資源簡介

原子結構與性質
第一節 原子結構
1.1.2　構造原理與電子排布式 電子云與原子軌道
【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 。
【課程目標】
課程目標 學科素養
1.了解原子核外電子排布的構造原理。 2.能應用電子排布式表示常見元素(1～36號)原子核外電子的排布。 3.了解原子核外電子的運動狀態，知道電子云和原子軌道 1．宏觀辨識與微觀探析：通過認識原子結構及核外電子排布，知道原子核外電子的能層、能級及電子排布規律 2. 證據推理與模型認知：結合原子模型的演變過程，掌握原子核外電子排布的構造原理
【教學重難點】
教學重點：構造原理與電子排布式 電子云與原子軌道
教學難點：電子排布式 原子軌道
【教學過程】
[復習回顧]
上節課，我們研究了原子核外電子的排布，核外電子分層排布，同一能層有不同的能級，同時研究基態與激發態、原子光譜，這節課研究以原子光譜事實為依據的構造原理。
[思考交流］
（1）核外電子在能級中依據什么規律排布？
（2）核外電子在能級中的排布又可以如何表示？
[學生活動一］
請畫出1～18號元素的原子結構示意圖。結合已有的能級知識，分析核外電子在能級中的排布規律。
[學生活動二］
根據核外電子在能層中的排布規律，畫出K的原子結構示意圖。分析K中電子填入的能量最高的能級，并說明判斷的依據。
[歸納小結］
電子在能級中的排布規律--能級交錯
核外電子在能級中的排布順序： 3p → 4s → 3d
隨核電荷數增大，電子并不總是填滿一個能層后再填入下一個能層，這種現象稱為能級交錯。
K、Ca的光譜學實驗均表明，二者最外層填充的電子均在4s能級。
這種能級交錯在核外電子排布中非常普遍：ns → (n-2)f → (n-1)d → np
[投影］構造原理：
［講］構造原理是以光譜學事實為基礎，從氫開始，隨核電荷數遞增，新增電子填入能級的順序。在多電子原子中，電子在能級上的排布順序：電子最先排布在能量低的能級上，然后依次排布在能量較高的能級上。
［板書］1．構造原理：
(1)絕大多數基態原子核外電子的排布的能級順序都遵循下列順序：1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p 5s 4d 5p 6s 4f 5d 6p 7s……，
(2)構造原理規律： ns (n-2)f (n-1)d np。
[小試牛刀]
請根據構造原理分析25Mn的核外電子在能級中的排布。
[補充]構造原理的補充說明：
作為一個理論模型，構造原理具有一定的局限性。對于個別特殊的過渡元素核外電子的排布并不適用
[過渡] 按照構造原理，元素核電荷數每遞增一個，同時增加一個核電荷和核外電子，就得到一個基態原子的電子排布。電子填滿一個能級，就開始填入下一個能級，由此構建了元素周期系中各元素基態原子的電子排布。
從氫到碳的基態原子電子排布式如下：
1s1→1s2→1s22s1→1s22s2→1s22s22p1→1s22s22p2
[板書]2.電子排布式
電子排布式是用數字在能級符號右上角標明該能級上排布的電子數的式子
[練一練]
請根據構造原理，寫出1～36號元素原子的電子排布式。
[展示]
1.H 1s1 C 1s22s22p2 O 1s22s22p4
Na 1s22s22p63s1 Mg 1s22s22p63s2 Al 1s22s22p63s23p1
Si 1s22s22p63s23p2 P 1s22s22p63s23p3 S 1s22s22p63s23p4
Cl 1s22s22p63s23p5 K 1s22s22p63s23p64s1 Ca 1s22s22p63s23p64s2
Mn 1s22s22p63s23p63d54s2 Fe 1s22s22p63s23p63d664s2 Co 1s22s22p63s23p63d74s2
Ni 1s22s22p63s23p63d84s2 Cu 1s22s22p63s23p63d104s1 Zn 1s22s22p63s23p63d104s2
2.閱讀課本表1-1，總結電子排布式的書寫原則
[講解]
電子排布式的書寫原則
（1）按照構造原理將電子依次填充到能量逐漸升高的能級中
[學生回顧]
各能級的能量高低順序
(1)相同能層的不同能級的能量高低順序 ： ns＜np＜nd＜nf
(2)英文字母相同的不同能級的能量高低順序： 1s＜2s＜3s＜4s；2p＜3p＜4p; 3d＜4d
(3) 不同層不同能級可由下面的公式得出: ns＜(n-2)f＜(n-1)d＜np (n為能層序數)
[思考與討論]
1.按構造原理寫出稀有氣體氦、氖、氬、氪、氙、氡的基態原子的最外層電子排布； 除氦外它們的通式是什么？
2、電子排布式可以簡化，如Na的電子排布式可簡化為[Ne]3s1，上述方括號的意義是什么？仿照Na的簡化電子排布式，寫出O、Si、Cu的簡化電子排布式。
3.為突出化合價與電子排布式的關系，將在化學反應中可能發生電子變動的能級稱為價電子層。Fe 簡化電子排布式為[Ar]3d64s2，價電子排布式為3d64s2 ，通常元素周期表只給出價層電子排布式，請寫出Na、Al、Cl、Mn、Br的價層電子排布。
4.通過以上內容，原子的電子排布式的書寫方法
[講解]
原子的電子排布式的書寫方法
按照構造原理將電子依次填充到能量逐漸升高的能級中
一般情況下，能層低的能級要寫在左邊，而不是按照構造原理順序寫
為了避免電子排布式過于繁瑣，我們可以把內層電子達到稀有氣體結構的部分，以相應稀有氣體元素符號外加方括號來表示。
當p、d、f能級處于全空、全充滿或半充滿狀態時，能量相對較低，原子結構較穩定。例如Cr
[過渡]原子核外電子的運動狀態是怎么樣的呢？
[講解]1913年，玻爾提出氫原子模型，電子在線性軌道上繞核運行，然而量子力學指出，一定空間運動狀態的電子并不在玻爾假定的線性軌道上運行，而在核外空間各處都可能出現，但出現的概率不同，可以算出它們的概率密度分布。
[講解]
1.電子云
(1)概率密度
[獲取概念]概念：用P表示電子在某處出現的概率，V表示該處的體積，則稱為概率密度，用ρ表示。
[設疑]觀察氫原子的1s電子在原子核外出現的概率密度分布圖，那么氫原子只有一個電子，為什么會有許多小點，小點是什么呢？
[講解]小點是1s電子在原子核外出現的概率密度的形象描述。小點越密，表明概率密度越大。由于核外電子的概率密度分布看起來像一片云霧，因而被形象地稱作電子云。換句話說，電子云是處于一定空間運動狀態的電子在原子核外空間的概率密度分布的形象化描述。但是電子云圖很難繪制，使用不便，我們常使用電子云輪廓圖。在繪制電子云輪廓圖時，把電子在原子核外空間出現概率P=90%的空間圈出來。
[展示] 電子云輪廓圖繪制
[展示]同一原子的s電子的電子云輪廓圖和Py上的電子云輪廓圖。
[講解]同一原子的能層越高，s電子云半徑越大，是由于電子的能量依次增高，電子在離核更遠的區域出現的概率逐漸增大，電子云越來越向更大的空間擴展。這就好像宇宙飛船必須提供能量推動才能克服地球引力上天，2s電子比1s電子能量高，克服原子核的吸引在離核更遠的空間出現的概率就比1s大，因而2s電子云必然比ls電子云更彌散。除s電子云外，其他電子云都不是球形的。除s電子云（輪廓圖）是啞鈴狀的，而且，無論2p、3p還是4p，都有3個相互垂直的電子云，分別是為Px、Py、Pz，右下標x、s、y分別是p電子云在直接坐標系里的取向。
[總結]s能級的電子云輪廓是球形，只有一種空間伸展方向。p能級的電子云輪廓是啞鈴形，......都有3個相互垂直的電子云，分別稱為Px、Py、Pz，右下標x、s、y分別是p電子云在直接坐標系里的取向。
[獲取概念]原子軌道：量子力學把電子在原子核外的一種空間運動狀態稱為一個原子軌道。各能級的一個伸展方向的電子云輪廓圖即表示一個原子軌道。
[總結]①s電子的原子軌道呈球形，能層序數越大，原子軌道的半徑越大。
②p電子的原子軌道呈啞鈴形，能層序數越大，原子軌道的半徑越大。
[總結]原子軌道與能層序數的關系
不同能層的同種能級的原子軌道形狀相同，只是半徑不同。能層序數n越大，原子軌道的半徑越大。
s能級只有1個原子軌道。p能級有3個原子軌道，它們互相垂直，分別以px、py、pz表示。在同一能層中px、py、pz的能量相同。
原子軌道數與能層序數(n)的關系是原子軌道為n2個。
[小試牛刀]
2.已知Na的核外電子排布式為1s22s22p63s1，通常可把內層已達稀有氣體原子的電子層結構的部分寫成“原子實”，如Na的核外電子排布式可寫成[Ne]3s1。用“原子實”表示的30號元素鋅的原子核外電子排布式正確的是(　　)
A． [Ne]3d104s2 B． [Ar]3d104s24p2 C． [Ar]3d84s24p2 D． [Ar]3d104s2
[本節小結]
本節課主要學習構造原理與電子排布式 電子云與原子軌道，掌握核外電子排布式的書寫方法，并且理解電子云、原子軌道等相關概念，掌握s、p能級的電子云輪廓及取向，原子軌道數目與能層的關系。

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