新教材选择性必修二丨物质结构与性质1-1-2原子结构 第二课时 教案

《原子结构》第二课时教学设计课题《原子结构》单元1学科化学年级高二教材分析本节教学内容是人教版高中化学选择性必修第二册第一章《原子结构与性质》第一节《原子结构》第二课时。这一课时的教学内容主要是电子云与原子轨道、泡利原理、洪特规则与能量最低原理。前一课时已经学习了“能层、能级、构造原理”的概念和内容，了解了原子基态、激发态、原子光谱等基础知识，理解构造原理并会根据构造原理进行原子核外电子排布。在此基础上本节内容介绍原子核外电子的运动状态，本节重点掌握原子核外电子运动特点，基态原子中核外电子的排布遵循泡利原理、洪特规则、能量最低原理。本节安排了“电子云与原子轨道、泡利原理、洪特规则与能量最低原理”这部分内容。学生通过学习这部分知识，了解有关核外电子运动模型的发展历史，认识核外电子的运动特点。知道电子的运动状态（空间分布及能量）。可通过原子轨道和电子云模型来描述。认识基态原子中核外电子的排布遵循泡利原理、洪特规则、能量最低原理。教学目标与核心素养证据推理与模型认知：通过认识核外电子的运动特点初步建立通过原子轨道和电子云模型来描述运动状态的思维模型。理解原子核外电子排布遵循泡利原理、洪特规则、能量最低原理。科学精神与社会责任：通过了原子核外电子运动模型等的发展史，认识到科学是在不断发展的，培养求真务实、不断进步的科学精神与社会责任感。重点难点电子云与原子轨道、泡利原理、洪特规则与能量最低原理。教学过程教学环节教师活动学生活动设计意图导入新课提问：原子核外的电子运动状态是怎么样呢？【科学史】1911年，英国物理学家卢瑟福根据1910年进行的α粒子散射实验，提出了原子结构的行星模型。在这个模型里，电子像太阳系的行星围绕太阳转一样围绕着原子核旋转。1913年，丹麦科学家玻尔在卢瑟福模型的基础上，他提出了氢原子模型，电子在线性轨道上运行，解决了原子结构的稳定性问题，描绘出了完整而令人信服的原子结构学说。氢原子结构理论成功的阐述了原子的稳定性，氢原子光谱的产生和不连续性。1926年，量子力学推翻了玻尔的氢原子模型，指出一定空间运动状态的电子并不在玻尔假定的线性轨道上运行，而在核外空间各处都可能出现，但出现的概率不同，可以算出它们的概率密度分布。概率密度：P表示电子在某处出现的概率；V表示该处的体积；了解科学史通过了原子核外电子运动模型等的发展史，认识到科学是在不断发展的，培养求真务实、不断进步的科学精神与社会责任感。讲授新课第一节原子结构第二课时电子云与原子轨道、泡利原理、洪特规则、能力最低原理一、电子云【问题】图1-7中的小点是什么呢？是电子吗？小点是1s电子在原子核外出现的概率密度的形象描述。小点越密，表明概率密度越大。由于核外电子的概率密度分布看起来像一片云雾，因而被形象的称作“电子云”。1.电子云概念电子云是处于一定空间运动状态的电子在原子核外空间的概率密度分布的形象化描述。电子在原子核外一定空间范围内出现的概率统计起来，好似在原子核外笼罩着一团带负电的云雾，形象称为“电子云”。2.电子云轮廓图电子云图很难绘制，使用不便，我们常使用电子云轮廓图。为了表示电子云轮廓的形状，对核外电子的空间运动状态有一个形象化的简便描述。把电子在原子核外空间出现概率P=90%的空间圈出来，即电子云轮廓图。【过渡】所有原子的任意能层的s电子的电子云轮廓图都是一个球形，只是球的半径不同。同一原子的能层越高，s电子云半径越大，是由于电子的能量依次增高，电子在离核更远的区域出现的概率逐渐增大，电子云越来越向更大的空间扩展。就像宇宙飞船必须提供能量推动才能克服地球引力上天，2s电子比1s电子能量高，克服原子核的吸引在离核更远的空间出现的概率就比1s大，因而2s电子云必然比1s电子云更弥散。二、原子轨道1.定义：电子在原子核外的一个空间运动状态称为一个原子轨道。2.形状：（1）s电子的原子轨道呈球形，能层序数越大，原子轨道的半径越大。（2）除s电子云外，其他电子云都不是球形的。例如p电子的原子轨道呈哑铃状。p能级有三个原子轨道，它们互相垂直，分别以px、py、pz表示，同一能层中px、py、pz的能量相同。下表为不同能层的能级、原子轨道及电子云轮廓图。【思考】n能层的能级数、轨道数、电子数。n能层能级数：n轨道数：n2电子数：2n2三、泡利原理【回顾】回顾每个能级最多容纳的电子数。【思考】为什么一个轨道允许容纳2个电子呢？【过渡】1925年，两个荷兰年轻人提出：电子除了空间运动状态外，还有一种状态叫做自旋。1.电子自旋与泡利原理（1）自旋：是微观粒子普遍存在的一种如同电荷、质量一样的内在属性。电子自旋在空间有顺时针和逆时针两种取向，简称自旋相反，常用上下箭头（⬆和⬇）表示自旋相反的电子。（2）泡利原理：1925年，泡利正式提出，在一个原子轨道里，最多只能容纳两个电子，它们自旋相反，这个原理被称为泡利原理，也称为泡利不相容原理。2.电子排布的轨道表示式（1）轨道表示式（又称电子排布图）：表示电子排布的一种图式，如氢和氧的基态原子的轨道表示式如下：注意：在轨道表示式中，用方框（也可用圆圈）表示原子轨道，能量相同的原子轨道（简并轨道）的方框相连，箭头表示一种自旋状态的电子，“”称为电子对，“”或“”称为单电子（或称未成对电子）。箭头同向的单电子称自旋平行，如基态氧原子有2个自旋平行的2p电子。通常应在方框下方或上方标记能级符号。有时画出的能级上下错落，以表达能量高低不同。2.电子排布的轨道表示式——例铝原子核外电子排布式四、洪特规则1.洪特规则1925年，洪特在诠释复杂原子光谱时，得出了判断基态原子光谱项三条经验规则，后人归并简化为一条：基态原子中，填入简并轨道的电子总是先单独分占，且自旋平行，称为“洪特规则”。【问题1】例1：画出氧的基态原子最外层轨道表示式。如果不考虑洪特规则，又认定3个2p轨道有区别，可画出怎样的轨道表示式？若遵循洪特规则，且不区分3个2p轨道，只需画出轨道表示式：注意：①洪特规则不仅适用于基态原子，也适用于基态离子。②洪特规则是针对电子填入简并轨道而言的，并不适用于电子填入能量不同的轨道。【问题2】例2：请写出24、29号元素原子的电子排布式。24Cr1s22s22p63s23p63d54s129Cu1s22s22p63s23p63d104s1【归纳】在简并轨道（同一能级）上的电子排布处于全充满、半充满和全空状态时，具有较低的能量和较大的稳定性。【思考与讨论】1.下列轨道表示式中，哪个是硼的基态原子？为什么？答案：A。基态原子核外电子排布要遵循泡利不相容原理，即在一个原子轨道里，最多只能容纳两个电子，它们自旋相反。2.下列轨道表示式中，哪个是氧的基态原子？为什么？答案：A。基态原子核外电子排布要遵循洪特规则，即基态原子中，填入简并轨道的电子总是先单独分占，且自旋平行。【过渡】基态是能量最低的状态，所以，基态原子的电子排布是能量最低的原子轨道组合。五、能量最低原理1.内容在构建基态原子时，电子将尽可能的占据能量最低的原子轨道，使整个的原子的能量最低。注意：整个原子的能量由核电荷数、电子数和电子状态三个因素共同决定，相邻能级能量相差很大时，电子填入能量低的能级即可使整个原子能量最低；而当相邻能级能量相差不太大时，有1-2个电子占据能量稍高的能级反而降低了电子排斥能而使整个原子能量最低（如所有副族元素的基态原子）。【思考与讨论】1.为什么基态氦原子的电子排布是1s2而不是1s12s1？2.为什么基态氮原子的电子轨道表示式是而不是？3.为什么基态钾原子和钙原子的价电子排布是4s1和4s2，而不是3d1和3d2？答：泡利原理、洪特规则、能量最低原理。【课堂练习】1.判断正误。（1）2s的电子云比1s的电子云大，说明2s的电子云中的电子比1s的多。（2）当电子排布在同一能级的不同轨道时，电子总是先占满1个轨道，然后再占据其它原子轨道。（3）氢原子电子云的一个小黑点表示一个电子。（4）6C的电子排布式1s22s22px2违反了洪特规则。答案：×××√2.在d轨道中电子排布成，而不排布成，遵循的是（）A.能量最低原理B.泡利原理C.原子轨道构造原理D.洪特规则答案：D3.下列电子排布的轨道表示式所表示的元素原子中，能量处于最低状态的是（）答案：C4.在1s、2px、2py、2pz轨道中，具有对称性的是（）答案：A5.(1)金属铝质轻且有良好的防腐蚀性，在国防工业中有非常重要的作用。铝原子核外电子云有__________种不同的伸展方向，有__________种不同运动状态的电子。(2)基态铁原子有__________个未成对电子，三价铁离子的电子排布式为__________。(3)29Cu+的价电子排布式为__________。思考类比思考交流思考交流归纳总结思考交流思考问题归纳总结思考与讨论认识核外电子的运动特点。知道电子的运动状态（空间分布及能量）。形象化的理解同一原子的能层越高，s电子云半径越大，是由于电子的能量依次增高。通过观察表格数据特点，归纳总结能层与能级数、轨道数、电子数之间的数量关系。通过提问，引发学生思考，并描述泡利原理。通过认识核外电子的运动特点初步建立通过原子轨道和电子云模型来描述运动状态的思维模型。通过画出原子最外层轨道表达式，理解洪特规则。应用所学知识判断基态原子的轨道表达式的正确与否。通过练习，再次深入理解原子核外电子排布遵循泡利原理、洪特规则、能量最低原理。课堂小结原子结构一、电子云电子云是处于一定空间运动状态的电子在原子核外空间的概率密度分布的形象化描述。二、原子轨道1.定义：电子在原子核外的一个空间运动状态称为一个原子轨道。2.形状：（1）s电子的原子轨道呈球形，能层序数越大，原子轨道的半径越大。（2）除s电子云外，其他电子云都不是球形的。例如p电子的原子轨道呈哑铃状。三、泡利原理1.电子自旋与泡利原理（1）自旋：是微观粒子普遍存在的一种如同电荷、质量一样的内在属性。（2）泡利原理：在一个原子轨道里，最多只能容纳两个电子，它们自旋相反。2.电子排布的轨道表示式四、洪特规则基态原子中，填入简并轨道的电子总是先单独分占，且自旋平行。五、能量最低原理在构建基态原子时