2022-2023學(xué)年魯科版選擇性必修二 1.1 原子結(jié)構(gòu)模型 教案

1、1.1 原子結(jié)構(gòu)模型【教學(xué)目標(biāo)】1.了解有關(guān)原子結(jié)構(gòu)模型的歷史發(fā)展過(guò)程，初步認(rèn)識(shí)原子結(jié)構(gòu)的量子力學(xué)模型，掌握電子運(yùn)動(dòng)的能量狀態(tài)具有量子化的特征，電子可以處于不同的能級(jí)，在一定條件下會(huì)發(fā)生激發(fā)與躍遷。2.掌握用“電子云”對(duì)電子在空間體積里出現(xiàn)的概率大小進(jìn)行描述，用波函數(shù)的圖形對(duì)原子軌道進(jìn)行形象化描述。 【教學(xué)重難點(diǎn)】重點(diǎn)：能級(jí)與原子軌道。難點(diǎn)：能級(jí)與原子軌道?！竞诵乃仞B(yǎng)】宏觀辨識(shí)與微觀辨析：通過(guò)光譜實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。了解有關(guān)原子結(jié)構(gòu)模型的歷史發(fā)展過(guò)程，初步認(rèn)識(shí)原子結(jié)構(gòu)的量子力學(xué)模型，知道電子運(yùn)動(dòng)的能量狀態(tài)具有量子化的特征，電子可以處于不同的能級(jí)，在一定條件下會(huì)發(fā)生激發(fā)與躍遷。知道原子核外電子的運(yùn)動(dòng)不同于

2、宏觀物體，不能同時(shí)準(zhǔn)確測(cè)定它的位置和速度，用電子云對(duì)電子在空間體積里出現(xiàn)的概率大小進(jìn)行描述，用波函數(shù)的圖形對(duì)原子軌道進(jìn)行形象化描述。證據(jù)推理與模型認(rèn)知：通過(guò)對(duì)原子光譜的實(shí)驗(yàn)事實(shí)進(jìn)行思考、類(lèi)比、審辨與推理，體會(huì)建構(gòu)思維模型在人類(lèi)認(rèn)識(shí)原子結(jié)構(gòu)過(guò)程中的重要作用，能論證證據(jù)與模型建立及其發(fā)展之間的關(guān)系?？茖W(xué)態(tài)度與社會(huì)責(zé)任：通過(guò)“發(fā)現(xiàn)證據(jù)-提出假說(shuō)-建構(gòu)模型”的循環(huán)過(guò)程，展示人類(lèi)對(duì)微觀結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)過(guò)程，認(rèn)識(shí)到科學(xué)理論是不斷發(fā)展的，感受科學(xué)家在科學(xué)創(chuàng)造中的豐功偉績(jī)。體會(huì)科學(xué)家對(duì)科學(xué)本質(zhì)的不懈追求?！窘虒W(xué)過(guò)程】【視頻導(dǎo)入】觀看原子結(jié)構(gòu)模型的演變微課視頻【聯(lián)想質(zhì)疑】回顧人類(lèi)對(duì)原子結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)過(guò)程，你收到了哪些啟發(fā)

3、？現(xiàn)代科學(xué)對(duì)原子結(jié)構(gòu)的描述究竟是怎樣的？本節(jié)課我們學(xué)習(xí)量子力學(xué)對(duì)原子結(jié)構(gòu)模型的認(rèn)識(shí)。【閱讀思考】閱讀教材P2-P4頁(yè)內(nèi)容思考以下問(wèn)題：什么是原子光譜？根據(jù)盧瑟福的核式模型，原子光譜應(yīng)該是什么光譜？氫原子光譜的特點(diǎn)是什么？玻爾原子結(jié)構(gòu)模型觀點(diǎn)是什么？意義是什么？【板書(shū)】一、氫原子光譜和玻爾的原子結(jié)構(gòu)模型【投影】觀察思考欄目【講述】原子光譜是利用原子光譜儀將物質(zhì)吸收的光或發(fā)射的光的頻率（或波長(zhǎng)）和強(qiáng)度分布記錄下來(lái)得到光譜。根據(jù)盧瑟福的核式模型原子的光譜應(yīng)當(dāng)是連續(xù)光譜，即波長(zhǎng)的變化呈連續(xù)分布。但實(shí)驗(yàn)證明氫原子光譜是由具有特定波長(zhǎng)、彼此分立的譜線(xiàn)組成的線(xiàn)狀光譜。這與盧瑟福原子結(jié)構(gòu)模型的推論是不一致的。

4、如何解釋著一問(wèn)題呢？【投影】【引入】為了解釋這一實(shí)驗(yàn)事實(shí)，玻爾在盧瑟福核式模型的基礎(chǔ)上提出了核外電子分層排布的原子結(jié)構(gòu)模型，具體觀點(diǎn)如下?！就队啊坎柡送怆娮臃謱优挪嫉脑咏Y(jié)構(gòu)模型：（1）原子中的電子在具有確定半徑的圓周軌道上繞原子核運(yùn)動(dòng)，并且不輻射能量。（2）在不同軌道上運(yùn)動(dòng)的電子具有不同的能量（E），而且能量值是不連續(xù)的，這稱(chēng)為能量“量子化”。軌道能量依n值（1、2、3、）的增大而升高，n稱(chēng)為量子數(shù)。對(duì)氫原子而言，電子處在n=1的軌道時(shí)能量最低，這種狀態(tài)稱(chēng)為基態(tài)；能量高于基態(tài)能量的狀態(tài)，稱(chēng)為激發(fā)態(tài)。（3）只有當(dāng)電子從一個(gè)軌道躍遷到另一個(gè)軌道時(shí)，才會(huì)輻射或吸收能量。當(dāng)輻射或吸收的能量以光的形

5、式表現(xiàn)出來(lái)并被記錄，就形成了光譜。【閱讀思考】閱讀教材P4“追根尋源”，利用玻爾的原子結(jié)構(gòu)模型觀點(diǎn)，總結(jié)氫原子光譜是線(xiàn)狀光譜的原因?！就队啊俊究偨Y(jié)】玻爾原子結(jié)構(gòu)模型成功地解釋了氫原子光譜是線(xiàn)狀光譜的實(shí)驗(yàn)事實(shí)，闡明了原子光譜源自核外電子在能量不同的軌道之間的躍遷，而電子所處的軌道的能量是量子化的?！韭?lián)想質(zhì)疑】 玻爾引入一個(gè)量子數(shù)n，解釋了氫原子光譜是線(xiàn)狀光譜的實(shí)驗(yàn)事實(shí)。但是，某些復(fù)雜的光譜現(xiàn)象卻難以用玻爾原子結(jié)構(gòu)模型予以解釋。【閱讀思考】閱讀教材P4-6頁(yè)思考以下問(wèn)題：（1）為什么說(shuō)同一量子數(shù)n所標(biāo)記的核外電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)中的不同電子所具有的能量不同？ （2）量子力學(xué)的主要內(nèi)容有哪些？電子層、能級(jí)、

6、原子軌道的關(guān)系是什么？ （3）玻爾原子結(jié)構(gòu)模型不能解釋的問(wèn)題有哪些？如何用量子力學(xué)原理解釋這些問(wèn)題？（4）霓虹燈為什么能夠發(fā)出五顏六色的光？【板書(shū)】二、量子力學(xué)對(duì)原子核外電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的描述1.原子軌道【講述】通過(guò)學(xué)習(xí)我們已經(jīng)了解到，原子線(xiàn)狀光譜的產(chǎn)生是原子核外的電子在不同的、能量量子化的狀態(tài)之間躍遷所導(dǎo)致的。因此，根據(jù)多電子原子光譜現(xiàn)象的復(fù)雜性及其在外磁場(chǎng)存在時(shí)的譜線(xiàn)分裂，可以推測(cè)同一量子數(shù)n所標(biāo)記的核外電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)中的不同電子所具有的能量可能還存在差異?！就队啊俊究偨Y(jié)】在量子力學(xué)理論中，量子數(shù)n所描述的電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)稱(chēng)為電子層。 n的取值為正整數(shù)1，2，3，4，5，6，對(duì)應(yīng)的符號(hào)為K，L，M，

7、N，O，P等。一般而言，n 越大，電子離核的平均距離越遠(yuǎn)、能量越高。處于同一電子層上的電子具有的能量也可能不同，可以分為不同的能級(jí)?！就队啊俊局v述】當(dāng)n相同時(shí)，電子所具有的能量也可能不同，因此，同一個(gè)電子層可分為若干個(gè)能級(jí)，不同能級(jí)的電子的空間運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的能量不同。當(dāng)n=x時(shí)，有x個(gè)能級(jí)，用符號(hào)s，p，d，f等表示。即每一電子層所具有的能級(jí)數(shù)等于其電子層序數(shù)。例如如n=2時(shí)，有2個(gè)能級(jí)，符號(hào)分別為s，p。這樣，當(dāng)n=4 和 n=3時(shí)，分別對(duì)應(yīng)有 4個(gè)和3個(gè)不同的能級(jí)。【投影】電子層n能級(jí)數(shù)1s2s、p3s、p、d4s、p、d、fnn【講述】科學(xué)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在無(wú)外磁場(chǎng)的條件下，處于同一能級(jí)的原子軌道

8、能量相同。在存在外磁場(chǎng)時(shí)，處于同一能級(jí)的電子的空間運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的能量還會(huì)不同。因此，當(dāng)有外磁場(chǎng)時(shí)，氫原子或多電子原子光譜中的一條譜線(xiàn)就可能分裂為多條?！具^(guò)度】習(xí)慣上，人們用原子軌道來(lái)描述原子中單個(gè)電子的空間運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，不過(guò)此處定義的原子軌道被賦予了新的含義。不同的能級(jí)含有的原子軌道數(shù)不同?！就队啊俊局v述】s能級(jí)有1個(gè)原子軌道，P能級(jí)有Px、Py、Pz三個(gè)軌道。根據(jù)電子層數(shù)、能級(jí)數(shù)、原子軌道數(shù)之間的關(guān)系，我們可以推斷每電子層所含有的原子軌道數(shù)為n2.【投影】【講述】處于同一軌道上的電子還存在一種被稱(chēng)為自旋的量子化狀態(tài)。且處于同一原子軌道上的電子自旋狀態(tài)只能有兩種，分別用符號(hào)個(gè)和表示。即每個(gè)原子軌道最多

9、容納兩個(gè)電子，切兩個(gè)電子的自旋量子化狀態(tài)不同。因此氫原子的電子由 2p軌道躍遷到1s軌道得到兩條譜線(xiàn)和鈉原子的黃色譜線(xiàn)表現(xiàn)出的雙線(xiàn)結(jié)構(gòu)，正是由電子的自旋有兩種狀態(tài)造成的。同時(shí)我們還可以計(jì)算出每層最多容納的電子數(shù)為2n2.【投影】【交流研討】1.量子力學(xué)從哪些方面描述原子核外電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)？2.電子層數(shù)與該電子層中的能級(jí)數(shù)、原子軌道數(shù)有什么關(guān)系？能級(jí)與原子軌道數(shù)之間又有什么關(guān)系？3決定電子能量高低的因素是什么？【歸納總結(jié)】(1)任一電子層的能級(jí)總是從s能級(jí)開(kāi)始，能級(jí)數(shù)等于該電子層的序數(shù)：第一電子層只有1個(gè)能級(jí)(1s)，第二電子層有2個(gè)能級(jí)(2s和2p)，第三電子層有3個(gè)能級(jí)(3s、3p和3d)，

10、即任一電子層，能級(jí)數(shù)電子層序數(shù)。(2)電子層與能級(jí)類(lèi)似樓層與階梯之間的關(guān)系，在每一個(gè)電子層中，能級(jí)符號(hào)順序是ns、np、nd、nf(如圖所示)。(3)同一能級(jí)又可能包含幾個(gè)空間取向不同的原子軌道，s能級(jí)中有1個(gè)原子軌道、p能級(jí)中有3個(gè)能量相同的原子軌道，分別記作“npx、npy、npz”，d能級(jí)中有5個(gè)能量相同的原子軌道?！就队啊俊具^(guò)度】原子中單個(gè)電子的空間運(yùn)動(dòng)狀態(tài)用原子軌道來(lái)描述，而原子軌道在量子力學(xué)中是用波函數(shù)表示的，因此可以將原子軌道以圖形的方式在直角坐標(biāo)系中表示出來(lái)?！景鍟?shū)】2.原子軌道的圖形描述【投影】【講述】從圖中可以看出，s軌道在三維空間分布的圖形為球形，即該原子軌道具有球?qū)ΨQ(chēng)性

11、；p軌道空間分布的圖形特點(diǎn)與s軌道明顯不同，它在空間的分布特點(diǎn)是分別相對(duì)于x、y、z軸對(duì)稱(chēng)，類(lèi)似啞鈴形，也就是說(shuō)，p軌道在空間分別沿x、y、z軸的方向分布?！韭?lián)想質(zhì)疑】原子軌道可以用波函數(shù)來(lái)表示，那么，又該如何理解波函數(shù)?怎樣形象地描述電子在空間中的運(yùn)動(dòng)與分布呢?【板書(shū)】3.電子在核外的空間分布【講述】與對(duì)宏觀物體運(yùn)動(dòng)的描述不同，對(duì)于質(zhì)量非常小、運(yùn)行速度極快且運(yùn)動(dòng)空間極小的微觀粒子而言，人們不可能同時(shí)準(zhǔn)確地測(cè)定它的位置和速度，但能通過(guò)對(duì)波函數(shù)進(jìn)行數(shù)學(xué)處理計(jì)算出電子在什么地方出現(xiàn)的概率大、在什么地方出現(xiàn)的概率小。這種描述電子在核外空間某處單位體積內(nèi)的概率分布的圖形我們稱(chēng)為電子云圖?！就队啊俊局v述

12、】單位體積內(nèi)小點(diǎn)的疏密程度表示電子在原子核外單位體積內(nèi)出現(xiàn)概率的大小。點(diǎn)密集的地方，表示電子在此出現(xiàn)的概率大；點(diǎn)稀疏的地方，表示電子在此出現(xiàn)的概率小。處于1s軌道上的電子在空間出現(xiàn)的概率分布呈球形對(duì)稱(chēng)，而且電子在原子核附近單位體積內(nèi)出現(xiàn)的概率大；離核越遠(yuǎn)，單位體積內(nèi)電子出現(xiàn)的概率越小?！究偨Y(jié)】因?yàn)槲覀儾荒艽_定原子中的電子在某一時(shí)刻一定出現(xiàn)在何處，只可能預(yù)言在空間某處電子出現(xiàn)的概率，所以量子力學(xué)中的軌道的含義已與玻爾軌道的含義完全不同，它既不是圓周軌道，也不是其他經(jīng)典意義上的固定軌跡。關(guān)于量子力學(xué)的誕生大家自主閱讀教材“視野擴(kuò)展”欄目?！菊n堂小結(jié)】【作業(yè)布置】完成課后配套作業(yè)。【板書(shū)設(shè)計(jì)】1.1 原子結(jié)構(gòu)模型氫原子光譜和玻爾的原子結(jié)構(gòu)模型量子力學(xué)對(duì)原子核外電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的描述1.原子軌道2.原子軌道的圖形描述3.電子在核外的空間分布【教學(xué)反思】通過(guò)必修課的學(xué)習(xí)學(xué)生已經(jīng)知道原子是由原子核和核外電