資源簡介

原子結構與性質
第一節 原子結構
1.1.1　能層與能級 基態與激發態
教材分析
本節從介紹原子的誕生，原子結構的發現歷程入手，首先介紹能層、能級的概念，在原子的基態與激發態概念的基礎上介紹電子的躍遷和光譜分析；然后給出構造原理并根據構造原理書寫原子的核外電子排布；根據電子云與原子軌道等概念，進一步介紹核外電子的運動狀態，并介紹了泡利原理、洪特規則、能量最低原理。本節內容比較抽象 ，教學過程中應注意培養學生的空間想象能力 、分析推理能力及抽象概括能力 。
教學目標與核心素養
課程目標 學科素養
1. 通過認識原子結構與核外電子排布理解能層與能級的關系 2. 通過核外電子能量不同分析，理解基態與激發態的含義與關系 a.微觀探析: 認識原子結構與核外電子排布 b.模型認知: 通過學習，建模原子結構，理解能層與能級的概念
教學重難點
教學重點：能層與能級 基態與激發態
教學難點：能層與能級
課前準備
多媒體調試、講義分發
教學過程
[創設情境]原子是如何產生的
[講解]我們所在的宇宙誕生于一次大爆炸。宇宙大爆炸后兩小時，誕生了大量的H、少量的He及極少量的Li，然后經過長或短的發展過程，以上元素發生原子核的熔合反應，分期分批的合成了其它元素。“原子”一詞源自古希臘語“ATOM”，是不可再分的意思。古希臘哲學家假想原子是世間萬物最小的粒子。19世紀初，英國人道爾頓創立了近代原子學說，假設原子是化學元素的最小粒子，每一種元素有一種原子。丹麥科學家玻爾提出了構造原理，即從氫開始，隨核電荷數遞增，新增電子填入原子核外“殼層”的順序，由此開啟了用原子結構解釋元素周期律的篇章。5年后，玻爾的“殼層”落實為“能層”與“能級”，厘清了核外電子的可能狀態，復雜的原子光譜得以詮釋。
[過渡]什么是能層和能級？
2.新課講授
1.能層
[獲取概念]概念：多電子原子核外電子的能量是不同的，核外電子按能量不同分成能層。
[講解]由概念可知，成鍵粒子是金屬陽離子與自由電子，金屬鍵存在于金屬單質或合金中。金屬鍵的強度差別很大。例如，金屬鈉的熔點較低、硬度較小，而鎢是熔點最高的金屬、鉻是硬度最大的金屬，這是由于形成的金屬鍵強弱不同的緣故。
[設疑]那么原子核外電子在分層能層遵循什么規律呢？
[講解]能量規律：原子核外電子總是可能先排布在能量較低的電子層上，然后由內向外依次排布在能量逐漸升高的電子層。即：能層的高低順序為E(K)＜E(L)＜E(M)＜E(N)＜E(O)＜E(P)＜E(Q)。數量規律： 每層容納的電子數不超過2n2。最外層電子數不超過8 (K層為最外層時，電子數不超過2)，次外層電子數不超過18，倒數第三層電子數不超過32。
[設疑]能級又是什么呢？
[講解]多電子原子中，同一能層的電子，能量也可能不同，所以，同一能層的電子，又被分成不同的能級，就好比能層是樓層，能級是樓梯的階級。
[講解]任一能層的能級總是從s能級開始，能級數等于該能層序數，即第一能層只有1個能級（1s），第二能層有2個能級（2s和2p），第三能層有3個能級（3s、3p和3d），依次類推。能級的字母代號總是s、p、d、f....排序的，字母前的數字是它們所處的能層序數，它們可容納的最多電子數依次為自然數中的奇數序列1，3，5，7....的2倍。
[總結]能層與能級的有關規律
①每一能層最多可容納的電子數為2n2（n為能層序數）。
②在每一個能層中，能級符號的順序是ns、np、nd、nf......(n為能層序數)。
③任一能層的能級總是從s能級開始，而且能級數等于該能層序數，即第一能層只有1個能級(1s)，第二能層有2個能級(2s和2p)，第三能層有3個能級(3s、3p和3d)，依次類推。
④以s、p、d、f......排序的各能級可容納的最多電子數依次為1、3、5、......的2倍。
⑤英文字母相同的不同能級中所能容納的最多電子數相同。例如，1s、2s、3s、4s......能級最多都只能容納2個電子。
[思考]
1.3d、4d、5d能級所能容納的最多電子數是否相同？
2.第五能層最多可容納多少個電子？他們分別容納在幾個能級中？各能級最多容納多少個電子？
[過渡]試分析霓虹燈發光的原理。
[解析]處于最低能量狀態的原子叫做基態原子。基態原子吸收能量，它的電子會躍遷到較高能級，變為激發態原子。例如，電子可以從ls躍遷到2s、3s....相反，電子從較高能量的激發態躍遷到較低能量的激發態乃至基態時，將釋放能量。光（輻射）是電子躍遷釋放能量的重要形式之一。在日常生活中，我們看到的許多可見光，如焰火、霓虹燈光、激光、螢光、LED燈都與原子核外電子躍遷釋放能量有關。
2.基態與激發態 原子光譜
[板書](1)基態與激發態
[總結]①電子的躍遷是物理變化（未發生電子轉移），而原子得失電子時發生的是化學變化。
②一般在能量相近的能級間發生電子躍遷。如1s22s22p2表示基態碳原子，1s22s12p3為激發態碳原子（電子數不變）。
③激發態原子不穩定，易釋放能量變為基態原子。
④激發態原子釋放能量變為基態原子時，其能量可轉化為可見光。
[過渡] 光譜一詞最早是由偉大的物理學家牛頓提出的。不同元素的原子發生躍遷時會吸收或釋放出不同的光，可以用光譜儀攝取各種元素的電子的吸收光譜和發射光譜，這些光譜統稱為原子光譜。在現代化學中利用原子光譜上的特征譜線來鑒定元素，稱為光譜分析。在歷史上，有許多種元素都是通過光譜分析來發現的，如在1859年德國科學家本生和基爾霍夫發明了光譜儀，攝取了當時已知元素的光譜圖。1861年德國科學家基爾霍夫利用光譜分析的方法發現了銣元素。再如稀有氣體氦的原意是“太陽元素”，是1868年分析太陽光譜時發現的，最初人們以為它只存在于太陽，后來才在地球上發現。
[獲取概念]不同元素的原子發生躍遷時會吸收或釋放不同的光，可以用光譜儀攝取各種元素的電子的吸收光譜或發射光譜，總稱原子光譜。
[展示]原子光譜的成因與分類
[講解]在現代化學中，常利用原子光譜上的特征譜線來鑒定元素，稱為光譜分析。光譜分析的依據是每一種元素都有自己的特征譜線。
[思考]試分析焰色反應的原理。
[回答]焰色反應是電子躍遷的結果，焰色反應發生的過程：
[本節小結]本節課掌握能層與能級的概念，基態與激發態，從微觀理解原子結構。
課堂鞏固
1.下列說法中正確的是
A. 同一原子中，1s、2s、3s電子的能量逐漸減小
B. 同一原子中，2p、3p、4p能級的軌道數依次增多
C. 能量高的電子在離核近的區域運動，能量低的電子在離核遠的區域運動
D. 各能層含有的能級數為為能層序數
【答案】D
【解析】A. 同一能級，能層越大，能級上電子的能量越大，所以同一原子中，1s、2s、3s電子的能量逐漸增大，故A錯誤；
B. 同一原子中，2p、3p、4p能級的軌道數相等，都為3，故B錯誤；
C. 能量高的電子在離核遠的區域運動，能量低的電子在離核近的區域運動，故C錯誤；
D. 各能層含有的能級數與其能層數相等為n(n代表能層序數)，即第n能層含有n個能級，如第一能層能級數為1，1S，故D正確。
2.在多電子原子里，把電子運動的能量不同的區域簡化為不連續的殼層稱作為電子層。電子層模型被稱為洋蔥式結構，如圖所示：根據電子層模型，判斷下列說法不正確的是(　　)
A． 多電子原子的核外電子是分層運動的
B． 所有電子在同一區域里運動
C． 排在K、L、M層上的電子的能量依次增大
D． 多電子原子里電子的能量不同
【答案】B
【解析】 多電子原子的核外電子是分層運動的,故B錯誤
3.下列關于同一種原子中的基態和激發態說法中,正確的是( )
A.基態時的能量比激發態時高
B.激發態時比較穩定
C.由基態轉化為激發態過程中吸收能量
D.電子僅在激發態躍遷到基態時才會產生原子光譜
【答案】C
【解析】同一原子處于激發態時能量較高,較不穩定,A、B不正確;電子從能量較低的基態躍遷到能量較高的激發態時,也會產生原子光譜,D不正確。
教學反思
本節課為原子核外電子排布奠定了基礎，提高學生對微觀粒子的認識，理解能層與能級的關系，進而對基態、激發態、及光譜分析進行認識。提升學生微觀探析的能力，對核外電子的排布進行思維建構，提升認識微觀世界的能力。

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