111《原子的诞生 能层与能级 构造原理》教学设计学年人教版高二化学选修3Word格式.docx
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1.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与方法,知道化学学科发展的趋势,学习科学家的探究精神。
2.通过学习原子结构模型的演变,体会科学探索的艰辛和无止境,进一步培养学习化学的兴趣。
教学重点
能层和能级的概念基态原子的核外电子排布规律及书写
教学难点
基态原子电子排布式的书写方法
教学过程
教学步骤、内容
教学方法
【导入】为什么第一层最多只能容纳两个电子,第二层最多只能容纳八个电子而不能容纳更多的电子呢?
第三、四、五层及其他电子层最多又可以容纳多少个电子?
原子核外电子的排布与原子轨道有什么关系?
带着这些问题,我们将开始本章内容的学习。
【板书】活动一、开天辟地—原子的诞生
【思考1】阅读教材“引言”及P4页内容,
(1)人类对原子的认识史——不同时期的原子结构模型是怎样的?
【交流1投影】①原子结构:
【交流2投影】②不同时期的原子结构模型:
模型
道尔顿
汤姆生
卢瑟福
玻尔
量子力学(薛定谔)
年代
1803
1904
1911
1913
1926
依据
元素化合时的质量比例的关系
发现电子
α粒子散射
氢原子光谱
近代科学实验
主要内容
原子是不可再分的实心小球
葡萄干面包式
含核模型
行星轨道式原子模型
量子力学
【板书】道尔顿→汤姆生→卢瑟福→玻尔→薛定谔(量子力学)
【强调投影】古希腊原子论(古希腊哲学家德谟克利特(Democritus,约公元前460年~
前370年)
—原子是最小的、不可分割的物质粒子。
)→道尔顿原子模型(1803年
—①原子在一切化学变化中不可再分,并保持自己的独特性质。
②同一元素所有原子的质量、性质都完全相同。
③不同元素的原子质量和性质各不相同。
④不同元素化合时,原子以简单整数比结合。
)→汤姆生原子模型(1904年
—原子是一个平均分布着正电荷的粒子,其中镶嵌着许多电子,中和了正电荷,从而形成了中性原子。
1906年获诺贝尔物理学奖)→卢瑟福原子模型(1911年
—通过α离子散射实验证明:
原子中心有一个带正电荷的核,它的质量几乎等于原子的全部质量,电子在它的周围沿着不同的轨道运转,就象行星环绕太阳运转一样。
汤姆生的学生。
1908年获得诺贝尔化学奖,他的学生和助手中,先后有12人获得过诺贝尔化学奖或物理学奖。
)→玻尔原子模型(1913年
—电子在原子核外空间的一定轨道上绕核做高速的圆周运动——提出该模型时年仅28岁。
卢瑟福的学生,1922年获诺贝尔物理学奖。
)→电子云模型(1926年
—建立薛定谔方程,得出了电云模型。
1933年获诺贝尔物理学奖。
)
【小结】从演变历史,我们可以看出,汤姆生提出的“葡萄干面包式”的原子结构模型是从阴极
射线实验中发现电子为起点的,卢瑟福根据α粒子散射实验提出带核的原子结构模型等等,所以
原子结构模型的每一次演变,都是从科学家实验开始的,实验方法是科学研究的一种重要方法,
实验手段的不断进步是化学科学发展的关键,而科学结论也都是以实验事实为依托的。
【思考2】
(2)什么叫“大爆炸理论”?
宇宙与原子是如何产生的?
【交流补充1】①比利时天文学家和宇宙学家勒梅特(LemaitreGeorges,1894.7.17~1966.6.20)于1932年首次提出了现代宇宙大爆炸理论——整个宇宙最初聚集在一个“原始原子”中,后来发生了大爆炸,碎片向四面八方散开,形成了我们的宇宙。
大爆炸后两小时,诞生了大量的Hydrogen、少量的Helium及极少量的Lithium,然后经过或长或短的发展过程,以上元素发生原子核的熔合反应,分期分批的合成了其它元素。
【板书】
【强调】地球元素:
非金属元素仅22种(包括稀有气体),绝大多数是金属元素。
【交流补充2】②氢元素是宇宙中最丰富的元素,约占88.6%(氦约为氢原子数的1/8),两者合起来约占宇宙原子总数的99.7%以上。
另外还有90多种天然元素,加起来不足总数的1%。
【讨论】阅读教材P4“科学史话”,思考科学假设与思辩性推测的差异性与科学性?
【交流】思辩性推测作出的预言绝不是科学。
科学假设不同于思辩性推测,须以已有科学事实和理论为依据,更要用系统的科学观察和实验来验证。
实证是科学的基本特征。
【问题探究】宇宙的组成元素和地球上的元素有何不同?
【交流1投影】
【交流2投影】元素
【典例1】下列说法错误的是( )
A.地球上的非金属元素共有22种
B.宇宙大爆炸产生了氢、氦、锂元素
C.思辨性推测就是科学假设
D.地球上的元素绝大多数是金属元素
【答案】C
【解析】科学假设要以已有的科学事实和理论为依据,更要用系统的科学观察和实验来验证,而思辨性推测是一种预言性推测,不是科学假设,故C项说法错误。
【典例2】如图①②③原子结构模型中依次符合卢瑟福、道尔顿、汤姆生的观点的是( )
A.①②③ B.③①②
C.③②①D.②①③
【答案】B
【解析】卢瑟福提出了原子的核式模型,道尔顿认为原子是一个实心的球体,汤姆生发现了电子,并提出了原子的“葡萄干布丁”模型。
【板书】活动二、能层与能级
【思考】阅读教材P4—5页内容,思考在多电子原子中,能层和能级分类的依据分别是什么?
【交流】根据多电子原子核外电子的能量差异,将核外电子分成不同的能层。
根据多电子原子中同一能层电子能量的不同,将它们分成不同能级。
【讨论1】
(1)能层的表示方法是什么?
各能层最多容纳的电子数有何特点?
【交流投影】
【讨论2】
(2)能级的表示方法是什么?
各能级最多容纳的电子数有何特点?
【问题探究1】
(1)能层的概念及表示方法是什么?
能层与能量有何关系?
并举例说明。
【交流1】①在多电子原子中,核外电子是分层运动的,能量高的电子在离核远的区域里运动,能量低的电子在离核近的区域里运动。
这也说明多电子的原子中电子的能量是不同的。
能量不同的电子在核外不同的区域内运动,这种不同的区域称为能层,即“电子层”(n)。
例如:
氯原子的结构示意图为
,表示氯原子的17个电子分布在三个能量不同的能层上。
【交流2】②每一能层最多容纳的电子数为2n2。
【交流2】③离核越近的能层,能量越低。
【交流4投影】④能层的表示方法:
【问题探究2】
(2)能级的概念及表示方法是什么?
能级与能量有何关系?
【交流1】①在多电子原子中,同一能层的电子,能量也可能不同。
同一能层的电子在不同能量的能级上运动,能级分别用s、p、d、f表示。
就好比能层是楼层,能级是楼梯的阶级。
【交流2】②在同一能层上不同能级的能量:
ns<
np<
nd<
nf……。
任一能层的能级总是从s能级开始,且该能层的能级数等于该能层序数。
如第一能层只有一个能级(1s),第二能层有两个能级(2s、2p),第三能层有三个能级(3s、3p、3d),第四能层有四个能级(4s、4p、4d、4f)。
【交流3】③s、p、d、f最多容纳的电子数依次为2、6、10、14。
【交流4投影】④能级的表示方法:
能层
能级
各能级最多容
纳的电子数
能层最多容
n=1K
1s
2
n=2L
2s 2p
2 6
8
n=3M
3s 3p 3d
2 6 10
18
n=4N
4s 4p 4d 4f
2 6 10 14
32
n=5O
5s …
…
【交流5】⑤在目前已知的元素的原子中,能层数最高到第七电子层,而能级的种类也只出现了s、p、d、f,产生这种现象的原因是能级的能量问题。
【拓展探究】决定电子能量高低的因素有有哪些?
【交流1】决定电子能量高低的因素有:
①能层,能级符号相同时,能层数越高,电子能量越高;
【交流2】②能级,在同一能层的不同能级中,s、p、d、f能级能量依次升高;
【交流3】③在同一能层的相同能级中电子的能量相同;
【交流4】④在多电子原子中会发生能级交错现象。
如核外电子排布为1s22s22p63s23p6的氩原子共有5种能量不同的电子。
【典例1】下列有关认识正确的是( )
A.各能级可容纳的最多电子数按s、p、d、f……的顺序依次为1、3、5、7……的二倍
B.各能层的能级都是从s能级开始至f能级结束
C.各能层含有的能级数为n-1
D.各能层含有的电子数为2n2
【答案】A
【解析】各能层中的能级数等于其所处的能层数,即当n=1时,它只有1s能级,当n=2时,含有两个能级,分别为2s、2p能级,所以B、C都不正确;
D中每个能层最多能填充2n2个电子,但不是一定含有2n2个电子。
【典例2】下列关于多电子原子核外电子排布的说法正确的是( )
A.各能层含有的能级数等于能层序数减去1
B.同是s能级,在不同的能层中最多所能容纳的电子数是不相同的
C.原子核外电子的每一个能层最多可容纳的电子数为n2
D.M能层中含有3d能级
【答案】D
【解析】各能层中所含有的能级数等于其能层序数,A项错误;
s能级不管是在哪一能层上最多所容纳的电子数都为2个,B项错误;
每个能层上最多容纳的电子数为2n2,C项错误;
第一能层中,只含1s能级,第二能层中,只含2s、2p两个能级,第三能层(M层)中,含有3s、3p、3d三个能级,D项正确。
【板书】活动三、构造原理
【思考】阅读教材P5页内容,思考什么是构造原理?
【交流】随着原子核电荷数的递增,绝大多数元素的原子核外电子的排布将遵循以下排布顺序:
1s、2s、2p、3s、3p、4s、3d、4p、5s、4d、5p、6s、4f、5d、6p、7s、……人们把它称为构造原理。
如图:
【投影】
(1)英文字母相同的不同能级中所能容纳的最多电子数是否相同?
【交流】相同。
如所有s能级最多容纳2×
1个电子,p能级最多容纳2×
3个电子,d能级最多容纳2×
5个电子,f能级最多容纳2×
7个电子。
(2)能级数与能层序数有什么关系?
不同能级的能量有什么关系?
【交流1】①任一能层的能级数等于该能层序数。
【交流2】②在每一个能层中,能级符号顺序为ns、np、nd、nf(n代表能层),能量依次升高,即在第n层中,能级的能量顺序是E(ns)<
E(np)<
E(nd)<
E(nf)。
【交流3】③不同能层,能级符号相同,n越大,能量越高,如1s<
2s<
3s<
4s<
……
(1)如何正确理解“构造原理”?
什么是能级交错现象?
请举例说明。
【交流1】①核外电子首先是以能量由低到高顺序进入轨道。
构造原理是绝大多数基态原子的核外电子排布顺序
【交流2】②各能级的能量由能层序数和能级类型共同决定,各能级的能量高低顺序,可由下列公式得到:
(n-2)f<
(n-1)d<
np(n表示能层序数)如钾的基态原子的电子排布顺序应为1s2→2s22p6→3s23p6→4s1。
【交流3】③能级交错现象:
能级交错是指能层序数较大的某些能级的能量反而低于能层序数较小的能级的能量的现象。
从第三能层开始,不同能层的能级有“能级交错”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。
原因是电子之间存在着斥力,从而减弱了原子核对外层电子的吸引力,致使能级出现交错现象。
【交流4】④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。
(2)原子的最外层电子数为什么不超过8个?
次外层电子数为什么不超过18个?
【交流1】①由于能级交错的原因,End>
E(n+1)s。
当ns和np充满时(共4个轨道,最多容纳8个电子),多余电子不是填入nd,而是首先形成新电子层,填入(n+1)s轨道中,因此最外层电子数不可能超过8个。
【交流2】②同理可以解释为什么次外层电子数不超过18个。
若最外层是第n层,次外层就是第(n-1)层。
由于E(n-1)f>
E(n+1)s>
Enp,在第(n+1)层出现前,次外层只有(n-1)s、(n-1)p、(n-1)d上有电子,这三个亚层共有9个轨道,最多可容纳18个电子,因此次外层电子数不超过18个。
例如,原子最外层是第五层,次外层就是第四层,由于E4f>
E6s>
E5p,当第六层出现之前,次外层(第四层)只有在4s,4p和4d轨道上有电子,这三个亚层共有9个轨道,最多可容纳18个电子,也就是次外层不超过18个电子。
【讨论3】
(3)什么叫电子排布式?
如何根据构造原理书写基态原子的电子排布式?
【交流】根据构造原理,只要知道原子序数(等于核电荷数),就可以写出几乎所有元素原子的电子排布,这样的电子排布是基态原子的。
用数字在能级符号右上角标明该能级上排布的电子数,这就是电子排布式,如Na:
。
Mg原子的电子排布式:
1s22s22p63s2。
【典例1】下列有关构造原理的说法错误的是( )
A.原子核外电子填充3p、3d、4s能级的顺序为3p→4s→3d
B.某基态原子部分核外电子的排布为3s24s2
C.不是所有基态原子的核外电子排布均符合构造原理
D.构造原理中的电子填入能级的顺序,实质是各能级能量由低到高的顺序
【解析】根据构造原理示意图判断,故A项正确。
根据构造原理可知,3s与4s能级之间还有3p能级,故B项错误。
绝大多数基态原子的核外电子排布都遵循构造原理,但也有少数例外,如Cu和Ag,故C项正确。
构造原理中电子填入能级的顺序即各能级能量由低到高的顺序,故D项正确。
【典例2】构造原理揭示的电子排布能级顺序实质是各能级能量高低。
若以E(nl)表示某能级的能量,以下各式中正确的是( )
A.E(5s)>
E(4f)>
E(4s)>
E(3d)B.E(3d)>
E(3p)>
E(3s)
C.E(4s)<
E(3s)<
E(2s)<
E(1s)D.E(5s)>
E(3d)
【解析】根据构造原理,各能级能量的大小顺序:
1s<
2p<
3p<
3d<
4p<
5s……A项和D项正确顺序为E(4f)>
E(5s)>
E(3d)>
E(4s);
对于不同能层的相同能级,能层序数越大,能量越高。
【课堂检测】1.下列说法中不符合现代大爆炸宇宙学理论的是( )
A.我们所在的宇宙诞生于一次大爆炸
B.恒星正在不断地合成自然界中没有的新元素
C.氢、氦等轻核元素是宇宙中天然元素之母
D.宇宙的所有原子中,最多的是氢元素的原子
【解析】根据现代爆炸理论,我们的宇宙诞生于一次大爆炸,A项正确;
恒星在不断合成的元素是我们已知的元素,而不是新元素,B项错误;
氢、氦等发生原子核的融合反应合成了其他元素,因此氢、氦等轻核元素是宇宙中天然元素之母,C项正确;
宇宙的所有原子中,氢元素约占88.6%,D项正确。
2.下列叙述正确的是( )
A.能级就是电子层
B.每个能层最多可容纳的电子数是2n2
C.同一能层中的不同能级的能量高低相同
D.不同能层中的s能级的能量高低相同
【解析】能级应该是电子亚层,能层才是电子层;
同一能层中的不同能级的能量的高低顺序是E(ns)<
E(nf)……不同能层,能级符号相同,n越大,能量越高,如E(1s)<
E(4s)……
3.以下能级符号表述正确的是( )
①5s ②1d ③2f ④1p ⑤2d ⑥3f ⑦4f ⑧5d⑨3p ⑩6s
A.③⑤⑦⑧⑨⑩B.①③⑤⑦⑨
C.①⑦⑧⑨⑩D.②④⑥⑧⑩
【解析】每一个能层都有s能级,从第二能层开始出现p能级,从第三能层开始出现d能级,从第四能层开始出现f能级。
综上所述,C项正确。
4.某微粒的核外电子排布式为1s22s22p63s23p6,下列关于该微粒的说法正确的是( )
A.它的质子数一定是18
B.它的原子和37Cl可能互为同位素
C.它的单质一定是强还原剂
D.可以确定该微粒为Ar
【解析】此微粒核外共有18个电子,可能是原子也可能是离子,离子又可能为阳离子Ca2+、K+或阴离子S2-、Cl-。
【课后巩固】教材P12页1、2、3
【课后提升】1.下列说法正确的是( )
A.第三能层有s、p共2个能级
B.3d能级最多容纳5个电子
C.第三能层最多容纳8个电子
D.无论是哪一能层的s能级,最多容纳的电子数均为2
【解析】每一能层包含的能级数等于该能层序数,第三能层有s、p、d共3个能级,故A错误。
s、d能级最多容纳的电子数分别为2、10,故B错误,D正确。
每一能层最多容纳的电子数为2n2,第三能层最多容纳18个电子,故C错误。
2.电子在一个原子的下列能级的原子轨道中排布时,最后排布的是( B )
A.nsB.np
C.(n-1)dD.(n-2)f
【解析】基态原子的电子在排布时先进入能量低的能级,填满后再进入能量高的能级。
根据原子轨道中能级的能量高低顺序:
np,可知最后排布的应是能量高的np能级。
3.主族元素的原子失去最外层电子形成阳离子,主族元素的原子得到电子填充在最外层形成阴离子。
下列各原子或离子的电子排布式错误的是( )
A.Al 1s22s22p63s23p1B.O2- 1s22s22p6
C.Na+ 1s22s22p6D.Si 1s22s22p2
【解析】A、Al为13号元素,其原子电子排布式为1s22s22p63s23p1,选项A正确;
B、氧为8号元素,O2-离子的电子排布式为1s22s22p6,选项B正确;
C、钠为11号元素,Na+离子的电子排布式为1s22s22p6,选项C正确;
D、硅为14号元素,原子的电子排布式为1s22s22p63s23p2,选项D错误。
答案选D。
4.“玉兔”号月球车用Pu作为热源材料。
下列关于Pu的说法正确的是( )
A.Pu与U互为同位素
B.Pu与Pu互为同素异形体
C.Pu与U具有完全相同的化学性质
D.Pu与Pu具有相同的最外层电子数
【解析】Pu与U两种核素的质子数不同,故不是同位素,核外电子排布也不相同,A、C项均错误Pu与Pu互为同位素,核外电子排布完全相同,B项错误、D项正确。
5.若某原子的外围电子排布式为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
【解析】根据核外电子排布规律,该原子的电子排布式为:
1s22s22p63s23p63d104s24p64d15s2。
由此可知:
该原子中共有39个电子,原子核外有5个电子层,其中M能层上有18个电子,最外层上有2个电子。
6.有几种元素的粒子核外电子排布式为1s22s22p63s23p6,其中:
①某粒子一般不与其他元素的原子反应,这种粒子的符号是_________;
②某粒子的盐溶液能使溴水褪色,并出现浑浊,这种粒子的符号是_________;
③某粒子氧化性很弱,但得到电子后还原性很强,且对应原子只有一个单电子,这种粒子的符号是________;
④某粒子还原性虽弱,但失去电子后氧化性很强,且这种元素的原子得到一个电子即达到稳定结构,这种粒子的符号是__________。
【答案】①Ar②S2-③K+④Cl-
【解析】符合题述核外电子排布式的粒子中,很难发生化学反应的应为稀有气体Ar;
能使溴水褪色,应为还原性较强的S2-,发生反应S2-+Br2===S↓+2Br-;
氧化性很弱,得电子后还原性很强,应为K+;
原子得一个电子即达到稳定结构,该粒子应为Cl-。
知识
结构
与
板书
设计
第一章《原子结构与性质》导学案
第一节原子结构
第一课时原子的诞生能层与能级构造原理
一、开天辟地—原子的诞生
二、能层与能级
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