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人教版高中化学选修3第一章第一节第二课时《原子结构》教案



课题:第一节 原子结构(2)


授课班级 课 时
第二课时

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

知识 教 学 过程 目 的 与 方法 情感 态度 价值观 重 点 难 点 与 技能

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

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

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。

电子排布式、能量最低原理、基态、激发态、光谱 电子排布式

三、构造原理 1.构造原理:绝大多数基态原子核外电子的排布的能级顺序都遵循下列 顺序:1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p 5s 4d 5p 6s 4f 5d 6p 7s?? 知 识 结 构 与 板 书 设 计 2、能级交错现象(从第 3 电子层开始):是指电子层数较大的某些轨道 的能量反低于电子层数较小的某些轨道能量的现象。 电子先填最外层的 ns,后填次外层的(n-1)d,甚至填入倒数第三层 的(n-2)f 的规律叫做“能级交错” 3.能量最低原理:原子核外电子遵循构造原理排布时,原子的能量处于 最低状态。即在基态原子里,电子优先排布在能量最低的能级里,然后排 布在能量逐渐升高的能级里。 4、对于同一电子亚层(能级)(等价轨道),当电子排布为全充满、半充满或全 空时,原子是比较稳定的。 5、基态原子核外电子排布可简化为: [稀有气体元素符号]+外围电子(价 电子、最外层电子) 四、基态与激发态、光谱 1、基态—处于最低能量的原子。
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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。 基态与激发态的关系: 2、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 3、光谱分析—利用原子光谱线上的特征谱线来鉴定元素。 教学过程 教学步骤、内容
[课前练习]理论研究证明,在多电子原子中,电子的排布分成不同的 能层,同一能层的电子,还可以分成不同的能级。能层和能级的符号 及所能容纳的最多电子数如下: [投影]

教学方法、 手段、 师生活动

各能层、能级中最多电子数: 能层 K L M N 4f 7

能级符号 1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s 4p 4d

能量:ns<np<nd<nf…
原子轨道数 能级最多电 子数 能层最多电 子数

1 2

1 2

3 6

1 2

3 6

5 10

1 2

3 6

5

能量:2p<3p<4p<5p<6p… 能量:1s<2s<3s<4s<5s…
10 14 最多电子数=原子轨道数×2 2 8 18 32 各能层最多电子数=2(能层序数)2
[思考]钾原子的电子排布为什么是 2、8、8、1 而非 2、8、9?

[板书]三、构造原理
[投影]图 1-2 构造原理:

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[讲]在多电子原子中,电子在能级上的排布顺序:电子最先排布在 能量低的能级上,然后依次排布在能量较高的能级上。电子的排布遵 循构造原理

[板书]1.构造原理:绝大多数基态原子核外电子的排布的 能级顺序都遵循下列顺序:1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p 5s 4d 5p 6s 4f 5d 6p 7s??
[讲]构造原理揭示了原子核外电子的能级分布。从中可以看出,不 同能层的能级有交错现象,如 E(3d)>E(4s)、E(4d)>E(5s)、E(5d) >E(6s)、E(6d)>E(7s)、E(4f)>E(5p)、E(4f)>E(6s)等。

[板书]2、能级交错现象(从第 3 电子层开始):是指电子层 数 较 大 的 某 些 轨道 的能 量 反 低 于 电 子层 数较 小 的 某 些 轨 道能量的现象。 电子先填最外层的 ns,后填次外层的(n-1)d,甚至填入 倒数第三层的(n-2)f 的规律叫做“能级交错”
[知识拓展]1、主量子数和角量子数之和越大,能量越高 2、主量子数和角量子数之和相等时,主量子数越大,能量越 高 例如,4s 轨道主量子数和角量子数之和为 4,3d 轨道主量子 数和角量子数之和为 5,于是 4s 轨道的能量低于 3d 轨道的能量; 而 3d 轨道和 4p 轨道主量子数和角量子数之和均为 5,但 4p 轨道 的主量子数更大,于是 4p 轨道的能量高于 3d 轨道的能量 [讲]自然界一个普遍的规律是“能量越低越稳定”。原子中的电子 也是如此。在不违反保里原理的条件下,电子优先占据能量较低 的原子轨道,使整个原子体系能量处于最低,这样的状态是原子 的基态。

[板书]3.能量最低原理:原子核外电子遵循构造原理排布
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时,原子的能量处于最低状态。即在基态原子里,电子优先 排布在能量最低的能级里,然后排布在能量逐渐升高的能级 里。
[讲]一切自然变化进行的方向都是使能量降低,因为能量较低的状 态比较稳定,此谓能量最低原理。人是自然界的一员,我想也应该适 用于此原理。所以人才会通过各种方式发泄和排解自己的各种能量。 这其中包括喜怒哀乐等情绪以运动。不过释放能量的方式还是要注意 的,如小孩本身不能存储过多的情绪,想哭就哭、想笑就笑,没有太 大的冲击;而成人能够容纳很多的能量,所以感情更深沉丰富。但也 有弊端,如果这些能量不能合理的排解,一旦冲垮理智的大坝,江河 泛滥,后果不堪设想。我想在我们提升自身修养与胸怀的同时,一定 要时刻注意心理能量的警戒线,及时合理宣泄自身的情绪。有容乃大, 无欲则刚。 [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 K O 1 2 3 4 5 ?? 10 11 12 13 ? [思考与交流]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? Cu:[Ar]3d 4s
10 1

电子排布 L M N

氢 氦 锂 铍 硼

H He Li Be B

1s1 1s2 1s2 2s1

1s2

2s22p1

氖 钠 镁 铝

Ne Na Mg Al

1s2

2s22p6

1s2

2s22p6

3s2

Ag[Kr] 4d 5s

10

1

Au[Xe] 5d 6s ,如 Cu 根据构

10

1

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。

[板书] 4、对于同一电子亚层(能级)(等价轨道),当电子排布为 全充满、半充满或全空时,原子是比较稳定的。
[投影]相对稳定的状态有:全充满:p6,d10,f14。全空:p0,d0,f0。半充
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满:d5,f7。 [思考与交流]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? 稀有气体结构, [He] 2s22p4 O: Si: [Ne] 3s23p2 Fe: [Ar] 3d64s2。

[讲]上式方括号里的符号的意义是:该元素前一个周期的惰性气体 电子排布结构

[板书]5、基态原子核外电子排布可简化为: [稀有气体元素符号]+外围电子(价电子、最外层电子)
[讲]即将基态电子的原子排布式中与稀有气体相同的部分用该稀有 气体的元素符号表示。 [投影小结]构造原理中排布顺序的实质------各能级的能量高低顺序 1)相同能层的不同能级的能量高低顺序 : ns<np<nd<nf 2)英文字母相同的不同能级的能量高低顺序: 1s<2s<3s<4s; 2p<3p<4p; 3d<4d 3) 不同层不同能级可由下面的公式得出: (n 为能层序数) [随堂练习]写出 17Cl(氯) 21Sc(钪)、35Br(溴)的电子排布 、 氯:1s 2s 2p 3s 3p
2 2 6 2 2 2 6 2 5

ns < (n-2)f

< (n-1)d < np

钪:1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s
2 2 6 2 6 10

6

1

2

溴:1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s 4p

2

5

[知识拓展]原子最外层、次外层及倒数第三层最多容纳电子数的解 释: 1、依据:构造原理中的排布顺序,其实质是各能级的能量高低顺序可 由公式得出:ns < (n-2)f < (n-1)d < np 2、解释:(1) 最外层由 ns,np 组成,电子数不大于 2+6=8 (2) 次 外 层 由 (n-1)s(n-1)p(n-1)d 组 成 , 所 容 纳 的 电 子 数 不 大 于 2+6+10=18 (3) 倒 数 第 三 层 由 (n-2)s(n-2)p(n-2)d(n-2)f 组 成 , 电 子 数 不 大 于 2+6+10+14=32 [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、基态与激发态、光谱
[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) 。

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[讲] 节日焰火与核外电子发生跃迁有关

[板书]1、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。 基态与激发态的关系:
[讲] 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
-8

s)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

[问]同学们都听说过“光谱”一词,什么是光谱呢?

[板书]2、 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]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。

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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]发射光谱与吸收光谱

特征:暗背景, 亮线, 线状不连续
锂、氦、汞的发射光谱

特征:亮背景, 暗线, 线状不连续
锂、氦、汞的吸收光谱

[讲]原子光谱可分为发射光谱和吸收光谱

[板书]3、原子光谱的分类: (1)物体发光直接产生的光谱叫做发射光谱 (2)吸收光谱
[讲]发射光谱:处于高能级的原子或分子在向较低能级跃迁时 产生辐射,将多余的能量发射出去形成的光谱。大量处于激发态 的原子会发出各不相同的谱线组成了氢原子光谱的全部谱线,由 于产生的情况不同,发射光谱又可分为连续光谱和明线光谱 [讲]处于基态和低激发态的原子或分子吸收具有连续分布的某 些波长的光而跃迁到各激发态,形成了按波长排列的暗线或暗带 组成的光谱。 [讲]光谱分为连续光谱和线状光谱,氢原子光谱为线状光谱。线状 光谱--具有特定波长、彼此分离的谱线所组成的光谱(上图)。连续 光谱--由各种波长的光所组成,且相近的波长差别极小而不能分辨 所得的光谱.如阳光形成的光谱 [投影]

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[投影]

[讲]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]

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氢发射光谱

氢吸收光谱

钠吸收光谱

锂发射光谱

锂吸收光谱

[板书]3、光谱分析—利用原子光谱线上的特征谱线来鉴定元 素。
[讲]各元素的光谱是不同的,就像是元素的“指纹” ,可以用来鉴别 元素。甚至可以根据光谱发现新的元素。 [讲]通过原子光谱发现许多元素: 如: 铯(1860 年)和铷 (1861 年) , 其光谱中有特征的篮光和红光。又如:1868 年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 存在与含量等 [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。

教学回顾:

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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。

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