第三单元　人类对原子结构的认识名师教学视频（文字实录）

高一化学教学设计

原子结构

●教学目标

1.复习原子构成的初步知识，使学生懂得质量数和

X的含义，掌握构成原子的粒子间的关系。

2.了解关于原子核外电子运动特征的常识。

3.了解核外电子排布的初步知识，能画出1~18号元素的原子结构示意图。

4.培养学生的空间想象能力、抽象思维能力、科学的分析推理能力及对所学知识进行运用的能力。

5.初步意识到物质的结构决定物质的性质。

●教学重点

原子核外电子的排布规律

●教学难点

1.原子核外电子运动的特征

2.原子核外电子的排布规律

●课时安排

2课时

●教学方法

启发、诱导、设问、激疑、形象比喻、讨论、练习、讲述

●教学用具

投影仪、胶片、画面一样的音乐贺卡和普通贺卡、铁锁、电脑

●教学过程 ★第一课时

［引言］

［教师举起两张外表一样的生日贺卡］

［师］同学们，我这儿有两张生日贺卡，现在我把它们打开，请大家说出它们最明显的不同点在哪里？

［教师打开贺卡］

［生］一个会响，一个不会。

［师］如果你想要知道这张音乐贺卡为什么会发出美妙动听的声音，你首先想要做的是什么？

［生］仔细观察，并拆开看看。

［师］也就是说首先要了解它的结构。与上述例子相似，我们前面学过了碱金属及卤族元素等知识，知道不同的物质性质不同，那么，决定它们性质的关键是什么呢？

［生］物质的结构

［师］很正确。一种物质之所以区别于另一种物质，是由于他们具有不同的性质。而它们的性质又决定于它们各自的结构。因此，我们很有必要掌握有关物质结构的知识。然而，自然界的物质太多太多，如果我们不假思索地去一个一个地进行认识的话，既耗时间又费精力，这显然是不切合实际的。这就需要我们在研究物质结构的基础上，总结出一些规律，以此来指导我们的实践。

本章我们就来学习这方面的内容。

［板书］第五章 物质结构 元素周期律

［师］研究物质的结构首先要解剖物质。我们知道，化学变化中的最小粒子是原子，化学反应的实质就是原子的重新组合，那么，是不是任何两个或多个原子的接触就都能生成新物质呢？举例说明。

［生］不是，如常温下，氢原子与氟原子能反应，而氢原子与氖原子就不反应。

［师］为什么常温下氢原子与氟原子一拍即合，而氢原子与氖原子却“老死不相往来”呢？

要知道究竟，必须揭开原子内部的秘密，即认识原子的结构。

［板书］第一节 原子结构(第一课时)

［师］关于原子结构，我们在初中就已熟悉。请大家说出构成原子的粒子有哪些？它们

怎样构成原子？

［生］构成原子的粒子有质子、中子、电子三种；其中，质子和中子构成了原子的原子核，居于原子中心，电子在核外做高速运动。

［师］很好，下面我们用如下形式把它表示出来。

［板书］一、原子结构

原子核

质子

中子

原子

核外电子

［问］谁能形象地比喻一下原子核和原子的体积的相对大小？

［生］甲种回答：如果把原子比作一座十层大楼，原子核就像放置在这所大楼中央的一个樱桃。

乙种回答：如果假设原子是一座庞大的体育场，而原子核只相当于体育场中央的一只蚂蚁。

［师］回答得很好，甲种比喻说明对初中的知识掌握很牢固；乙种比喻说明大家对新课的预习很到位。

确切地讲，原子核的体积只占原子体积的几千万亿分之一。原子核虽小，但并不简单，它是由质子和中子两种粒子构成，几乎集中了原子的所有质量，且其密度很大。

3［投影展示有关原子核密度的资料］原子核密度很大，假如在1 cm的容器里装满原子8核，则它的质量就相当于1.2×10 t，形象地可以比喻为需要3000辆载重4 t的卡车来运载。

［师］下面，我们通过下表来认识一下构成原子的粒子及其性质。

［投影展示表5—1］

表5—1 构成原子的粒子及其性质

构成原子的粒子

电 子

质 子

中 子

电性和电量

质量/kg 相对质量

1个电子带1个单位负电荷

9.109×10－31 1个质子带1个单位正电荷

1.673×10－27 不显电性

1.675×10－27 1/1836（电子与质子1.007 1．008 质量之比）

［师］通过上表我们知道，构成原子的粒子中，中子不带电，质子带正电，电子带负电。

我这儿有一把铁锁，(举起铁锁)接触它是否会有触电的感觉？

［生］不会。

［师］金属均由原子构成，而原子中又含有带电粒子，那它为什么不显电性呢？

［生］因为原子内部，质子所带正电和电子所带负电电量相等、电性相反，因此原子作为一个整体不显电性。

［师］对，从原子的结构我们可知，原子核带正电，其所带的电荷数——核电荷数决定于核内质子数，我们用Z来表示核电荷数，便有如下关系：

［板书］核电荷数(Z)=核内质子数=核外电子数。

［师］下面我们再来分析原子的质量。从表中可看出，质子和中子的相对质量均近似等于1，而电子的质量只有质子质量的1/1836，如果忽略电子的质量，将原子核内所有质子和中子的相对质量取近似值加起来，所得数值便近似等于该原子的相对原子质量，我们把其称为质量数，用符号A表示。中子数规定用符号N表示。则得出以下关系：

［板书］质量数(A)=质子数(Z)+中子数(N)

［师］这样，只要知道上述三个数值中的任意两个，就可推算出另一个数值来。

在化学上，我们用符号

X来表示一个质量数为A，质子数为Z的具体的X原子。如

C表示质量数为12，原子核内有6个质子的碳原子或原子核内有6个质子和6个中子的碳原子。

思考：“

O”与“O”所表示的意义是否相同？

［答：

O表示一个具体的氧原子，而O除了表示一个氧原子外，还表示氧元素］

［师］请大家做如下练习

［投影练习］

粒子符号

质子数（Z）

中子数（N）

质量数（N）

用

X表示为

①O ②Al ③Ar ④Cl 8

18

24 22

18 27

Cl ⑤H

［答案］①N=10 O ②Z=13

H

Al ③A=40 Ar ④Z=17 N=18 A=35 ⑤Z=1 N=0 A=1 原子

X 原子核

质子

Z个

中子

N个=（A－Z）个

核外电子

Z个

［师］由以上计算我们可得出，组成原子的各粒子之间的关系可以表示如下：

［板书］

思考1：是不是任何原子核都是由质子和中子构成的？

［答：不是，如上述练习中11H原子，核内就只有一个质子而无中子］

思考2：假如原子在化学反应中得到或失去电子，它还会显电中性吗？此时，它还可以称作原子吗？

［答：原子失去或得到电子后，分别带正电和负电，不显电中性；形成的带正电荷的粒子叫阳离子，带负电荷的粒子叫阴离子；离子指的是带电的原子或原子团］

［问］离子所带电荷数与原子在化学反应中失去或得到的电子数之间有什么联系？

［生］离子所带电荷数等于原子在化学反应中失去或得到的电子数。

［师］回答得很好。也即：

［讲解并板书］离子所带电荷数＝质子数－核外电子数

［师］这样，我们就可根据粒子的核内质子数与核外电子数的关系，来判断出一些粒子是阳离子还是阴离子。

请大家口答下列问题

［投影］1.当质子数(核电荷数)＞核外电子数时，该粒子是 离子，带 电荷。

2.当质子数(核电核数)

核外电子数时，该粒子是阴离子，带

电荷。

［答案］1.阳 正 2.＜ 负

［师］根据以上结论，请大家做如下练习。

［投影练习］填写表中空白。

粒子符号

质子数

中子数

①S2－

②X③YAn+ X

Am－

y

④NH

⑤OH

［学生活动，教师巡视，并指正错误］

［答案］①16 18 ②A-x ③A-y ④11 10 ⑤9 10

［小结］本节课我们重点讲了原子结构及构成原子的各粒子之间的关系及其性质。它是几代科家经过近半个世纪的努力才得出来的结论。

［作业］1.用

X符号的形式表示出10种原子

2.课本第96页，二、1、2

●参考练习

1.α射线是α粒子组成的，α粒子是一种没有核外电子的粒子，它带有2个单位正电荷的质量数等于4，由此可判断，α粒子带有 个质子， 个中子。

n-2.某粒子用

R表示，下列关于该粒子的叙述正确的是( )

A.所含质子数=A-n

B.所含中子数=A-Z

C.所含电子数=Z+n

D.所带电荷数=n

n+3.某元素M核外有a个电子，该元素的某种原子的质量数为A，则该原子的核内中子数为( ) A.A-a+n B.A-a-n C.A+a-n

D.A+a+n

参考答案：1.2 2 2.BC(D选项所带电荷数应标明正负) 3.B

板书设计

第五章 物质结构 元素周期律

第一节 原子结构(第一课时) 原子

X 原子核

质子

Z个

中子

N个=（A－Z）个

核外电子

Z个

一、原子结构

核电荷数(Z)＝核内质子数＝核外电子数

质量数(A) ＝质子数(Z)+中子数(N)

离子所带电荷数＝质子数－核外电荷数

●教学说明

本节教材是在学生初中学习过的《原子》的基础上来进一步学习有关原子结构知识的。由于本节教学内容无演示实验，理论性较强，学生对此处的内容容易产生枯燥感。为此，采用了旧中引新、设问激疑的方法，对学生进行精心的引导，并结合形象的比喻，让学生亲自参与到学习新知识的过程中来，最后通过对所学知识的应用——练习，使本节课的知识得以巩固。要充分发挥学生的主体作用，以达到好的教学效果。

另外，本节教材的第一部分内容，用原子结构或构成原子的粒子的相互关系做标题更为合适。此处，采取了前者。

教师还可根据具体情况，向学生讲述《备课资料》中有关“探索原子世界”的内容，以提高学生学习的兴趣和积极性，并激发和培养他们探索未知世界的信心。

★第二课时

［引言］从上一节课我们所学的知识可以知道：原子核相对于原子很小，即在原子内部，原子核外，有一个若大的空间供电子运动，那么，电子在核外的运动与宏观物体是否相同？我们又怎样来描述核外电子的运动呢？下面我们就来探讨这个问题。

－

［板书］第一节 原子结构(第二课时) 二、原子核外电子运动的特征

［电脑演示以下运动］1.物质的自由落体运动；2.火车的运动；3.炮弹的抛物线运动；4.天体的运行；5.氢原子的一个电子在核外闪烁运动。

［讨论］核外电子的运动规律跟宏观物体的运动规律有什么不同？

［生］1.宏观物体的运动有固定的方向，电子没有。

2.宏观物体的运动有确定的路线，电子没有。

［讲述］正如大家所述，宏观物体的运动，如天体的运行、导弹的发射、车辆的行驶等，它们都有确定的轨道，我们可用宏观物体的运动规律准确地测出它们某一时刻所处的位置和运动速度，可以描画出它们的运动轨迹。

当电子在原子核外很小的空间内作高速运动时，其运动规律跟普通物体不同。它们没有确定的轨道，因此，我们不能准确地测定电子在某一时刻所处的位置和运动速度，也不能描画出它的运动轨迹。

那么，我们应该如何去描述核外电子的运动呢？让我们先来研究氢原子核外的一个电子的运动特点。

［电脑显示］氢原子核外一个电子的运动示意图(由慢到快)

［师］我们看到，当电子的运动速度加快时，在原子核周围有一团云雾，我们形象地称它为“电子云”——电子形成的云雾之意。

［问］氢原子核外只有一个电子，它怎么能形成一团云雾呢？

6［启发］这是由于电子在核外的运动速度太快(2.2×10

m/s)，使我们眼花缭乱的结果。

［问］大家有没有在什么地方见过类似的现象？

［生］1.快速进退录像带时，与此情景有点相似。

2.武打影片里，形容剑舞得快时，舞剑人的周围常是一团剑影。

3.科幻动画片里，飞蝶的运行，及争斗场面。

［师］好，大家的联想很丰富。以上场面，都有一个共同的特点——快。电子的运动速度更快得多。因此，在核的周围形成带负电的电子云便好理解了。由于电子难以捕捉，又没有确定的轨道，我们在描述核外电子的运动时，只能指出它在原子核外空间某处出现机会的多少。

［投影展示］(在通常状况下氢原子电子云示意图)

［讲述］图中的每一个小黑点表示电子曾在那里出现过一次。黑点多的地方——也即电子云密度大的地方，表明电子在核外空间单位体积内出现机会多，反之，出现的机会少。从这张图中，我们可以看出，氢原子的核外电子在离核远的地方单位体积内出现的机会少，在离核近的地方单位体积内出现的机会多。

因此，原子核外电子运动的特征是：

［板书并讲述］运动速度快，没有确定的轨道，可用电子云形象地表示。

［过渡］在氢原子的核外，只有一个电子，运动情况比较简单。对于多电子原子来讲，电子运动时是否会在原子内打架？它们有没有一定的组织性和纪律性呢？下面我们就来学习有关的知识：

［板书］三、原子核外电子的排布

［讲解］科学研究证明，多电子原子中的电子排布并不是杂乱无章的，而是遵循一定规律的。通常，能量高的电子在离核较远的区域运动，能量低的电子在离核较近的区域运动。这相当于看足球比赛，观众中坐在最外面的人往往是活动余地最大的(能量高)，而里面的人往往是活动余地较小的(相当于能量低的电子)；我们可以把他们的座位分为甲、乙、丙、丁等不同的区域。同样，我们可以把核外电子运动的不同区域按能量的低高，分为1、2、3、4……等不同的电子层，并分别用符号K、L、M、N……来表示。

［讲解并板书］1.电子层的划分

电子层(用n表示)1、2、3、4……

电子层符号 K、L、M、N……

离核距离 近 远

能量高低

低

高

［师］核外电子的分层运动，又叫核外电子的分层排布。核外电子的分层排布，遵循以下规律：

［讲解并板书］2.核外电子的排布规律

2(1)各电子层最多容纳的电子数是2n(n表示电子层)

(2)最外层电子数不超过8个(K层是最外层时，最多不超过2个)；次外层电子数目不超过18个，倒数第三层不超过32个。

(3)核外电子总是尽先排布在能量最低的电子层，然后由里向外从能量低的电子层逐步向能量高的电子层排布(即排满K层再排L层，排满L层才排M层)。

［师］以上规律是相互联系的，不能孤立地机械地套用。

知道了原子的核电荷数和电子层的排布规律以后，我们就可以画出原子结构示意图。

如钠原子的结构示意图可表示为 ，请大家说出各部分所表示的含义。表示原子核，+11表示核电荷数，弧线表示电子层，弧线上的数字表示该层电子数。

［练习］请根据以上规律填写课本P93表5—3核电荷数为1～20的元素原子核外电子层排布。

［学生练习，教师巡视］

［投影练习］1.判断下列示意图是否正确？为什么？

［答案］(A、B、C、D均错)A、B违反了最外层电子数为8的排布规律，C的第一电子层上应为2个电子，D项不符合次外层电子数不超过18的排布规律。

2.根据核外电子排布规律，画出下列元素原子的结构示意图，并与课本P36和P72相对照：

(1)3Li 11Na 19K 37Rb 55Cs (2)9F 17Cl 35Br 53I ［师］请大家分析课本P93表5—2稀有气体元素原子电子层排布。

［问］稀有气体的最外层电子数有什么特点？

［生］除氢为2个外，其余均为8个。

［问］元素的化学性质主要决定于哪层电子？

［生］主要决定于最外层电子数。

［问］稀有气体原名为惰性气体，为什么？

［生］因为它们的化学性质懒惰，不活泼，一般不易和其他物质发生化学反应。

［师］我们把以上分析归纳起来，会得出什么结论呢？

［生］原子最外层电子数为8的结构的原子，不易起化学反应。

［师］回答得很好。通常，我们把最外层8个电子(只有K层时为2个电子)的结构，称为相对稳定结构。如稀有气体的原子就是上述结构，一般不与其他物质发生化学反应。当元素原子的最外层电子数小于8(K层小于2)时，是不稳定结构。在化学反应中，具有不稳定结构的原子，总是“想方设法”通过各种方式使自己的结构趋向于稳定结构。

［板书］3.稳定结构与不稳定结构

［问］依据氯原子和钠原子的结构示意图分析，在发生化学反应时，它们的最外层电子分别容易发生怎样的变化？

［生］钠原子易失去一个电子形成8电子稳定结构，氯原子易得一个电子形成8电子稳定结构。

［概括总结］很对，原子的核外电子排布，特别是最外层电子数决定着元素的主要化学性质。从初中所学知识，我们知道，金属元素的原子最外层电子数一般少于4个，在化学反应中比较容易失去电子达到相对稳定结构，表现出金属性；而非金属元素的最外层一般多于4个电子，在化学反应中易得到电子而达到8个电子的相对稳定结构，所以非金属元素表现出非金属性。

请大家看以下投影：

［投影展示］

［师］从以上投影可以看出，原子得到或失去电子后的阴阳离子也可用结构示意图来表示，称作离子结构示意图。

［板书］4.离子结构示意图

［投影练习］1.写出下列离子的离子结构示意图：

Mg F Br Ca

2.填空

(1)当质子数(核电荷数) ＝核外电子数时，该粒子是

，

电性。

(2)当质子数(核电荷数)＞核外电子数时，该粒子是

离子，带

电荷。

(3)当质子数(核电荷数)＜核外电子数时，该粒子是

离子，带

电荷。

2+答案：1.Mg

2.(1)原子 不显 (2)阳 正 (3)阴 负

［小结］本节课我们学习了原子核外电子的运动特征和核外电子排布，知道原子核外的电子运动速度快，没有确定的轨道，可以用电子云形象地表示；多电子原子里的核外电子的运动并不是杂乱无章的，而是按一定的规律排布。

［投影练习］1.下列有关电子云及示意图的说法正确的是( )

A.电子云是笼罩在原子核外的云雾

B.小黑点多的区域表示电子多

C.小黑点疏的区域表示电子出现的机会少

D.电子云是用高速照相机拍摄的照片

2.下列原子结构示意图中，正确的是( )

3.某元素的原子核外有3个电子层，最外层有4个电子，该原子核内的质子数为( )

A.14

B.15

C.16

D.17

答案：1.C 2.B 3.A

［作业］教材P95一、1、2

n+2-［参考练习］1.若aA与bB两种离子的核外电子层结构相同，则a的数值为( )

A.b+n+2

B.b+n-2

C.b-n-2

D.b-n+2 2.某元素的核电荷数是电子层数的5倍，其质子数是最外层电子数的3倍，该元素的原子结构示意图为

3.今有甲、乙、丙、丁四种元素。已知：甲元素是自然界中含量最多的元素；乙元素为金属元素，它的原子核外K层、L层电子数之和等于M、N层电子数之和；丙元素的单质及其化合物的焰色反应都显黄色；氢气在丁元素单质中燃烧火焰呈苍白色。

(1)试推断并写出甲、乙、丙、丁四种元素的名称和符号；

(2)写出上述元素两两化合成的化合物的化学式。

参考答案：1.A 2. ［析：设核电荷数=质子数Z，元素的电子层数为n，最外层电子

数为y；依题意Z=5n Z=3y，则5n=3y n=3y/5。因原子的最外层电子数不超过8，即y为1～8的正整数，仅当y=5时，n=3为合理解，所以Z=15) 3.(1)甲为氧元素，O；乙为钙元素，Ca；丙为钠元素，Na；丁为氯元素，Cl；(2)Na2O，Na2O2，CaO，NaCl，CaCl2］

●板书设计

第一节 原子结构(第二课时)

二、原子核外电子运动的特征

运动速度快，没有确定的轨道，可用电子云形象地表示。

三、原子核外电子排布

1.电子层的划分

电子层(用n表示) 1、2、3、4……

电子层符号

K、L、M、N……

离核距离 近 远

能量高低

低 高

2.核外电子的排布规律

2(1)各电子层最多容纳的电子数是2n个(n表示电子层)

(2)最外层电子数不超过8个(K层是最外层时，最多不超过2个)；次外层电子数目不超过18个，倒数第三层不超过32个。

2+--2+

(3)核外电子总是尽先排布在能量最低的电子层，然后由里向外从能量低的电子层逐步向能量高的电子层排布(即排满K层再排L层，排满L层才排M层)。

3.稳定结构与不稳定结构。

4.离子结构示意图。

●教学说明

本节课内容较抽象，理论性强。教师在授课时要从学生的实际出发，注意掌握教材的深广度。既要注意把握科学的严密性，又要考虑学生的可接受性，并尽量用直观教具和形象的比喻使抽象的概念具体化，从而调动学生的学习积极性。

教材在编写原子核外电子的排布这部分内容时，采取了探究式的方法。即先讨论核电荷数为1~20的元素的原子核外电子排布，再总结出规律。这里采取了先给出核外电子的排布规律，再让学生写出1～20号元素的原子核外电子排布的顺序。在此基础上，对稀有气体的电子排布进行分析、讨论、启发，从而得出稳定结构与不稳定结构的含义。把两种方法应用于两个并行班，实验结果是后一种方法可以使课堂结构紧凑，学生对课堂知识掌握得牢固程度也要比前一种方法好。教学过程中，因为学生要亲自参与分析、归纳、练习等环节，其学习的积极性有增无减，从而达到了较好的教学效果。