第一章第1节 第2课时 原子结构教案 高中化学人教版（2019）选择性必修二
文档属性
| 名称 | 第一章第1节 第2课时 原子结构教案 高中化学人教版（2019）选择性必修二 |  | |
| 格式 | docx | ||
| 文件大小 | 961.4KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 化学 | ||
| 更新时间 | 2024-06-10 11:54:38 | ||
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文档简介
第一节 原子结构
第2课时
教学目标
1. 在掌握1~36号元素的基态原子的电子排布式的基础上，理解价层电子的概念，掌握价电子与化合价的关系。知道主族元素和过渡元素的价电子特征。
2.理解电子的运动状态与宏观物体运动特点的差异，理解电子云模型的建立方法。
3.知道电子云轮廓图的表示含义，认识s和p能级的电子云轮廓图。
4.理解原子轨道的含义，知道不同能级、能层包含的原子轨道数及轨道名称。
教学重难点
价层电子与化合价的关系；电子在核外的运动特征与规律。
教学过程
一、新课导入
上节课已经学习了利用构造原理书写基态原子的电子排布式，下面请同学写出11-17号元素基态原子的电子排布式。
原子序数 元素符号 排布式
11 Na [Ne]3s1
12 Mg [Ne]3s2
13 Al [Ne]3s23p1
14 Si [Ne]3s23p2
15 P [Ne]3s23p3
16 S [Ne]3s23p4
17 Cl [Ne]3s23p5
二、讲授新课
一、价电子
1.化学反应的实质是旧化学键的断裂和新化学键的形成，这个过程实际是核外电子参与的。
2.【提问】（1）上述7种元素，他们的化合价与核外电子排布有何关系？金属元素的特征为何？
【讲解】对于Na、Mg、Al，它们在反应中可以失去最外层的电子，形成带1、2、3个正电荷的阳离子，故显+1、+2、+3价。
【提问】（2）非金属元素的特征为何？
【讲解】对于非金属元素，它们在反应中可以得到电子或者与其他原子共用电子。Si可以显+4或-4价，P可以显-3或+5价，S可以显-2或+6价，Cl可以显-1或+7价。
【提问】（3）这样的规律可以推广到更多的元素么？
【讲解】可以，一般来说有如下规律：主族元素阳离子的最高正价 = 最外层电子数
非金属元素的最高正价 = 最外层电子数（除O、F外）
非金属元素的最低负价 = 最外层电子数- 8
价电子定义与概念：在反应中可能发生电子变动的能级称为价电子层（简称价层）。在相应能级上的电子称为价电子。
3.深度讨论
【提问】（1）请查阅书末元素周期表中的价层电子排布，归纳主族元素和过渡元素的价电子层分别有什么特点？
【讲解】主族元素的价层电子就是最外层电子
过渡元素的价层电子包括最外层的s电子，次外层的d电子
对于镧系、锕系还包括倒数第三层的f电子
【提问】（2）请查阅书末元素周期表中的价层电子排布，主族元素、副族元素的族序数与价电子总数有怎样的关系？
【讲解】对于主族元素，价层电子总数与主族序数相同。
对于副族元素，IIIB——VIIB族元素的价层电子总数与副族序数相同。
IB、IIB族元素的价层电子中s能级的电子数与副族序数相同。
二、电子云
1.核外电子的运动状态
为了探究原子及其内部的结构，历史上多位科学家都提出原子结构模型，其中玻尔的行星轨道模型很具有代表性。
1913年，玻尔提出了原子模型，其模型的要点包含：
当原子只有一个电子时，电子沿特定球形轨道运转；
当原子有多个电子时，它们将分布在多个球壳中绕核运动；
不同的电子运转轨道是具有一定能级差的稳定轨道。
2.电子云
1926年，该模型被量子力学推翻。
量子力学指出，电子在核外空间各处都可能出现，但是出现的概率不同。它没有确定的 “运动轨迹”。
氢原子的1s电子的电子云
氢原子的1s电子在原子核外出现的概率密度分布图
图中的每个小白点是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。
【提问】电子的运动无规律可循，知道某一时刻电子的位置和运动状态，也无法预测之后的运动轨迹。那运用什么样的手段研究这种充满“随机性”的运动呢？
【讲解】单次的运动无规律，人们通过统计学的手段，记录下一段时间电子的情况，把不同时刻（瞬间）的电子在空间所处位置的图像叠加起来（统计），就得到了“电子云”。
随着科学技术的发展，人们已经能用高分辨率的显微镜观察到电子云的图像
3. 电子云轮廓图
电子云图绘制困难，使用不便，常使用电子云轮廓图表达。
电子云轮廓图可以形象的表示电子云的形状。
【提问】（1）观察同一原子中s电子的1s、2s、3s、4s电子云轮廓图，他们之间有何异同？
【讲解】s电子云都是球形的；
同一原子的能层越高，s电子云的半径越大。
4s的空间包含了3s，3s包含了2s，2s包含了1s。
【讲解】（2）其他类型的电子云，如p、d电子云，它们的电子云轮廓图都有特征的形状。
【讲解】（3）2p的电子云包含3个互相垂直的电子云，依据他们在直角坐标系空间的延伸方向，分别称为px、py、pz。例如px表示沿着x轴伸展的哑铃状的p电子云。
【小结】
其他能层的p轨道，如3p、4p等，包含的电子云数量及他们的空间伸展方向与2p相同，只是弥散程度不同。这种关系与s电子云之间的关系类似。
三、原子轨道
1. 原子轨道概念
量子力学把电子在原子核外的一个空间运动状态称为一个原子轨道。
【讲解】注意：这里的“轨道”借用了宏观世界物体运动中“轨道”一词，但内涵完全不同。电子的运动状态、规律与宏观世界我们见到的均不同。电子不会按照某个既定的“轨道”去运动的。
有了原子轨道，我们可以更好的理解即将学习的泡利原理等。
2. 不同能级、能层包含的原子轨道数及轨道名称。
3.深度思考
【提问】（1）观察上面的表格，你能发现能层、能级和轨道数之间的什么规律？
【讲解】第n能层包含的能级数为n，轨道总数为n2
【提问】（2）第n能层最大可容纳电子数为2n2，恰好为轨道数的2倍，你能得出什么结论？
【讲解】每个轨道最多可容纳的电子数为2
三、课堂小结
1.价电子：为突出化合价与电子排布的关系，将在反应中可能发生电子变动的能级称为价电子层（简称价层）。在相应能级上的电子称为价电子。价电子与元素的化合价密切相关。
2.电子云：（1）宏观物体的速率和它所处的位置是能够同时准确测定的，即人们能追踪宏观物体的运动轨迹。但是对微观粒子而言，人们不能同时准确地测定它的位置和速率。
（2）量子力学指出，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。我们用统计的方法来判断电子在核外空间某区域出现机会的多少。
（3）s电子云是球形的，p电子云是哑铃状的；p的电子云可以沿着不同的空间方向伸展，彼此垂直。
不同能层的s轨道形状相同，但弥散程度不同。p轨道也符合上述规律。
3.原子轨道：不同能层、不同能级包含了数量不同，形状不同的若干条轨道。第n能层包含了n个能级，轨道总数为n2。s能级有一条轨道，p能级有三条轨道，d能级有五条轨道。每个轨道最多能容纳2个电子。
四、课堂练习
1.判断下列说法是否正确
（1）从空间角度看，2s轨道比1s轨道大，其空间包含了1s轨道。（ ）
（2）p能级能量一定比s能级的能量高。（ ）
（3）2p、3p、4p能级的轨道数依次增多。（ ）
（4）2p和3p轨道形状均为哑铃形。（ ）
（5）2px、2py、2pz轨道相互垂直，但能量相等。（ ）
答案 （1）√ （2）× （3）× （4）√ （5）√
解析
（1）s能级中，能层越大，电子运动范围离原子核越远，其对应的球形电子云的半径越大，他们之间构成了“同心球”的关系。
（2）同一能层中，p能级的能量一定比s能级能量高。如果不在同一能层，如4s的能量就比2p高
（3）不论什么能层，p能级的轨道数均为3
（4）p能级的所有轨道均为哑铃型，只是在空间的弥散程度不同
（5）同一能层的p能级中的3条轨道分别沿着x、y、z轴延伸，故彼此垂直。他们的能量一定相同。
2. 下列各能层中不包含p能级的是__________。
A. N B. M C. L D. K
答案 D
解析 第一能层只有1s轨道，其他能层均有p轨道
3.以下能级符号正确的是__________。
A. 6s B. 2d C. 3f D. 1p
答案 A
解析 s能级是所有能层都包含的能级，而d能级从第三能层才出现，即3d，f能层从第四能层才出现，即4d，第一能层仅包含1s。第n能层包含的能级数为n。
4. 下列个能级中轨道数为3的是__________。
A. s B. p C. d D. f
答案 B
解析 s、p、d、f能级所包含的轨道数分别为1、3、5、7。书P14的表1-2。
5. 下列说法中，正确的是__________。
A. 处于最低能量的原子叫做基态原子
B. 3p2表示3p能级有两个轨道
C. 同一原子中，1s、2s、3s电子的能量逐渐减小
D. 2p、3p、4p能级的轨道数依次增多
答案 A
解析 B中3p2表示3p能级上填充了2个电子。C中3s电子表示第三能层的s能级，能层数越大，代表电子离原子核越远，电子所具有的能量越高。相同符号对应的能级包含的轨道数必定相同。
6. 下列叙述中，正确的是__________。
A. s、p、d 能级所含有的原子轨道数分别为1、3、5
B. 各电子层的能级都是从s能级开始，到f能级结束
C. 不同的电子层所含的s能级的原子轨道数是不同的
D. 各电子层含有的原子轨道数为2n2
答案 A
解析 B中所有电子层的能级都是s能级开始，但是结束的能级不同，第二能层是到2p能级结束，第三能层是到3d能级结束，第四能层是到4f能级结束。C中相同符号对应的能级包含的轨道数必定相同。各电子层含有的原子轨道数为n2
第2课时
教学目标
1. 在掌握1~36号元素的基态原子的电子排布式的基础上，理解价层电子的概念，掌握价电子与化合价的关系。知道主族元素和过渡元素的价电子特征。
2.理解电子的运动状态与宏观物体运动特点的差异，理解电子云模型的建立方法。
3.知道电子云轮廓图的表示含义，认识s和p能级的电子云轮廓图。
4.理解原子轨道的含义，知道不同能级、能层包含的原子轨道数及轨道名称。
教学重难点
价层电子与化合价的关系；电子在核外的运动特征与规律。
教学过程
一、新课导入
上节课已经学习了利用构造原理书写基态原子的电子排布式，下面请同学写出11-17号元素基态原子的电子排布式。
原子序数 元素符号 排布式
11 Na [Ne]3s1
12 Mg [Ne]3s2
13 Al [Ne]3s23p1
14 Si [Ne]3s23p2
15 P [Ne]3s23p3
16 S [Ne]3s23p4
17 Cl [Ne]3s23p5
二、讲授新课
一、价电子
1.化学反应的实质是旧化学键的断裂和新化学键的形成，这个过程实际是核外电子参与的。
2.【提问】（1）上述7种元素，他们的化合价与核外电子排布有何关系？金属元素的特征为何？
【讲解】对于Na、Mg、Al，它们在反应中可以失去最外层的电子，形成带1、2、3个正电荷的阳离子，故显+1、+2、+3价。
【提问】（2）非金属元素的特征为何？
【讲解】对于非金属元素，它们在反应中可以得到电子或者与其他原子共用电子。Si可以显+4或-4价，P可以显-3或+5价，S可以显-2或+6价，Cl可以显-1或+7价。
【提问】（3）这样的规律可以推广到更多的元素么？
【讲解】可以，一般来说有如下规律：主族元素阳离子的最高正价 = 最外层电子数
非金属元素的最高正价 = 最外层电子数（除O、F外）
非金属元素的最低负价 = 最外层电子数- 8
价电子定义与概念：在反应中可能发生电子变动的能级称为价电子层（简称价层）。在相应能级上的电子称为价电子。
3.深度讨论
【提问】（1）请查阅书末元素周期表中的价层电子排布，归纳主族元素和过渡元素的价电子层分别有什么特点？
【讲解】主族元素的价层电子就是最外层电子
过渡元素的价层电子包括最外层的s电子，次外层的d电子
对于镧系、锕系还包括倒数第三层的f电子
【提问】（2）请查阅书末元素周期表中的价层电子排布，主族元素、副族元素的族序数与价电子总数有怎样的关系？
【讲解】对于主族元素，价层电子总数与主族序数相同。
对于副族元素，IIIB——VIIB族元素的价层电子总数与副族序数相同。
IB、IIB族元素的价层电子中s能级的电子数与副族序数相同。
二、电子云
1.核外电子的运动状态
为了探究原子及其内部的结构，历史上多位科学家都提出原子结构模型，其中玻尔的行星轨道模型很具有代表性。
1913年，玻尔提出了原子模型，其模型的要点包含：
当原子只有一个电子时，电子沿特定球形轨道运转；
当原子有多个电子时，它们将分布在多个球壳中绕核运动；
不同的电子运转轨道是具有一定能级差的稳定轨道。
2.电子云
1926年，该模型被量子力学推翻。
量子力学指出，电子在核外空间各处都可能出现，但是出现的概率不同。它没有确定的 “运动轨迹”。
氢原子的1s电子的电子云
氢原子的1s电子在原子核外出现的概率密度分布图
图中的每个小白点是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。
【提问】电子的运动无规律可循，知道某一时刻电子的位置和运动状态，也无法预测之后的运动轨迹。那运用什么样的手段研究这种充满“随机性”的运动呢？
【讲解】单次的运动无规律，人们通过统计学的手段，记录下一段时间电子的情况，把不同时刻（瞬间）的电子在空间所处位置的图像叠加起来（统计），就得到了“电子云”。
随着科学技术的发展，人们已经能用高分辨率的显微镜观察到电子云的图像
3. 电子云轮廓图
电子云图绘制困难，使用不便，常使用电子云轮廓图表达。
电子云轮廓图可以形象的表示电子云的形状。
【提问】（1）观察同一原子中s电子的1s、2s、3s、4s电子云轮廓图，他们之间有何异同？
【讲解】s电子云都是球形的；
同一原子的能层越高，s电子云的半径越大。
4s的空间包含了3s，3s包含了2s，2s包含了1s。
【讲解】（2）其他类型的电子云，如p、d电子云，它们的电子云轮廓图都有特征的形状。
【讲解】（3）2p的电子云包含3个互相垂直的电子云，依据他们在直角坐标系空间的延伸方向，分别称为px、py、pz。例如px表示沿着x轴伸展的哑铃状的p电子云。
【小结】
其他能层的p轨道，如3p、4p等，包含的电子云数量及他们的空间伸展方向与2p相同，只是弥散程度不同。这种关系与s电子云之间的关系类似。
三、原子轨道
1. 原子轨道概念
量子力学把电子在原子核外的一个空间运动状态称为一个原子轨道。
【讲解】注意：这里的“轨道”借用了宏观世界物体运动中“轨道”一词，但内涵完全不同。电子的运动状态、规律与宏观世界我们见到的均不同。电子不会按照某个既定的“轨道”去运动的。
有了原子轨道，我们可以更好的理解即将学习的泡利原理等。
2. 不同能级、能层包含的原子轨道数及轨道名称。
3.深度思考
【提问】（1）观察上面的表格，你能发现能层、能级和轨道数之间的什么规律？
【讲解】第n能层包含的能级数为n，轨道总数为n2
【提问】（2）第n能层最大可容纳电子数为2n2，恰好为轨道数的2倍，你能得出什么结论？
【讲解】每个轨道最多可容纳的电子数为2
三、课堂小结
1.价电子：为突出化合价与电子排布的关系，将在反应中可能发生电子变动的能级称为价电子层（简称价层）。在相应能级上的电子称为价电子。价电子与元素的化合价密切相关。
2.电子云：（1）宏观物体的速率和它所处的位置是能够同时准确测定的，即人们能追踪宏观物体的运动轨迹。但是对微观粒子而言，人们不能同时准确地测定它的位置和速率。
（2）量子力学指出，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。我们用统计的方法来判断电子在核外空间某区域出现机会的多少。
（3）s电子云是球形的，p电子云是哑铃状的；p的电子云可以沿着不同的空间方向伸展，彼此垂直。
不同能层的s轨道形状相同，但弥散程度不同。p轨道也符合上述规律。
3.原子轨道：不同能层、不同能级包含了数量不同，形状不同的若干条轨道。第n能层包含了n个能级，轨道总数为n2。s能级有一条轨道，p能级有三条轨道，d能级有五条轨道。每个轨道最多能容纳2个电子。
四、课堂练习
1.判断下列说法是否正确
（1）从空间角度看，2s轨道比1s轨道大，其空间包含了1s轨道。（ ）
（2）p能级能量一定比s能级的能量高。（ ）
（3）2p、3p、4p能级的轨道数依次增多。（ ）
（4）2p和3p轨道形状均为哑铃形。（ ）
（5）2px、2py、2pz轨道相互垂直，但能量相等。（ ）
答案 （1）√ （2）× （3）× （4）√ （5）√
解析
（1）s能级中，能层越大，电子运动范围离原子核越远，其对应的球形电子云的半径越大，他们之间构成了“同心球”的关系。
（2）同一能层中，p能级的能量一定比s能级能量高。如果不在同一能层，如4s的能量就比2p高
（3）不论什么能层，p能级的轨道数均为3
（4）p能级的所有轨道均为哑铃型，只是在空间的弥散程度不同
（5）同一能层的p能级中的3条轨道分别沿着x、y、z轴延伸，故彼此垂直。他们的能量一定相同。
2. 下列各能层中不包含p能级的是__________。
A. N B. M C. L D. K
答案 D
解析 第一能层只有1s轨道，其他能层均有p轨道
3.以下能级符号正确的是__________。
A. 6s B. 2d C. 3f D. 1p
答案 A
解析 s能级是所有能层都包含的能级，而d能级从第三能层才出现，即3d，f能层从第四能层才出现，即4d，第一能层仅包含1s。第n能层包含的能级数为n。
4. 下列个能级中轨道数为3的是__________。
A. s B. p C. d D. f
答案 B
解析 s、p、d、f能级所包含的轨道数分别为1、3、5、7。书P14的表1-2。
5. 下列说法中，正确的是__________。
A. 处于最低能量的原子叫做基态原子
B. 3p2表示3p能级有两个轨道
C. 同一原子中，1s、2s、3s电子的能量逐渐减小
D. 2p、3p、4p能级的轨道数依次增多
答案 A
解析 B中3p2表示3p能级上填充了2个电子。C中3s电子表示第三能层的s能级，能层数越大，代表电子离原子核越远，电子所具有的能量越高。相同符号对应的能级包含的轨道数必定相同。
6. 下列叙述中，正确的是__________。
A. s、p、d 能级所含有的原子轨道数分别为1、3、5
B. 各电子层的能级都是从s能级开始，到f能级结束
C. 不同的电子层所含的s能级的原子轨道数是不同的
D. 各电子层含有的原子轨道数为2n2
答案 A
解析 B中所有电子层的能级都是s能级开始，但是结束的能级不同，第二能层是到2p能级结束，第三能层是到3d能级结束，第四能层是到4f能级结束。C中相同符号对应的能级包含的轨道数必定相同。各电子层含有的原子轨道数为n2