第三单元 人类对原子结构的认识
学情分析：
在初中《科学》中，学生已经初步了解原子结构模型的演变历史，知道原子是由原子核和核外电子构成的，知道原子核是由质子和中子构成的，初步了解质子、中子、电子的质量、电性关系；已初步了解元素和同位素的概念及同位素的应用。核外电子的排布规律和原子结构示意图的书写在《科学》教材中未涉及，但在初高中衔接教育中已作初步讲解，学生基本可以学出1~18号元素的原子结构示意图。
教材分析：
本单元的编排在化学学习中起到承前启后的作用。在前两个单元中，学生已经认识到了化学世界物质的精彩纷呈，了解到了研究物质的实验方法的多样性。在有这些知识的基础上，通过本单元的学习，将学生从宏观的物质世界带入化学的微观世界。在本单元中主要介绍原子结构模型的演变和原子的构成等内容，再在《化学2》中系统学习原子核外电子排布和元素周期表的知识。
三维目标：
知识与技能：
了解原子结构模型演变的历史。
了解钠、镁、氧等常见元素原子的核外电子排布情况，知道它们在化学反应中通过电子得失使最外层达到8电子稳定结构的事实。通过氧化镁的形成了解镁跟氧气发生化学反应的本质。
了解原子是由原子核和核外电子构成，绝大多数原子的原子核是由质子和中子构成的。能根据原子组成符号判断原子的构成。知道核素、同位素等概念。
过程与方法：
通过了解原子结构模型演变的历史，让学生体验科学家探索原子结构的艰难过程，认识实验、假说、模型等科学方法对化学研究的作用。
2．通过学生自主讨论原子中质子、中子、电子及质量数之间的关系，培养学生分析处理数据的能力。
3．通过氧化镁形成过程的分析，以及化合物的化学式的书写，让学生学会推理、归纳的方法。
情感、态度和价值观：
从科学家探索物质构成奥秘的史实中体会科学探究的过程和方法，并培养学生对科学探索的热爱。通过氧化镁形成过程的分析，让学生从宏观走向微观，领悟化学反应的本质。
教学重点：
1．构成原子的微粒之间的量的关系。
2．化学反应中原子核外电子排布的变化，化合价与得失电子数、最外层电子数的关系。
教学难点：
化学反应中最外层电子的变化，以及化合价与得失电子数、最外层电子数的关系。
课时安排：
1课时
教学过程：
【引入】同学们，你们知道在世界史上最早提出“原子”这一名词的人是谁吗？（学生中会有人说道尔顿、德谟克利特……）对，在公元前5世纪，古希腊哲学家德谟克利特就提出了哲学概念上的“原子”这一名词，他认为物质是由不可分割的微粒即原子构成的。在希腊语中，原子就是“不可分割的”意思。那么，现代意义上的原子又是什么呢？
【投影】扫描隧道显微镜下的硅晶体、以及在扫描隧道显微镜下用原子书写的 “中国”图片。
【讲述】这是我们借助先进的扫描隧道显微镜观察到得原子的表面，那原子的内部结构又如何呢？据报道，英国耗资3.8亿英镑、占地5个足球场的超级显微镜，能观察到原子的内部结构，此项研究正在进行之中。当然科学家经其他实验研究已证实，原子是由更小的微粒构成的。显然，从2500年前的古希腊到今天，“原子”的意义已经发生了明显地变化。那么，2500年来，科学家是怎样探索原子的结构的呢？原子结构模型的演变经历了哪几个阶段？又有哪些科学家对此作出了卓越贡献呢？请同学们快速阅读课本第27~28页的交流与讨论，并找到重要的科学家及他们的主要观点。
【学生】学生阅读。
【板书】原子结构的认识过程
【讲述】好，阅读完了，大家对人类探索原子结构的过程应该有了一个初步的了解。接下去，就让我们一起沿着科学家探索原子结构的足迹来认识原子。那对此作出重要贡献的科学家有哪几位呢？
【讲述】在近代化学史上，最早提出原子结构模型的人是道尔顿，在1803年，提出了具体的原子模型，建立了近代原子学说。那道尔顿的主要观点是什么呢？
【学生】（集体回答）物质是由原子构成的，原子是不可分割的实心球体。
【讲述】可是，在1897年，汤姆生在实验中发现了电子，并且发现电子是带负电荷的，且质量非常的小。由于原子呈电中性，所以汤姆生认为原子中的正电荷是均匀地分布在整个原子中，而带负电荷的电子则镶嵌其中，正负电荷总数相等。于是于1904年提出了被称为“葡萄干面包式”的原子结构模型。
【讲述】科学探索的脚步并没有停止，1911年英国物理学家卢瑟福在做α粒子散射实验时发生意想不到的现象。
【投影】α粒子散射实验图片
【提问】从这一实验现象中，你能得出什么结论？
【学生】1、原子的大部分体积是空的。
2、中间有一个几乎集中了所有原子的质量且体积很小的粒子——原子核。
【板书】卢瑟福：原子
【投影】卢瑟福的主要观点：
1、原子的大部分体积是空的。
2、中间有一个几乎集中了所有原子的质量且体积很小的粒子——原子核。
3、电子随意地围绕着一个带正电荷的很小的原子核运转。
【过渡】后来，卢瑟福和他的学生经过进一步的实验研究证实，绝大多数的原子核是由（1919年）质子和（1932年）中子构成的，并且发现质子带一个单位的正电荷，而中子不显电性。
【板书】 原子核
【过渡】那么构成原子核的质子、中子以及与核外电子之间有何联系呢？由于原子呈电中性，由此可见原子中，电子数=质子数。结合卢瑟福的α粒子散射实验和表中的数据，请思考：
【投影】
质子 中子 电子
质量/kg 1.673×10-27 1.675×10-27 9.109×10-31
相对质量 1.007 1.008 1/1836
信息提示：
质量数：将原子核内所有的质子和中子的相对质量取整数，加起来所得到的数值。
相对质量：质子、中子的质量与C-12原子质量的1/12相比较所得的数值。
【投影】⑴原子的质量与质子、中子的质量关系
⑵原子的相对原子质量与质子、中子的相对质量的关系
⑶原子中质子数、中子数、电子数和质量数之间的关系
【学生】学生代表回答结论。
原子的质量≈所有质子的质量+所有中子的质量
原子的相对原子质量≈所有质子的相对质量+所有中子的相对质量
质量数=质子数+中子数
质子数=电子数
【板书】1、原子中：质子数=电子数
质量数（A）=质子数（Z）+中子数（N）
≈原子的相对原子质量
【追问】那在离子中，这些等式关系还成立吗？
【板书】离子中：质子数=电子数±电荷数
【过渡】不同原子中，质子数、中子数、电子数是不同的，那能否用一个符号准确地表示出一个原子的具体组成呢？
【讲述】在这里我们可以用原子的组成符号来表示,其中X表示元素符号，Z表示原子的质子数，A表示原子的质量数。
【板书】
【讲述】如C-12可以表示为：
【副板书】
【讲述】从这个式子中，我们可以看出该C原子核内有6个质子和6个中子，核外有6个电子。
【讲述】接下去，同学们一起来看一下2组原子组成符号，请仔细分析它们有什么特点。
【投影】⑴ ⑵
【学生】它们的质子数相同，但质量数不同，所以应该是同一种元素的不同原子，互为同位素。
【讲述】分析得很好。
【投影】元素：具有相同质子数的同一类原子总称；
核素：具有一定质子数和一定中子数的一种原子。
质子数相同，质量数（或中子数）不同的核素互称为同位素。
【提问】同位素原子的组成不同，那它们的物理性质是否相同？ 比如、、它们的性质一样吗？在考古断代中就利用了的……
【讲述】很好。利用某些同位素的放射性，我们已经将同位素广泛地应用于医学、工业、农业、能源和科学研究等各个领域，甚至是国防事业。说到国防，我们自然会想到核武器，大家知道现在全球局势最紧张的两个地区是——伊朗和朝鲜，都与“核”有关。
【投影】“朝核危机”已引起全球瞩目，其焦点是朝鲜核电站采用轻水反应堆还是重水反应堆。重水反应堆核电站在发电的同时还可以生产出可供研制核武器的钚-239()，这种可由铀-239()，经过多次β衰变而得，下列有关与的说法中正确的是（ C ）
A．二者互为同位素 Ｂ．二者是同一种核素
Ｃ．二者具有相同的质量数 Ｄ．二者具有相同的中子数
【过渡】从卢瑟福的核式模型，我们充分认识了原子核的结构，由原子核我们认识了核素、同位素，那么核外电子又是如何运动的呢？真的像卢瑟福所说的：电子随意地绕核作高速运转吗？
【讲述】不是的。卢瑟福的学生玻尔和奥地利物理学家薛定谔在进一步的实验和理论研究基础上，又分别在913年提出了轨道模型，在1926年提出了电子云模型。他们都认为，电子在核外是按一定的规律排布的。
【讲述】通常我们用原子结构示意图形象地表示原子的核外电子排布，比如：
【讲述】请同学们写出下列6种原子的结构示意图。
Ne O Na Ar Mg S
【投影】
【提问】从原子结构示意图中，你能发现核外电子的排布具有怎样的规律？
【学生】原子核外电子是分层排布的，其中第一层最多只能排2个电子，第二层最多只能排8个电子，最外层不超过8个电子。
【板书】1、规律：电子是分层排布的。
【过渡】那原子的核外电子排布与元素的性质有何联系呢？
【投影】⑴稀有气体性质稳定，很难与其他物质发生化学反应。
【学生】因为稀有气体的最外层电子达到了2电子或8电子的稳定结构，所以很难与其他物质发生反应。
【讲述】分析得很正确。也就是说当原子的最外层达到2电子或8电子的结构时，它就会变得非常稳定。从中你能得出什么结论？
【投影】⑵镁原子能与氧原子结合形成氧化镁。
【讲述】那请同学们观察镁原子和氧原子结合形成氧化镁的过程中原子核外电子的变化情况，解释第2个事实，
【提问】⑴Mg、O的原子核外电子排布有什么特点？
⑵Mg、O在反应中表现出什么性质？
⑶在化学反应中哪部分微粒发生了变化？说明元素的性质主要取决于什么？
⑷从Mg、O你能想到哪些类似的原子？在结构上、性质上有何特点？
【学生】因为镁原子和氧原子的最外层电子数均少于8个，所以不稳定，有形成8电子稳定结构的趋势。在化学反应中，镁原子失去最外层的2个电子，生成+2价的镁离子，达到8电子的稳定结构，而氧原子最外层则得到2个电子，达到8电子的稳定结构，生成—2价的氧离子，镁离子和氧离子结合生成了稳定的化合物氧化镁。
【学生】在化学反应过程中，原子的最外层电子数发生变化，而原子核不发生变化。元素的化学性质主要取决于最外层电子数。
【学生】像镁原子这样的最外层电子数较少的，较易失电子，像氧原子这样的最外层电子数较多的，较易得电子，从而形成稳定的电子层结构。
【板书】
最外层电子数
典型金属 ＜4 易失电子 正价
典型非金属 ＞4 易得电子 负价
【过渡】镁条在氮气中也能燃烧，生成氮化镁，你能写出氮化镁的化学式吗？
【学生】学生书写。
【讲述】要正确书写物质的化学式，就必须知道元素的化合价，那化合价又和什么有关呢？请同学们填写下列表格，并分析化合价与得失电子数、最外层电子数的关系。
【投影】 一些元素的原子得失电子的情况
元素 化合价 原子最外层电子数目 失去（或得到）电子的数目
Na
Mg 2
O 6
Cl -1
【学生】学生完成表格，并讨论化合价与得失电子数、最外层电子数的关系。
【学生】金属元素的原子失电子显正价，正化合价=失电子数=最外层电子数；非金属元素的原子得电子显负价，=得电子数=8—最外层电子数。
【投影】
最外层电子数
典型金属 ＜4 易失电子 正价=失电子数=最外层电子数
典型非金属 ＞4 易得电子 =得电子数=8—最外层电子数
【过渡】由此可见，结构不同，性质不同，结构决定性质。刚才，我们沿着人类探索原子结构的足迹，深入的认识了原子内部的结构，知道原子由原子核和核外电子两部分构成，绝大多数的原子核是由质子和中子构成的，那么人们对于原子结构的认识是否就到此为止了呢？质子、中子是否就是构成原子的最小微粒呢？
【板书】发现夸克
【投影】夸克的发现史
【讲述】随着科技的发展，人类不仅在地球上探索微观世界，更把目标投向了整个宇宙。
【投影】美国等一些国家发射的航天器将我国研制的磁谱仪带入太空，其目的是探索反物质。反物质的主要特征是电子带正电荷，质子带负电荷。请写出反氢原子和反氧原子的原子结构示意图。
【投影】科学家最近发现一种只由四个中子构成的粒子，这种粒子称为“四中子”，也有人称之为“零号元素”。下列有关“四中子”粒子的说法中错误的是( C )
A.该粒子不显电性
B.该粒子的质量数为4
C.在元素周期表中与氢元素占同一位置
D.该粒子质量比氢原子大
【讲述】随着科学技术的发展，人类对于原子结构的认识还在不断地深入，夸克会是构成物质的最小微粒吗？谁也不知道物质世界的至小尽头会在何处？这个谜底正等待着在座的各位同学去揭开，也许你就是未来的诺贝尔奖获得者。人类在微观的世界里继续探索前行……
【结束语】这堂课，我们沿着科学家探索原子结构的过程，认识了原子的结构，同时人类探索自然科学的这种精神也给了我们很多的启迪，同学们，你们能说说你们的收获吗？从中我们不难感受到科学探究是一个漫长的、艰辛的过程，科学发展总是在不断纠错中前进，科学发现是永无止境的……相信你们能给人类带来全新的明天！
【板书设计】
第三单元 人类对原子结构的认识
原子结构的认识过程：
道尔顿
↓
汤姆生
↓
卢瑟福 原子
↓
玻尔
↓
薛定谔
↓
发现夸克
↓
……
原子核：
核外电子
质子
中子
He Ne Ar
H O Mg
N Na S
质子
中子
质子数=电子数
质量数（A）=质子数（Z）+中子数（N）
≈原子的相对原子质量
原子核
核外电子
元素的
化学性质
最外层电子数
分层排布
典型金属 ＜4 易失电子 正价
典型非金属 ＞4 易得电子 负价(共21张PPT)
第三单元
人类对原子结构的认识
古希腊哲学家 德谟克利特
物质是由不可分割的微粒即“原子”构成的。
历史瞬间
世界之最
英国超级显微镜
世界之最
主要观点
物质由原子组成。
原子不能被创造和毁灭。
原子是不可分割的实心球体。
历史回眸
原子中正电荷均匀地分布在整个球体中，而带负电荷的电子则镶嵌在其中。
α粒子散射实验
体积很小相对质量为4的带正电粒子
现象：
1、大部分α粒子穿过薄的金箔
2、极少数α粒子好象打在坚硬的东西上，完全反弹回来。
3、少数α粒子穿过薄的金箔时，发生了偏转。
科学探究
卢瑟福通过实验推断出：
1、原子大部分是空的。
2、中间有一个几乎集中了所有原子的质量且体积很小的粒子——原子核。
3、电子随意地围绕着一个带正电荷的很小的原子核运转。
质子 中子 电子
质量/kg 1.673×10-27 1.675×10-27 9.109×10-31
相对质量 1.007 1.008 1/1836
⑴原子的质量与质子、中子的质量关系
数据传真
相对质量：质子、中子的质量与C-12原子质量的1/12相比较所得的数值。
质量数：将原子核内所有的质子和中子的相对质量取整数，加起来所得到的数值。
信息提示
⑵原子的相对原子质量与质子、中子的相对质量的关系
⑶ 原子中质子数、中子数、质量数和原子的相对原子质量之间的关系
观察与思考
同一种元素
同一种元素
三种不同核素（原子）
三种不同核素（原子）
互称为同位素
互称为同位素
元素：具有相同质子数的同一类原子的总称。
核素：具有一定质子数和一定中子数的一种原子。
质子数相同，质量数（或中子数）不同的核素互称为同位素。
元素
（同位素）
核素
核素
。。。。。
同位素的应用
拓展视野
C
“朝核危机”已引起全球瞩目，其起因是朝鲜核电站采用轻水反应堆还是重水反应堆。重水反应堆核电站在发电的同时还可以生产出可供研制核武器的钚-239( )，这种 可由铀-239( )，经过多次β衰变而得，下列有关 与 的说法中正确的是（ ）
A．二者互为同位素
Ｂ．二者是同一种核素
Ｃ．二者具有相同的质量数
Ｄ．二者具有相同的中子数
历史回眸
请写出下列原子结构示意图：
He Ne Ar
H O Mg
N Na S
妙笔生花
⑴稀有气体性质稳定，很难发生化学反应。
图文解疑
Mg
+12
2
2
8
O
+8
6
2
Ne
+10
8
2
失去2e-
得到2e-
Mg2+
O2-
Mg2+
+12
2
8
O2-
+8
8
2
⑵镁原子能与氧原子结合形成氧化镁。
元素 化合价 原子最外层电子数目 失去（或得到）电子的数目
Na
Mg 2
O 6
Cl -1
讨论：化合价与得失电子的数目、最外层电子数目之间的关系。
一些元素的原子得失电子的情况
+1
1
失去1个
+2
失去2个
-2
得到2个
7
得到1个
探寻规律
结论：正化合价=失电子数=最外层电子数
=得电子数=8－最外层电子数
斯坦福大学的直线加速器中心
1967年 加速器实验证明了夸克的存在
弗里德曼
肯德尔
泰勒
发现之旅
美国等一些国家发射的航天器将我国研制的磁谱仪带入太空，其目的是探索反物质。反物质的主要特征是电子带正电荷，质子带负电荷。请写出反氢原子和反氧原子的原子结构示意图。
发现之旅
科学家最近发现一种只由四个中子构成的粒子，这种粒子称为“四中子”，也有人称之为“零号元素”。下列有关“四中子”粒子的说法中错误的是( )
A.该粒子不显电性
B.该粒子的质量数为4
C.该粒子是氢元素的一种同位素原子
D.该粒子质量比氢原子大
C
发现之旅
感悟历史
？
1、简单原子的原子结构可用下图形象表示：其中●表示质子或电子，○表示中子，则下列有关①②③的叙述正确的是（ ）
A．①②③互为同位素
B．①②③互为同素异形体
C．①②③是三种化学性质不同的粒子
D．①②③具有相同的质量数
小试牛刀
A
2、据报道，最近中科院的有关专家在世界上首次发现了镤元素的一种新的同位素 ，它的中子数为（ ）
A、330 B、91
C、239 D、148
小试牛刀
D
3、X、Y、Z、R分别代表四种元素，若aXm+、bYn+、cZn-、dRm-四种离子的核外电子排布相同，且m＞n，则下列关系正确的是（ ）
A、a-c=m-n
B、b-d=m+n
C、a ＞ b ＞ d ＞ c
D、a ＞ c ＞ b ＞ d
B
小试牛刀
