高中化学人教版选修3第一章第一节《原子结构》第二课时教案

1/13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：1s2s2p3s3p4s3d4p5s4d5p6s4f5d6p7s……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。2/13板书设计电子先填最外层的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］3/131410621062622能级最多电子数74f54d34p53d1813sM812sL322能层最多电子数1331原子轨道数4s3p2p1s能级符号NK能层各能层、能级中最多电子数：最多电子数=原子轨道数×2能量：1s2s3s4s5s…能量：nsnpndnf…能量：2p3p4p5p6p…各能层最多电子数=2(能层序数)2[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：1s2s2p3s3p4s3d4p5s4d5p6s4f5d6p7s……［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)4/13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5/13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KLMNO1氢H1s12氦He1s23锂Li1s22s14铍Be5硼B1s22s22p1……10氖Ne1s22s22p611钠Na12镁Mg1s22s22p63s213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]3d104s1Ag[Kr]4d105s1Au[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。6/13[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]2s22p4Si：[Ne]3s23p2Fe：[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：nsnpndnf2)英文字母相同的不同能级的能量高低顺序：1s2s3s4s；2p3p4p;3d4d3)不同层不同能级可由下面的公式得出:ns(n-2)f(n-1)dnp(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)dnp2、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7/132+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8/13[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9/13锂、氦、汞的发射光谱锂、氦、汞的吸收光谱特征:暗背景,亮线,线状不连续特征:亮背景,暗线,线状不连续［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］10/13［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］11/13氢发射光谱氢吸收光谱锂吸收光谱锂发射光谱钠吸收光谱[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。12/13[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