鲁科版《原子结构模型》教学设计1 省赛获奖

高二化学选修3物质结构与性质第一章原子结构第一节原子结构模型本节的教学目标：知识与能力：从光谱事实出发，在量子力学的基础上认识原子核外电子的运动状态和原子轨道；知道原子核外电子的能级分布，能用电子排布表示常见元素（1~36号）的原子核外电子排布；能说出元素电离能、电负性的含义，能应用元素的电离能和电负性解释元素的某些性质；在必修的基础上重新构建对原子结构、元素周期表、元素性质三者之间关系的认识。过程与方法：知道科学假说和模型方法在原子结构理论建立中的重要作用，充分开展想象将抽象的概念等全部形象化，充分应用化学学习法来培养能力。情感、态度与价值观：通过学习原子结构量子力学模型建立的历史，感受科学家们在科学创造中的丰功伟绩。教学重难点：原子轨道的量子力学模型的建立以及用电子排布式表示常见元素（1~36号）原子核外电子排布；科学假说在原子结构模型建立中的重要作用；让学生了解原子结构模型建立的科学史，感受科学家在科学创造中的丰功伟绩，激发学习热情。课时安排：3课时（第一课时）知识与能力：初步认识原子结构的量子力学模型，了解原子结构模型的发展；知道假说、模型在原子结构理论建立中的重要作用；学会用n、l两个量子数描述核外电子的运动状态，及其包含的意义。过程与方法：主要还是通过介绍有关于各原子结构模型的发展历程，让学生感受科学发展的无止境，科学家们对真理的不懈追求。也使学生经历：产生问题—提出假说—实验验证三阶段。从光谱的介绍中引入n和l这两个量子数的学习，通过类比的方法使学生掌握得更牢固。情感、态度与价值观：学习用科学方法进行教育；认识人类对物质结构是处于无止境的探索之中的；感受科学家在科学创造中的丰功伟绩。教学重难点：原子结构的量子力学模型，n、l两个量子数描述核外电子的运动状态。课型：新课教学方法：介绍、探究、想象等方式和手段教学过程：[设置情境]在街道上我们经常可以看到五光十色的霓虹灯在闪烁，知道霓虹灯为什么能发出五颜六色的光？通过今天的学习我们就会知道的。[板书]第1节原子结构模型[引入新课]人类对原子结构的认识经历了一个漫长的、不断深化的过程。下面我们就来认识一下不同时期的几种原子结构模型。[讲授]在很早很早以前，周围物质是由什么构成的，困惑了人们很久很久。那些先知、哲人提出了自己对物质世界的看法，到了公元前400多年，古希腊哲学家留基伯和德谟克利特提出了哲学名词上的原子。又经过了漫长的时间，在1803年英国化学家道尔顿才把这样一个哲学名词变为具有实际意义的实在原子—实心球模型，建立起自己的学说。1903年汤姆逊发现了原子中有电子的存在，从而认为原子是一个均匀的带有正电的球体，电子对称地嵌在这个球中，因为电子在“原子球”中平衡位置振动，所以会发出电磁辐射，其电磁辐射的频率就等于电子的振动频率。很像葡萄干蛋糕（布丁），此模型可以解释一些元素的性质（电中性）。1911年卢瑟福做了α粒子散射实验，发现大部分粒子可以顺利通过，少数发生较大偏转，个别完全弹回。受到太阳系结构模型的启发，根据“大宇宙与小宇宙相似”的哲学思想，提出了这样的模型即核式模型。可以解释更多的实验事实，但也与一些事实产生了矛盾。大家想象一下，电子绕核运动必然要自动地放出能量，原子能量逐步减少，频率也将不断发生改变，发出的光谱应该为连续的。而且电子能量不断减小，最终坠落在原子核上，原子必然是不稳定的体系。这样就与客观事实发生了矛盾。1913年玻尔把普朗克的量子化概念与卢瑟福的模型结合，提出了原子结构中量子化的轨道理论：电子绕核运动是沿一系列的不连续的轨道进行，电子在这些维持定能量运动时，并不辐射能量。我们称之为玻尔电子分层排布模型。20世纪20年代，法国物理学家提出了波粒二象性，奥地利物理学家薛定谔则用波函数来描述微粒运动。从而确立了现代量子力学模型。[联想质疑]“卢瑟福原子结构的核式模型”能解释氢原子的光谱是线状光谱吗？[小结]卢瑟福的核式原子结构模型和经典的电磁学观点，围绕原子核高速运动的电子一定会自动且连续地辐射能量，其光谱应是连续光谱而不应是线状光谱。一束光线射入三棱镜，在其中发生折射，每一种光都有一定的波长，当然折射率就不同了，所以用探测器可以使之得以记录。像图1-1-2太阳光是由一系列相近的差别很小的光组成，因而无法分辨，故形成没有间断的谱线，我们称之为连续光谱。如果光谱是由特定波长的、彼此分立的谱线组成，只得到一系列间断的线条，我们则称之为线状光谱，如图1-1-3。当然也有一些线秒条与线条非常接近难于辨别形成光带，我们则称之为带状光谱。[板书]一、氢原子光谱和玻尔的原子结构模型连续光谱、线状光谱和带状光谱玻尔原子结构模型[讲解]逐条分析“玻尔原子结构模型”的基本观点。[板书]（1）确定半径圆周不辐射能量（2）量子化基态激发态（3）跃迁吸收或辐射能量[讲解]原子光谱产生的原因：电子由激发态跃迁到基态会释放出能量，这种能量以光的形式释放出来，所以就产生光谱。氢原子光谱是线状光谱的原因：氢原子上的电子由n=2的激发态跃迁到n=1的基态，与从n=3的激发态跃迁到n=2的激发态，释放出的能量不同，因此产生光的波长不同。 【提问】霓虹灯管里充入许多气体或蒸气，如：氦气、氩气、水银蒸气等，通电时霓虹灯会发出五颜六色的光，试解释其原因？ 【小结】霓虹灯之所以会发出五颜六色的光，其原因与氢原子光谱形成的原因基本相同。点霓虹灯而言，灯管中装载的气体不同，在高电压的激发下发出的光的颜色就不同。例如，在灯管中充入氖气，通电后在电场作用下，放电管里氖原子中的电子吸收能量后跃迁到能量较高的轨道，但处在能量较高轨道上的电子会很快以光的形式辐射能量而跃迁到能量较低的轨道，所发出的光的波长恰好位于可见光区域中的红色弊端，所以我们看到的是红色光。其他与此类似。这个可以利用物理知识进行计算得出波长。[了解]E1=E2=E3=E4=E5=E6=hυ=|Ej-Ei|υ=c/λ可以计算出n=6跃迁到n=2其波长为414nm刚好处于蓝色，n=4跃迁到n=2其波长为438nm也处于蓝色；n=5跃迁到n=1其波长为刚好处于红外区域；n=5跃迁到n=3其波长为1291nm刚好处于紫外区域。所以为什么谱线有蓝色、红色和紫色。[小结]“玻尔原子结构模型”的贡献：（1）说明了激发态原子为什么会发射光线。（2）成功解释了氢原子光谱是线状光谱的实验现象。（3）提出了主量子数n的概念及处于不同轨道上的电子能量量子化的理论，为量子力学的原子结构模型打下了基础。不足之处：（1）玻尔理论电子延着固定的轨道绕核运动的观点，不符和电子运动的特性。（2）玻尔理论不能解释多原子光谱，也不能解释氢原子光谱的精细结构。[过渡]20世纪20年代中期建立的量子理论，引入了四个量子数，解释了原子光谱的实验现象，成为现代化学的理论基础。[板书]二、量子力学对原子核外电子运动状态的描述[讲解]主量子数n即能层或电子层。在多电子原子中根据电子离原子核的远近和能量的高低，分为若干电子层(或能层)。一般来说，主量子数n越大，处于该层的电子离原子核越远、能量越高。[板书]1、主量子数n能量关系一般为：EK<EL<EM<EN<EO<EP<EQ[提问]角量子数l既能级或电子亚层。处于同一电子层上的电子能量也不尽相同，根据这种能量差异，一个能层分为一个或若干个能级（或电子亚层），分别用符号s、p、d、f等表示。[板书]2、角量子数l①主量子数n与角量子数l的关系对于确定的n值，l共有n个值，分别为：0、1、2、3……(n-1)②角量子数l的光谱学符号l0123符号spdf③能级的记录方法举例：若主量子数n=2，角量子数l有0和1两个取值。即第二能层有两个能级,记做2s、2p。④能级顺序：Ens<Enp<End<Enf[练习]写出下列能层相应的能级符号：（1）n=1（2）n=3（3）n=4[讨论]钠原子光谱由n=4的状态跃迁到n=3的状态，会产生多条谱线，为什么？[小结]由于钠原子的n电子层可以分成多个不同的能级，所以当钠原子受激变成激发态后，处于n=4的电子层的不同能级的电子跃迁到n=3的电子层的不同能级时形成的光谱谱线有多条。[主板书]第1章原子结构第1节原子结构模型一、氢原子光谱和玻尔的原子结构模型连续光谱、线状光谱和带状光谱玻尔原子结构模型（1）确定半径圆周不辐射能量（2）量子化基态激发态（3）跃迁吸收或辐射能量二、量子力学对原子核外电子运动状态的描述1