第三单元　人类对原子结构的认识教学设计第一课时

《人类对原子结构的认识》教学设计

一、设计思想

提高学生的科学素养是基础教育承担的重要任务之一，也是化学新课程改革的基本理念。根据新课程标准，科学素养包括三个方面：知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观。近年来的研究表明，利用科学史在课堂教学中提高学生的科学素养是一种可行的方法。化学新课程标准也明确指出：“结合人类探索物质及其变化的科学史和思维历程，引导学生进一步学习化学的基本原理和方法，形成科学的世界观。”因此新课程要在人类文化背景下构建高中化学课程体系，充分体现化学课程的的人文内涵，发挥化学课程对培养学生人文精神的积极作用。

为了使化学史的教学能够在提高学生的科学素养中充分发挥作用，使学生在学到化学知识的同时，学习科学研究的方法，体验科学探究的过程，感受化学的发展和了解化学家的工作。我们从化学课程标准出发，结合科学探究的特点，依据化学史上的科学发现过程，进行“让学生体验科学家的思维历程”的课堂教学设计。

二、学习内容分析

1、

《课程标准》、《学科教学指导意见》对本课教学内容的要求

《课程标准》的要求：①知道化学科学的主要研究对象，了解20世纪化学发展的基本特征和21世纪化学的发展趋势。②认识实验、假说、模型、比较、分类等科学方法对化学研究的作用。③知道元素、核素的涵义。④了解原子核外电子的排布。

《学科教学指导意见》的基本要求：①通过了解原子结构模型演变的历史，体验科学家探索原子结构的艰难过程，认识实验、假说、模型等科学方法对化学研究的作用。②了解部分典型元素原子的核外电子排布，并能用原子结构示意图来表示。知道活泼金属和非金属原子在化学反应过程中通过电子得失使最外层达到稳定结构的事实。通过氧化镁的形成了解镁与氧气反应的本质。

2、本课内容的组成成分和在模块学习中的地位和作用

本节教材包括三部分内容：原子结构模型的演变、原子核外电子排布和原子核的组成。在原子结构模型的演变中主要介绍了几种典型的原子结构模型和代表科学家，并引出原子核外电子排布，在这块内容中，首先给出了几种常见原子的核外电子排布，并介绍了原子结构示意图，然后以氧化镁的形成过程为例介绍了发生化学反应的本质，在此基础上归纳出化学

反应中原子得失电子的情况。在原子核的组成中，先提出了原子核是由质子、中子构成，后介绍了原子核中各微粒之间的关系以及质量数的概念和原子组成的表示形式，最后介绍了核素、同位素等概念，同位素的应用以拓展视野的方式展示。

本节内容编排在苏教版化学必修1专题一第三单元。经过前两个单元的学习，学生已经认识到了缤纷的化学世界，也了解到了研究物质的实验方法是多种多样的。在这样的知识基础上，本节教材通过化学史中人们对原子结构模型的不断探究和演变的过程引入原子结构内容，是本专题学习的一个终结和升华，将学生逐步带入一个完全的化学微观世界，充分诠释了本专题的主题“化学家眼中的物质世界”。

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；构成原子的粒子间的关系及核素、同位素的概念。

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；元素、核素、同位素之间的关系及概念的区别。

三、学习者分析

1、学生已有的认知水平和能力基础

在初中阶段，学生已经有了对原子结构的认识，对几种常见的原子结构模型，原子核外电子排布和原子核的组成，同位素的概念等知识都有了一定的了解，所以本单元内容是在原有的基础上的一种拓展和加深。在前面的学习中，学生已经逐步培养起了对化学学科的兴趣和认识，也了解到了研究物质的实验方法是多种多样的。这都为本节课学生对新的知识点的学习奠定了基础，有助于学生从电子得失的角度理解化学反应的本质，掌握质量数、核素等新的概念。

2、学生学习本课可能遇到的困难和问题

⑴

学生自主学习能力不足，自主阅读中可能还存在各种问题。

⑵

对知识的归纳、整理和迁移能力尚还欠缺。

四、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。

（5）知道同位素和核素的概念，掌握常见同位素。

2、过程与方法：

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：

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。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。

五、课前准备

搜集相关图片、资料并结合教学设计制作成多媒体课件。

六、教学过程设计

【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，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，原子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，归纳：原子结

构模型的演变有那几个阶段、代表人物和主要观点各是什么？

【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

年代

道尔顿

1803 元素化合时近代科学实依据

的质量比例的关系

原子是不可葡萄干面包主要内容

再分的实心式

小球

【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。

【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。

含核模型

原子模型

行星轨道式量子力学

发现电子

α粒子散射

氢原子光谱

验

汤姆生

1904 卢瑟福

1911 玻尔

1913 量子力学

1926

【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。这每一层的电子排布数也是有规律的，不是任意排布的。

【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

【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。

【板书】

原子核带正电

核电荷数

原子核

+12 2 8 2 +12 2 8 2 K层

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】请一位同学到黑板上来写一下，第一个问题的答案是什么？

【学生】Na2O、MgCl2 【教师】回答的很好，我们根据活泼金属和非金属在反应中都趋于达到最外层8电子稳定结构，可以知道钠原子在与氧化合的过程中失去一个电子，而氧则需要得到两个电子才能达到稳定结构，所以需要两个钠与氧化合生成的是Na2O。同理我们可以知道金属Mg与Cl2生成的氯化物是MgCl2 。

【提问】从刚才的练习中，我们可以得出什么结论呢？

【学生】①元素的化合价和得失电子数目一样②金属元素原子最外层电子数与失电子数相等③非金属原子最外层电子数与得电子数之和为8 【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。

原子核

质子

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，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

原子

中子：不带电

（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子核上，接下来请同学完成课本31页表1—8的表格，做完之后思考，你能得出什么结论？

【学生】相对原子质量与中子数和质子数之和相等。

【教师】没错，正是因为原子质量主要集中在原子核上，原子的质量也可以近似的认为就是原子核的质量。如果忽略电子的质量，将原子核内所有的质子和中子的相对质量取近似整数值加起来，所得的数值，我们称之为质量数。

【板书】2、质量数（A）=质子数（Z）+中子数（N）≈相对原子质量

【教师】我们在了解了原子的构成后，就要想办法来表示原子的组成。如果用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，那么请大家用A ZX表示表1—8中原子的组成。

【多媒体演示】

9F 11Na

13Al 【教师】大家都做对了吗？这就是原子组成的表示法。

【板书】3、原子组成的表示形式

质量数—A质子数—Z19 23 27

X —元素符号

【教师】这个符号的含义就是：代表一个质量数为A，质子数为Z的原子。

【多媒体演示】1H（氕）

1H（氘）

1H（氚）及其原子结构模型

【提问】在初中阶段，我们已经知道，氕、氘、氚这三种元素，互为——

【学生】同位素

【教师】氕、氘、氚这三种互为同位素的原子，我们看到它们的相同之处在于——

【学生】①元素符号都是H ②质子数都是1 【教师】没错，它们的质子数都相同，元素种类也相同——都是氢，所以化学性质相同。它们的不同之处呢？

【学生】质量数不同，分别是1、2、3

【教师】是的，它们的质量数不同，但又由于质子数是相同的，所以中子数也不同，现在就请大家回忆下同位素的概念

【学生】质子数相同、中子数不同的同一元素的原子

【教师】没错，同位素就是指质子数相同、质量数（或中子数）不同的同一元素的原子。

【板书】4、同位素：质子数相同、质量数（或中子数）不同的核素互为同位素

【教师】同一原子要求有相同的质子数、中子数，像氕、氘、氚只有质子数一样，中子数各不相同的原子，我们说它们之间的关系是互为同位素，那么它们中的每一个原子叫做什么呢？我们给这种原子一个新的名称——核素。

【板书】5、核素

①定义：具有一定质子数和一定中子数的一种原子称为一种核素

【教师】刚才我们介绍的氕、氘、氚，就是氢元素的三种核素，它们的原子核内都含有一个质子，中子数分别为0、1、2。其中氘为重氢（用符号D表示），氚为超重氢（用符号T表示），它们都是制造氢弹的原料。

【板书】②氢元素存在三种核素：氕、氘（D）、氚（T）

【教师】此外，我们常见的元素碳，也存在三种核素，它们的质子数都是6，中子数分别为13 14 6、7、8，可分别表示为12

6C、

6C、

6C，我们用来作为相对原子质量基准和物质的1 2 3 量基准时所用的C-12就是指质子数和中子数都为6的碳原子。

13 14 【板书】③碳元素存在三种核素：12

6C、

6C、

6C 【教师】学习了核素之后，让我们来梳理一下元素、同位素和核素这三者之间的区别和关系。

【多媒体演示】

元素

同位素

核素

Mg

Mg2

＋

+8 2 6 得到两个电子

+8 2 8 －

O

O23、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

三、原子核的组成

1、原子的构成

质子：一个单位正电荷

原子核

① 原子

中子：不带电

（电中性）

核外电子：一个单位负电荷

②

核电荷数=质子数=原子核外电子数

2、质量数（A）=质子数（Z）+中子数（N）≈相对原子质量

3、原子组成的表示形式

质量数—A质子数—Z

X —元素符号

5、同位素：质子数相同、质量数（或中子数）不同的核素互为同位素

4、核素

①定义：具有一定质子数和一定中子数的一种原子称为一种核素

②氢元素存在三种核素：氕、氘（D）、氚（T）

13 14 ③碳元素存在三种核素：12

6C、

6C、

6C