高中第一节 原子结构公开课第一课时教案及反思

课题名

《原子结构》第一课时

教材分析

 本节内容是在学生已有原子结构知识的基础上，进一步深入地研究原子的结构，从构造原理和能量最低原理介绍了原子核外电子排布以及原子光谱。从介绍门捷列夫发现元素周期律，到波尔提出“能级、能层、构造原理”的科学历史入手，直接介绍能级和能层的的概念，并在原子基态、激发态、原子光谱等基础上介绍电子跃迁和光谱分析，最后根据构造原理进行原子核外电子排布。

核心素养

宏观辨识与微观探析：通过认识原子核外电子的排布，理解能级与能层的关系及核外电子的排布规律。

证据推理与模型认知：结合构造原理形成核外电子排布式书写的思维模型，能书写1-36号元素的电子排布式。

科学探究与创新意识：理解基态与激发态的含义与关系，能辨识光谱与电子跃迁之间的关系。

教学重点

能级与能层的关系及核外电子的排布规律，结合构造原理书写电子排布式。

教学难点

1-36号元素电子排布式的书写。

教学方法

讲解、举例

教学准备

教师准备：PPT

学生准备：预习课本

教学过程

一、新课导入

1.核外电子排布规律

教师：思考：请画出钠的原子结构示意图，并回忆核外电子排布的规律。

1、原子核外电子总是由里向外排列（能量最低原理）

2、每层最多能最多容纳2n2个电子

3、最外层最多容纳8个电子(K层为最外层时最多容纳2个)

4、次外层最多能容纳18个电子，倒数第三层最多容纳32个电子

学生：画出钠的原子结构示意图，回忆核外电子排布的规律。

[设计意图]回顾原子核外电子排布规律，引入新课学习。

二、探究新知

1.一、能层与能级

教师：1、能层（电子层）

（1）概念：在多电子的原子核外电子的能量是不同的，按电子的能量差异，可以将核外电子分成不同的能层。

（2）能层的表示方法及容纳的最多电子数

每层最多容纳的电子数为2n2          

核外电子总是尽先排满能量最低、离核最近的能层，然后才由里往外，依次排在能量较高能层。而失电子总是先失最外层电子。

2、能级（电子亚层）

（1）概念：  在多电子原子中，同一能层的电子，能量可以不同，还可以把它们分成能级。每一能层中，能级符号顺序为ns、 np、nd、nf  ...... ,能量依次增加

（2）能层与能级的关系

①每一能层中能级符号的顺序是ns、np、nd、nf……(n代表能层)

结由上述表格我们可到了什么规律？

②任一能层的能级总从s能级开始，能级数=能层序数。

③各能级所在能层的取值ns→n≥1；np→n≥2；nd→n≥3；

④以s、p、d、f……排序的各能级可容纳的最多电子数依次为1、3、5、7……的二倍。

能层与能级的关系：能层是楼层，能级是楼层的楼梯。

【思考与讨论】

1、一个能层的能级数与能层序数(n)间存在什么关系？一个能层最多可容纳的电子数与能层序数(n)间存在什么关系？

2、以s、p、d、f为符号的能级分别最多可容纳多少个电子？3d、4d、5d能级所能容纳的最多电子数是否相同？

3、第五能层最多可以容纳多少个电子？分别容纳在哪些能级中？各能级最多容纳多少个电子？（本书只要求到f能级）

小结：

多电子原子中：

①E(K)＜ E(L)＜ E(M)＜ E(N)＜ E(O)＜ E(P)＜ E(Q)

②E(ns)＜ E(np)＜ E(nd)＜ E(nf)……

③能级数=能层序数(n)

④s、p、d、f 能级最多容纳的电子数依次为奇数数列1、3、5、7的2倍

⑤一个能层最多可容纳电子数=2n2

学生：

练习1．下列能级符号表示正确的组合是   (　　)  

 ①5s　②2d　③3f　④6p

A．①④     B．②③    C．③④     D．①②

练习2．下列各能层不包含d能级的是     (　　)

A．N     B．M      C．Q      D．K

[设计意图]进一步深入研究原子的构造，知道能级、能层等概念。

2.二、构造原理

教师：电子填充的先后顺序（构造原理）
1s2s2p3s3p 4s3d4p5s 4d5p6s 4f5d6p 7s5f6d7p　……

随原子核电荷数递增，原子核外电子的排布遵循如左图的排布顺序，这个排布顺序被称为构造原理。

1、电子排布规律：

①在多电子原子中电子在能级上的排布顺序：电子最先排在能量低的能级上，然后依次排在能量高的能级上

②并不是所有原子都是填满一个能层再排下一个能层，如K，电子排布遵循构造原理

③“能级交错”现象：由构造原理知，从第三能层开始出现能级不完全遵循能层顺序，出现了能级交错现象

④少数元素出现例外：铬，银，金，铜

24Cr：1s22s22p63s23p63d54s1

29Cu：1s22s22p63s23p63d104s1

2、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:

   ns < (n-2)f  < (n-1)d < np (n为能层序数)，当n≥(  3  )时,出现d,当n≥( 4  )时出现f。

3、原子核外电子排布的表示方法：

①原子结构示意图：表示各能层上排布的电子数

②电子排布式：用核外电子分布的能级及各能级上电子数表示电子排布的式子

按能层次序书写，按构造原理充入电子。

注：根据构造原理书写原子的电子排布式时，能级按照能级的顺序排列，不能按照能量高低顺序排列。

③简化电子排布式、原子实

如：Na：1s22s22p63s1简化为:[Ne]3s1

表示钠的内层电子排布与稀有气体元素Ne的核外电子排布相同

④价层电子排布式：

将在化学反应中可能发生电子变动的能级称为价电子层（简称价层）

Fe的简化电子排布式为[Ar]3d64s2，价层电子排布为3d64s2

学生：练习3.写出下列元素基态原子和离子的电子排布式：

1、C   2、N   3、O   4、Na   5、Cl  6、K   7、26Fe  8、35Br

1、Ca 2+    2、 Fe 2+   3、O 2-

练习4：请写出8号、14号、26号元素的简化排布式:

课后练习：1～36号元素的原子核外电子排布式

1～36号元素原子简化核外电子排布式

练习4.下列粒子中，电子排布式为1s22s22p63s23p6的有（       ）

     A．Sc3+  B．Mg2+  C．Cl- D．Br-

练习5.下列化学用语，不能表示氯离子的是（     ）

A．Cl-    B．   C．    D．1s22s22p63s23p6

练习6.构造原理揭示的电子排布能级顺序，实质是各能级能量高低。若以E(nl)表示某能级的能量，以下各式中正确的是（     ）    

A．E(4s)＞E(3s)＞E(2s)＞E(1s)  B．E(3d)＞E(4s)＞E(3p)＞E(3s)

C．E(5s)＞E(4f)＞E(4s)＞E(3d)  D．E(5s)＞E(4s)＞E(4f)＞E(3d)

练习7.某元素原子的价电子构型为3s23p4, 则此元素在周期表的位置是____________

[设计意图]学会根据构造原理进行核外电子排布，会书写电子排布式。

2. 三、基态与激发态、原子光谱

教师：1、基态：处于最低能量状态的原子。

激发态：基态原子吸收能量，它的电子会跃迁到                   较高能级，变成激发态原子。

思考：化学反应中的能量变化通常以光、热的形式呈现，那电子发生跃迁时能量变化又以什么形式呈现？

2、光谱与光谱分析

不同元素原子的电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原子的吸收光谱或发射光谱，总称原子光谱。

光谱分析：在现代化学中，常利用原子光谱上的特征谱线来鉴定元素，称为光谱分析。

①吸收光谱：电子从基态或较低能量的激发态跃迁到较高能量的激发态，吸收光源中某些波长的光，形成吸收光谱。

②发射光谱：电子从较高能量的激发态跃迁到较低能量的激发态或基态，释放光源中某些波长的光，形成发射光谱。

思考：发射光谱和吸收光谱有什么联系呢？

发射光谱：

特征：暗背景，彩色亮线，线状不连续

吸收光谱：

特征：亮背景，暗线，线状不连续

同种元素发射光谱中的彩色亮线与吸收光谱中的暗线处于相同位置。

由于不同原子具有不同的结构，能级各不相同，因此电子跃迁时发射（或吸收）光的波长（频率）也不相同。

思考：为什么霓虹灯管中装载的气体不同，在高压的激发下发出的光的颜色就不同？

学生：思考：请同学们解释钾与钠焰色不同的原因

当碱金属及化合物在火焰上灼烧时，原子中的电子吸收了能量，从能量较低的轨道跃迁到能量较高的轨道，但是处于能量较高的的轨道上的电子是不稳定的，很快跃迁回能量较低的轨道，这时就将多余的能量以光的形式释放，而释放的光的波长在可见光范围内，因而能使火焰呈现颜色。

钾和钠的原子结构不同，电子跃迁时能量的变化不同，则放出的光的波长不同，所以产生焰色也就不同。

[设计意图]掌握原子的基态、激发态，原子光谱等概念。

板书设计

一、能层与能级

1、能层（电子层）

2、能级（电子亚层）

二、构造原理

三、基态与激发态、原子光谱

课后作业

练习册上相关习题

教学反思

亮点：从介绍门捷列夫发现元素周期律，到波尔提出“能级、能层、构造原理”的科学历史入手，直接介绍能级和能层的的概念，并在原子基态、激发态、原子光谱等基础上介绍电子跃迁和光谱分析，最后根据构造原理进行原子核外电子排布。

课堂教学建议：本节内容比较抽象，按照课标要求深入而系统的介绍了原子结构与元素性质，重点应掌握1-36号元素原子的核外电子排布式。