高中化学必修一 4.1.1 原子结构 元素周期表 核素教学设计

4.1.1　原子结构 元素周期表 核素

本课时是教材第四章第一节第一课时的内容，该课时包括两部分内容：原子结构和元素周期表。首先是在初中学习原子结构的基础上，继续学习原子结构，尤其是深入理解原子的核外电子排布，了解质量数和同位素的基本概念。其次是在学习原子核外电子排布的基础上，了解元素周期表的绘制原则，了解族和周期的概念。在之前的学习中，学生已经知道了原子是由核外电子、质子和中子构成的，但是还没有质量数的概念，对于原子的核外电子排布也没有非常清晰的印象。同时，学生在初中也了解了元素周期表的简单概念，但是不清楚元素周期表的编写原则，对于族和周期的分类也不是非常清晰。通过本课时的学习，学生可以建立原子结构的简单模型，理解元素周期表尤其是短周期元素的编写方式，为今后元素周期律的学习打下坚实的基础。

宏观辨识与微观探析：从微观上理解原子核外电子排布的基本规律，明确宏观上的元素周期表与微观上的原子核外电子排布之间的关系，理解元素的排列规律。

证据推理与模型认知：建立原子结构的微观模型，理解门捷列夫利用已知元素的性质推理出元素周表的科学思想。

科学精神与社会责任：通过对元素周期表的学习，认识化学知识的规律性，理解化学知识从实验到理论，再由理论推测出实验结果的科学精神。

元素周期表的结构，元素周期表中元素的排列与原子核外电子排布的关系。

学生复习初中有关原子结构、元素周期表的知识，预习本课内容；教师准备多媒体课件。

【引入】在序言的学习中，我们知道门捷列夫绘制出第一张元素周期表是化学科学发展中一个重要的里程碑。

【投影】门捷列夫绘制元素周期表的视频。

【过渡】门捷列夫是根据什么对元素进行排列的呢？这就是我们今天这节课要学习的内容。

【板书】原子结构与元素周期表

一、原子结构

【投影】原子结构与元素周期表

一、原子结构

【学生活动】根据初中学习的关于原子结构的知识，请同学们描述一下原子的结构。

【讲解】初中化学中，我们学习了，原子是由原子核以及核外电子组成的，而原子核又由质子和中子构成。相对于原子而言，原子核的体积很小，电子都在核外进行高速运动；原子的质量几乎都集中在原子核上，电子的质量可以忽略，而质子和中子的质量近似相等。

【设疑】什么是相对原子质量？（一个原子的质量与一个12C原子质量的1/12的比值）

【讲解】因为微观粒子的质量太小，为了方便起见，一般用相对质量表示微观粒子的质量，例如初中学习的相对原子质量、相对分子质量等。相对质量是指微观粒子的质量与一个12C原子质量的1/12的比值，质子和中子的相对质量都近似等于1。忽略电子质量，质子和中子的相对质量取近似整数值相加，得到的就是质量数。

【设疑】质量数如何计算？（质子数与中子数之和）为什么叫质量数？（在某种程度上可以代表原子的质量，即质量数越大，原子的质量越大）

【讲解】质量数用A表示，质子数用Z表示，中子数用N表示，可以得到公式：A=Z+N。根据质量数的定义，我们可以用的形式来表示一个特定的原子，即表示具有Z个质子，Z个电子和(A－Z)个中子的原子。

【练习】什么是12C原子呢？（具有6个质子、6个电子、6个中子的碳原子）

【讲解】原子的核外电子在原子核外的不同区域运动，我们将这些不同的区域简化为电子层。用n=1，2，3，4，5，6，7或K、L、M、N、O、P、Q来表示由内向外的电子层。因为离核较近的电子层中的电子能量低，所以电子总是由内向外排列的

【学生活动】观察下表，从中发现规律，回答相应的问题

（1）K层为最外层时，最多容纳多少电子？（2个）其余层为最外层，最多容纳多少电子？（8个）

（2）次外层最多容纳多少电子？（18个）

（3）第n层最多容纳多少电子？（2×n2）

（4）用原子结构示意图表示1～20号元素的核外电子排布。

【投影】

【讲解】由以上分析可知，可以到原子核外电子排布的规律：

（1）电子总是尽先由里向外排列；

（2）每个电子层最多可以容纳2×n2个电子；

（3）最外层最多可以容纳8个电子（K层为最外层时，最多容纳2个）；

（4）次外层最多容纳18个电子。

【练习】根据上述排布规律，用原子结构示意图表示33号元素的核外电子排布。　

【过渡】由于在门捷列夫的时代，科学家对于原子的结构并没有清晰的认识，所以门捷列夫绘制的第一张元素周期表是按照元素的相对原子质量来排列的，随着科学家对原子结构认识的不断深入，元素周期表中元素的排列依据也由相对原子质量改为核电荷数。

【板书】原子结构与元素周期表

一、原子结构

二、元素周期表

【投影】原子结构与元素周期表

一、原子结构

二、元素周期表

【讲解】原子序数是元素在元素周期表中的顺序，原子序数与元素的原子结构之间存在如下的关系：原子序数=核电荷数=质子数=核外电子数。

【讲解】元素周期表中元素的排列方式：将电子层数相同的元素按照原子序数递增的顺序由左向右排成横行，再把不同横行中最外层电子数相同的元素，按电子层数递增的顺序由上向下排成纵列。

【投影】现行的长式元素周期表

【讲解】周期表中每一个横行作为1个周期，每一列作为1个族（第8、9、10三列统称为第Ⅷ族），周期表有7个横行和18个纵列，分成了7个周期和16个族。

【学生活动】互相交流讨论，填写下表，并思考周期序数与元素的原子核外电子层数之间的关系。

【讲解】由上得到元素的周期序数等于原子核外电子层数。元素周期表的前三周期统称为短周期，其余周期统称为长周期。显然短周期元素就是指前18号元素。

【讲解】周期表的族有主族和副族之分。由长周期元素和短周期元素共同组成的族为主族，一共有7个，分别用大写罗马数字加A表示，即ⅠA族、ⅡA族、ⅢA族、ⅣA族、ⅤA 族、ⅥA族、ⅦA族等。完全由长周期元素组成的族为副族，分别用大写罗马数字加B表示（第Ⅷ族以外），即ⅠB族、ⅡB族、ⅢB族、ⅣB族、ⅤB 族、ⅥB族、ⅦB族、第Ⅷ族等。稀有气体元素最外层有8个电子（He为2个），化学性质不活泼，其化合价定为0，因而叫0族。

【练习】指出Si在周期表中的位置。

【投影】

元素周期表中每一个格都标有元素的基本信息。

【讲解】最早提出原子概念的是英国化学家道尔顿，他提出了如下三个观点：

1、原子是不可再分的实心球体；

2、同种元素的原子性质和质量都相同；

3、不同元素的原子性质和质量不相同。

【设疑】看来道尔顿的观点实际都是错误的，原子当然不是不可再分的，那么同种元素的原子性质和质量都相同吗？

【板书】原子结构与元素周期表

一、原子结构

二、元素周期表

三、核素

【投影】原子结构与元素周期表

一、原子结构

二、元素周期表

三、核素

【讲解】核素是指具有一定数目的质子和一定数目的中子的一种原子，例如：都是氢元素的不同核素。我们将这种同一元素的不同核素互称为同位素，或者说质子数相同而中子数不同的核素互称同位素。

【练习】若和互为同位素，则应该满足什么关系？（Z1=Z2；A1≠A2）

【讲解】同位素有天然存在和人工制造的区别，元素的天然同位素保持一定的比率不变，元素的平均相对原子质量就是按照该元素各种核素的比率计算的算术平均值。有的同位素具有放射性，称为放射性同位素。同位素有很多用途：考古时利用14C测定文物的年代；D和T用于制造氢弹；利用放射性同位素释放的射线育种、给金属探伤、诊断和治疗疾病等。

【学生活动】填写下表，区分概念：

【投影】本节小结。