高中化学人教版 (2019)选择性必修2第一节 原子结构一等奖第二课时教案设计

课题名

《原子结构》第二课时

教材分析

在前一课时学习的“能层、能级、构造原理”的概念的基础上，本节课介绍原子核外电子的运动状态，基态核外电子排布应遵循的规则：能量最低原理、泡利原理和洪特规则。

核心素养

宏观辨识与微观探析：知道电子的运动状态(空间分布及能量),可以通过原子轨道和电子云模型来描述。

证据推理与模型认知：认识基态原子中核外电子的排布遵循能量最低原理、泡利原理和洪特规则。

科学探究与创新意识：通过了解核外电子运动模型等的发展史，认识到科学是在不断发展的，培养求真务实，不断进步的科学精神。

教学重点

原子轨道和电子云模型，核外电子的排布遵循能量最低原理、泡利原理和洪特规则。

教学难点

原子轨道和电子云模型，核外电子的排布遵循能量最低原理、泡利原理和洪特规则。

教学方法

讲解，举例

教学准备

教师准备：PPT

学生准备：预习课本

教学过程

一、新课导入

1.量子力学指出描述电子运动的方法

教师：1926年，量子力学推翻了玻尔的氢原子模型，指出一定空间运动状态的电子并不在玻尔假定的线性轨道上运行，而在核外空间各处都可能出现，但出现的概率不同，可以算出它们的概率密度分布——电子云。

学生：体会描述电子运动的方法和宏观物体运动方法的不同。

[设计意图]指出描述电子运动的方法，引入新课学习。

二、探究新知

1.一、电子云与原子轨道

教师：1、电子云

用P表示电子在某处出现的概率,V表示该处的体积,则P/V称为概率密度（即某处单位体积内电子出现的概率）,用ρ表示。

思考：图1-7 中的小点是什么呢？是电子吗？

小点不是电子本身，是1s电子在原子核外出现的概率密度的形象描述。小点越密，表明概率密度越大。由于核外电子的概率密度分布看起来像一片云雾，因而被形象地称为电子云。

（2）电子云

处于一定空间运动状态的电子在原子核外空间的概率密度分布的形象化描述。

（3）电子云轮廓图

为了表示电子云轮廓的形状,对核外电子的空间运动状态有一个形象化的简便描述,把电子在原子核外空间出现概率P= 90%的空间圈出来。

①S电子云轮廓图

a、不同能级s电子的电子云形状一致，均为球形。

b、能层越高，s电子的电子云半径越大。

原因：由于电子能量依次增高，电子在离核更远的区域出现的概率增大，电子云越来越向更大的空间扩展

②P电子云轮廓图

a、P能级的电子云轮廓图是哑铃状的，每个P能级有3个相互垂直的不同取向的电子云，分别以Px、Py、Pz表示。

b、在同一能层中Px、Py、Pz的能量相同。

c、P电子云的平均半径随n增大而增大。

③d电子云轮廓图

2、原子轨道

（1）定义:

量子力学把电子在原子核外的一种空间运动状态称为一个原子轨道。常用电子云轮廓图的形状和取向来表示原子轨道的形状和取向。

各能级的一个伸展方向的电子云轮廓图即表示一个原子轨道。

请填写下表，并预测d、f能级中的原子轨道数量:

整理能层、能级和原子轨道之间的关系，并分析规律:

（2）不同能层的能级的原子轨道

①能级与原子轨道数目的关系

②不同能层的同种能级的原子轨道形状相同 ，只是半径不同。能层序数n越大，原子轨道的半径越大，能量越高。1s<2s<3s<4s

ns<np<nd<nf

③p能级有3个原子轨道，它们互相垂直。在同一能层中px、py、pz的能量相同，取向不同。

同一能级中的轨道能量相等，2px=2py=2pz,称为简并轨道

④原子轨道数与能层序数(n)的关系：原子轨道为n2个。

思考：为什么每个原子轨道中最多可容纳两个电子，那么这两个电子的运动状态有什么差异呢？

提出猜想 ：轨道中的单电子可能存在两种不同的运动状态

电子除了空间运动状态外，还存在一种运动状态叫自旋。

学生：归纳整理能层、能级和原子轨道之间的关系，并分析规律。

[设计意图]掌握电子云和原子轨道的概念，知道原子轨道的类型，个数，会比较能量高低。

2.二、泡利原理、洪特规则、能量最低原理

教师：1、电子自旋与泡利原理

（1）电子自旋：电子自旋在空间有顺时针和逆时针两种取向，简称自旋相反，常用上下箭头（ “↑”“↓” ）表示自旋相反的电子。

（2）泡利原理：在一个原子轨道里，最多只能容纳2个电子，它们的自旋相反。这个原理被称为泡利原理（也称泡利不相容原理）。

注意：电子的运动状态由能层、能级、原子轨道和自旋状态四个方面共同决定；电子能量与能层、能级有关，电子运动的空间范围与原子轨道有关，电子自身的运动状态就是自旋。

自旋是微观粒子普遍存在的一种如电荷、质量一样的内在属性。

2、电子排布的轨道表示式(又称电子排布图)

（1）电子排布式给出了基态原子核外电子在能层和能级中的排布，而轨道表示式还给出了电子在原子轨道中的自旋状态。

如氢和氧的基态原子的轨道表示式如下：

基态Al原子的电子排布式：Al  1s22s22p63s23p1

（2）书写要求

①、在轨道表示式中，用方框（也可用圆圈）表示原子轨道，能量相同的原子轨道（简并轨道）的方框相连，在方框的下方用能级符号表示轨道所属能级。

②、各轨道按照离核由近到远，从左到右依次排列。

③、箭头表示一种自旋状态的电子，“    ”称为电子对，“   ”或“  ”称为单电子（或称未成对电子）。箭头同向的单电子称自旋平行，如基态氧原子有2个自旋平行的2p电子。

3、洪特规则

（1）内容:基态原子中，填入简并轨道的电子总是优先以自旋平行的方式分别占据不同轨道。

如：2p3的电子排布为不能为 

注意：洪特规则不仅适用于基态原子，也适用于基态离子。洪特规则适用于电子填入简并轨道，并不适用于电子填入能量不同的轨道。

【思考与讨论】

1. 下轨道表示式中，哪个是硼的基态原子 ？为什么？

2.下列轨道表示式中，哪个是氧的基态原子 ？为什么？

思考：请写出24、29号元素原子的电子排布式。

Cr  [Ar]3d54s1

Cu  [Ar]3d104s1

（2）洪特规则特例

有少数元素的基态原子的电子排布对于构造原理有1个电子的偏差。

因为能量相同的原子轨道在全充满、半充满、 全空状态时，体系的能量较低，原子较稳定。

相对稳定的状态:

全充满：s2、p6、d10、f 14

半充满: s1 、p3、d5、f 7

全空:p0、d0、f0

4、能量最低原理

基态是能量最低的状态。在构建基态原子时，电子将尽可能地占据能量最低的原子轨道，使整个原子的能量最低，这就是能量最低原理。

实际上，整个原子的能量是由核电荷数、电子数和电子状态三个因素

同决定。

共相邻能级能量相差很大时，电子填入能量低的能级即可使整个原子能量最低；但当相邻能级能量差别不大时，有1～2个电子填入能量稍高的能级可能反而降低电子排斥能，进而使原子整体能量最低。例如所有副族元素的基态原子。

【思考与讨论】

1.为什么基态氦原子的电子排布是1s2而不是1s12s1？

2.为什么基态氮原子的电子轨道表示式是 ，而不是               ？

3.为什么基态钾原子和钙原子的价电子排布是4s1和4s2，而不是3d1和3d2 ？

学生：练习1.根据铝原子的轨道表示式，回答以下问题：

铝原子外层有______个电子对，有______ 个单电子。

电子有______种空间运动状态，有_____种运动状态不同的电子。

练习2.以下锂原子的轨道表示式表示的状态中，能量最高的是（  ），能量最低的是（  ）

[设计意图]掌握核外电子排布应遵循的原则：泡利原理、洪特规则、能量最低原理。

板书设计

一、电子云与原子轨道

1、电子云

2、原子轨道

二、泡利原理、洪特规则、能量最低原理

1、电子自旋与泡利原理

2、电子排布的轨道表示式(又称电子排布图)

3、洪特规则

4、能量最低原理

课后作业

练习册上相关习题。

教学反思

亮点：本节安排了电子云与原子轨道，泡利原理、洪特规则、能量最低原理这部分内容，学生了解了核外电子运动的特点。知道电子的运动状态可以通过原子轨道和电子云来描述，认识了核外电子排布遵循

泡利原理、洪特规则、能量最低原理。

课堂教学建议：本节课内容比较抽象，要求学生重点掌握原子轨道和电子云模型，核外电子的排布遵循能量最低原理、泡利原理和洪特规则。