新教材選擇性必修二丨物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)1-1-2原子結(jié)構(gòu) 第二課時(shí) 教案

《原子結(jié)構(gòu)》第二課時(shí)教學(xué)設(shè)計(jì)課題《原子結(jié)構(gòu)》單元1學(xué)科化學(xué)年級高二教材分析本節(jié)教學(xué)內(nèi)容是人教版高中化學(xué)選擇性必修第二冊第一章《原子結(jié)構(gòu)與性質(zhì)》第一節(jié)《原子結(jié)構(gòu)》第二課時(shí)。這一課時(shí)的教學(xué)內(nèi)容主要是電子云與原子軌道、泡利原理、洪特規(guī)則與能量最低原理。前一課時(shí)已經(jīng)學(xué)習(xí)了“能層、能級、構(gòu)造原理”的概念和內(nèi)容，了解了原子基態(tài)、激發(fā)態(tài)、原子光譜等基礎(chǔ)知識，理解構(gòu)造原理并會根據(jù)構(gòu)造原理進(jìn)行原子核外電子排布。在此基礎(chǔ)上本節(jié)內(nèi)容介紹原子核外電子的運(yùn)動狀態(tài)，本節(jié)重點(diǎn)掌握原子核外電子運(yùn)動特點(diǎn)，基態(tài)原子中核外電子的排布遵循泡利原理、洪特規(guī)則、能量最低原理。本節(jié)安排了“電子云與原子軌道、泡利原理、洪特規(guī)則與能量最低原理”這部分內(nèi)容。學(xué)生通過學(xué)習(xí)這部分知識，了解有關(guān)核外電子運(yùn)動模型的發(fā)展歷史，認(rèn)識核外電子的運(yùn)動特點(diǎn)。知道電子的運(yùn)動狀態(tài)（空間分布及能量）?？赏ㄟ^原子軌道和電子云模型來描述。認(rèn)識基態(tài)原子中核外電子的排布遵循泡利原理、洪特規(guī)則、能量最低原理。教學(xué)目標(biāo)與核心素養(yǎng)證據(jù)推理與模型認(rèn)知：通過認(rèn)識核外電子的運(yùn)動特點(diǎn)初步建立通過原子軌道和電子云模型來描述運(yùn)動狀態(tài)的思維模型。理解原子核外電子排布遵循泡利原理、洪特規(guī)則、能量最低原理。科學(xué)精神與社會責(zé)任：通過了原子核外電子運(yùn)動模型等的發(fā)展史，認(rèn)識到科學(xué)是在不斷發(fā)展的，培養(yǎng)求真務(wù)實(shí)、不斷進(jìn)步的科學(xué)精神與社會責(zé)任感。重點(diǎn)難點(diǎn)電子云與原子軌道、泡利原理、洪特規(guī)則與能量最低原理。教學(xué)過程教學(xué)環(huán)節(jié)教師活動學(xué)生活動設(shè)計(jì)意圖導(dǎo)入新課提問：原子核外的電子運(yùn)動狀態(tài)是怎么樣呢？【科學(xué)史】1911年，英國物理學(xué)家盧瑟福根據(jù)1910年進(jìn)行的α粒子散射實(shí)驗(yàn)，提出了原子結(jié)構(gòu)的行星模型。在這個(gè)模型里，電子像太陽系的行星圍繞太陽轉(zhuǎn)一樣圍繞著原子核旋轉(zhuǎn)。1913年，丹麥科學(xué)家玻爾在盧瑟福模型的基礎(chǔ)上，他提出了氫原子模型，電子在線性軌道上運(yùn)行，解決了原子結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性問題，描繪出了完整而令人信服的原子結(jié)構(gòu)學(xué)說。氫原子結(jié)構(gòu)理論成功的闡述了原子的穩(wěn)定性，氫原子光譜的產(chǎn)生和不連續(xù)性。1926年，量子力學(xué)推翻了玻爾的氫原子模型，指出一定空間運(yùn)動狀態(tài)的電子并不在玻爾假定的線性軌道上運(yùn)行，而在核外空間各處都可能出現(xiàn)，但出現(xiàn)的概率不同，可以算出它們的概率密度分布。概率密度：P表示電子在某處出現(xiàn)的概率；V表示該處的體積；了解科學(xué)史通過了原子核外電子運(yùn)動模型等的發(fā)展史，認(rèn)識到科學(xué)是在不斷發(fā)展的，培養(yǎng)求真務(wù)實(shí)、不斷進(jìn)步的科學(xué)精神與社會責(zé)任感。講授新課第一節(jié)原子結(jié)構(gòu)第二課時(shí)電子云與原子軌道、泡利原理、洪特規(guī)則、能力最低原理一、電子云【問題】圖1-7中的小點(diǎn)是什么呢？是電子嗎？小點(diǎn)是1s電子在原子核外出現(xiàn)的概率密度的形象描述。小點(diǎn)越密，表明概率密度越大。由于核外電子的概率密度分布看起來像一片云霧，因而被形象的稱作“電子云”。1.電子云概念電子云是處于一定空間運(yùn)動狀態(tài)的電子在原子核外空間的概率密度分布的形象化描述。電子在原子核外一定空間范圍內(nèi)出現(xiàn)的概率統(tǒng)計(jì)起來，好似在原子核外籠罩著一團(tuán)帶負(fù)電的云霧，形象稱為“電子云”。2.電子云輪廓圖電子云圖很難繪制，使用不便，我們常使用電子云輪廓圖。為了表示電子云輪廓的形狀，對核外電子的空間運(yùn)動狀態(tài)有一個(gè)形象化的簡便描述。把電子在原子核外空間出現(xiàn)概率P=90%的空間圈出來，即電子云輪廓圖?！具^渡】所有原子的任意能層的s電子的電子云輪廓圖都是一個(gè)球形，只是球的半徑不同。同一原子的能層越高，s電子云半徑越大，是由于電子的能量依次增高，電子在離核更遠(yuǎn)的區(qū)域出現(xiàn)的概率逐漸增大，電子云越來越向更大的空間擴(kuò)展。就像宇宙飛船必須提供能量推動才能克服地球引力上天，2s電子比1s電子能量高，克服原子核的吸引在離核更遠(yuǎn)的空間出現(xiàn)的概率就比1s大，因而2s電子云必然比1s電子云更彌散。二、原子軌道1.定義：電子在原子核外的一個(gè)空間運(yùn)動狀態(tài)稱為一個(gè)原子軌道。2.形狀：（1）s電子的原子軌道呈球形，能層序數(shù)越大，原子軌道的半徑越大。（2）除s電子云外，其他電子云都不是球形的。例如p電子的原子軌道呈啞鈴狀。p能級有三個(gè)原子軌道，它們互相垂直，分別以px、py、pz表示，同一能層中px、py、pz的能量相同。下表為不同能層的能級、原子軌道及電子云輪廓圖?！舅伎肌縩能層的能級數(shù)、軌道數(shù)、電子數(shù)。n能層能級數(shù)：n軌道數(shù)：n2電子數(shù)：2n2三、泡利原理【回顧】回顧每個(gè)能級最多容納的電子數(shù)。【思考】為什么一個(gè)軌道允許容納2個(gè)電子呢？【過渡】1925年，兩個(gè)荷蘭年輕人提出：電子除了空間運(yùn)動狀態(tài)外，還有一種狀態(tài)叫做自旋。1.電子自旋與泡利原理（1）自旋：是微觀粒子普遍存在的一種如同電荷、質(zhì)量一樣的內(nèi)在屬性。電子自旋在空間有順時(shí)針和逆時(shí)針兩種取向，簡稱自旋相反，常用上下箭頭（?和?）表示自旋相反的電子。（2）泡利原理：1925年，泡利正式提出，在一個(gè)原子軌道里，最多只能容納兩個(gè)電子，它們自旋相反，這個(gè)原理被稱為泡利原理，也稱為泡利不相容原理。2.電子排布的軌道表示式（1）軌道表示式（又稱電子排布圖）：表示電子排布的一種圖式，如氫和氧的基態(tài)原子的軌道表示式如下：注意：在軌道表示式中，用方框（也可用圓圈）表示原子軌道，能量相同的原子軌道（簡并軌道）的方框相連，箭頭表示一種自旋狀態(tài)的電子，“”稱為電子對，“”或“”稱為單電子（或稱未成對電子）。箭頭同向的單電子稱自旋平行，如基態(tài)氧原子有2個(gè)自旋平行的2p電子。通常應(yīng)在方框下方或上方標(biāo)記能級符號。有時(shí)畫出的能級上下錯落，以表達(dá)能量高低不同。2.電子排布的軌道表示式——例鋁原子核外電子排布式四、洪特規(guī)則1.洪特規(guī)則1925年，洪特在詮釋復(fù)雜原子光譜時(shí)，得出了判斷基態(tài)原子光譜項(xiàng)三條經(jīng)驗(yàn)規(guī)則，后人歸并簡化為一條：基態(tài)原子中，填入簡并軌道的電子總是先單獨(dú)分占，且自旋平行，稱為“洪特規(guī)則”?！締栴}1】例1：畫出氧的基態(tài)原子最外層軌道表示式。如果不考慮洪特規(guī)則，又認(rèn)定3個(gè)2p軌道有區(qū)別，可畫出怎樣的軌道表示式？若遵循洪特規(guī)則，且不區(qū)分3個(gè)2p軌道，只需畫出軌道表示式：注意：①洪特規(guī)則不僅適用于基態(tài)原子，也適用于基態(tài)離子。②洪特規(guī)則是針對電子填入簡并軌道而言的，并不適用于電子填入能量不同的軌道?！締栴}2】例2：請寫出24、29號元素原子的電子排布式。24Cr1s22s22p63s23p63d54s129Cu1s22s22p63s23p63d104s1【歸納】在簡并軌道（同一能級）上的電子排布處于全充滿、半充滿和全空狀態(tài)時(shí)，具有較低的能量和較大的穩(wěn)定性?！舅伎寂c討論】1.下列軌道表示式中，哪個(gè)是硼的基態(tài)原子？為什么？答案：A?；鶓B(tài)原子核外電子排布要遵循泡利不相容原理，即在一個(gè)原子軌道里，最多只能容納兩個(gè)電子，它們自旋相反。2.下列軌道表示式中，哪個(gè)是氧的基態(tài)原子？為什么？答案：A?；鶓B(tài)原子核外電子排布要遵循洪特規(guī)則，即基態(tài)原子中，填入簡并軌道的電子總是先單獨(dú)分占，且自旋平行?！具^渡】基態(tài)是能量最低的狀態(tài)，所以，基態(tài)原子的電子排布是能量最低的原子軌道組合。五、能量最低原理1.內(nèi)容在構(gòu)建基態(tài)原子時(shí)，電子將盡可能的占據(jù)能量最低的原子軌道，使整個(gè)的原子的能量最低。注意：整個(gè)原子的能量由核電荷數(shù)、電子數(shù)和電子狀態(tài)三個(gè)因素共同決定，相鄰能級能量相差很大時(shí)，電子填入能量低的能級即可使整個(gè)原子能量最低；而當(dāng)相鄰能級能量相差不太大時(shí)，有1-2個(gè)電子占據(jù)能量稍高的能級反而降低了電子排斥能而使整個(gè)原子能量最低（如所有副族元素的基態(tài)原子）?！舅伎寂c討論】1.為什么基態(tài)氦原子的電子排布是1s2而不是1s12s1？2.為什么基態(tài)氮原子的電子軌道表示式是而不是？3.為什么基態(tài)鉀原子和鈣原子的價(jià)電子排布是4s1和4s2，而不是3d1和3d2？答：泡利原理、洪特規(guī)則、能量最低原理?！菊n堂練習(xí)】1.判斷正誤。（1）2s的電子云比1s的電子云大，說明2s的電子云中的電子比1s的多。（2）當(dāng)電子排布在同一能級的不同軌道時(shí)，電子總是先占滿1個(gè)軌道，然后再占據(jù)其它原子軌道。（3）氫原子電子云的一個(gè)小黑點(diǎn)表示一個(gè)電子。（4）6C的電子排布式1s22s22px2違反了洪特規(guī)則。答案：×××√2.在d軌道中電子排布成，而不排布成，遵循的是（）A.能量最低原理B.泡利原理C.原子軌道構(gòu)造原理D.洪特規(guī)則答案：D3.下列電子排布的軌道表示式所表示的元素原子中，能量處于最低狀態(tài)的是（）答案：C4.在1s、2px、2py、2pz軌道中，具有對稱性的是（）答案：A5.(1)金屬鋁質(zhì)輕且有良好的防腐蝕性，在國防工業(yè)中有非常重要的作用。鋁原子核外電子云有__________種不同的伸展方向，有__________種不同運(yùn)動狀態(tài)的電子。(2)基態(tài)鐵原子有__________個(gè)未成對電子，三價(jià)鐵離子的電子排布式為__________。(3)29Cu+的價(jià)電子排布式為__________。思考類比思考交流思考交流歸納總結(jié)思考交流思考問題歸納總結(jié)思考與討論認(rèn)識核外電子的運(yùn)動特點(diǎn)。知道電子的運(yùn)動狀態(tài)（空間分布及能量）。形象化的理解同一原子的能層越高，s電子云半徑越大，是由于電子的能量依次增高。通過觀察表格數(shù)據(jù)特點(diǎn)，歸納總結(jié)能層與能級數(shù)、軌道數(shù)、電子數(shù)之間的數(shù)量關(guān)系。通過提問，引發(fā)學(xué)生思考，并描述泡利原理。通過認(rèn)識核外電子的運(yùn)動特點(diǎn)初步建立通過原子軌道和電子云模型來描述運(yùn)動狀態(tài)的思維模型。通過畫出原子最外層軌道表達(dá)式，理解洪特規(guī)則。應(yīng)用所學(xué)知識判斷基態(tài)原子的軌道表達(dá)式的正確與否。通過練習(xí)，再次深入理解原子核外電子排布遵循泡利原理、洪特規(guī)則、能量最低原理。課堂小結(jié)原子結(jié)構(gòu)一、電子云電子云是處于一定空間運(yùn)動狀態(tài)的電子在原子核外空間的概率密度分布的形象化描述。二、原子軌道1.定義：電子在原子核外的一個(gè)空間運(yùn)動狀態(tài)稱為一個(gè)原子軌道。2.形狀：（1）s電子的原子軌道呈球形，能層序數(shù)越大，原子軌道的半徑越大。（2）除s電子云外，其他電子云都不是球形的。例如p電子的原子軌道呈啞鈴狀。三、泡利原理1.電子自旋與泡利原理（1）自旋：是微觀粒子普遍存在的一種如同電荷、質(zhì)量一樣的內(nèi)在屬性。（2）泡利原理：在一個(gè)原子軌道里，最多只能容納兩個(gè)電子，它們自旋相反。2.電子排布的軌道表示式四、洪特規(guī)則基態(tài)原子中，填入簡并軌道的電子總是先單獨(dú)分占，且自旋平行。五、能量最低原理在構(gòu)建基態(tài)原子時(shí)