第三单元　人类对原子结构的认识特级教师教学实录

《人类对原子结构的认识》教学设计

教学目标

1、知识与技能：

（1）通过原子结构模型演变历史的学习，知道每个阶段的代表人物及主要理论。

（2）掌握钠、镁、铝、氧、氯等常见元素的原子的核外电子排布情况，知道这类原子在化学反应中常通过电子的得失使最外层达到8电子稳定结构的事实。

（3）通过氧化镁的形成知道镁与氧气发生化学反应的本质。

（4）知道原子的构成，懂得质量数和元素符号的表示法，掌握构成原子的粒子间的关系。

2、过程与方法：

（1）通过学习原子结构模型演变的历史，认识实验、假说、模型等科学方法对化学研究的重要作用。

3、情感态度与价值观：

（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：原子在化学反应中通过电子得失形成稳定结构的过程；

教学难点：镁和氧气发生化学反应的本质；对构成原子的粒子间的相互关系及结构与性质的关系的理解；

1、教师的教学准备

搜集相关图片、资料并结合教学设计制作成多媒体课件。

教学过程

【引入】在开始今天新的内容学习之前，先让我来考考大家一个生活中的常识性问题：我们平时洗了的衣服，为什么会晒干？

【学生】水蒸发、水分子扩散。

【教师】没错，衣服会晒干，是因为水蒸发掉了，而其本质就是水分子的扩散。这也就说明了一个问题，水是由什么微粒构成的？

【学生】分子。

【提问】水是由水分子构成的，那么，是不是所有物质都是由分子构成的呢？

【多媒体演示】展示教材27页图1—21“物质的构成”图片。

【教师】从图中，我们看到铜是由铜原子构成的，氯化钠是由氯离子和钠离子结合而成的，而水，我们刚刚已经提到了，是由氢、氧原子构成的水分子组成的。这里我们提到了构成物质的三种微粒：原子、分子、离子，而分子又是由原子构成的，离子又是带电的原子或原子团，而原子，则是大家都非常熟悉的一名词，但人类对原子的认识和探索已经历了2500多年的漫长历史，直到20世纪80年代，科学家用扫描隧道显微镜观察到物体表面的原子，才对原子结构有了进一步的认识，为什么人类早期对原子结构的探索如此艰难呢？下面，我们就来了解原子结构模型的演变过程。

【板书】一、原子结构模型的演变

【自主阅读】下面请同学们自主阅读教材27-28页“交流与讨论”中的内容，在阅读的过程中归纳：原子结构模型的演变有那几个阶段？每个阶段的代表人物是

哪位科学家？其主要观点是什么？

【学生】阅读教材内容，汇报上述论述题。

【多媒体演示】原子结构模型的演变历史

模型

道尔顿

汤姆生

卢瑟福

玻尔

量子力学

年代

1803 1904 1911 1913 1926 元素化合时近代科学实依据

的质量比例发现电子

α粒子散射

氢原子光谱

验

的关系

原子是不可葡萄干面包行星轨道式主要内容

再分的实心含核模型

量子力学

式

原子模型

小球

【教师】1803年，道尔顿依据元素化合时的质量比例的关系提出原子是不可再分的实心小球；1904，汤姆生发现原子中存在电子，提出了一个被称为“葡萄干面包式”的原子结构模型；在这之后，卢瑟福根据α粒子散射现象，提出了带核原子结构模型；而玻尔则在研究氢原子光谱时，引入了量子论观点，大胆提出了行星轨道式原子模型；20世纪初，科学家揭示了微观世界波粒二象性的规律，提出必须用量子力学模型描述核外电子的运动。

【板书】道尔顿→汤姆生→卢瑟福→玻尔→量子力学

【提问】在了解了原子模型结构的演变过程后，大家有什么启迪呢？

【教师】从原子模型结构的演变历史，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。此外，大家有没有发现，每一种新模型的出现，都经过较长的时间，特别是从道尔顿到汤姆生原子结构模型的演变，经历了将近100年的时间，说明科学探索的过程并不是一路平坦的，而是发展过程中曲折的继承、积累、突破，科学研究是无止境的。人类对原子结构的研究发展到今天还没有停止，还在不断的深入。当然，这一段历史给我们的启迪不止这些，就不一一讲了。

【过渡】知道了原子结构模型的大体演变过程之后，我们不禁思考到了这样一个问题：常见元素原子的核外电子排布是怎样的呢？

【板书】二、原子核外电子排布

【提问】首先请大家回忆一下，原子是由什么构成的？

【学生】原子是由原子核和核外电子构成的。

【教师】没错，现在人们已经知道原子是由原子核与核外电子构成的，而除氢原子外，所有的原子都是有多个电子的，那么这些多个的核外电子是如何排布在原子核周围的呢？请同学们阅读教材29页图1—27几种原子的核外电子排布，看看核外电子的排布有没有什么规律？

【学生】核外电子是分层排布的。

【教师】没错，对于多电子原子，可以近似认为电子在原子核外是分层排布的。这在我们的初中阶段都已经学过了，那么，除此之外，同学们还发现了什么规律？既然是分层排布的，那每一层的电子数有什么规律吗？

【学生】自主发言回答。

【教师】我们可以从图中这六个原子的电子排布看出，它们的核外电子都是在最

内层最多只排了2个电子，而第二层最多排了8个电子，第三层，最多也只可以排布8个电子。所以我们说这每一层的电子排布数也是有规律的，不是任意排布的，就像同学们围坐在一起时，每一层都已经放了规定数量的椅子，如果这一层的椅子已经被别的同学坐满了，那你就只能坐到外面一层空着的椅子上了。

【过渡】同学们可能也已经发现了，如果用像图1—27这样的图来表示核外电子排布是很麻烦的，那我们有什么方法来简化表示原子的核外电子排布吗？为简便描述，我们引入原子结构示意图。

【板书】1、原子结构示意图

【多媒体演示】对应图1—27中六种原子的原子结构示意图

【教师】我们以Mg原子为例，请大家对照书中Mg原子的核外电子排布，看一下大屏幕中的Mg的原子结构示意图，在画原子结构示意图的时候，我们就是这样用一个圆圈代表原子核，圈圈中写上原子的核电荷数，在这里氧的核电荷数是+12。而电子层则是用小半个圆圈表示，在中间写上这一电子层的电子数。对Mg来说，有三个电子层，从内向外的电子数依次是2、8、2。

【板书】Mg

+12 2 8 2 【讲解】其中核电荷数前面的正号表示原子核带正电，而核外电子的第一层、第二层、第三层分别叫做K层、L层、M层。

原子核

【板书】

+12 2 8 2

原子核带正电

K层

核电荷数

L层

M层

【练习】那么下面，就请同学们拿出纸笔，根据大屏幕上的1—18号元素的核外电子排布，写一下除了书上这几种元素以外的元素的原子结构示意图。写好后可以同桌之间相互校对一下。

【多媒体演示】1—18号元素的核外电子排布

【教师】写好之后请同学们跟大屏幕上给出的答案校对一下，看看原子结构示意图的书写还有没有问题？

【多媒体演示】1—18号元素的原子结构示意图

【提问】现在请大家来看He、Ne、Ar这三种原子的核外电子排布，大家发现这三种元素的电子排布有什么共同的特点？

【学生】它们的电子层最外层都填满了电子。

【教师】回答的很好。He、Ne、Ar这三种最外层分别有2个、8个、8个电子，分别都达到了这一层电子数的最大值，我们再来联系这三种原子的另一个共同性质，它们所构成的物质都是稀有气体，稀有气体具有什么特殊的性质呢？

【学生】稳定。

【教师】没错。稀有气体也叫惰性气体，具有稳定的化学性质，那么我们就想到，稀有气体稳定的化学性质是不是跟他们的核外电子排布有关呢？答案是肯定的。正是因为稀有气体的最外层电子达到了8电子的稳定结构（对He来说是2个电子），才使它们有了惰性，不容易发生化学反应。那么，像He、Ne、Ar这样的元素，它们本身就达到了稳定的结构，而其它多数原子并没有达到稳定的核外电子排布结构，当这些原子碰撞在一起的时候，会怎么样呢？让我们先来看一段动画。

【多媒体演示】氧化镁的形成过程

【教师】是的，元素的化合价与其在反应中得失电子的数目的确有一定的关系，而得失电子数又与最外层电子数有一定的关系，这种关系我们可以总结为金属元素的正化合价等于失电子数，也等于最外层电子数，非金属元素的负化合价的绝对值与得电子数相等，也就是8减去最外层电子数。

【板书】3、元素化合价与原子得失电子数目的关系

正化合价=失电子数=最外层电子数

︳负化合价

︳=得电子数=8－最外层电子数 【教师】这里我们要注意一点：金属元素一般为正价，而非金属元素既可以为正价也可以为负价，这里所说的负化合价是指非金属元素的最低价态。

【过渡】现在我们知道了原子最外层电子与原子的化学性质密切相关，化学反应是外层电子的得失行为。原子是由原子核和核外电子构成的，那么原子核又由哪些微粒构成呢？

【板书】三、原子核的组成

【学生】中子、质子

【教师】科学研究证明，绝大多数原子的原子核由质子和中子构成。而原子呢，我们已经知道了是由原子核和核外电子构成的，所以组成原子的微粒可以表示为这样的关系。

【板书】1、原子的构成

质子

原子核

原子 中子

核外电子

【教师】质子、中子、电子是构成原子的三种粒子，我们说，粒子一般带有电荷，也具有质量，那么这三种粒子的质量大小、带电情况有什么差异？与原子的带电量和质量又有什么关系呢？请大家阅读课本31页的表1—7中质子、中子和电子的质量、相对质量及电量的关系，能得出什么规律？

【学生】①质子和中子的相对质量差不多，基本接近1，电子的相对质量要小得多。②质子和电子的电量一样。

【教师】没错。我们从中可以看出两条规律。一条规律是关于电量的：中子不带电荷，质子带正电、电子带负电，它们的带电量相同，我们把一个质子或一个电子所带的电量作为一个单位的电荷，所以1个质子带一个单位正电荷，一个电子带一个单位负电荷，而中子不带电，又因为整个原子呈现电中性，所以原子中各微粒有如下关系：核电荷数=质子数=原子核外电子数。

【板书】 质子：一个单位正电荷

原子核

中子：不带电

原子 （电中性） 核外电子：一个单位负电荷

核电荷数=质子数=原子核外电子数

【教师】另一条规律是关于质量的：三种微粒的质量都很小，中子和质子的质量基本相等，而电子质量要比中子和质子质量小得多，所以原子质量主要集中在原