第三单元　人类对原子结构的认识PPT及课堂实录内容

第三单元

人类对原子结构的认识

江苏省江阴长泾高中

曹瑞琴

【引入】大家看这是什么？一支粉笔。现在我一折两段，折下来的一段又可以折为两段，还可以继续折……那么能折完吗？，古代就有一句很富哲理的话“一尺之捶,日取其半,万世不竭”一尺长的捶棒，乃一有限之体，然而每天折取一半，可以无穷分割下去，一辈子也折不完。由此可见，从古至今，人们对物质的认识探索从未间断过。

你看这是什么？一滴水。而化学家呢，他们看到的不仅是水,还看到构成它们的粒子。水是由水分子构成的，而一个水分子又是由一个氧原子和两个氢原子构成的。那么到底什么是原子呢？

早在公元前5世纪，希腊哲学家德谟克利特等人认为，万物是由大量的不可分割的微粒即原子构成。古代原子论是哲学臆测的产物，不是科学理论

。那么原子到底是个什么，人类对他的探索和研究经历了一个相当漫长的过程。这个过程到底是怎样的呢？下面就让我们一起重温科学家们的探索过程。

【板书】原子结构的认识过程

道尔顿

【学生甲】：大家好，我是英国科学家道尔顿，在19世纪初，我总结了一些元素化合时的质量比例关系，提出了原子学说。我认为物质有原子组成，原子不能被创造，也不能被毁灭，在化学变化中不可再分割，他们在化学反应中保持本性不变。

【投影】

【解说】道尔顿的原子结构模型有哪些观点？1、物质由原子组成，2、原子不能被创造和毁灭。3、原子是不可分割的实心球体。所以我们把他的原子结构模型称为“实心球”模型。

【板书】

汤姆生

【学生乙】大家好，我是英国物理学汤姆生，1897年我发现原子中存在电子，并且发现电子是带负电荷的，并用实验的方法测得电子的质量不及氢原子质量的千分之一。由于原子呈电中性，所以我认为原子中的正电荷是均匀地分布在整个原子中，而带负电荷的电子则镶嵌其中，这看上去上就像镶嵌了葡萄干的面包。于是我称之为“葡萄干面包式”的原子结构模型。

【投影】

【解说】汤姆生认为原子中正电荷均匀地分布在整个球体中，而带负电荷的电子则镶嵌在其中。

科学探索的脚步并没有停止，1911年又一个科学家提出了新的认识

【板书】卢瑟福

【学生丙】大家好，我是汤姆生的学生——英国物理学家卢瑟福，我在1911年通过“a粒子散射实验”否定了老师的“葡萄干面包式”模型，提出“核式”原子模型。我认为：在原子中心有一个极小的核叫原子核，原子的全部正电荷和几乎全部的质量都集中在原子核里，带负电的电子在核外空间里绕核做高速运动，就象行星绕太阳一样。

【提问】卢瑟福是通过什么实验提出新的模型的？（“a粒子散射实验”）我们来模拟一下“a粒子散射实验”

【投影】

【解说】a粒子是体积很小的相对质量为4的带正电荷的粒子。如果原子是汤姆生认为的“葡萄干面包式”的原子结构模型的话，a粒子射过来时就会被挡回来。但是在实际实验中发现部分粒子确实是像射在实心球上一样被挡了回来，而部分粒子却能透了过去，发生了偏转。。部分粒子被挡了回来说明中间又一个很小的核——原子核，a粒子能透过去说明原子大部分是空的，透过但发生了偏转是因为微粒间的静电作用，说明这个空的部分实际上就是带负电荷的质量很小的电子在运动。我们称卢瑟福的模型为“核式”模型，也就说卢瑟福发现原子实际上可分为原子核和核外电子。

原子核：

【板书】卢瑟福：原子

核外电子

【过渡】后来，卢瑟福和他的学生经过进一步的实验研究证实，绝大多数的原子核是由（1919年）质子和（1932年）中子构成的，并且发现质子带一个单位的正电荷，而中子不显电性。

质子

【板书】

原子核

中子

【提问】而原子是不限电性的，那说明质子、核外电子、有什么关系呢？

【板书】质子数=电子数

【过渡】那么中子跟他们之间有没有关系呢？结合卢瑟福的α粒子散射实验和表中的数据，请思考：

【投影】三个问题

【学生】学生代表回答结论。

原子的质量≈所有质子的质量+所有中子的质量

原子的相对原子质量≈所有质子的相对质量+所有中子的相对质量

质量数=质子数+中子数

质子数=电子数

【板书】质量数（A）=质子数（Z）+中子数（N）

≈原子的相对原子质量

【投影】完成表格

【过渡】不同原子中，质子数、中子数、电子数是不同的，那能否用一个符号准确地表示出一个原子的具体组成呢？

【讲述】在这里我们可以用原子的组成符号ZX来表示,其中X表示元素符号，Z表示原子的质子数，A表示原子的质量数。

【板书】ZX

【投影】下列三种原子用原子的组成符号怎么表示？在解决这个问题之前我们先来分析他们的异同

【学生回答】并黑板书写他们的原子组成符号

【追问】他们属于同种元素吗？

【板书】元素：具有相同质子数的同一类原子总称；

核素：具有一定质子数和一定中子数的一种原子。

同位素：质子数相同，质量数（或中子数）不同的核素。

【强调】元素的种类由质子决定，核素的种类由质子和中子共同决定

【投影】三者之间的关系：同种元素，不同的核素，互为同位数

【追问】我们平时说的C-12是什么意思？

AA

【副板书】126C

【解说】碳还有C-13、C-14.同样，他们碳元素的三种不同的核素，互为同位素。同位素原子的组成不同，那它们的物理性质是否相同？在考古断代中就利用了的C-14 的放射性（一起朗读p33页）……很好。利用某些同位素的放射性，我们已经将同位素广泛地应用于医学、工业、农业、能源和科学研究等各个领域，甚至是国防事业。

【过渡】从卢瑟福的核式模型，我们充分认识了原子核的结构，由原子核我们认识了核素、同位素，那么核外电子又是如何运动的呢？真的像卢瑟福所说的：电子随意地绕核作高速运转吗？这时卢瑟福的学生玻尔

出现了

【投影】

【板书】波尔

【学生丁】大家好，我是丹麦物理学家波尔，1913年，我在研究氢原子光谱时，引入了量子论观点，大胆地提出了新的原子结构模型，我认为原子核外，电子在一系列稳定的轨道上运动，每个轨道都具有一个确定的能量值，核外电子在这些稳定的轨道上运动时，既不放出能量，也不吸收能量。

【解说】我们称他的模型为轨道模型，他在1926年提出了电子云模型。他认为，电子在核外是按一定的规律排布的。

【投影】比如这里的氧原子，这个有若干个粒子构成的是他的原子核，核外的电子分两层排布，第一层几个电子？第二层几个？我们可以用这样的图来表示，大家还记得在初中我们用什么来表示原子的核外电子组成？原子结构示意图。那么这个氧原子的结构示意图是？圆圈代表的是原子核，里面是质子数，+代表质子带正电荷，是不能丢掉的。

【投影】

【投影】写出下列原子的原子结构示意图

Ne

O

Na

Ar

Mg

S 【交流与讨论】从原子结构示意图中，你能发现核外电子的排布具有怎样的规律？

【学生】原子核外电子是分层排布的，

【板书】分层排布

【追问】到底怎么分层排布的呢？第一层最多只能排2个电子，第二层最多只能排8个电子，最外层不超过8个电子。如果达到了8电子那就是稳定结构，是不是只有8电子才是稳定结构？不一定。如氦，他是稀有气体也是稳定的，而他的核外只有两个电子。也就是说，这些稀有气体他们之所以稳定是因为他们的核外达到了2电子或8电子的稳定结构。

【过渡】那么其他元素呢，他们核外没有达到稳定结构，所以他们的性质是活泼的，比较容易和其他物质发生化学反应。

【实验】镁条的燃烧

【提问】你看到了什么实验现象？

发出耀眼的白光，说明反应剧烈，镁的化学性质很活泼，产生的白色固体是氧化镁。

【追问】你能从原子的结构解释氧化镁是怎么形成的吗？

【投影】

【提问】

1、在化学反应中原子的哪部分微粒发生了变化？

2、说明元素的化学性质主要取决于什么？

【板书】

最外层元素的

电子数

化学性质

【继续问】3、从Mg、O你能想到哪些类似的原子？在结构上、性质上有何特点？

【学生】像镁原子这样金属的最外层电子数较少，一般小于4个，较易失电子，像氧原子这样非金属的最外层电子数较多的，一般大于4个。较易得电子，从而形成稳定的电子层结构。金属失去电子，就形成了带正电荷的阳离子，因而显正价，非金属得到电子形成带负电荷的阴离子，因而显负价。

【板书】

最外层电子数

典型金属

＜4 易失电子

正价

典型非金属

＞4 易得电子

负价

【过渡】那么元素的化合价跟什么有关呢？

【投影】

【学生】金属元素的原子失电子显正价，正化合价=失电子数=最外层电子数；非金属元素的原子得电子显负价，负化合价=得电子数=8—最外层电子数。

【板书】正价=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

【过渡】由此可见，结构不同，性质不同，化合价也就不同，也就是说结构决定性质。刚才我们沿着科学家的足迹，深刻认识了原子的内部结构，也知道了核外电子的排布规律，那么人类对原子的结构的研究是不是就到此为止了？不是，20世纪初，科学家又揭示了微观世界波粒二象性的规律，认识到原子核外电子的运动必须用量子力学模型来描述。质子、中子是否就是构成原子的最小微粒呢？不是，1967年，科学家泰勒发现了更小的微粒夸克。夸克会是构成物质的最小微粒吗？谁也不知道物质世界的至小尽头会在何处？这个谜底正等待着在座的各位同学去揭开，也许你就是未来的诺贝尔奖获得者。人类在微观的世界里继续探索前行……

【投影】练习

【结束语】这堂课，我们沿着科学家探索原子结构的过程，认识了原子的结构，同时人类探索自然科学的这种精神也给了我们很多的启迪，同学们，你们能说说你们的收获吗？从中我们不难感受到科学探究是一个漫长的、艰辛的过程，科学发展总是在不断纠错中前进，科学发现是永无止境的……相信你们能给人类带来全新的明天！

【板书设计】

第三单元

人类对原子结构的认识

原子结构的认识过程：

道尔顿

质子

质子数=电子数

原子核

↓

质量数（A）=质子数（Z）+中子数（N）

汤姆生

中子

≈原子的相对原子质量

↓

卢瑟福

原子

A元素的

↓

ZX

分层排布

最外层核外电子

化学性质

电子数

玻尔

典型金属

＜4

易失电子

正价

↓

典型非金属

＞4

易得电子

负价

薛定谔

↓

发现夸克

↓

……