鲁科版选修3
第一章 原子结构
第一节 原子结构模型
教学设计
[教学目标]
让学生知道核外电子的运动不同于宏观物体，不能同时准确测定它的位置和速度；初步认识原子结构的量子力学模型，知道原子中点个电子的空间运动状态用原子轨道来描述；认识到原子轨道的能量是量子化的，原子轨道的能量用能级来描述；知道“电子云”是对电子在空间单位体积里出现概率大小的形象化描述。在以上知识建构过程中，锻炼学生应用科学观念解释实验现象，并能够根据实验中的特殊现象提出新的思路，培养学生科学探究与创新意识。
通过对于原子结构模型发展历史的介绍，引导学生学习通过客观实验事实建构理论模型的能力，让学生知道科学假说模型在原子结构建立中的重要作用，培养学生证据推理与模型认知的核心素养。
通过原子结构量子力学模型建立的历史，让学生感受科学家在科学创造中的丰功伟绩，激发学生的学习热情，培养学生严谨求实的科学态度和探索未知、崇尚真理的意识。
[教学重难点]
了解核外电子空间运动状态的描述方法，能从能级和概率统计两个视角认识核外电子运动的特点，知道科学假说在原子结构模型建立中的重要作用。
[教学策略]
讨论法、假说法、模型法、分析推理法、对比归纳等方法
[知识框架]
[教学准备]
学生：复习原子结构知识
教师：准备上课课件、实验录像和微课。
[课时安排]1课时
[教学过程]
教师活动
学生活动
设计意图
[新课引入]
同学们，从今天开始，我们一起进入《物质结构与性质》模块的学习。这个模块主要有三个层次，原子结构与元素性质的关系，分子结构与物质的化学性质的关系，物质的物理性质与什么有关呢？要研究晶体结构。学习了这个模块，不仅可以帮助我们了解物质结构与性质的关系，还有助于我们理解物质变化的本质，预测物质的性质。
聆听，思考，了解本模块知识结构
引导学生了解本模块结构，过渡到第一章的教学
[复习提问]
我们先来研究一下化学变化中的最小微粒——原子的结构。原子是由哪些微粒、怎样构成的呢？
[微课]
原子结构认识历史。
画氯原子的原子结构示意图，描述氯原子的构成微粒。
观看微课。
复习回顾已有的对于原子结构的认识，通过微课了解原子结构认识历史，体会其间科学家们严谨的科学态度和求实的科学精神。
[讲解]
卢瑟福的理论一提出，就遭到物理学家们的质疑。根据卢瑟福的核式模型，和经典的电动力学观点推导得出结论，原子光谱应为连续光谱，原子不稳定。
[实验视频]
氢原子光谱实验
[实验结论]
实验可知，氢原子光谱是线状光谱。
聆听，理解认知冲突的关键点，观看实验，思考两个结论的正确性
思考卢瑟福模型和经典电动力学理论的矛盾点，引发对于原子结构结构的深入思考，培养科学探究与创新意识的核心素养。
[过渡]
作为一位非常严谨的科学家，卢瑟福深知自己提出的模型还很不完善，他在论文中指出：“现阶段，不必考虑原子的稳定性，因为这将取决于原子的细微结构和带电部分的运动。”那么，原子还有哪些细微的结构，原子中的带电微粒——电子，究竟是怎样运动的呢？卢瑟福的学生，丹麦科学家玻尔开始思考这些问题。
聆听，了解科学家的视角和科学发展历程
通过科学史实，跟随科学发展历程，使同学们认识到科学家们求真务实的研究态度，为今后的学习树立榜样和目标。
[阅读自学]
1913年，玻尔在研究原子结构的过程中，考察了大量光谱学资料，吸收了普朗克的量子说，在卢瑟福的原子核式模型的基础上，提出了核外电子分层排布的原子结构模型。请同学们阅读课本，了解一下波尔原子结构模型的基本观点，并找出每条的关键词。
阅读课本，思考玻尔理论的内容，学习新的知识
培养学生阅读中提取信息的能力，同时提升学生的自学水平。
[难点突破]
怎样理解量子化呢？就是不连续的意思，核外电子在运动过程中所具有的能量，只能是这样几个特定的能量值，而不可能取到这几个能量值之间的能量态。
[课外延伸]
1922年，玻尔由于对于原子结构理论的贡献，获得诺贝尔物理学奖，当时的丹麦报纸报道这个消息时，使用了这样一个标题：《著名足球运动员尼尔斯·玻尔获诺贝尔奖》。因为玻尔在23岁之前，曾经是一位著名的足球运动员，是当时国家队的替补门将。
利用图示，形象的理解量子化的含义，并通过科学史料，进一步认识科学家玻尔的多重身份，激发同学们的学习兴趣
通过图示形象的描述量子化的含义，并向同学们介绍科学家玻尔的足球运动员身份，激发同学们的学习兴趣
[解决问题]
下面请大家思考一下，玻尔理论是怎样解释氢原子线状光谱的？同学们可以从这几个方面，讨论一下。
1.给氢气通电的作用是什么？
2.为什么会辐射光线呢？
3.不同电子层的能量差相同吗？
借助图示信息，思考讨论，尝试应用新知识解决问题。
让同学们尝试应用玻尔理论解释氢原子线状光谱，有利于更深入的理解玻尔理论的合理性，使同学们体验到学习知识后的成功感。
[学以致用]
我们学习了玻尔模型，还可以帮助我们理解生活中的某些现象。比如，霓虹灯为什么能够发出五颜六色的光？这种现象与电子跃迁有关，请同学们小组讨论，试着解释一下？
思考，交流讨论，再次应用理论解决身边的现象
再次应用玻尔理论解释身边的现象，熟悉应用理论解决问题的思路，拉近理论与同学们的距离
[过渡]
玻尔引入了量子数n，解释了氢原子线状光谱的实验事实，也发现了仅用量子数n无法解释的光谱现象，他又提出了著名的“互补原理”。玻尔模型无法解释的光谱现象，比如，在通常条件下，钠原子中处于n=4的状态上的电子跃迁到n=3的状态时，会产生多条谱线，这是什么原因呢？
这个现象说明，同一个电子层，不同电子的能量也是不同的，还要进行量子化拆分。
思考特殊现象的产生原因，交流、讨论，尝试提出新的假设
让学生再次根据光谱现象推导电子能量的差别，进一步熟悉并应用量子化概念，培养学生证据推理与模型认知的化学核心素养。
[讲解]
把同一个电子层分为若干能级，不同能级的电子，空间运动状态的能量不同。能级符号用s、p、d、f来表示，每个电子层的能级数目不同。
[提问]
每个电子层对应的能级数目，有什么规律吗？
划分能级后，大家能不能解释这个光谱现象了呢？
了解能级的划分原则，知道电子层数与能级数目的关系，并尝试应用能级概念解释光谱现象
学习能级概念，并探究电子层数与能级数目的关系，再应用能级概念解释钠原子光谱的特殊现象，再次学以致用，让学生体会科学探究过程。
[讲解]
玻尔模型不能解释的光谱现象，还有当时已经发现的塞曼效应。荷兰科学家塞曼发现，把产生光谱的光源置于足够强的磁场中，磁场会作用于发光体使光谱发生变化，一条谱线即会分裂成几条不同的谱线。
[思考]
这说明，施加外磁场后，发生了什么变化呢？
思考加入外磁场后光谱变化的原因，交流想法，尝试提出新的假设。
经过前面两次分析光谱现象的经验，学生可以很容易联想到多条谱线产生的原因是源自电子有多个不同的能量，从而引出原子轨道概念。
[讲述]
习惯上，仍用“轨道”来描述原子中单个电子的空间运动状态，不过这种轨道被赋予新的含义，称为原子轨道。
[思考]
计算一下电子层数和轨道数目之间的关系。这里讲的原子轨道，已经不同于玻尔模型中的轨道的概念了。
了解不同能级轨道的划分原则，计算电子层数与原子轨道数目的关系，理解原子轨道概念。
用图示形象的表示电子层、能级和原子轨道概念的能量关系，有利于学生理解和学习，并从图示中归纳出电子层和轨道数目之间的关系。
[讲解]
到了20世纪，人们研制出了高分辨光谱仪，发现在无外磁场的情况下，用高分辨光谱仪观察，氢原子中的电子在n=2的状态跃迁到到n=1的状态时，得到的是两条靠得很近的谱线。钠原子的黄色谱线也是靠的很近的两条线。这说明，核外电子的运动，还存在着更细微的差别，这是一种被称为“自旋”的量子化状态。处于同一原子轨道上的电子，自旋状态只能有两种，分别用符号“↑”和“↓” 表示。
[提问]
每个原子轨道最多有几个电子？每个电子层最多有多少个电子？
根据新出现的光谱现象，了解新概念的形成，并体会到科技进步对理论研究的促进作用。
再次利用光谱现象引入新概念——自旋，并利用前面得出的每个电子层的原子轨道数目计算每个电子层最多容纳的电子数目，逐步推导出必修中学生了解的结论2n2
[过渡]
电子是怎样运动的呢？
电子运动的三个特点，质量小、运动空间小和运动速度快，接近光速，对于有这样特点的微观粒子而言，人们不能同时准确的测定它所在的位置和此时的速度，这就是海森堡提出的测不准原理。
了解电子运动的特点，并了解测不准原理的基本内容。
介绍测不准原理，让学生了解科学研究的复杂性和严谨性，培养学生的创新意识
[阅读自学]
那么，量子力学是怎样描述电子的运动的呢？大家看一下课本。
[提问]
这是电子处在1s轨道的电子云图。小点的疏密代表什么含义？1s轨道的电子云有什么特点？
[讲述]
量子力学中的轨道的含义，已经与波尔轨道的含义完全不同，它既不是圆周轨道，也不是其他经典意义上的固定轨迹。
学习电子云这种描述电子运动的方法，并通过电子云图了解1s轨道电子的运动特点。
通过观察1s电子云，使学生进一步明确电子云图示的含义
[过渡]
既然原子中的电子运动状态是以概率的方式进行描述的，那么，又该如何理解量子力学中的原子轨道呢？应该怎样形象的描述，原子中电子的运动状态呢？
[讲述]
原子中单个电子的空间运动状态用原子轨道来描述，而原子轨道在量子力学中是用波函数表示的，因此可以将原子轨道以图形的方式，在直角坐标系中表示出来。S轨道在三维空间分布的图形为球形，这种轨道具有球对称性；p 轨道在空间分布的特点是：分别相对于x、y、z轴对称，分别沿x、y、z方向，它们互相垂直。
聆听，观察，通过观看动画，了解1s和3个p轨道的形状以及分布特点。
通过动画介绍1s和3个p轨道原子轨道的形状以、分布特点和空间关系，为后面学习共价键的重叠方式打下基础。
[展示]
1s、2s、2px、2py、3s电子云叠加起来的效果
观察电子云图示，思考电子云的含义，激发学习兴趣。
更直观了解电子云图示的意义和几个不同轨道的图形表示的差别，通过展示科学研究中的真实素材，激发学生的学习兴趣。
[讲解]
以上就是在20世纪20年代中期，经过多位科学家共同努力，建立起来的原子结构的量子力学模型。奥地利科学家薛定谔建立了薛定谔方程，可用来描述核外电子的运动，并且以概率的方式来描述电子的运动，这就是当代科学家对于原子结构的认识。
[讨论]同学们，大家思考一下，经过今天这节课的学习，你对原子结构模型有了哪些新的认识呢？
回顾量子力学模型的基本要点，并与玻尔模型进行对比，深入理解原子轨道的含义。
汇总量子力学模型理论中的主要概念，使学生对于量子力学模型有个更全面的了解，并以图示 的形式与玻尔模型进性对比，直观揭示两个理论的异同点，让学生明确原子轨道概念的发展变化。
[小结]
原子结构发展历史
当然，量子力学模型只是人们目前对于原子结构普遍认识，随着原子中新微粒的发现，比如夸克、中微子、光子、介子等等，人们对于原子结构的认识还将进入下一个模型时代。
[提问]
在原子结构发展历程中，同学们从几位伟大的科学家身上，学到了哪些品质呢？
[结束语]
作为中学生，我们也要学习科学家们的这些品质。希望在座的同学们，也能像各位科学家一样，找准自己的人生目标，并为之付出不懈的努力，相信大家都能最终实现自己的梦想！
通过小结，学生回顾了原子结构模型的发展历史，并认识到对于原子结构的认识没有停止、还在继续，同时发掘科学家身上的优秀品质，以科学家为榜样，培养和塑造个人严谨求实、积极进取的学习态度。
复习本节基本内容，和重要的知识脉络，并激励学生像科学家们那样坚持不懈、刻苦努力，培养学生科学探究与创新意识、科学态度和社会责任的化学学科素养。
[当堂检测]
复习并测试本节课的掌握情况
练习，并交流结果和想法
落实本节知识内容，回顾应用重点知识解决问题的过程。
[板书设计]
第1节 原子结构模型
氢原子光谱和玻尔的原子结构模型
量子力学对原子核外电子运动状态的描述
1、原子轨道
电子层——能级——原子轨道——自旋
2、电子云
3、原子轨道的图形描述
课件22张PPT。原子结构模型高二 化学 选修3 鲁科版《物质结构与性质》
（选修）第一章 原子结构 第一节 原子结构模型卢瑟福核式模型原子不稳定氢原子光谱为连续光谱氢原子光谱实验线状光谱现阶段，不必考虑原子的稳定性，因为这将取决于原子的细微结构和带电部分的运动。卢瑟福玻尔核外电子分层排布的原子结构模型α粒子散射实验（1） 原子中的电子在具有确定半径的圆周轨道上绕原子核运动，并且不辐射能量；（2）不同轨道上运动的电子具有不同能量，而且能量是不连续的，这称为能量“量子化” 。轨道能量依n值（1、2、3、·····）的增大而升高，n称为量子数。对氢原子而言，电子处在n=1的轨道时能量最低，称为基态，能量高于基态的状态，称为激发态；（3）只有当电子从一个轨道（能量为Ei）跃迁到另一个轨道（能量为Ej）时，才会辐射或吸收能量。如果辐射或吸收的能量以光的形式表现出来并被记录，就形成了光谱。量子化《著名足球运动员尼尔斯·玻尔获诺贝尔奖》为什么氢原子光谱是线状光谱？思考、讨论给氢气通电的作用是什么？
为什么会辐射光线呢？
不同电子层的能量差相同吗？|Ej-Ei|= h?=hc/?普朗克常数波长光速霓虹灯为什么能够发出五颜六色的光？身边的化学电子层光谱现象：在通常条件下，钠原子中处于n=4的状态上的电子跃迁到n=3的状态时，会产生多条谱线。原子核继续进行量子化拆分光谱现象：钠原子光谱在n=4到n=3之间会产生多少条谱线？原子核能级1s2s2p3s3p3d4s4p4d4f解释α粒子散射实验s、p、d、f光谱现象：在磁场中，所有光谱的一条谱线都可能会分裂成多条谱线。原子核能级1s2s2p3s3p3d4s4p4d4f光谱现象：在磁场中，所有光谱的一条谱线都可能会分裂成多条谱线。原子核能级1s2s3s4s原子轨道nn个n2个2p3p3d4p4d4f 在无外磁场的情况下，用高分辨光谱仪观察时发现，氢原子中的电子在n=2的状态跃迁到到n=1的状态时，得到的是两条靠得很近的谱线。钠原子的黄色谱线也是靠的很近的两条线。
处于同一原子轨道上的电子自旋状态只能有两种，分别用符号“↑”和“↓” 表示。 每个原子轨道最多有2个电子。2n2个每个电子层最多有多少个电子?两条靠的很近的谱线
像电子这样的微观粒子，它的运动怎样描述呢？测不准原理：对于质量非常小、运动速度极快且运动空间极小的微观粒子来说，运动速度和位置不能同时准确测定。电子运动特点：质量小，运动空间小，速度快（接近光速）。电子云小点的疏密代表什么含义？
1s轨道的电子云有什么特点？p 轨道在空间分布的特点是：分别相对于x、y、z轴对称，分别沿x、y、z方向，它们互相垂直。原子轨道的图形描述量子力学模型
（电子云模型）玻尔模型
（核外电子分层排布）原子学说葡萄干布丁模型核式模型核外电子分层排布量子力学模型电子云本节线索CDACAA鲁科版选修3
第一章 第一节 原子结构模型
评测练习
学习、理解
1. 下列是不同时期的原子结构模型，按提出的时间顺序排列正确的是（ ）
①玻尔原子结构模型 ②“葡萄干布丁”模型 ③量子力学模型
④道尔顿原子论 ⑤核式模型
A. ①③②⑤④ B. ④②③①⑤ C. ④②⑤①③ D. ④⑤②①③
2. 以下能级符号中，错误的是（ ）
A.3s B.3p C.3d D.2d
3.以下各项中，利用玻尔原子结构模型可以较好地解释的是（ ）
A.氢原子光谱为线状光谱
B.氢原子的可见光区谱线
C.在有外加磁场时氢原子光谱有多条谱线
D.在高分辨钠原子光谱中的靠得很近的两条黄色谱线
4.下列能级中，轨道数为5的是（ ）
A.2s B.2p C.4d D.4f
5. 下列叙述中，正确的是（ ）
A.s、p、d能级所具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.同是s能级，在不同的电子层中所含原子轨道数是不相同的
D.各电子层含有的原子轨道数为2n2
6. 玻尔原子结构模型的主要内容是什么？请简述其成功之处和不足之处。
应用、实践
7. 对充有氩气的霓虹灯管通电，灯管发出蓝紫色光。产生这一现象的主要原因是（ ）
A.电子由能量较高的轨道向能量较低的轨道跃迁时以光的形式辐射能量
B.电子由能量较低的轨道向能量较高的轨道跃迁时吸收除蓝紫色光以外的光
C.氢原子获得电子后转变成发出蓝紫色光的物质
D.在电流的作用下，氩原子与构成灯管的物质发生反应
这7个练习是针对本节课的学习和评价目标设计的。
练习1考察的是原子结构模型理论发展的历史，认知过程是逐渐深入的，认知模型也越来越复杂，越来越接近真实的结构。这个题目正确率为89%，错选的同学大多数是对于“葡萄干布丁”模型和核式模型的顺序判断错误，说明学生对于历史发展过程还是不够熟悉。
练习2、4、5考察的都是对于能级和轨道知识的掌握情况，先后考察了能级符号、能级中的轨道数目和电子层数与轨道数目的关系。练习2的正确率为93%，错选的同学没有掌握不同电子层包含的能级种类不同；练习4的正确率为97%，错选的同学没有认真审题，搞混了能级符号的差别；练习5的正确率为84%，错选的同学对于选项B中“各”和“都”这两个关键字没有重视，导致判断错误。以上分析都说明，本节知识虽然学习时比较难理解，但是掌握起来还是比较容易的，更再次凸显了审题能力在做题中的重要性。
练习3、7考察的是应用玻尔理论解释光谱现象的能力，偏重理解，属于检测题目中难度较大的类型。练习3是课内内容的考察，学生的正确率为87%，错选的同学还是没有理解磁场的加入和高分辨光谱仪的使用对于电子排布的哪个层次产生了能量的影响，说明课堂的听课效果还有待加强。练习7是对于课堂内容霓虹灯发光原理的强化，正确率为82%，错选的同学看到不熟悉的内容，就方寸大乱，不能够仔细阅读并思考选项的内容，说明一是这部分内容应用还不够熟悉，二是心理素质有待加强，要沉着冷静的应用知识解决问题。
练习6属于阐述评价型题目，需要学生能够回想玻尔模型的内容要点，并且用科学的预言准确的表述出来，要求比较高，接近一半的同学能够说出要点，但是细节不够完善，表述不够严谨。成功和不足之处的分析，更考察了分析能力、评价能力和表达能力，很多同学能够明确要点，但是不能准确的表达出来，今后要加强这样的分析和训练，才能真正学会运用化学的思维逻辑来分析问题。
