高中化学必修一 专题4.1.1 原子结构

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第四章  物质结构 元素周期律第一节 原子结构与元素周期表第1课时  原子结构 （1）知道原子的结构及构成原子的微粒间的关系;根据原子核外电子的排布规律，能画出1~20号元素的原子结构示意图。（2）了解预测、假设、模型等方法在科学家研究原子结构中的作用。 【内容分析】本节内容是原子结构。关于原子结构，以初中已有知识为基础，教材通过“思考与讨论”,引导学生观察稀有气体元素原子核外电子排布，发现规律,从而归纳出1~20号元素的原子核外电子排布。这样的呈现方式，重在启发学生思考，培养逻辑思维能力。第一章“方法导引”介绍了科学方法一模型，而本节呈现的科学史话----原子结构模型的演变，有利于学生进一步理解科学模型的含义。对于该内容有两种处理方法，第一，让学生自主阅读，学生阅读后，可以了解人类对原子结构的认识逐步深人的过程，能够体会到现在学习的科学理论只代表人类对客观事物认识的一个阶段，而人们对客观事物的认识，还会不断深人和发展。第二，教师查阅资料，整理成线索，让学生通过图片等，对于原子结构的发展形成更直观的认识。本节课采用的是第二种处理方式。【教学重点和难点】重点：原子核外电子排布的规律【教学流程】【学习任务一】回顾历史，掌握模型构建的学习方法古人关于万物构成的思考：惠施(战国）的十个命题，主要是对自然界的分析，其中有些含有辩证的因素。他说：“至大无外，谓之大一；至小无内，谓之小一。”“大一”是说整个空间大到无所不包，不再有外部；“小一”是说物质最小的单位，小到不可再分割，不再有内部。古希腊哲学家德谟克利特（Democritus，约公元前460—公元前370）曾经指出，物质是由不可分割的微粒（也称为“原子”）构成的。【思考】原子真的是不可分割的球体吗？一、原子结构的发展史原子结构模型的演变：【思考】请从上述史料中总结出科学探究的一般过程。 如此不断循环！【设计意图】通过原子结构的发展史，以及原子结构模型的演变，可以让学生更直观地了解原子结构的真实情况，并让学生体会到现在学习的科学理论只代表人类对客观事物认识的一个阶段，而人们对客观事物的认识，还会不断深人和发展。二、原子结构(2）质量数:质子和中子的相对质量都近似为1,忽略电子的质量,将原子核内所有质子和中子的相对质量取近似整数值相加,所得的数值叫做质量数。质量数(A)=质子数(Z)+中子数(N)【评价任务一】判断下列说法是否正确(1)原子呈电中性是因为中子不带电(　　)(2)质子数和中子数决定原子的质量(　　)(3)原子的质量数就是原子的相对原子质量(　　)(4)微粒中的质子数与核外电子数一定相等(　　)(5)某种氯原子的中子数是18，则其质量数是35，核外电子数是17(　　)【答案】×  √  ×  ×  √【设计意图】即时检测学生的学习成果，为“位构性”的学习打下基础。【学习任务二】理论探究，掌握原子结构【思考】原子核外电子是如何运动的？高速运动，接近光速；没有确定的轨迹，不能同时准确地测定电子在某一时刻所处的位置和运动速度，也不能描绘出它的运动轨迹。如何描述核外电子的运动？只能用统计的观点指出它在原子核外空间某处出现机会的多少。用“电子云”形象地描述核外电子的运动。多电子的电子云图片【思考】仔细观察图片，你有什么发现？在含有多个电子的原子里，电子分别在能量不同的区域内运动。【设计意图】通过直观的图片材料，让学生清晰地理解到电子层的概念。（3）电子层概念:在多电子原子里,把电子运动的能量不同的区域简化为不连续的壳层,称作电子层。【思考与讨论】由于原子中的电子是处在原子核的引力场中(类似于地球上的万物处于地心引力场中),电子一般总是先从内层排起，当一层充满后再填充下一层。下表是稀有气体元素原子的电子层排布，从中你能发现什么规律?请思考并讨论下列问题。【小结】原子核外电子分层排布规律   (1)能量最低原理:核外电子总是优先排布在能量最低的电子层里,然后再由里往外排布在能量逐步升高的电子层里,即按K→L→M→N……顺序排列。(2)电子层最多容纳的电子数①最外层电子数目最多不能超过8个(K层为最外层时不能超过2个)。②次外层最多能容纳的电子数不超过18个。倒数第三层不超过32 个电子。③各电子层最多容纳2n2个电子。如K、L、M、N层最多容纳的电子数分别为2、8、18、32。(4)请你根据所归纳的规律，用原子结构示意图表示核电荷数为1~20号元素原子的核外电子排布。实际上，原子核外电子排布的规律，是根据原子光谱和理论分析的结果而得出的，其中也包括从元素周期表得到的启示。【设计意图】使用问题驱动，让学生自主探讨原子核外电子排布的规律，掌握本节内容的重点。【评价任务二】(1)当M层上有电子时,L层上的电子是否已排满? 由于L电子层能量比M层低,故电子先排满L层后再排M层;因此,当M层上有电子时,L层上一定排布8个电子。 若钾原子的M层排布9个电子,此时M层就成为最外层,这和电子排布规律中的“最外层上排布的电子数不能超过8个”相矛盾,不符合电子排布的规律,即M层不是最外层时可排18个电子,而它作为最外层时最多只能排8个电子。(3)生物体在生命存续期间保留的一种碳原子——碳-14(   )会在其死亡后衰变,测量考古遗址中发现的遗物里碳-14的数量,可以推断出它的存在年代。你知道碳-14的“14”是什么含义吗?这种碳原子的质子数、中子数、核外电子数分别是多少? 碳-14的“14”是指这种碳原子的质量数为14,此碳原子的质子数为6、中子数为8、核外电子数为6。【评价任务三】1.某同学在画某种元素的一种单核微粒的结构示意图时，忘记在圆圈内标出其质子数，请你根据下面的提示作出自己的判断。  (1)该微粒是中性微粒，这种微粒的符号是_____。(2)该微粒对应的单质是一种能与水剧烈反应的金属，这种微粒的符号是____(3)该微粒带两个单位的负电荷，画出其中性原子的结构示意图________。(4)该微粒的还原性很弱，失去1个电子后变为原子，这种微粒的符号是___。【答案】Ne  Na＋       F－2.已知A、B、C三种元素的原子中，质子数为A<B<C，且都小于18，A元素的原子最外层电子数是次外层电子数的2倍；B元素的原子核外M层电子数是L层电子数的一半；C元素的原子次外层电子数比最外层电子数多1个。试推断：(1)三种元素的元素符号：A________；B________；C________。(2)画出三种元素的原子结构示意图：A________；B________；C_________。【答案】C  Si     Cl           【设计意图】通过热点题型巩固本节内容的重点。【思考】仔细观察图片，多电子原子中，同一电子层的电子能量是否相同？理论研究还证明，多电子原子中，同一能层（电子层）的电子，能量也可能不同，还可以把它们分成能级，就好比能层是楼层，能级是楼梯的阶级。如果你对原子结构想要进行更深入的了解，课后可查阅相关资料，了解能级与原子的构造原理。 【设计意图】通过知识拓展，引发学生学习兴趣，培养学生的学科素养。【思考与讨论】引导学生阅读并讨论表格给出的稀有气体元素原子的核外电子排布，对表中数据进行分析、归纳、总结，从而得出原子核外电子排布的一般性规律。栏目中设置的4个问题层层递进，由浅入深。在教学时可以在问题(2)(3)之间增加两个问题:倒数第三层最多容纳的电子数是多少? K. L、M、N层最多容纳的电子数各是多少?通过上述问题，可以归纳出以下核外电子排布的规律:(1)各个电子层最多容纳的电子数分别为:最外层不超过8个(K层不超过2个),次外层不超过18个，倒数第三层不超过32个。(2)第n层最多容纳的电子为2n2个。得出结论后，教师可以指出上述规律存在的原因将会在后续课程中继续学习，在现阶段不做要求，并建议感兴趣的同学在课外自行阅读相关书籍。【科学史话】教材中的“科学史话”栏目从道尔顿模型、汤姆孙原子模型、卢瑟福原子模型、玻尔原子模型、电子云模型五个阶段来介绍原子结构模型的演变过程。在教学时，可适当补充五个阶段之间的衔接与过渡，向学生介绍五个阶段分别对应的“实心球”“葡萄千面包”“行星式”“量子化轨道”“现代电子云”模型，将学生置身于历史情境中,使他们体验原子结构模型的建立、修正、完善的过程，体会到理论的暂时性，认识到科学理论并非是亘古不变的永恒真理，科学始终经历着推翻与革新。在现代原子结构模型演变的不同阶段,科学家提出的每个新的模型总是建立在证据推理的基础之上，每个模型都体现了当时科学家对原子的一种认识。通过了解原子结构模型的演变历程，学生可以认识到从宏观和微观结合的视角分析与解决实际问题的重要性,知道科学研究过程中常需要依据物质及其变化的信息建构模型，提高模型认知能力。【练习与应用】2.考古学上常用614C来测定文物的年代。614C的原子核内中子数是(       )。A.6      B.8      C.14      D.20【答案】B【习题补充】1.某同学在画某种元素的一种单核微粒的结构示意图时，忘记在圆圈内标出其质子数，请你根据下面的提示作出自己的判断。  (1)该微粒是中性微粒，这种微粒的符号是_____。(2)该微粒对应的单质是一种能与水剧烈反应的金属，这种微粒的符号是____(3)该微粒带两个单位的负电荷，画出其中性原子的结构示意图________。(4)该微粒的还原性很弱，失去1个电子后变为原子，这种微粒的符号是___。【答案】Ne  Na＋       F－2.已知A、B、C三种元素的原子中，质子数为A<B<C，且都小于18，A元素的原子最外层电子数是次外层电子数的2倍；B元素的原子核外M层电子数是L层电子数的一半；C元素的原子次外层电子数比最外层电子数多1个。试推断：(1)三种元素的元素符号：A________；B________；C________。(2)画出三种元素的原子结构示意图：A________；B________；C_________。【答案】C  Si     Cl