正電其實是因為其中的質(zhì)子帶正電。電子層用小半個圓圈表示，看起來像wifi的信號，在中間寫上數(shù)字表示這一電子層的電子數(shù)。師：那接下來同學(xué)們用這一方法來做幾個練習(xí)，請看PPT，然后老師請6名同學(xué)來完成黑板上這6種原子的電子排布Cl(17)、Ar（18）、Kr（36）、Ne（10）、K（19）、N（7）（請同學(xué)上講臺畫原子結(jié)構(gòu)示意圖）師：好，現(xiàn)在大家一起來檢查一下，都對了嘛？生：可能對Kr的電子排布產(chǎn)生了分歧（讓不同的同學(xué)寫，如何黑板上的同學(xué)寫對了，就說這些同學(xué)都很聰明，都寫對了）師：其實（勾出對的原子結(jié)構(gòu)示意圖）這種是正確的表示方法，通過這個練習(xí)大家應(yīng)該可以看出，電子的核外排布并非雜亂無章，而是有一定規(guī)律的，那現(xiàn)在大家一起來學(xué)習(xí)總結(jié)一下核外電子的排布具有哪些規(guī)律呢（PPT展示1-18號元素的原子結(jié)構(gòu)示意圖，可以讓學(xué)生總結(jié)出，也可以直接依據(jù)PPT直接講解）師：核外電子的排布規(guī)律 1、 電子總是盡先排布在能量最低的電子層里，排滿了K層，才會排到L層，以此類推（能量最低原則）。2、 K層最多排布2個電子；L層最多排布8個電子，M層最多排布18個電子；每個電子層最多只能容納2n2個電子。3、 除He外，最外層最多排布8個電子；次外層最多排布18個電子；倒數(shù)第三層最多排布32個電子電子的核外排布符合以上規(guī)律，但這里講到的是最多能排這么多，實際的一些情況并不需要排滿。現(xiàn)階段，我們只要求掌握前20號元素原子的核外電子排布。師：那通過學(xué)習(xí)原子電子的排布，我們可以知道哪些信息呢？結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)，原子核外不同的電子排布，決定了原子的不同性質(zhì)。師：首先大家請看PPT，圖中是氖、氬、氪、氙、氡的核外電子排布情況，它們都是非常穩(wěn)定的稀有氣體，大家仔細看看，它們具有什么共同點？生：最外層電子數(shù)都為八師：很好，因為它們的最外層電子數(shù)都為8，而這時候最外層電子是滿排的，這樣的結(jié)構(gòu)比較穩(wěn)定，我們叫它為八電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。知道了這一點，我們來看書本30頁的問題解決，將題2中的表格填寫完整。通過這個表格，我們可以看到：1、 當(dāng)原子最外層的電子數(shù)小于8個時，在化學(xué)反應(yīng)中總是得到或失去電子而達到最外層8電子的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)2、 金屬元素原子最外層一般有13電子，在反應(yīng)中易失去電子，表現(xiàn)為正化合價，正化合價=失電子數(shù)=最外層電子數(shù)。3、 非金屬元素原子最外層一般超過4個電子，在反應(yīng)中易得到電子，表現(xiàn)為負化合價，負化合價=得電子數(shù)=8最外層電子數(shù)。4、 原子核在反應(yīng)中不發(fā)生變化，原子的最外層電子數(shù)可能發(fā)生變化，元素的化學(xué)性質(zhì)取決于原子的最外層電子。師：知道了這些，我們就可以很好理解書本29頁問題解決中氧化鎂形成的機理了。首先（在黑板上演示反應(yīng)過程，邊講解得失電子的經(jīng)過）（如果時間還有多，就做幾道練習(xí)題。如果沒有多就結(jié)課）師：好，這節(jié)課我們首先感受了從古至今思想家和科