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《原子结构》教学设计
课题
《原子结构》
单元
1
学科
化学
年级
高二
教材分析
本节教学内容是人教版高中化学选择性必修第二册第一章《原子结构与性质》第一节《原子结构》。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的核外电子排布以及原子光谱等。这一课时的教学内容主要是能层与能级、基态激发态原子光谱、构造原理与核外电子排布式。从介绍门捷列夫发现元素周期律，到波尔提出“能层、能级、构造原理”的科学历史入手，直接介绍能层和能级的概念，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，然后给出构造原理并根据构造原理进行原子核外电子排布。本节内容比较抽象，是教学难点，但作为第一章内容，按照课标要求比较深入而系统地介绍了原子结构与元素性质，为后续章节内容的学习奠定了基础。本节重点掌握依据构造原理书写1-36号元素原子的核外电子排布式。
本节安排了“能层与能级、基态激发态原子光谱、构造原理与核外电子排布式”这部分内容。学生通过学习这部分知识，理解能层与能级的概念及关系，理解核外电子的排布规律。了解基态与激发态、原子光谱的含义。通过理解构造原理逐步建立核外电子排布式书写的思维模型，并学会应用模型熟练书写常见原子的核外电子排布式。
教学目标与核心素养
宏观辨识与微观探析：通过了解原子基态、激发态、原子光谱等知识，知道生活中的五颜六色的霓虹灯、烟花等与电子跃迁有关。证据推理与模型认知：通过理解构造原理逐步建立核外电子排布式书写的思维模型。并学会应用思维模型熟练书写常见元素原子的核外电子排布式。科学精神与社会责任：通过了解能层、能级、构造原理等的发现史，认识到科学是在不断发展的，培养求真务实、不断进步的科学精神与社会责任感。
重点难点
能层与能级、基态激发态原子光谱、构造原理与核外电子排布式。
教学过程
教学环节
教师活动
学生活动
设计意图
导入新课
1869年俄国化学家门捷列夫发现了元素周期律；1920年丹麦科学家波尔提出了构造原理，即从氢开始，随核电荷数递增，新增电子填入原子核外“壳层”的顺序，1925年，波尔
的“壳层”落实为“能层”与“能级”，厘清了核外电子的可能状态，复杂的原子光谱得以诠释。1936年马德隆发表了以原子光谱事实为依据的完整的构造原理。【过渡】什么是能层？什么是能级？构造原理又是什么？我们通过今天的学习内容进行了解。
了解科学史
通过了解能层、能级、构造原理等的发现史，认识到科学是在不断发展的，培养求真务实、不断进步的科学精神与社会责任感。
讲授新课
第三节
有机化合物的分类方法【知识回顾】1.原子的结构
①数量关系：核电荷数(Z)
=
核内质子数
=
核外电子数②质量关系：质量数（A）=
质子数（Z）+
中子数（N）质量数：对质子和中子的相对质量取整数相加的数值，即近似原子量。2.原子核外电子层的表达方式原子质量主要集中在原子核上。原子核体积很小，只占原子体积的几亿分之一。3.核外电子排布的一般规律（1）先排能量低的电子层，再排能量高的电子层，由内向外。（2）每一层最多容纳电子数：2n2个。（3）最外层电子数不超过8个（K层为最外层时不超过2个）。（4）次外层电子数不超过18个，倒数第三层不超过32个。（5）倒数第三层不超过32个电子。一、能层与能级1.
能层（1）含义：核外电子按能量不同分成能层，即电子层。（2）符号及能量关系：
小结：能层越高，电子的能量越高，离原子核越远。
2.
能级
（1）含义：同一能层的电子，还被分成不同能级。
（2）能级符号与所能容纳电子数如下表：【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?答案：2n2
；相等(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能级容纳的最多电子数是否相同？答案：2.6.10.14
；相同(3)第五能层最多可容纳多少个电子?它们分别容纳在几个能级中?各能级最多容纳多少个电子?(注：本书只要求到f能级。)
答案：
50
s-2，p-6，d-10，f-14【归纳小结】(1)能层序数_____该能层所包含的能级数，如第三能层有____个能级。(2)s、p、d、f
各能级可容纳的电子数分别为___、___、___、___的2倍。(3)原子核外电子的每一能层最多可容纳的电子数是____(n为能层的序数)。(4)f能级的从第
能层开始，d能级从第
能层开始能量规律：①不同能层中，能级的能量高低是
1s<2s<3s<4s….②在同一能层中，能级的能量高低是
ns×
××√√×√2.符号为M的能层所含的能级有（
B
）A.2种
B.3种
C.8种
D.18种3.某一能层上nd能级最多所能容纳的电子数为(
B
)A.6
B.10
C.14
D.154.下列能级符号表示正确且最多容纳的电子数按照从少到多的顺序排列的是（
A
）A.1s、2p、3d
B.1s、2s、3s
C.2s、2p、2d
D.3p、3d、3f5.原子核外P
能层和p
能级可容纳的最多电子数分别为（
C
）A.32
和2
B.50
和6
C.72
和6
D.86
和10二、基态与激发态
原子光谱1.基态与激发态(1)基态原子：处于最低能量状态的原子。(2)激发态原子：基态原子吸收能量，它的电子会跃迁到较高能级，变为激发态原子。【过渡】生活中，我们看到的许多可见光，都与原子核外电子跃迁释放能量有关。2.原子光谱(1)含义：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。(2)成因及分类：(3)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
。例如：铯(1860年)和铷(1861年),其光谱图中有特征的蓝光和红光，它们的拉丁文名称由此得名。又如，稀有气体氦的原意是“太阳元素”,是1868年分析太阳光谱发现的，最初人们以为它只存在于太阳，后来才在地球上发现。三、构造原理与电子排布式1.构造原理(1)内容：以光谱学事实为基础，从氢开始，随核电荷数递增，新增电子填入能级的顺序成为构造原理。(2)构造原理示意图：
电子填充一般规律：
1s→2s→2p→3s→3p→4s→3d→4p→5s→4d→5p→6s(3)对构造原理的理解：
①构造原理是绝大多数基态原子的核外电子排布顺序。②电子按照构造原理排布，会使整个原子的能量处于最低状态，原子相对较稳定。③从构造原理图可以看出，从第三能层开始，不同能层的能级出现“能级交错”现象。能级交错指电子层数较大的某些能级的能量反而低于电子层数较小的某些能级的能量的现象，如4s＜3d、6s＜4f＜5d，一般规律为ns＜(n－2)f＜(n－1)d＜np。2.电子排布式(1)含义：电子排布式是用核外电子分布的能级及各能级上的电子数来表示电子排布的式子。(2)表示方法：(3)书写方法：第一步：按照构造原理写出电子填入能级的顺序，1s→2s→2p→3s→3p→4s→3d→4p→5s→4d→5p→6s第二步：根据各能级容纳的电子数填充电子。第三步：去掉空能级，并按照能层顺序排列即可得到电子排布式。例如：8O：1s22s22p4。例：试书写7N、17Cl、19K、26Fe、21Sc、35Br原子的核外电子排布式。N：1s2
2s22p3Cl：1s2
2s22p6
3s23p5K：1s2
2s22p6
3s23p6
4s1Fe：1s2
2s22p6
3s23p63d6
4s2Sc：1s2
2s22p6
3s23p63d1
4s2Br：1s2
2s22p6
3s23p63d10
4s24p5
要求熟练书写1～36号元素原子的电子排布式注意：在得出构造原理之前，由原子光谱得知有些过渡金属元素基态原子电子排布不符合构造原理，如Cr和Cu的最后两个能级的电子排布分别为3d54s1和3d104s1。3.简化电子排布式（1）含义：将原子中已经达到稀有气体元素原子结构的部分，用相应的稀有气体元素符号外加方括号表示的式子称为简化电子排布式。（2）表示方法：K的简化电子排布式：[Ar]
4s1N的简化电子排布式：[He]2s22p3Na的简化电子排布式：[Ne]3s1（3）练习：写出14、24、26、31号元素的简单电子排布式。14Si：[Ne]
3s23p224Cr：[Ar]
3d54s126Fe：[Ar]
3d64s231Ga：[Ar]
3d104s24p1【课堂练习】1.下列能级符号正确的是（
A
）A.6s
B.2d
C.1d
D.3f2.符号为M的能层所含的能级有（
B
）A.2种
B.3种
C.8种
D.18种3.按能量由低到高的顺序，下列排列正确的是（
C
）A.1s、2p、3d、4s
B.1s、2s、3s、2pC.2s、2p、3s、3p
D.4p、3d、4s、3p4.请根据构造原理，写出下列原子的电子排布式：(1)16S__________________________。(2)10Ne_________。(3)20Ca__________________________。(4)26Fe_______________________________。(5)29Cu________________________________。(6)11Na_____________________。答案：1s22s22p63s23p4(或[Ne]3s23p4)
1s22s22p6
1s22s22p63s23p64s2(或[Ar]4s2)
1s22s22p63s23p63d64s2(或[Ar]3d64s2)
1s22s22p63s23p63d104s1(或[Ar]3d104s1)
1s22s22p63s1(或[Ne]3s1)5.(1)Cl原子核外能量最高的电子所在的能级是____。(2)基态Si原子中，核外电子占据最高能层的符号为___，该能层上有__个能级，电子数为____。答案：（1）3p
（2）M
3
4
基础知识回顾思考交流随堂检测观看生活中的可见光思考理解
回顾前面学习过的知识，为能层能级构造原理的做的学习铺垫。通过思考与交流，学会归纳总结能级数与序数、最多容纳电子数的关系，更深入的理解核外电子排布规律。运用所学知识分析有机化合物的类别。通过了解原子基态、激发态、原子光谱等知识，知道生活中的五颜六色的霓虹灯、烟花等与电子跃迁有关。发展学生宏观辨识与微观探析核心素养。通过理解构造原理逐步建立核外电子排布式书写的思维模型。初步建立认知模型，发展核心素养。
课堂小结
原子结构
一、能层与能级
二、基态与激发态
原子光谱
三、构造原理与电子排布式
1.电子填充一般规律：
1s→2s→2p→3s→3p→4s→3d→4p→5s→4d→5p→6s
2.电子排布式：
3.简化电子排布式：用相应的稀有气体元素符号外加方括号表示的式子。
板书
原子结构
一、能层与能级
二、基态与激发态
原子光谱
三、构造原理与电子排布式
1.电子填充一般规律：
1s→2s→2p→3s→3p→4s→3d→4p→5s→4d→5p→6s
2.电子排布式：
3.简化电子排布式：用相应的稀有气体元素符号外加方括号表示的式子。
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第一章
原子结构与性质
第一节
原子结构
新课讲解
课程学习目标
了解构造原理的发现史。
1
通过理解构造原理逐步建立核外电子排布式书写的思维模型，并学会应用模型熟练书写常见原子的核外电子排布式。
3
理解能层与能级的概念及关系，理解核外电子的排布规律。了解基态与激发态、原子光谱的含义。
2
新课讲解
导入
1869年俄国化学家门捷列夫发现了元素周期律
1920年丹麦科学家波尔提出了构造原理，即从氢开始，随核电荷数递增，新增电子填入原子核外“壳层”的顺序，1925年，波尔
的“壳层”落实为“能层”与“能级”，厘清了核外电子的可能状态，复杂的原子光谱得以诠释。
元素周期律
提出构造原理
“能层、能级”
完整的构造原理
1936年马德隆发表了以原子光谱事实为依据的完整的构造原理
复习回顾：1.原子的结构
新课讲解
原子核
核外电子
Z个
质子
Z个
中子（A—Z）个
原子
X
AZ
(几乎集中原子的全部质量)
(其运动空间几乎占据了原子的整个体积)
①数量关系：
核电荷数(Z)
=
核内质子数
=
核外电子数
②质量关系：
质量数（A）=
质子数（Z）+
中子数（N）
质量数：对质子和中子的相对质量取整数相加的数值，即近似原子量。
新课讲解
原子质量主要集中在原子核上。原子核体积很小，只占原子体积的几亿分之一。
复习回顾：2.原子核外电子层的表达方式
电子层数（n）
1
2
3
4
5
6
7
电子层符号
离核远近
能量高低
K
L
M
N
O
P
Q
近
远
低
高
新课讲解
复习回顾：3.
核外电子排布的一般规律
（1）先排能量低的电子层，再排能量高的电子层，由内向外。
（2）每一层最多容纳电子数：2n2个。
（3）最外层电子数不超过8个（K层为最外层时不超过2个）。
（4）次外层电子数不超过18个，倒数第三层不超过32个。
（5）倒数第三层不超过32个电子。
“一低四不超”
新课讲解
1.能层
一、能层与能级
（1）含义：核外电子按能量不同分成能层，即电子层。
（2）符号及能量关系：
能层
一
二
三
四
五
六
七
符号
K
L
M
N
O
P
Q
最多电子数
2
8
18
32
50
72
98
离核远近
近
远
能量高低
低
高
能层越高，电子的能量越高，离原子核越远
新课讲解
2.能级
（1）含义：同一能层的电子，还被分成不同能级。
（2）能级符号与所能容纳电子数如下表：
能层
1
2
3
4
5
能层符号
K
L
M
N
O
能级
1s
2s
2p
3s
3p
3d
4s
4p
4d
4f
5s
5p
……
最多电子数
2
2
6
2
6
10
2
6
10
14
2
6
2
8
18
32
……
新课讲解
K
L
M
N
O
+
能级
1s
2s
2p
3s
3p
3d
4s
4p
4d
4f
最多容纳电子数
2
2
6
2
6
10
2
6
10
14
新课讲解
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能级容纳的最多电子数是否相同？
(3)第五能层最多可容纳多少个电子?
它们分别容纳在几个能级中?
各能级最多容纳多少个电子?(注：本书只要求到f能级。)
2n2
相等
2.6.10.14
相同
50
s-2，p-6，d-10，f-14
新课讲解
归纳小结：
(1)能层序数_____该能层所包含的能级数，如第三能层有____个能级。
(2)s、p、d、f
各能级可容纳的电子数分别为___、___、___、___的2倍。
(3)原子核外电子的每一能层最多可容纳的电子数是____(n为能层的序数)。
(4)f能级的从第
能层开始，d能级从第
能层开始
等于
3
1
3
5
7
2n2
4
3
①不同能层中，能级的能量高低是
1s<2s<3s<4s….
能量规律：
②在同一能层中，能级的能量高低是
ns1.判断正误
课堂练习
(1)能层就是电子层( )
(2)不同能层，s能级能量相同( )
(3)s能级的能量一定比p能级的低( )
(4)高能层的所有能级能量都比低能层的能级能量高( )
(5)各能层的能级数等于其所处能层序数( )
(6)任一能层的s能级最多容纳的电子数均为2( )
(7)3p3表示3p能级只能填充3个电子( )
(8)各能级最多可容纳的电子数按s、p、d、f……的顺序依次为1、3、5、7……的2倍( )
√
×
×
×
√
√
×
√
2.符号为M的能层所含的能级有（
）
A.2种
B.3种
C.8种
D.18种
3.某一能层上nd能级最多所能容纳的电子数为(
)
A.6
B.10
C.14
D.15
4.下列能级符号表示正确且最多容纳的电子数按照从少到多的顺序排列的是（
）
A.1s、2p、3d
B.1s、2s、3s
C.2s、2p、2d
D.3p、3d、3f
5.原子核外P
能层和p
能级可容纳的最多电子数分别为（
）
A.32
和2
B.50
和6
C.72
和6
D.86
和10
C
A
B
B
课堂练习
新课讲解
二、基态与激发态
原子光谱
1.基态与激发态
(1)基态原子：处于最低能量状态的原子。
(2)激发态原子：基态原子吸收能量，它的电子会跃迁到较高能级，变为激发态原子。
原子
处于最低能量状态
基态原子
处于较高能量状态
激发态原子
（电子跃迁到较高能级）
吸收
能量
释放能量
新课讲解
生活中，我们看到的许多可见光，都与原子核外电子跃迁释放能量有关。
新课讲解
2.原子光谱
(1)含义：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。
(2)成因及分类：
基态原子
激发态原子
吸收
能量
释放能量
吸收光谱
发射光谱
明亮背景的暗色谱线
暗色背景的明亮谱线
新课讲解
(3)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
。
例如：铯(1860年)和铷(1861年),其光谱图中有特征的蓝光和红光，它们的拉丁文名称由此得名。又如，稀有气体氦的原意是“太阳元素”,是1868年分析太阳光谱发现的，最初人们以为它只存在于太阳，后来才在地球上发现。
新课讲解
三、构造原理与电子排布式
1.构造原理
(1)内容：以光谱学事实为基础，从氢开始，随核电荷数递增，新增电子填入能级的顺序成为构造原理。
新课讲解
(2)构造原理示意图：
能层
能级
O
L
M
N
P
K
Q
1s→2s→2p→3s→3p
→4s→3d→4p→5s
→4d→5p→6s
电子填充一般规律：
新课讲解
(3)对构造原理的理解：
①构造原理是绝大多数基态原子的核外电子排布顺序。
②电子按照构造原理排布，会使整个原子的能量处于最低状态，原子相对较稳定。
③从构造原理图可以看出，从第三能层开始，不同能层的能级出现“能级交错”现象。
能级交错指电子层数较大的某些能级的能量反而低于电子层数较小的某些能级的能量的现象，如4s＜3d、6s＜4f＜5d，一般规律为ns＜(n－2)f＜(n－1)d＜np。
新课讲解
2.电子排布式
(1)含义：电子排布式是用核外电子分布的能级及各能级上的电子数来表示电子排布的式子。
(2)表示方法：
新课讲解
(3)书写方法：
第一步：按照构造原理写出电子填入能级的顺序，1s→2s→2p→3s→3p→4s→3d→4p→5s→4d→5p→6s
第二步：根据各能级容纳的电子数填充电子。
第三步：去掉空能级，并按照能层顺序排列即可得到电子排布式。
例如：8O：_________。
1s22s22p4
新课讲解
例：试书写7N、17Cl、19K、26Fe、21Sc、35Br原子的核外电子排布式。
N：1s2
2s22p3
Cl：1s2
2s22p6
3s23p5
K：1s2
2s22p6
3s23p6
4s1
Fe：1s2
2s22p6
3s23p63d6
4s2
Sc：1s2
2s22p6
3s23p63d1
4s2
Br：1s2
2s22p6
3s23p63d10
4s24p5
新课讲解
要求熟练书写1～36号元素原子的电子排布式
原子序数
元素名称
元素符号
电子排布
K
L
M
N
1
氢
H
2
氦
He
3
锂
Li
4
铍
Be
5
硼
B
6
碳
C
7
氮
N
8
氧
O
1s1
1s2
2s1
1s2
1s2
2s2
1s2
2s22p1
1s2
2s22p2
1s2
2s22p3
1s2
2s22p4
原子序数
元素名称
元素符号
电子排布
K
L
M
N
新课讲解
9
氟
F
10
氖
Ne
1s2
2s22p5
1s2
2s22p6
11
钠
Na
12
镁
Mg
13
铝
Al
14
硅
Si
15
磷
P
16
硫
S
17
氯
Cl
18
氩
Ar
1s2
2s22p6
3s1
1s2
2s22p6
3s2
1s2
2s22p6
3s23p1
1s2
2s22p6
3s23p2
1s2
2s22p6
3s23p3
1s2
2s22p6
3s23p4
1s2
2s22p6
3s23p5
1s2
2s22p6
3s23p6
新课讲解
原子序数
元素名称
元素符号
电子排布
K
L
M
N
19
钾
K
20
钙
Ca
21
钪
Sc
22
钛
Ti
23
钒
V
24
铬
Cr
25
锰
Mn
26
铁
Fe
27
钴
Co
28
镍
Ni
1s2
2s22p6
3s23p6
4s1
1s2
2s22p6
3s23p6
4s2
1s2
2s22p6
3s23p63d1
4s2
1s2
2s22p6
3s23p63d2
4s2
1s2
2s22p6
3s23p63d3
4s2
1s2
2s22p6
3s23p63d5
4s1
1s2
2s22p6
3s23p63d5
4s2
1s2
2s22p6
3s23p63d6
4s2
1s2
2s22p6
3s23p63d7
4s2
1s2
2s22p6
3s23p63d8
4s2
新课讲解
原子序数
元素名称
元素符号
电子排布
K
L
M
N
29
铜
Cu
30
锌
Zn
31
镓
Ga
32
锗
Ge
33
砷
As
34
硒
Se
35
溴
Br
36
氪
Kr
1s2
2s22p6
3s23p63d10
4s24p1
1s2
2s22p6
3s23p63d10
4s24p2
1s2
2s22p6
3s23p63d10
4s24p3
1s2
2s22p6
3s23p63d10
4s24p4
1s2
2s22p6
3s23p63d10
4s24p5
1s2
2s22p6
3s23p63d10
4s24p6
1s2
2s22p6
3s23p63d10
4s1
1s2
2s22p6
3s23p63d10
4s2
注意：在得出构造原理之前，由原子光谱得知有些过渡金属元素基态原子电子排布不符合构造原理，如Cr和Cu的最后两个能级的电子排布分别为3d54s1和3d104s1。
新课讲解
3.简化电子排布式
（1）含义：将原子中已经达到稀有气体元素原子结构的部分，用相应的稀有气体元素符号外加方括号表示的式子称为简化电子排布式。
（2）表示方法：
K的简化电子排布式：[Ar]
4s1
N的简化电子排布式：[He]2s22p3
Na的简化电子排布式：[Ne]3s1
新课讲解
（3）练习：写出14、24、26、31号元素的简单电子排布式。
14Si：[Ne]
3s23p2
24Cr：[Ar]
3d54s1
26Fe：[Ar]
3d64s2
31Ga：[Ar]
3d104s24p1
课堂练习
1.下列能级符号正确的是（
）
A.6s
B.2d
C.1d
D.3f
A
2.符号为M的能层所含的能级有（
）
A.2种
B.3种
C.8种
D.18种
B
3.按能量由低到高的顺序，下列排列正确的是（
）
A.1s、2p、3d、4s
B.1s、2s、3s、2p
C.2s、2p、3s、3p
D.4p、3d、4s、3p
C
课堂练习
4.请根据构造原理，写出下列原子的电子排布式：
(1)16S__________________________。
(2)10Ne_________。
(3)20Ca__________________________。
(4)26Fe_______________________________。
(5)29Cu________________________________。
(6)11Na_____________________。
1s22s22p63s23p4(或[Ne]3s23p4)
1s22s22p6
1s22s22p63s23p64s2(或[Ar]4s2)
1s22s22p63s23p63d64s2(或[Ar]3d64s2)
1s22s22p63s23p63d104s1(或[Ar]3d104s1)
1s22s22p63s1(或[Ne]3s1)
5.(1)Cl原子核外能量最高的电子所在的能级是____。
(2)基态Si原子中，核外电子占据最高能层的符号为___，该能层上有__个能级，电子数为____。
3p
M
3
4
原子结构
课堂小结
一、能层与能级
能层
1
2
3
4
5
能层符号
K
L
M
N
O
能级
1s
2s
2p
3s
3p
3d
4s
4p
4d
4f
5s
5p
……
最多电子数
2
2
6
2
6
10
2
6
10
14
2
6
2
8
18
32
……
课堂小结
二、基态与激发态
原子光谱
基态原子
激发态原子
吸收
能量
释放能量
吸收光谱
发射光谱
课堂小结
三、构造原理与电子排布式
1s→2s→2p→3s→3p
→4s→3d→4p→5s
→4d→5p→6s
1.电子填充一般规律：
2.电子排布式：
3.简化电子排布式：用相应的稀有气体元素符
号外加方括号表示的式子。
[Ar]
4s1
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