第三单元　人类对原子结构的认识教学设计及教案分析

人类对原子结构的认识

教学目标：

（1）

了解原子结构模型的演变历史，体验科学家探索原子结构的艰难历程。

（2）

认识实验、假说、

模型等实验方法在化学研究中的作用。

（3）

掌握1-20号元素的核外电子排布，能用原子结构示意图表示。

（4）

知道活泼金属和活泼非金属原子在化学反应中通过电子得失最外层达到稳定结构，例如氧化镁的形成。

学习者分析：

学生在初中阶段中一定对原子结构有了初步的认识、零散的了解，如原子的基本构成、拉瓦锡发现氧气、卢瑟福的α粒子实验、学生对原子结构的认识往往是零散的，一点而过。学生对于原子核外电子排布，在初中阶段没有接触过，需要从原子结构模型角度入手，感受核外电子的分层排布，掌握原子核外电子的排布规律。

教学设计：

探究原子结构的历程是一段艰难而漫长的历程。在早期科学家的眼中“原子”是什么样的呢？对于这个不能用称称，不能用尺量的“原子”，科学家又是用什么方法去研究的呢？今天让我们暂时抹去脑子中的所有记忆，穿越到2500年前，开始我们探究原子结构之旅。

一、原子结构模型的演变

一尺之棰，

日取其半，

万世不竭——庄子

问题1：物质是否可以无限分割？组成物质的最小微粒到底是什么？

古今外科学家们都给出了不同的答案。

（1）

亚里士多德，提出了构成物质的四元素说：水、火、土、木。

（2）

Democritus(德墨克里特，

希腊哲学家）提出了原子是组成物质的最小粒子。他认为：

每一样东西都是由最小的部分组成，

而最小的部分不能再分。物体可以不断地切割，

直到最小部分，

这一最小部分称为atomos，

该词为希腊语，

意思是不能分割。

德谟克利特认为就像用一块块砖头砌墙一样，物质是由不可分割的原子（小球）构成。

道尔顿在总结一些元素化合物的质量比例关系的基础上，总结出：所有物质都是由不可分的原子（实心球）构成的；同种元素的质量相同，不同种元素的质量不同；在化学反应中，原子既不会消失，也不会产生。

“你鼻尖的某个碳原子可能是亿万年前恐龙尾巴上的。”

1803 年，道尔顿根据他对原子的认识，提出了实心的、不可分的原子结构模型。自此近100年的时间里，人们都认为原子不可分割。

——道尔顿根据大量的实验提出了道尔顿自己的原子结构模型。

（3）

到了19世纪末，由于电的发现，化学家们有条件去研究物质在通电条件下的性质了。他们发现将一些气体装在密封的玻璃管中，再抽气使之稀薄，通上高压电，还有一束射线从玻璃管的阴极通过气体到达阳极，阴极射线。这股射线在电场作用下，会发生偏转（向正极偏转）。

使用不同的电极材料，在玻璃管中冲入不同的气体，都会发现射线的质量和电荷之比都是1/1836。

汤姆逊的结论：他所发现的带负电的颗粒比最轻的原子都要轻一千倍，汤姆逊认为阴极射线是比普通原子小的粒子。

提问：（1）这些粒子显什么电性？

（2）为什么不管什么电极材料、什么气体得到射线都是一样的？

（3）电子的荷质比很小，说明什么？电子很小。

（4）在此基础上，你会如何修正前人的原子结构模型呢？

电子带负电，整个原子显电中性。

在此基础上，汤姆逊提出来葡萄干-面包式模型。

（4）汤姆逊的学生卢瑟福，则有不同的想法。他认为既然无法具体探测原子的内部结构，不妨打碎它，从碎片中进行研究。

原子结构真是这样吗？——思想：黑球中到底有什么东西？打碎它，看它里面有什么。

汤姆逊的学生卢瑟福想用粒子穿进原子，

探究其内部结构。他大胆质疑老师的假设，

在1907年利用镭等放射性元素产生的带正电α粒子（42He），使其穿过铅板的小孔，

射向极薄的金箔，又将涂有硫化锌的屏幕放在其周围，a粒子撞击屏幕会产生荧光，从各个方向上观察荧光。

实验结果观察到以下实验现象：

汤姆逊的“葡萄干面包式”会出现这种实验结果吗？

（1）a粒子为甚会偏转？——同种电荷的间的斥力。

（2）绝大多数不偏转，少数偏转。——只有少数a粒子靠近正电荷，说明原子内正电荷分布不均匀，占据的空间很小。

（3）极少数（0.1%）a粒子被反弹，金原子核没有被弹出。——a粒子撞到原子核，金原子的原子核质量很大。

卢瑟福认为：

它好比你对一张纸射出一发十五英寸的炮弹，

结果却被弹了回来，

反而打在自己身上。

(1)绝大多数α粒子不偏转,——原子大部分体积都是空的。

(2)少数α粒子大角度偏转，——电子随意围绕着带正电荷的很小的原子核。

(3)极少数（0.1%）α粒子被反弹，——原子核几乎集中了原子的所有质量

卢瑟福联想到太阳系模型，提出了带核的原子结构模型。

（1）原子内大部分都是空的，所以绝大多数a粒子能够穿过金箔。

（2）

原子所有的正电荷和几乎所有的质量都集中在很小的局域，即原子核。

（5）但是根据经典的电磁场理论，电子绕核运动时会不断产生电磁波，从而辐射出能量，会离原子核越来越近，最终落到原子核上。有人经过计算发现，行星模型连存在一秒钟都不可能

电子在核外运动，由于正负电性相吸引，为什么电子不会撞到原子核上去？

在此基础上，丹麦物理学家玻尔，引入的量子论观点，提出了，电子在一系列稳定轨道上运动，每个轨道都有一个确定的能量值。

在此基础上，得出了原子结构的轨道模型。

玻尔的原子结构轨道模型，虽然能够很完美的解释氢原子，但是对于多电子原子却很难解释它的光谱。

（7）20世纪初，在爱因斯坦、普兰克、薛定谔等科学的努力下，解释了微观世界的波粒二象性，认识到原子核外电子不遵循经典力学的原理，需要引入量子力学，提出来电子云模型。玻尔提出的电子在一系列稳定轨道上运动，只是这些电子在这些“轨道”（地方），出现的概率较大。

在此基础上，得出了电子云模型。

讲解：电子云是一种形象化的比喻，电子在原子核外空间的某区域出现，就好像云笼罩在原子核周围一样。氢原子的电子云，用小黑点表示，氢原子外的一个电子在核外某空间中出现的概率。

（8）在整个原子结构模型的发展过程中，许多人都做出了他们杰出的成就，在他们逝世后也被人们所尊重和怀念。其中有两位英国的科学家，一位是发现电子的汤姆生，另一位是发现原子核的卢瑟福，死后都被葬在了威斯敏斯特教堂，

但你知道为什么卢瑟福更加靠近牛顿的位置吗？

在他身上有什么优秀的品格？

亚里士多德：“吾爱吾师，吾更爱真理。”

实践是检验真理的唯一途径，人类对原子结构的认识，采用了假设、推理、论证等科学方法，科学家探索原子结构经历了艰难的途径，人类对原子结构的认识是一个不断发展的过程，我相信经过未来同学们的努力，人类的原子结构会更加进一步。

二、原子核核外电子排布

现在同学们已经知道了，原子是由原子核和电子构成的。对于多电子的原子，可以近似认为电子在原子核外是分层排布。

第一层，第二层，第三层……，分别为K,L,M……层

（1）核外电子总是尽先排在能量最低的电子层里,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层才排L层,排满L层才排M层).

（2）各个电子层最多容纳的电子数目是:2n2个

（3）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),次外层电子数不超过18个,倒数第三层电子数不超过32个.

几种常见原子的电子分层排布。

H、O、Ne、Na、Mg、Cl、

简化

原子结构示意图。

圆圈表示原子核、“+”表示原子核带正电，“11”表示核电荷数（数值上等于原子序数），半圆表示电子轨道。

书写练习。

C、N、Al、S、K、Ar

三、金属元素和非金属元素化合价与核外电子排布的关系