第1章
第一节 原子结构
【教学目标】
知识与技能
1、进一步认识原子核外电子的分层排布
2、知道原子的能层、能级排布及其能量关系
3、掌握原子的构造原理，深入理解核外电子的排布规律
4、学会书写（1-36号）元素原子的电子排布式
方法与过程
复习和沿伸、分析和推理、类比和归纳、讲解和演练
情感态度价值观
充分认识原子结构理论发展的过程是一个逐步深入完美的过程
【教学重点】
1、原子核外电子的能层、能级分布及其能量关系
2、原子核外电子排布式
【教学难点】
原子核外电子的能层、能级分布及其能量关系
【教学过程】
[引入]
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[板书]一、开天辟地——原子的诞生
天宫一号，拉开了中华民族进一步探索宇宙的序幕。宇宙是如何诞生的？现在大爆炸宇宙理论认为，宇宙诞生于一次大爆炸，在宇宙爆炸中诞生了原子，从而形成了丰富多彩的物质世界。原子是什么？它的结构又是什么样的？
[化学史话]
了解人类对原子结构认识的发展史
1803年英国科学家道尔顿提出实心球体的原子结构模型。1904年英国科学家汤姆生发现了电子，并提出“枣糕式”的原子结构模型。1911年英国物理学家卢瑟福通过α粒子散射实验，提出了带核的行星原子结构模型。1913年丹麦物理学家波尔引入量子论观点，提出电子在一定轨道上运动的原子结构模型。1926年奥地利科学家薛定谔根据量子力学理论提出了电子云原子结构模型。
[复习]在高一化学学习中已经初步了解了原子的组成。核外电子是如排布的？用什么表示电子的分层排布？请同学们写出钠原子和钾原子的原子结构示意图。（副板书，留下讲解电子式时用）
1、原子的组成
质子
原子
核外电子
2、原子核外电子的排布规律
核外电子根据离原子核的远近，按照能量的不同进行排布。像这样，我们把原子核外电子分成一、二、三、四、五、六、七7层，分别用符号K、L、M、N、O、P、Q来表示，我们把这些电子层成为能层。各能层所能容纳的最多的电子数是多少个？
[板书]
二、能层与能级
1、能层
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。
[过渡]
在含有多电子的能层当中，电子的能量是否相同？
2、能级
在多电子原子中，同一能层的电子，能量可以不同，还可以把它们再分，分成不同的能级，按照能级能量从低到高进行排布，分别用符号小写的s、p、d、f来表示。由于K层中只有最多只有2个电子，它们之间没有能量差别，所以只有一个s能级，2个电子都排在s能级；L层中最多有8个电子，电子间存在能量差异，分成s、p两个能级，s能级最多排两个，p能级最多能排几个电子？（让学生说）；到了M层，最多有18个电子，电子之间能量的差异更多，可以分成s、p、d三个能级，各能级最多能容纳的电子数为多少？（让学生说）那么到了N层，可以分成多少个能级，各能级所能容纳的最多电子数为多少个？
能级的符号和所能容纳的最多电子数如下：
能
层
K
L
M
N
O
……
最多电子数
2
8
18
32
50
…
能
级
1s
2s
2p
3s
3p
3d
4s
4p
4d
4f
……
最多电子数
2
2
6
2
6
10
2
6
10
14
……
[思考与交流]
1.不同的能层分别有多少个能级，与能层的序数（n）间存在什么关系？
2.
不同能层中，符号相同的能级中所容纳的最多电子数是否相同？s、p、d、f能级可容纳的最多电子数是多少？
（1）任一能层，能级数=能层序数
（2）s、p、d、f可容纳的电子数依次是1、3、5、7的两倍
[过渡]各能层中电子式是如何排布的。（结合前面书写过的钠和钾的原子结构示意图），引出构造原理。
[板书]
三、构造原理与电子排布式
[练习]写出O、Ar、K的原子结构示意图和电子排布式（让学生上黑板书写）
1、构造原理
随原子核电荷数递增，绝大多数原子核外电子的排布遵循如课本图1-2的排布顺序，这个排布顺序被称为构造原理。
2、电子排布式：用能级符号来表示核外电子排布的式子称为电子排布式。
[练习]写出Ar、K的原子结构示意图和电子排布式（让学生上黑板书写）
3、简化电子排布式
Fe：1s2
2s2
2p6
3s23p63d64s2
简写为
[Ar]
3d64s2
[课堂小结]
【练习巩固】
【作业】
【板书设计】
一、开天辟地——原子的诞生
二、能层与能级
1、能层：
K
L
M
N
O
P
Q
2、能级：
1s
2s
2p
3s
3p
3d
4s
4p
4d
4f
……
三、构造原理与电子排布式
1、构造原理
2、电子排布式
3、简化电子排布式
原子核
中子
PAGE教
案
课题：第一节 原子结构（2）
授课班级
课
时
教学目的
知识与技能
1、了解原子结构的构造原理，能用构造原理认识原子的核外电子排布2、能用电子排布式表示常见元素（1～36号）原子核外电子的排布3、知道原子核外电子的排布遵循能量最低原理4、知道原子的基态和激发态的涵义5、初步知道原子核外电子的跃迁及吸收或发射光谱，了解其简单应用
过程与方法
复习和沿伸、动画构造原理认识核外电子排布，亲自动手书写，体会原理
情感态度价值观
充分认识原子构造原理，培养学生的科学素养，有利于增强学生学习化学的兴趣。
重
点
电子排布式、能量最低原理、基态、激发态、光谱
难
点
电子排布式
知识结构与板书设计
三、构造原理1．构造原理：绝大多数基态原子核外电子的排布的能级顺序都遵循下列顺序：1s
2s
2p
3s
3p
4s
3d
4p
5s
4d
5p
6s
4f
5d
6p
7s……2、能级交错现象(从第3电子层开始)：是指电子层数较大的某些轨道的能量反低于电子层数较小的某些轨道能量的现象。电子先填最外层的ns，后填次外层的（n-1）d，甚至填入倒数第三层的（n-2）f的规律叫做“能级交错”3．能量最低原理：原子核外电子遵循构造原理排布时，原子的能量处于最低状态。即在基态原子里，电子优先排布在能量最低的能级里，然后排布在能量逐渐升高的能级里。4、对于同一电子亚层(能级)(等价轨道),当电子排布为全充满、半充满或全空时,原子是比较稳定的。5、基态原子核外电子排布可简化为：［稀有气体元素符号］+外围电子(价电子、最外层电子)四、基态与激发态、光谱1、基态—处于最低能量的原子。激发态—当基态原子的电子吸收能量后，电子会跃迁到较高能级，变成激发态原子。基态与激发态的关系：
2、不同元素的原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的电子的吸收光谱或发射光谱，总称原子光谱3、光谱分析—利用原子光谱线上的特征谱线来鉴定元素。
教学过程
教学步骤、内容
教学方法、手段、师生活动
[课前练习]理论研究证明，在多电子原子中，电子的排布分成不同的能层，同一能层的电子，还可以分成不同的能级。能层和能级的符号及所能容纳的最多电子数如下：［投影］
[思考]钾原子的电子排布为什么是2、8、8、1而非2、8、9？［板书］三、构造原理［投影］图1-2构造原理：［讲］在多电子原子中，电子在能级上的排布顺序：电子最先排布在能量低的能级上，然后依次排布在能量较高的能级上。电子的排布遵循构造原理［板书］1．构造原理：绝大多数基态原子核外电子的排布的能级顺序都遵循下列顺序：1s
2s
2p
3s
3p
4s
3d
4p
5s
4d
5p
6s
4f
5d
6p
7s……［讲］构造原理揭示了原子核外电子的能级分布。从中可以看出，不同能层的能级有交错现象，如E(3d)＞E(4s)、E(4d)＞E(5s)、E(5d)＞E(6s)、E(6d)＞E(7s)、E(4f)＞E(5p)、E(4f)＞E(6s)等。［板书］2、能级交错现象(从第3电子层开始)：是指电子层数较大的某些轨道的能量反低于电子层数较小的某些轨道能量的现象。电子先填最外层的ns，后填次外层的（n-1）d，甚至填入倒数第三层的（n-2）f的规律叫做“能级交错”［知识拓展］1、主量子数和角量子数之和越大，能量越高 2、主量子数和角量子数之和相等时，主量子数越大，能量越高 例如，4s轨道主量子数和角量子数之和为4，3d轨道主量子数和角量子数之和为5，于是4s轨道的能量低于3d轨道的能量；而3d轨道和4p轨道主量子数和角量子数之和均为5，但4p轨道的主量子数更大，于是4p轨道的能量高于3d轨道的能量［讲］自然界一个普遍的规律是“能量越低越稳定”。原子中的电子也是如此。在不违反保里原理的条件下，电子优先占据能量较低的原子轨道，使整个原子体系能量处于最低，这样的状态是原子的基态。［板书］3．能量最低原理：原子核外电子遵循构造原理排布时，原子的能量处于最低状态。即在基态原子里，电子优先排布在能量最低的能级里，然后排布在能量逐渐升高的能级里。［讲］一切自然变化进行的方向都是使能量降低，因为能量较低的状态比较稳定，此谓能量最低原理。人是自然界的一员，我想也应该适用于此原理。所以人才会通过各种方式发泄和排解自己的各种能量。这其中包括喜怒哀乐等情绪以运动。不过释放能量的方式还是要注意的，如小孩本身不能存储过多的情绪，想哭就哭、想笑就笑，没有太大的冲击；而成人能够容纳很多的能量，所以感情更深沉丰富。但也有弊端，如果这些能量不能合理的排解，一旦冲垮理智的大坝，江河泛滥，后果不堪设想。我想在我们提升自身修养与胸怀的同时，一定要时刻注意心理能量的警戒线，及时合理宣泄自身的情绪。有容乃大，无欲则刚。[投影]部分原子的电子排布式，空着的自己填上：原子序数元素名称元素符号电子排布K
L
M
N
O1氢H1s12氦He1s23锂Li1s2
2s14铍Be5硼B1s2
2s22p1……10氖Ne1s2
2s22p611钠Na12镁Mg1s2
2s22p6
3s213铝Al…[思考与交流]查元素周期表中铜、金、银外围电子排布，它们是否符合构造原理，你从中总结出什么规律？Cu：[Ar]3d104s1
Ag[Kr]
4d105s1
Au[Xe]
5d106s1，如Cu根据构造原理先排4s再排3d，实际上采取了3d全充满，4s半充满的状态。[板书]
4、对于同一电子亚层(能级)(等价轨道),当电子排布为全充满、半充满或全空时,原子是比较稳定的。［投影］相对稳定的状态有：全充满：p6,d10,f14。全空：p0,d0,f0。半充满：d5,f7。[思考与交流]元素周期表中钠的电子排布写成[Ne]3s1，[]是什么意义？模仿写出8号、14号、26元素简化的电子排布式？稀有气体结构，O：[He]
2s22p4
Si：[Ne]
3s23p2
Fe：[Ar]
3d64s2。［讲］上式方括号里的符号的意义是：该元素前一个周期的惰性气体电子排布结构［板书］5、基态原子核外电子排布可简化为：［稀有气体元素符号］+外围电子(价电子、最外层电子)［讲］即将基态电子的原子排布式中与稀有气体相同的部分用该稀有气体的元素符号表示。
［投影小结］构造原理中排布顺序的实质------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
：
ns3d<4d3)
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)[随堂练习]写出17Cl（氯）、21Sc(钪)、35Br（溴）的电子排布氯：1s22s22p63s23p5钪：1s22s22p63s23p63d14s2溴：1s22s22p63s23p63d104s24p5［知识拓展］原子最外层、次外层及倒数第三层最多容纳电子数的解释：1、依据：构造原理中的排布顺序，其实质是各能级的能量高低顺序可由公式得出：ns
<
(n-2)f
<
(n-1)d
<
np2、解释：(1)
最外层由ns,np组成，电子数不大于2+6=8(2)
次外层由(n-1)s(n-1)p(n-1)d组成，所容纳的电子数不大于2+6+10=18(3)
倒数第三层由(n-2)s(n-2)p(n-2)d(n-2)f组成，电子数不大于2+6+10+14=32[过渡]通过上节课学习我们知道，电子排布都遵循能量最低原理，我们学习第四部分。[板书]四、基态与激发态、光谱[讨论]节日五颜六色的焰火是否是化学变化？若不是化学变化，与电子存在什么关系？（参阅课本）。[讲]
节日焰火与核外电子发生跃迁有关[板书]1、基态—处于最低能量的原子。激发态—当基态原子的电子吸收能量后，电子会跃迁到较高能级，变成激发态原子。基态与激发态的关系：
[讲]
各种焰色反应是由对应的各种元素决定的。钙、锶、钡以及碱金属的挥发性化合物在高温火焰中，接受了能量，使原子外层的电子从基态激发到了高态，该电子处于激发态；处于激发态的电子是十分不稳定的，在极短的时间内（约10－８s）便跃迁到基态或较低的能级上，并在跃迁过程中将能量以一定波长的光能形式释放出来。由于各种元素的能级是被限定的，因此在向基态跃迁时释放的能量也就不同。碱金属及碱土金属的能级差正好对应于可见光范围，于是我们就看到了各种色彩。
[投影]图1-4
激光的产生与电子跃迁有关[问]同学们都听说过“光谱”一词，什么是光谱呢？[板书]2、不同元素的原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的电子的吸收光谱或发射光谱，总称原子光谱[讲]资料：1868年8月18日，法国天文学家詹森赴印度观察日全食，利用分光镜观察日珥，从黑色月盘背面如出的红色火焰，看见有彩色的彩条，是太阳喷射出来的帜热其他的光谱。他发现一条黄色谱线，接近钠光谱总的D1和D2线。日蚀后，他同样在太阳光谱中观察到这条黄线，称为D3线。1868年10月20日，英国天文学家洛克耶也发现了这样的一条黄线。经过进一步研究，认识到是一条不属于任何已知元素的新线，是因一种新的元素产生的，把这个新元素命名为
helium，来自希腊文helios（太阳），元素符号定为He。这是第一个在地球以外，在宇宙中发现的元素。为了纪念这件事，当时铸造一块金质纪念牌，一面雕刻着驾着四匹马战车的传说中的太阳神阿波罗（Apollo）像，另一面雕刻着詹森和洛克耶的头像，下面写着：1868年8月18日太阳突出物分析。[投影]发射光谱与吸收光谱
［讲］原子光谱可分为发射光谱和吸收光谱［板书］3、原子光谱的分类：(1)物体发光直接产生的光谱叫做发射光谱(2)吸收光谱［讲］发射光谱：处于高能级的原子或分子在向较低能级跃迁时产生辐射，将多余的能量发射出去形成的光谱。大量处于激发态的原子会发出各不相同的谱线组成了氢原子光谱的全部谱线，由于产生的情况不同，发射光谱又可分为连续光谱和明线光谱［讲］处于基态和低激发态的原子或分子吸收具有连续分布的某些波长的光而跃迁到各激发态，形成了按波长排列的暗线或暗带组成的光谱。［讲］光谱分为连续光谱和线状光谱，氢原子光谱为线状光谱。线状光谱－－具有特定波长、彼此分离的谱线所组成的光谱(上图)。连续光谱－－由各种波长的光所组成，且相近的波长差别极小而不能分辨所得的光谱.如阳光形成的光谱［投影］［投影］［讲］各种焰色反应是由对应的各种元素决定的。钙、锶、钡以及碱金属的挥发性化合物在高温火焰中，接受了能量，使原子外层的电子从基态激发到了高态，该电子处于激发态；处于激发态的电子是十分不稳定的，在极短的时间内（约10－８s）便跃迁到基态或较低的能级上，并在跃迁过程中将能量以一定波长的光能形式释放出来。由于各种元素的能级是被限定的，因此在向基态跃迁时释放的能量也就不同。碱金属及碱土金属的能级差正好对应于可见光范围，于是我们就看到了各种色彩。
［投影］[板书]3、光谱分析—利用原子光谱线上的特征谱线来鉴定元素。［讲］各元素的光谱是不同的，就像是元素的“指纹”，可以用来鉴别元素。甚至可以根据光谱发现新的元素。［讲］通过原子光谱发现许多元素：如：铯（1860年）和铷（1861年），其光谱中有特征的篮光和红光。又如：1868年科学家们通过太阳光谱的分析发现了稀有气体氦。化学研究中利用光谱分析检测一些物质的存在与含量等[阅读]科学史话—玻尔与光谱。体会“类比”是一种科学思维方法；体会理论对实验的指导意义。
[随堂练习]1、同一原子的基态和激发态相比较
（
）
A、基态时的能量比激发态时高
B、基态时比较稳定C、基态时的能量比激发态时低
D、激发态时比较稳定2、生活中的下列现象与原子核外电子发生跃迁有关的是（
）
A、钢铁长期使用后生锈
B、节日里燃放的焰火C、金属导线可以导电
D、夜空中的激光3、当碳原子的核外电子排布由1s22s22p2转变为1s22s12p3时，下列说法正确的是（
）A．碳原子由基态变为激发态
B．碳原子由激发态变为基态C．碳原子要从外界环境中吸收能量
D．碳原子要向外界环境释放能量4、请根据构造原理，写出下列基态原子的电子排布式（1）N
（2）Ne（3）Br
（4）Ca5、若某基态原子的外围电子排布为4d15s2，则下列说法正确的是A．该元素基态原子中共有3个电子
B．该元素原子核外有5个电子层C．该元素原子最外层共有3个电子
D．该元素原子M能层共有8个电子6、某元素的激发态原子的电子排布式为1s2s2p3s3p4s，则该元素基态原子的电子排布式为
；元素符号为
。7、根据构造原理写出11、16、36号元素的基态的电子排布
教学回顾：本节课的设计，为了避免枯燥，采用了探究性学习方法，由浅入深，步步引入，在旧知识的基础上发现新的问题，在师生的共同努力下分析问题、大胆猜测，到最终将问题解决。问题解决后，引出了新的知识，教师适时对新知识进行分析和讲解。随后，经过思考与交流，学生对于新知识的认识更进一步，由感性认识上升到理性认识。希望通过本课时，让学生认识并掌握构造原理，能运用构造原理写出原子的电子排布式；熟悉探究性学习的方法；与旧知识比较，感受到知识不断的扩展与深入；经过思考交流，全面认识构造原理，培养学生科学的学习观。
