高一化学教案 人类对原子结构的认识Word下载.docx
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直接法和间接法,直接法努力的方向是观察技术的提高和观察工具的改
进,而间接法则依赖精巧的实验和大胆的假设。
事实上直到今天即使借助扫
描隧道显微镜也无法观察到原子的内部结构,所以在人们认识原子结构的过
程中,实验和假设以及模型起了很大的作用。
一、中国古代物质观
[提出问题]我们通常接触的物体,总是可以被分割的(折断粉笔)。
但是我们
能不能无限地这样分割下去呢?
[介绍]《中庸》提出:
“语小,天下莫能破焉”。
惠施的人也说道“其小无
内,谓之小一”。
墨家则提出:
“端,体之无序最前者也。
”
在英文里,如今被译成“原子”的Atom一词,源于希腊语,它的字面上的
意思是indivisible“不可分割”。
第一个把Atom介绍到我国的是严复翻译的
《穆勒名学》,他将其译为“莫破”。
二、西方原子鼻祖
[介绍]德谟克利特认为就像用一块块砖头砌墙一样,物质是由不可分割的
原子构成。
道尔顿在《化学哲学的新体系》一书中指出:
“化学的分解和化合所能做到
的,充其量只是使原子彼此分离和再结合起来。
正如我们不可在太阳系中放
进一颗新的行星或消灭一颗现存的行星一样,我们不可能创造出或消灭一个
氢原子。
”这种观点换作现在更有趣的说法,在化学反应中原子既不会产生,
也不会被消灭,他们只是被分开,再重新组合,你鼻尖上的某个碳原子可能
正是亿万年前恐龙尾巴上的呢。
书中他系统地阐述了其原子学说。
道尔顿的原子学说是建立在大量实验事实基础上的,成功地解释了化学定
律。
当然我们现在知道受当时的科学发展水平限制,这个理论仍有一些不完
善的地方。
三、汤姆生模型
一、学习目标
(1)了解地壳中铝元素的含量,知道铝元素在自然界的主要存在形式。
(2)了解铝土矿制备铝的工艺流程,掌握相关反应的化学方程式,通过对工
艺流程的问题探究,培养了学生从信息中获取新知识的能力。
(3)从炼铝方法的变化中体验化学科学的发展对人类生活的影响。
二、教学重点和难点
(1)重点:
铝的冶炼过程
(2)难点:
Al2O3的两性
鉴于铝在生产生活中的广泛应用,在设计教学过程时可以从铝在日常生活
中的应用入手,激发他们对铝及其化合物的浓厚兴趣,并引发对铝的来源的
深入思考;
进而在对制备流程中的分析过程中发现问题,充分激发起学生学习
寻求解释的愿望,并在探究过程中获取知识。
具体教学流程如下:
铝在生产和生活中的应用工业提取铝的生产流程铝的冶炼史介绍环保教
育。
【情境引入】展示可乐罐,很多同学爱喝可乐,可乐罐是由什幺材料制成?
【学生回答】主要成分为铝。
【讲述】铝元素在自然界中的存在是怎幺样的情况呢,我们看下投影资
料。
(ppt2)
【提问】铝在我们身边无处不在,具有广泛的应用,请大家举例铝的应
用。
【播放图片】生活和生产中的铝制品(ppt3)
【过渡】铝与我们生活和生产密切相关,但是追溯到19世纪中期,铝像现
在这样普遍存在吗?
【播放资料】
(ppt4)
(一)法国皇帝拿破仑三世,为显示自己的富有和尊贵,命令官员给自己打
造了一顶铝皇冠。
他戴上铝皇冠,神气十足地接受百官的朝拜。
在宴请宾客
时,拿破仑三世使用一套珍藏的铝制餐具,而大臣们使用的是金或银制餐
具。
(二)门捷列夫创建了元素周期表,受到英国皇家学会的表彰,奖品是一只
铝制奖杯。
【设问】这两个事例说明了什幺?
【学生回答】说明当时铝很贵。
【过渡】铝在地壳中都以化合态存在,如氧化铝等。
在19世纪中期铝的冶
炼的困难导致了铝的价格的昂贵,甚至都超过了黄金,但现在随着科学技术
的进步,人们已经熟练地掌握了较好的冶炼铝的方法,铝的价格大大降低,
走进了我们普通百姓家。
那幺我们现在是如何提取铝的呢?
【板书】一、从铝土矿中冶炼铝
[介绍]到了19世纪末,由于电的发现,化学家们有条件去研究物质在通电
条件下的性质了。
他们发现将一些气体装在密封的玻璃管中,再抽气使之比
较稀薄,然后通上高压电,会有一束射线从玻璃管的阴极通过气体到达阳
极,人们称之为阴极射线。
这种射线是什幺呢?
英国科学家汤姆生做了一系列
实验:
他发现在电场或磁场的作用下该射线会发生偏转(这就是现在我们家里
电视机中的电子管的工作原理);
他通过研究电场和磁场对该射线的作用,发
现这种射线带负电,并测出了其电荷与质量之比,这个比值很大;
Thomson又
使用了不同的电极材料、在玻璃管中充入不同的气体,发现所得射线的电荷
与质量之比都一样。
[提出问题]这些电子是那儿来的呢?
为什幺不管什幺电极材料、什幺气体所
得到的射线都一样呢?
其电荷与质量之比很大又说明什幺?
这样汤姆生提出了葡萄干面包模型,面包代表均匀分布的正电荷,电子则
像葡萄干一样嵌于其中。
四、卢瑟福模型
[介绍]几乎是在汤姆生实验的同时,居里夫人以及英国科学家卢瑟福等人
开始了对放射现象的研究。
这其中对原子结构的认识贡献最大的是卢瑟福的
&
alpha;
粒子散射实验。
粒子带两个单位正电荷,相对质量为4(现在我
们知道它是氦原子核)。
卢瑟福将一束&
粒子射向一张非常薄的金箔,又
将涂有硫化锌的屏幕放在其周围,&
粒子撞在屏幕会产生荧光,通过观
察各个方向的荧光,卢瑟福发现大多数&
粒子穿过了金箔,方向几乎没
有任何变化;
但有一些&
粒子在穿过后方向发生了偏转,还有大约0.1%
的&
粒子甚至以不同角度被弹向金箔的前面。
[提出问题]如果按照汤姆生的葡萄干面包模型,会这样吗?
那该如何解释实
验现象呢?
1.为什幺会被弹回来?
应该是由于同种电荷间的斥力。
2.为什幺只有
0.1%?
只有少数&
粒子靠近了正电荷,也就是说原子内的正电荷不可能
均匀分布,它占据的空间必然很小,原子应该有一个带正电的核。
3.&
粒子被弹回来了,核却没有被弹出,可见金原子的原子核的质量一定很大。
卢瑟福的结论:
原子内大部分是空的,所以大多数&
粒子得以穿过金
箔。
原子所有的正电荷和几乎全部质量集中在一个很小的区域,即原子核。
卢瑟福的原子模型很像行星围绕着太阳,因此当时年仅27岁的卢瑟福就和
他的行星模型一起载入了化学史。
五、波尔模型
[介绍]根据经典的电磁场理论,电子绕核运动时会不断产生电磁波,从而
辐射出能量,离核越来越近,最终落在原子核上。
行星模型不能稳定存在?
波尔研究了氢原子的光谱,看着这些不连续的谱线,也就是特定的能量,
他受到启发,意识到这是由电子的运动产生的,电子远离或者靠近原子核时
应该是跳跃式变化,也就是说,电子只能在一些特定的不连续的轨道上运
动。
举个例子,你从楼梯上扔硬币,它只能落在某个台阶上,而不会停留在
两个台阶之间。
波尔认为在能量最低的轨道,电子运动可以看成是在“平地”上的状态,这
时不会释放能量。
一旦电子获得了特定的能量,它就获得了动力,向上“攀
登”一个或几个台阶,到达一个新的轨道。
当然,如果没有了能量的补充,它
又将从那个能量较高的轨道上掉落下来,回到较低的轨道上。
同时释放出相
应能量,对应于其光谱线。
而从第二个台阶下来,或者从第三个台阶下来放
出的能量不同,也就对应着一根根不同的谱线。
波尔将量子理论引入原子结
构,扫清了原子稳定性的问题。
六、结构决定性质
[提出问题]研究原子结构是为了更好地理解元素的性质,解释化学反应的
原理。
比如说,钠能与氯气剧烈反应,生成白色的氯化钠颗粒。
为什幺钠能
在氯气中燃烧?
该如何解释该反应的原理呢?
我们首先从微观的角度来看这个
反应。
这个反应是如何进行的呢?
每个钠原子一共有多少电子?
为什幺每个钠
原子失去一个电子?
每个氯原子一共有多少电子?
为什幺每个氯原子得到一个
电子?
(核外电子分层排布)(8电子稳定结构)元素的化合价和什幺有关?
现在我
们知道了化学反应中元素化合价的变化与电子转移有关。
大家有没有注意原
子得失电子后体积的变化?
原子得电子变为阴离子后体积变大,原子失电子变
成阳离子后体积变小。
为什幺参加反应的钠原子和氯原子个数比是1∶1?
那幺,如何解释镁和氧气的反应呢?
镁与氯气反应,生成的产物氯化镁化学
式应该是怎样的?
为什幺是1∶2?
七、神秘的夸克
[介绍]其实,人类对于原子结构的认识仍在发展。
后来,又有科学家提出
电子等微观粒子就像光一样,既是一种粒子,又有波的性质,电子等微观粒
子具有波粒二象性,电子在核外运动像是一团带负电的云雾。
而原子核内的质子和中子又分别由夸克构成。
可夸克和电子就是基本粒子
吗?
它们会不会也是由其它更基本的粒子组成呢?
为进一步探求原子的内部结构,现在的科学家们又在使用着什幺样的手段
呢?
由于我们仍然无法直接观察,那就只能通过“打靶”、“轰击”来改变对象的
状态,再分析改变后的结果,以了解其更微观的结构。
其实原理仍然类似于
卢瑟福的&
粒子轰击原子的实验,只不过卢瑟福实验用的粒子源是天然
射线。
而要想更深入地进行研究,就需要速度更快、能量更高和束流更强的
粒子,更快、更高、更强。
怎样才能获得这样的粒子呢?
我们的旅程到底有没
有尽头呢?
第3单元课时2
认识原子核
1.了解原子由原子核和核外电子构成,认识原子组成的符号。
2.初步了解相对原子质量的概念,知道核素、质量数、同位素的概念。
3.培养学生观察能力、分析综合能力和抽象思维能力。
4.世界的物质性、物质的可分性的辨证唯物主义观点的教育。
二、教学重、难点
原子核的组成;
同位素等概念。
本课时设计从原子相对比较形象、具体的“质量”出发,在学生了解原子的
质量基础上,回顾上节课所涉及到的卢瑟福的ɑ粒子散射实验,让学生推测
原子核的电性,并与电子比较质量相对大小,使学生主动参与原子核的组
成、性质以及核素、同位素等概念的探讨
[导入]我们已知道原子很小但有质量,那幺原子的质量到底有多大呢?
不
同的原子质量各不相同,可以用现代科学仪器精确地测量出来。
例如:
一个碳原子的质量是:
0.00000000000000000000000001993kg,即
1.993乘以10-26kg;
一个氧原子的质量是2.657乘以10-26kg;
一个铁原子的质
量是9.288乘以10-26kg。
这样小的数字,书写、记忆和使用起来都很不方
便,就像用吨做单位来表示一粒沙子的质量一样。
因此,在国际上,一般不
直接用原子的实际质量,而采用不同原子的相对质量相对原子质量。
[板书]相对原子质量:
某原子的质量与C12原子质量的1/12的比值。
[提出问题]你知道C12原子指的是什幺原子吗?
[讲解]我们已经知道原子是构成物质的一种微粒。
它是由原子核和核外电
子构成的。
那原子核中又有哪些结构和性质呢?
今天就让我们来认识原子核。
[提出问题]卢瑟福的ɑ粒子散射实验说明原子具有怎样的结构?
[板书]
一、原子的组成:
中子
原子核
质子
1.原子
核外电子
[讲解]绝大多数原子的原子核都是由质子和中子构成的。
原子的体积已经
很小了,原子核在它里面,当然更小。
如果假设原子是一个庞大的体育场,
那幺,原子核则是位于场中央的一个小蚂蚁。
[提出问题]在原子中,质子数、核电荷数、电子数有怎样的关系?
为什幺?
原子在化学反应中失去或得到电子,它还显电中性吗?
此时,它还是原子
离子所带的电荷数与离子中的质子数和核外电子数之间有什幺关系?
忽略电子的质量,原子的相对原子质量在数值上与原子的质子数和中子数
有什幺关系?
什幺是质量数?
怎样简洁的表达原子核的构成?
其含义是什幺?
[讲解]原子核内所有质子和中子的相对质量取近似值加起来,所得数值便
近似等于该原子的相对原子质量,我们把其称为质量数,用符号A表示。
X中Z表示质子数,X表示元素符号。
如C表示质量数为12,原子核内有
6个质子的碳原子或原子核内有6个质子和6个中子的碳原子。
前面我们提
到的作为相对原子质量标准的C12指的就是这种原子。
2.质量数(A)=质子数(Z)+中子数(N)
[过渡]“O”与“O”所表示的意义是否相同?
同一种元素的原子具有相同的质子数,但中子数不一定相同。
如在自然界
存在着三种不同的氢原子:
氕、氘、氚
质子数111
中子数012
核素:
具有一定质子数和一定中子数的一种原子。
(原子核的组成不同)
同位素:
质子数相同,质量数(或中子数)不同的核素之间的互称。
(学生阅读教材33页“拓展视野”)
第二课时认识原子核
一、原子的构成:
1.中子(不带电)
质子(带正电)一个质子带一个单位正电荷
原子
核外电子(带负电)一个电子带一个单位负电荷
在一个原子中:
质子数=电子数=核电荷数
离子中离子所带的电荷=质子数核外电子数
2.质量数:
用符号A表示。
中子数规定用符号N表示,X表示某种元素符
号
质量关系:
质量数(A)=质子数(Z)+中子数(N)
二、1.元素:
质子数相同的同一类原子的总称。
2.核素:
3.同位素:
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