《人類對原子結構,認識》高中化學教案

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一、學習目標

1.通過原子布局模型蛻變的學習，了解原子布局模型蛻變的歷史，了解科學家探索原子布局的艱苦過程。熟悉測驗、假說、模型等科學方法對化學研究的作用。體驗科學測驗、科學思維對創(chuàng)造性工作的重要作用。

2.了解鈉、鎂、氯等常見元素原子的核外電子排布處境，知道它們在化學回響過程中通過得失電子使最外層達成8電子穩(wěn)定布局的事實。通過氧化鎂的形成了解鎂與氧氣回響的本質。了解化合價與最外層電子的關系。

3.知道化學科學的主要研究對象，了解化學學科進展的趨勢。

二、重點、難點

重點：原子布局模型的進展蛻變

鎂和氧氣發(fā)生化學回響的本質

難點：鎂和氧氣發(fā)生化學的本質

三、設計思路

本課設計先讓學生描繪自己的原子布局模型，繼而追隨科學家的腳步，通過交流議論，逐步探討各種原子布局模型存在的問題，并提出提升觀法，讓學生主動參與人類探索原子布局的根本歷程，同時也可體會科學探索過程的艱苦曲折。通過鎂和氧氣形成氧化鎂的微觀本質的透露，初步熟悉化學家眼中的微觀物質世界。

四、教學過程

[導入]觀看視頻：掃描隧道顯微鏡下的一粒沙子。今天我們還將進入更加微觀的層次，了解人類對于原子布局的熟悉。你認為我們可以通過什么樣的方法去熟悉原子的內部布局呢？

直接法和間接法，直接法努力的方向是查看技術的提高和查看工具的提升，而間接法那么憑借精良的測驗和大膽的假設。事實上直到今天即使借助掃描隧道顯微鏡也無法查看到原子的內部布局，所以在人們熟悉原子布局的過程中，測驗和假設以及模型起了很大的作用。

一、中國古代物質觀

[提出問題]我們通常接觸的物體，總是可以被分割的（折斷粉筆）。但是我們能不能無限地這樣分割下去呢？

[介紹]《中庸》提出：“語小，天下莫能破焉”?；菔┑娜艘舱f道“其小無內，謂之小一”。墨家那么提出：“端，體之無序最前者也?！?/p>

在英文里，如今被譯成“原子”的Atom一詞，源于希臘語，它的字面上的意思是indivisible“不成分割”。第一個把Atom介紹到我國的是嚴復翻譯的《穆勒名學》，他將其譯為“莫破”。

二、西方原子鼻祖

[介紹]德謨克利特認為就像用一塊塊磚頭砌墻一樣，物質是由不成分割的原子構成。

道爾頓在《化學哲學的新體系》一書中指出：“化學的分解和化合所能做到的，充其量只是使原子彼此分開和再結合起來。正如我們不成在太陽系中放進一顆新的行星或殲滅一顆現存的行星一樣，我們不成能創(chuàng)造出或殲滅一個氫原子?！边@種觀點換作現在更好玩的說法，在化學回響中原子既不會產生，也不會被殲滅，他們只是被分開，再重新組合，你鼻尖上的某個碳原子可能正是億萬年前恐龍尾巴上的呢。書中他系統地闡述了其原子學說。

道爾頓的原子學說是建立在大量測驗事實根基上的，告成地解釋了化學定律。當然我們現在知道受當時的科學進展水平限制，這個理論仍有一些不完善的地方。

三、湯姆生模型

[介紹]到了19世紀末，由于電的察覺，化學家們有條件去研究物質在通電條件下的性質了。他們察覺將一些氣體裝在密封的玻璃管中，再抽氣使之對比稀疏，然后通上高壓電，會有一束射線從玻璃管的陰極通過氣體到達陽極，人們稱之為陰極射線。這種射線是什么呢？英國科學家湯姆生做了一系列測驗：他察覺在電場或磁場的作用下該射線會發(fā)生偏轉（這就是現在我們家里電視機中的電子管的工作原理）；他通過研究電場和磁場對該射線的作用，察覺這種射線帶負電，并測出了其電荷與質量之比，這個比值很大；Thomson又使用了不同的電極材料、在玻璃管中充入不同的氣體，察覺所得射線的電荷與質量之比都一樣。

[提出問題]這些電子是那兒來的呢？為什么不管什么電極材料、什么氣體所得到的射線都一樣呢？其電荷與質量之比很大又說明什么？

這樣湯姆生提出了葡萄干面包模型，面包代表平勻分布的正電荷，電子那么像葡萄干一樣嵌于其中。

四、盧瑟福模型

[介紹]幾乎是在湯姆生測驗的同時，居里夫人以及英國科學家盧瑟福等人開頭了對放射現象的研究。這其中對原子布局的熟悉付出最大的是盧瑟福的α粒子散射測驗。α粒子帶兩個單位正電荷，相對質量為4（現在我們知道它是氦原子核）。盧瑟福將一束α粒子射向一張分外薄的金箔，又將涂有硫化鋅的屏幕放在其周邊，α粒子撞在屏幕會產生熒光，通過查看各個方向的熒光，盧瑟福察覺大多數α粒子穿過了金箔，方向幾乎沒有任何變化；但有一些α粒子在穿過后面向發(fā)生了偏轉，還有大約0.1％的α粒子甚至以不同角度被彈向金箔的前面。

[提出問題]假設按照湯姆生的葡萄干面包模型，會這樣嗎？那該如何解釋測驗現象呢？1.為什么會被彈回來？理應是由于同種電荷間的斥力。2.為什么只有0.1%？只有少數α粒子靠近了正電荷，也就是說原子內的正電荷不成能平勻分布，它占據的空間必然很小，原子理應有一個帶正電的核。3.α粒子被彈回來了，核卻沒有被彈出，可見金原子的原子核的質量確定很大。

盧瑟福的結論：原子內大片面是空的，所以大多數α粒子得以穿過金箔。原子全體的正電荷和幾乎全部質量集中在一個很小的區(qū)域，即原子核。

盧瑟福的原子模型很像行星圍圍著太陽，因此當時年僅27歲的盧瑟福就和他的行星模型一起載入了化學史。

五、波爾模型

[介紹]根據經典的電磁場理論，電子繞核運動時會不斷產生電磁波，從而輻射出能量，離核越來越近，最終落在原子核上。行星模型不能穩(wěn)定存在？

波爾研究了氫原子的光譜，看著這些不連續(xù)的譜線，也就是特定的能量，他受到啟發(fā)，意識到這是由電子的運動產生的，電子遠離或者靠近原子核時理應是騰躍式變化，也就是說，電子只能在一些特定的不連續(xù)的軌道上運動。舉個例子，你從樓梯上扔硬幣，它只能落在某個臺階上，而不會停留在兩個臺階之間。

波爾認為在能量最低的軌道，電子運動可以看成是在“平地”上的狀態(tài)，這時不會釋放能量。一旦電子獲得了特定的能量，它就獲得了動力，向上“攀登”一個或幾個臺階，到達一個新的軌道。當然，假設沒有了能量的補充，它又將從那個能量較高的軌道上掉落下來，回到較低的軌道上。同時釋放出相應能量，對應于其光譜線。而從其次個臺階下來，或者從第三個臺階下來放出的能量不同，也就對應著一根根不同的譜線。波爾將量子理論引入原子布局，掃清了原子穩(wěn)定性的問題。

六、布局抉擇性質

[提出問題]研究原子布局是為了更好地理解元素的性質，解釋化學回響的原理。譬如說，鈉能與氯氣強烈回響，生成白色的氯化鈉顆粒。為什么鈉能在氯氣中燃燒？該如何解釋該回響的原理呢？我們首先從微觀的角度來看這個回響。這個回響是如何舉行的呢？每個鈉原子一共有多少電子？為什么每個鈉原子失去一個電子？每個氯原子一共有多少電子？為什么每個氯原子得到一個電子？（核外電子分層排布）（8電子穩(wěn)定布局）元素的化合價和什么有關？現在我們知道了化學回響中元素化合價的變化與電子轉移有關。大家有沒有留神原子得失電子后體積的變化？原子得電子變?yōu)殛庪x子后體積變大，原子失電子變成陽離子后體積變小。為什么加入回響的鈉原子和氯原子個數比是1∶1？

那么，如何解釋鎂和氧氣的回響呢？鎂與氯氣回響，生成的產物氯化鎂化學式理應是怎樣的？為什么是1∶2？

七、神秘的夸克

[介紹]其實，人類對于原子布局的熟悉仍在進展。后來，又有科學家提出電子等微觀粒子就像光一樣，既是一種粒子，又有波的性質，電子等微觀粒子具有波粒二象性，電子在核外運動像是一團帶負電的云霧。

而原子核內的質子和中子又分別由夸克構成?？煽淇撕碗娮泳褪歉玖Ｗ訂?？它們會不會也是由其它更根本的粒子組成呢？

為進一步探求原子的內部布局，現在的科學家們又在使用著什么樣的手段呢