資源簡介

第一節 原子結構
第2課時
教學目標
1. 在掌握1~36號元素的基態原子的電子排布式的基礎上，理解價層電子的概念，掌握價電子與化合價的關系。知道主族元素和過渡元素的價電子特征。
2.理解電子的運動狀態與宏觀物體運動特點的差異，理解電子云模型的建立方法。
3.知道電子云輪廓圖的表示含義，認識s和p能級的電子云輪廓圖。
4.理解原子軌道的含義，知道不同能級、能層包含的原子軌道數及軌道名稱。
教學重難點
價層電子與化合價的關系；電子在核外的運動特征與規律。
教學過程
一、新課導入
上節課已經學習了利用構造原理書寫基態原子的電子排布式，下面請同學寫出11-17號元素基態原子的電子排布式。
原子序數 元素符號 排布式
11 Na [Ne]3s1
12 Mg [Ne]3s2
13 Al [Ne]3s23p1
14 Si [Ne]3s23p2
15 P [Ne]3s23p3
16 S [Ne]3s23p4
17 Cl [Ne]3s23p5
二、講授新課
一、價電子
1.化學反應的實質是舊化學鍵的斷裂和新化學鍵的形成，這個過程實際是核外電子參與的。
2.【提問】（1）上述7種元素，他們的化合價與核外電子排布有何關系？金屬元素的特征為何？
【講解】對于Na、Mg、Al，它們在反應中可以失去最外層的電子，形成帶1、2、3個正電荷的陽離子，故顯+1、+2、+3價。
【提問】（2）非金屬元素的特征為何？
【講解】對于非金屬元素，它們在反應中可以得到電子或者與其他原子共用電子。Si可以顯+4或-4價，P可以顯-3或+5價，S可以顯-2或+6價，Cl可以顯-1或+7價。
【提問】（3）這樣的規律可以推廣到更多的元素么？
【講解】可以，一般來說有如下規律：主族元素陽離子的最高正價 = 最外層電子數
非金屬元素的最高正價 = 最外層電子數（除O、F外）
非金屬元素的最低負價 = 最外層電子數- 8
價電子定義與概念：在反應中可能發生電子變動的能級稱為價電子層（簡稱價層）。在相應能級上的電子稱為價電子。
3.深度討論
【提問】（1）請查閱書末元素周期表中的價層電子排布，歸納主族元素和過渡元素的價電子層分別有什么特點？
【講解】主族元素的價層電子就是最外層電子
過渡元素的價層電子包括最外層的s電子，次外層的d電子
對于鑭系、錒系還包括倒數第三層的f電子
【提問】（2）請查閱書末元素周期表中的價層電子排布，主族元素、副族元素的族序數與價電子總數有怎樣的關系？
【講解】對于主族元素，價層電子總數與主族序數相同。
對于副族元素，IIIB——VIIB族元素的價層電子總數與副族序數相同。
IB、IIB族元素的價層電子中s能級的電子數與副族序數相同。
二、電子云
1.核外電子的運動狀態
為了探究原子及其內部的結構，歷史上多位科學家都提出原子結構模型，其中玻爾的行星軌道模型很具有代表性。
1913年，玻爾提出了原子模型，其模型的要點包含：
當原子只有一個電子時，電子沿特定球形軌道運轉；
當原子有多個電子時，它們將分布在多個球殼中繞核運動；
不同的電子運轉軌道是具有一定能級差的穩定軌道。
2.電子云
1926年，該模型被量子力學推翻。
量子力學指出，電子在核外空間各處都可能出現，但是出現的概率不同。它沒有確定的 “運動軌跡”。
氫原子的1s電子的電子云
氫原子的1s電子在原子核外出現的概率密度分布圖
圖中的每個小白點是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。
【提問】電子的運動無規律可循，知道某一時刻電子的位置和運動狀態，也無法預測之后的運動軌跡。那運用什么樣的手段研究這種充滿“隨機性”的運動呢？
【講解】單次的運動無規律，人們通過統計學的手段，記錄下一段時間電子的情況，把不同時刻（瞬間）的電子在空間所處位置的圖像疊加起來（統計），就得到了“電子云”。
隨著科學技術的發展，人們已經能用高分辨率的顯微鏡觀察到電子云的圖像
3. 電子云輪廓圖
電子云圖繪制困難，使用不便，常使用電子云輪廓圖表達。
電子云輪廓圖可以形象的表示電子云的形狀。
【提問】（1）觀察同一原子中s電子的1s、2s、3s、4s電子云輪廓圖，他們之間有何異同？
【講解】s電子云都是球形的；
同一原子的能層越高，s電子云的半徑越大。
4s的空間包含了3s，3s包含了2s，2s包含了1s。
【講解】（2）其他類型的電子云，如p、d電子云，它們的電子云輪廓圖都有特征的形狀。
【講解】（3）2p的電子云包含3個互相垂直的電子云，依據他們在直角坐標系空間的延伸方向，分別稱為px、py、pz。例如px表示沿著x軸伸展的啞鈴狀的p電子云。
【小結】
其他能層的p軌道，如3p、4p等，包含的電子云數量及他們的空間伸展方向與2p相同，只是彌散程度不同。這種關系與s電子云之間的關系類似。
三、原子軌道
1. 原子軌道概念
量子力學把電子在原子核外的一個空間運動狀態稱為一個原子軌道。
【講解】注意：這里的“軌道”借用了宏觀世界物體運動中“軌道”一詞，但內涵完全不同。電子的運動狀態、規律與宏觀世界我們見到的均不同。電子不會按照某個既定的“軌道”去運動的。
有了原子軌道，我們可以更好的理解即將學習的泡利原理等。
2. 不同能級、能層包含的原子軌道數及軌道名稱。
3.深度思考
【提問】（1）觀察上面的表格，你能發現能層、能級和軌道數之間的什么規律？
【講解】第n能層包含的能級數為n，軌道總數為n2
【提問】（2）第n能層最大可容納電子數為2n2，恰好為軌道數的2倍，你能得出什么結論？
【講解】每個軌道最多可容納的電子數為2
三、課堂小結
1.價電子：為突出化合價與電子排布的關系，將在反應中可能發生電子變動的能級稱為價電子層（簡稱價層）。在相應能級上的電子稱為價電子。價電子與元素的化合價密切相關。
2.電子云：（1）宏觀物體的速率和它所處的位置是能夠同時準確測定的，即人們能追蹤宏觀物體的運動軌跡。但是對微觀粒子而言，人們不能同時準確地測定它的位置和速率。
（2）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。我們用統計的方法來判斷電子在核外空間某區域出現機會的多少。
（3）s電子云是球形的，p電子云是啞鈴狀的；p的電子云可以沿著不同的空間方向伸展，彼此垂直。
不同能層的s軌道形狀相同，但彌散程度不同。p軌道也符合上述規律。
3.原子軌道：不同能層、不同能級包含了數量不同，形狀不同的若干條軌道。第n能層包含了n個能級，軌道總數為n2。s能級有一條軌道，p能級有三條軌道，d能級有五條軌道。每個軌道最多能容納2個電子。
四、課堂練習
1.判斷下列說法是否正確
（1）從空間角度看，2s軌道比1s軌道大，其空間包含了1s軌道。（ ）
（2）p能級能量一定比s能級的能量高。（ ）
（3）2p、3p、4p能級的軌道數依次增多。（ ）
（4）2p和3p軌道形狀均為啞鈴形。（ ）
（5）2px、2py、2pz軌道相互垂直，但能量相等。（ ）
答案　（1）√ （2）× （3）× （4）√ （5）√
解析
（1）s能級中，能層越大，電子運動范圍離原子核越遠，其對應的球形電子云的半徑越大，他們之間構成了“同心球”的關系。
（2）同一能層中，p能級的能量一定比s能級能量高。如果不在同一能層，如4s的能量就比2p高
（3）不論什么能層，p能級的軌道數均為3
（4）p能級的所有軌道均為啞鈴型，只是在空間的彌散程度不同
（5）同一能層的p能級中的3條軌道分別沿著x、y、z軸延伸，故彼此垂直。他們的能量一定相同。
2. 下列各能層中不包含p能級的是__________。
A. N B. M C. L D. K
答案　D
解析　第一能層只有1s軌道，其他能層均有p軌道
3.以下能級符號正確的是__________。
A. 6s B. 2d C. 3f D. 1p
答案　A
解析　s能級是所有能層都包含的能級，而d能級從第三能層才出現，即3d，f能層從第四能層才出現，即4d，第一能層僅包含1s。第n能層包含的能級數為n。
4. 下列個能級中軌道數為3的是__________。
A. s B. p C. d D. f
答案　B
解析　s、p、d、f能級所包含的軌道數分別為1、3、5、7。書P14的表1-2。
5. 下列說法中，正確的是__________。
A. 處于最低能量的原子叫做基態原子
B. 3p2表示3p能級有兩個軌道
C. 同一原子中，1s、2s、3s電子的能量逐漸減小
D. 2p、3p、4p能級的軌道數依次增多
答案　A
解析　B中3p2表示3p能級上填充了2個電子。C中3s電子表示第三能層的s能級，能層數越大，代表電子離原子核越遠，電子所具有的能量越高。相同符號對應的能級包含的軌道數必定相同。
6. 下列敘述中，正確的是__________。
A. s、p、d 能級所含有的原子軌道數分別為1、3、5
B. 各電子層的能級都是從s能級開始，到f能級結束
C. 不同的電子層所含的s能級的原子軌道數是不同的
D. 各電子層含有的原子軌道數為2n2
答案　A
解析　B中所有電子層的能級都是s能級開始，但是結束的能級不同，第二能層是到2p能級結束，第三能層是到3d能級結束，第四能層是到4f能級結束。C中相同符號對應的能級包含的軌道數必定相同。各電子層含有的原子軌道數為n2

展開更多......

收起↑