1.1.3電子云與原子軌道（教學(xué)設(shè)計(jì)）高二化學(xué)（人教版2019選修第二冊(cè)）

第一章《原子結(jié)構(gòu)與性質(zhì)》教學(xué)設(shè)計(jì)第一節(jié)原子結(jié)構(gòu)第三課時(shí)電子云與原子軌道泡利原理、洪特規(guī)則、能量最低原理課題：1.1.3電子云與原子軌道泡利原理、洪特規(guī)則、能量最低原理課時(shí)1授課年級(jí)高二課標(biāo)要求認(rèn)識(shí)基態(tài)原子中核外電子的排布遵循能量最低原理、泡利不相容原理和洪特規(guī)則等教材分析本節(jié)內(nèi)容是高中化學(xué)人教版（2019版）選擇性必修二第一章第一節(jié)《原子結(jié)構(gòu)》內(nèi)容，該內(nèi)容是高中選修課程中，研究原子結(jié)構(gòu)的起始課。因此，學(xué)習(xí)本節(jié)內(nèi)容對(duì)以后學(xué)習(xí)分子結(jié)構(gòu)、晶體結(jié)構(gòu)等具有指導(dǎo)性作用；同時(shí)本節(jié)課也是承接初中化學(xué)原子結(jié)構(gòu)和必修教材中關(guān)于原子結(jié)構(gòu)的知識(shí)的延續(xù)，所以本節(jié)課在整個(gè)高中化學(xué)結(jié)構(gòu)化學(xué)方面起到了很好的承上啟下的作用。第一節(jié)《原子結(jié)構(gòu)》涉及能層與能級(jí)、基態(tài)與激發(fā)態(tài)和原子光譜、構(gòu)造原理與電子排布式、電子云與原子軌道、泡利原理、洪特規(guī)則、能量最低原理，共五大方面的內(nèi)容，內(nèi)容多，并且比較抽象，為了降低難度，幫助學(xué)生更好的理解，教參將本節(jié)內(nèi)容分成4課時(shí)，逐一進(jìn)行探究。本節(jié)課時(shí)是《原子結(jié)構(gòu)》第一節(jié)的第三課時(shí)，教材在學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)了能級(jí)、能層、構(gòu)造原理、電子排布式、簡(jiǎn)化電子排布式、價(jià)層電子排布式的書寫的基礎(chǔ)上，開始介紹核外電子的空間運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，教材借用電子云及其輪廓圖的方式，形象地引出原子軌道的概念，并把重點(diǎn)集中在原子軌道的“數(shù)”和“形”上，“形”僅限于s軌道和p軌道。有了原子軌道的概念后，運(yùn)用原子軌道進(jìn)一步研究核外電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，從而引出了泡利原理、電子的軌道表示式、洪特規(guī)則等知識(shí)。隨后，教材介紹了能量最低原理，提及了“電子將盡可能地占據(jù)能量最低的原子軌道”。通過對(duì)能量最低原理的介紹，又使學(xué)生增強(qiáng)了對(duì)構(gòu)造原理的理解，其實(shí)構(gòu)造原理是依據(jù)能量最低的基態(tài)原子的電子排布?xì)w納抽象出來的，根據(jù)構(gòu)造原理寫出的電子排布其實(shí)是能量最低的原子軌道組合。最后，教材對(duì)基態(tài)原子的核外電子排布作了一個(gè)小結(jié)，即遵循泡利原理、洪特規(guī)則和能量最低原理。本課時(shí)的內(nèi)容設(shè)置既有新知的呈現(xiàn)，同時(shí)在新知中，又有舊知的應(yīng)用，例如對(duì)構(gòu)造原理的深入理解，原子軌道與能級(jí)能層的關(guān)系，軌道表示式在書寫時(shí)與電子排布式的區(qū)別和聯(lián)系等。通過對(duì)本課時(shí)的學(xué)習(xí)，學(xué)生不僅能夠加深對(duì)前兩課時(shí)內(nèi)容的理解和應(yīng)用，同時(shí)也能更好的理解本課時(shí)的新知。本節(jié)課教材從圖片、表格、思考與討論、資料卡片等方面出發(fā)，整節(jié)課教材中給出一張表格，七張圖片，五個(gè)問題。利用五張圖片，向?qū)W生介紹電子云和電子云輪廓圖的抽象知識(shí)，直觀形象，便于理解；利用一張表格，向?qū)W生介紹原子軌道的相關(guān)內(nèi)容；泡利和洪特兩位科學(xué)家的圖片，向?qū)W生展示了科學(xué)家的風(fēng)采，激發(fā)了學(xué)生對(duì)原理和規(guī)則的學(xué)習(xí)興趣；思考與討論中，五個(gè)問題的設(shè)置，幫助學(xué)生更好的利用泡利原理和洪特規(guī)則書寫軌道表示式。多種資源的綜合運(yùn)用，能夠激發(fā)學(xué)習(xí)熱情，加深對(duì)知識(shí)的理解。教學(xué)目標(biāo)1.知道電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)可通過原子軌道和電子云模型來描述，能說明微觀粒子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)與宏觀物體運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)的差異，建立對(duì)原子結(jié)構(gòu)的模型認(rèn)知。2.認(rèn)識(shí)基態(tài)原子中核外電子的排布遵循能量最低原理、泡利原理和洪特規(guī)則，能寫出1~36號(hào)元素基態(tài)原子的軌道表示式，初步學(xué)會(huì)運(yùn)用模型解決實(shí)際問題。教學(xué)重、難點(diǎn)重點(diǎn)：核外電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，電子云與原子軌道；泡利原理和洪特規(guī)則難點(diǎn)：電子云與原子軌道核心素養(yǎng)宏觀辨識(shí)與微觀探析：通過宏觀上利用電子云輪廓圖描述核外電子的空間運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，探究微觀中電子的運(yùn)動(dòng)方式，從而更好地理解核外電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，為原子軌道的確立奠定了基礎(chǔ)。證據(jù)推理與模型認(rèn)知：通過閱讀圖片和表格，明確電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)可通過原子軌道和電子云模型來描述，從而建立對(duì)原子結(jié)構(gòu)的模型認(rèn)知；通過書寫原子的軌道表示式，初步學(xué)會(huì)運(yùn)用模型解決實(shí)際問題?？茖W(xué)探究與創(chuàng)新意識(shí)：泡利不相容原理的提出，使電子的空間運(yùn)動(dòng)狀態(tài)理論更加完善，復(fù)雜的原子光譜得到解釋，以光譜事實(shí)為基礎(chǔ)的構(gòu)造原理得以建立，體現(xiàn)了創(chuàng)新思維在科學(xué)研究中的重要價(jià)值?？茖W(xué)精神與社會(huì)責(zé)任：通過對(duì)電子運(yùn)動(dòng)發(fā)展史的探究，使學(xué)生體會(huì)到人類對(duì)電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的探索是一個(gè)逐步深入逐步完善的過程。在學(xué)習(xí)活動(dòng)中使學(xué)生感受到科學(xué)家獻(xiàn)身科學(xué)的探索精神和進(jìn)行科學(xué)探索時(shí)所具有的創(chuàng)新科學(xué)態(tài)度，激發(fā)學(xué)生探究電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的積極性。學(xué)情分析在初中階段，學(xué)生對(duì)原子結(jié)構(gòu)，前20號(hào)元素的原子結(jié)構(gòu)示意圖有一定的了解，知道原子由原子核與核外電子構(gòu)成，原子核由質(zhì)子和中子構(gòu)成(H除外)，整個(gè)原子的質(zhì)量主要集中在原子核上，核外電子是分層排布的。在必修階段以及上兩節(jié)課的學(xué)習(xí)中，學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)了能級(jí)、能層和構(gòu)造原理，能夠利用這些知識(shí)以及“一低四不超”原則書寫核外電子的排布式和簡(jiǎn)化的電子排布式及價(jià)層電子排布式。在本節(jié)課的教學(xué)中可以充分利用學(xué)過的電子排布式、原子結(jié)構(gòu)示意圖以及構(gòu)造原理，在學(xué)習(xí)泡利原理和洪特規(guī)則的基礎(chǔ)上，對(duì)電子排布的軌道表示式進(jìn)行深入講解，有利于加深學(xué)生對(duì)軌道表示式書寫方式的理解。同時(shí)利用已有的原子結(jié)構(gòu)的知識(shí)經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合教材中提供的多個(gè)圖片，加深對(duì)電子空間運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的探究，從而更好的了解電子云及電子云輪廓圖的深層涵義。通過閱讀教材中的相關(guān)內(nèi)容和教材中提供的表格，結(jié)合之前的能級(jí)、能層的知識(shí)，進(jìn)一步學(xué)習(xí)原子軌道的相關(guān)理論，從而增強(qiáng)對(duì)電子空間運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的深入理解。通過回顧構(gòu)造原理的知識(shí)，體會(huì)它與能量最低原理之間的關(guān)系。教學(xué)過程教學(xué)環(huán)節(jié)教學(xué)活動(dòng)設(shè)計(jì)意圖環(huán)節(jié)一、情景導(dǎo)入創(chuàng)設(shè)情境【情景創(chuàng)設(shè)】播放原子核外電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，導(dǎo)入新課【導(dǎo)入】通過剛才的視頻，我們發(fā)現(xiàn)，電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)是很復(fù)雜的，那么電子到底是如何運(yùn)動(dòng)的，視頻中提到的電子構(gòu)成的概率云，自旋又指的是什么，通過今天的學(xué)習(xí)，我們就能解決這些問題。創(chuàng)設(shè)電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的情境，提出本節(jié)課要學(xué)習(xí)的相關(guān)名次，激發(fā)學(xué)生的探究欲望。環(huán)節(jié)二、認(rèn)識(shí)電子云和電子云輪廓圖環(huán)節(jié)三、認(rèn)識(shí)原子軌道環(huán)節(jié)四、泡利原理、洪特規(guī)則、能量最低原理任務(wù)一、了解電子云的相關(guān)內(nèi)容任務(wù)二、認(rèn)識(shí)電子云輪廓圖任務(wù)三、探究原子軌道任務(wù)四、探究泡利原理任務(wù)五、探究電子排布的軌道表示式任務(wù)六、探究洪特規(guī)則任務(wù)七、探究能量最低原理【任務(wù)一】了解電子云的相關(guān)內(nèi)容【學(xué)生活動(dòng)】閱讀教材P12第14自然段，了解電子云，回答下列問題：1、概率密度的表達(dá)式及相關(guān)物理量的含義？2、電子云的概念？3、電子云與概率密度的關(guān)系？4、電子云中的小點(diǎn)與概率密度的關(guān)系？【學(xué)生1】用P表示電子在某處出現(xiàn)的概率，V表示該處的體積，則稱為概率密度，用ρ表示。【學(xué)生2】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?！緦W(xué)生3】電子云是處于一定空間運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的電子在原子核外空間的概率密度分布的形象化描述【學(xué)生4】電子云圖中小點(diǎn)越密，表示電子出現(xiàn)的概率越大。【教師】評(píng)價(jià)、補(bǔ)充?！局v授】電子云圖中的小點(diǎn)并不代表電子，小點(diǎn)的數(shù)目也不代表電子實(shí)際出現(xiàn)的次數(shù)【過渡】電子云圖很難繪制，使用不便，我們通常使用電子云輪廓圖來繪制電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，接下來，我們共同來探究電子云輪廓圖?！救蝿?wù)二】認(rèn)識(shí)電子云輪廓圖?！緦W(xué)生活動(dòng)】閱讀教材P12第5，6自然段，和P13第1，2自然段，了解電子云輪廓圖的內(nèi)容，回答下列問題：1、繪制電子云輪廓圖的目的？2、繪制電子云輪廓圖的方法？3、s、p電子云輪廓圖的形狀？4、p電子云輪廓圖有幾種，如何表示，什么關(guān)系？5、電子云輪廓圖的大小與能層序數(shù)的關(guān)系及產(chǎn)生這種變化的原因？【學(xué)生1】表示電子云輪廓的形狀，對(duì)核外電子的空間運(yùn)動(dòng)狀態(tài)有一個(gè)形象化的簡(jiǎn)便描述。【學(xué)生2】把電子在原子核外空間出現(xiàn)概率P=90%的空間圈出來【學(xué)生3】s——球形，p——啞鈴狀【學(xué)生4】3種，px、py、pz，px、py、pz相互垂直【學(xué)生5】關(guān)系：同一原子的能層越高，電子云的半徑越大原因：隨著能層序數(shù)的增大，電子的能量依次增高，電子在離核更遠(yuǎn)的區(qū)域出現(xiàn)的概率逐漸增大，電子云越來越向更大的空間擴(kuò)展?！窘處煛吭u(píng)價(jià)、補(bǔ)充【對(duì)應(yīng)訓(xùn)練1】下列說法中正確的是（）A.電子云通常是用小黑點(diǎn)來表示電子的多少B.能量高的電子在離核近的區(qū)域運(yùn)動(dòng)，能量低的電子在離核遠(yuǎn)的區(qū)域運(yùn)動(dòng)C.處于最低能量狀態(tài)的原子叫基態(tài)原子D.電子僅由激發(fā)態(tài)躍遷到基態(tài)時(shí)才會(huì)產(chǎn)生原子光譜【答案】C【解析】電子云是用小黑點(diǎn)表示電子在核外空間某處出現(xiàn)的概率，小黑點(diǎn)的疏密表示出現(xiàn)概率的大小，A錯(cuò)誤；通常能量低的電子在離核近的區(qū)域運(yùn)動(dòng)，能量高的電子在離核遠(yuǎn)的區(qū)域運(yùn)動(dòng)，B錯(cuò)誤；基態(tài)原子的能量最低，C正確；電子由基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)，或由激發(fā)態(tài)躍遷到基態(tài)，都會(huì)產(chǎn)生原子光譜，D錯(cuò)誤?！緦?duì)應(yīng)訓(xùn)練2】下列關(guān)于電子云的敘述中不正確的是（）A.電子云是用小黑點(diǎn)的疏密程度來表示電子在核外空間出現(xiàn)概率大小的圖形B.電子云實(shí)際上是電子運(yùn)動(dòng)形成的類似云一樣的圖形C.電子云圖說明離核越近，電子出現(xiàn)概率越大；離核越遠(yuǎn)，電子出現(xiàn)概率越小D.能級(jí)類別不同，電子云的形態(tài)也不一樣【答案】B【解析】電子云是處于一定空間運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的電子在原子核外空間的概率密度分布的形象化描述，而不是電子的實(shí)際運(yùn)動(dòng)軌跡。人們常用小黑點(diǎn)的疏密程度來表示電子在原子核外空間出現(xiàn)概率的大小。從電子云圖中可以看出，離核越近，電子出現(xiàn)概率越大；離核越遠(yuǎn)，電子出現(xiàn)概率越小?！緦?duì)應(yīng)訓(xùn)練3】下列關(guān)于1s電子在原子核外出現(xiàn)的概率分布圖，也稱電子云示意圖(如圖所示)的有關(guān)說法中，正確的是（）A.通常用小點(diǎn)來表示電子的多少，小點(diǎn)越密，電子數(shù)目越多B.小點(diǎn)越密，單位體積內(nèi)電子出現(xiàn)的機(jī)會(huì)越大C.氫原子核外電子繞核做高速圓周運(yùn)動(dòng)D.氫原子的電子云就是氫原子的核外電子分布圖【答案】B【解析】電子云是一個(gè)統(tǒng)計(jì)學(xué)結(jié)果的形象描述。小點(diǎn)密度大表示單位體積內(nèi)電子出現(xiàn)的概率大。取電子出現(xiàn)的概率P=90%的空間圈出來，形成電子云輪廓圖?！拘〗Y(jié)】強(qiáng)調(diào)重點(diǎn)記憶的內(nèi)容1、了解電子云與概率密度的關(guān)系，知道電子云圖中的小點(diǎn)并不代表電子，小點(diǎn)的數(shù)目也不代表電子實(shí)際出現(xiàn)的次數(shù)2、s、p電子云輪廓圖的形狀，p電子云輪廓圖的種類、表示方法、關(guān)系3、電子云輪廓圖的大小與能層序數(shù)的關(guān)系【多媒體展示】播放視頻，展示前面所學(xué)知識(shí)，同時(shí)引出原子軌道的內(nèi)容【過渡】通過剛才視頻的播放，我們進(jìn)一步了解了電子云和電子云輪廓圖的內(nèi)容，那么視頻當(dāng)中展示的原子軌道是什么，接下來，我們就來研究這方面的內(nèi)容?！局v授】1、原子軌道的定義：量子力學(xué)把電子在原子核外的一個(gè)空間運(yùn)動(dòng)狀態(tài)稱為一個(gè)原子軌道。2、表示方法：常用電子云輪廓圖的形狀和取向來表示原子軌道的形狀和取向。【任務(wù)三】探究原子軌道【學(xué)生活動(dòng)】閱讀教材P14表12，小組討論歸納，回答下列問題：1、原子軌道的形狀有哪些？2、同一能層，不同能級(jí)的原子軌道個(gè)數(shù)有什么規(guī)律？3、不同能層，相同能級(jí)的原子軌道個(gè)數(shù)有什么規(guī)律？4、原子軌道的個(gè)數(shù)由什么決定？【展示討論結(jié)果】1、s軌道——球形，p軌道——啞鈴形2、s能級(jí)——1個(gè)，p能級(jí)——3個(gè)，d能級(jí)——5個(gè)，f能級(jí)——7個(gè)3、不同能層，相同能級(jí)的原子軌道個(gè)數(shù)相同4、由能級(jí)決定【教師】評(píng)價(jià)、補(bǔ)充【復(fù)習(xí)提問】能級(jí)能量大小的判斷方法有哪些？【學(xué)生】1、先看能層，一般情況下，能層序數(shù)越大，能量越高；再看同一能層各能級(jí)的能量順序?yàn)椋篍(ns)<E(np)<E(nd)<E(nf)…2、不同能層中的同一能級(jí)，能層序數(shù)越大，能量越高。3、不同原子的同一能層的同一能級(jí)的能量大小也不同?！舅伎碱}】1、同一能層不同能級(jí)的原子軌道，能量大小如何判斷？【學(xué)生】同一能層各能級(jí)的能量順序?yàn)椋篍(ns)<E(np)<E(nd)<E(nf)…【思考題】2、同一能層相同能級(jí)的原子軌道，能量大小如何判斷，例如：2px、2py、2pz，這三個(gè)原子軌道的能量大小關(guān)系如何？【學(xué)生】相同【講授】結(jié)論：原子軌道能量大小的判斷，也遵循能級(jí)、能層能量大小的判斷方法【講授】簡(jiǎn)并軌道：人們把同一能級(jí)的幾個(gè)能量相同的原子軌道稱為簡(jiǎn)并軌道?！緦?duì)應(yīng)訓(xùn)練1】如圖是s能級(jí)和p能級(jí)的原子軌道圖，下列說法正確的是（）A.s能級(jí)和p能級(jí)的原子軌道形狀相同B.每個(gè)p能級(jí)都有6個(gè)原子軌道C.s能級(jí)的原子軌道半徑與能層序數(shù)有關(guān)D.鈉原子的電子在11個(gè)原子軌道上高速運(yùn)動(dòng)【答案】C【解析】s軌道為球形，p軌道為啞鈴形，A項(xiàng)錯(cuò)誤；每個(gè)p能級(jí)只有3個(gè)原子軌道，B項(xiàng)錯(cuò)誤；能層序數(shù)越小，s能級(jí)的原子軌道半徑越小，C項(xiàng)正確；鈉原子的電子在6個(gè)原子軌道上高速運(yùn)動(dòng)，D項(xiàng)錯(cuò)誤?！緦?duì)應(yīng)訓(xùn)練2】下列軌道上的電子在xy平面上出現(xiàn)的機(jī)會(huì)為零的是（）A.3pzB.3pxC.3pyD.3s【答案】A【解析】px和py，在xy平面上；3pz軌道沿z軸方向伸展，垂直于xy平面，故該軌道上的電子不可能出現(xiàn)在xy平面上；s軌道電子云為球形，各個(gè)方向都有，故A符合題意。【對(duì)應(yīng)訓(xùn)練3】符號(hào)3px所代表的含義是（）A.px軌道上有3個(gè)電子B.第三能層px軌道有3個(gè)伸展方向

C.px電子云有3個(gè)伸展方向D.第三能層沿x軸方向伸展的p軌道【答案】D【解析】p能級(jí)有3個(gè)軌道，沿x、y、z三個(gè)不同的方向延伸，3px所代表的含義是第三能層沿x軸方向伸展的軌道，最多只容納2個(gè)電子?！緦?duì)應(yīng)訓(xùn)練4】下列說法中正確的是（）A.s電子云是在空間各個(gè)方向上伸展程度相同的對(duì)稱形狀B.p電子云的形狀是對(duì)頂雙球C.L能層有d軌道D.2d能級(jí)包含5個(gè)原子軌道，最多容納10個(gè)電子【答案】A【解析】s電子云是球形對(duì)稱的，因此s電子云是在空間各個(gè)方向上伸展程度相同的對(duì)稱形狀，A正確；p電子云是啞鈴形，B錯(cuò)誤；L電子層只有2s、2p兩個(gè)能級(jí)，無d軌道，C錯(cuò)誤；從第三電子層開始出現(xiàn)d能級(jí)，即沒有2d能級(jí)，D錯(cuò)誤。【對(duì)應(yīng)訓(xùn)練5】下列說法正確的是（）A.不同的原子軌道形狀一定不相同B.p軌道呈啞鈴形，因此p軌道上的電子運(yùn)動(dòng)軌跡呈啞鈴形C.2p能級(jí)有3個(gè)p軌道D.氫原子的電子運(yùn)動(dòng)軌跡呈球形【答案】C【解析】不同能級(jí)的原子軌道形狀可以相同，如1s、2s能級(jí)的原子軌道都是球形，只是半徑不同，A錯(cuò)誤；現(xiàn)在的技術(shù)無法測(cè)定電子在原子核外的運(yùn)動(dòng)軌跡，原子軌道只是體現(xiàn)電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，B、D錯(cuò)誤；任何能層的p能級(jí)都有3個(gè)p軌道，C正確?！拘〗Y(jié)】強(qiáng)調(diào)重點(diǎn)記憶的內(nèi)容1、原子軌道數(shù)與電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的關(guān)系2、各能級(jí)原子軌道數(shù)：s1、p3、d5、f73、原子軌道能量大小的比較4、簡(jiǎn)并軌道的含義【過渡】通過上面的探究，我們了解了電子云、電子云輪廓圖和原子軌道的相關(guān)知識(shí)。對(duì)于電子的排布，我們可以用電子排布式進(jìn)行表示，那么除此之外，還有哪些其他的表示方法，這些方法的表示依據(jù)又是什么呢，接下來，第二部分的探究就能幫助我們解決這些問題?！救蝿?wù)四】探究泡利原理【學(xué)生活動(dòng)】閱讀教材P14第1，2自然段，回答下列問題：1、電子自旋的含義？2、電子自旋的取向？3、電子自旋的表示方法？4、泡利原理的內(nèi)容？【學(xué)生1】電子除空間運(yùn)動(dòng)狀態(tài)外，還有一種狀態(tài)叫做自旋?！局v授】電子自旋可以比喻成地球的自轉(zhuǎn)?！緦W(xué)生2】電子自旋在空間有順時(shí)針和逆時(shí)針兩種取向【學(xué)生3】常用方向相反的箭頭“↑”和“↓”表示自旋狀態(tài)相反的電子【學(xué)生4】在一個(gè)原子軌道里，最多只能容納2個(gè)電子，它們的自旋相反，這個(gè)原理被稱為泡利原理（也稱為泡利不相容原理）【講授】①自旋是微觀粒子普遍存在的一種如同電荷、質(zhì)量一樣的內(nèi)在屬性②三個(gè)決定：決定電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)：能層、能級(jí)、原子軌道、自旋決定電子的能量：能層、能級(jí)決定電子運(yùn)動(dòng)的空間范圍：原子軌道③一個(gè)原子中不可能存在運(yùn)動(dòng)狀態(tài)完全相同的2個(gè)電子【學(xué)生活動(dòng)】閱讀教材P15資料卡片——電子自旋的內(nèi)容【多媒體展示】展示泡利原理的相關(guān)視頻【過渡】其實(shí)泡利原理是正確書寫電子排布的軌道表示式的依據(jù)，接下來，我們就結(jié)合泡利原理，來探究軌道表示式的書寫？【任務(wù)五】探究電子排布的軌道表示式【學(xué)生活動(dòng)】閱讀教材P15第1，2自然段，回答下列問題：1、軌道表示式的含義？2、軌道表示式的書寫要求？【學(xué)生1】軌道表示式(又稱電子排布圖)是表述電子排布的一種圖式【學(xué)生2】(1)在軌道表示式中，用方框(也可用圓圈)表示原子軌道，能量相同的原子軌道(簡(jiǎn)并軌道)的方框相連。(2)箭頭表示一種自旋狀態(tài)的電子，“↑↓”稱電子對(duì)，“↑”或“↓”稱單電子(或稱未成對(duì)電子);箭頭同向的單電子稱自旋平行，如基態(tài)氧原子有2個(gè)自旋平行的2p電子。(3)通常應(yīng)在方框的下方或上方標(biāo)記能級(jí)符號(hào)。(4)有時(shí)畫出的能級(jí)上下錯(cuò)落，以表達(dá)能量高低不同?！窘處煛吭u(píng)價(jià)，補(bǔ)充說明：(1)不同能層及能級(jí)的原子軌道的方框必須分開表示(2)軌道表示式的排列順序與電子排布式順序一致，即按能層順序排列(3)軌道表示式中能級(jí)符號(hào)右上方不能標(biāo)記電子數(shù)【講授】書寫方法：以Si原子為例，說明軌道表示式中各部分的含義【學(xué)生活動(dòng)】書寫下列原子的電子排布圖Na、Ar、F、Al、O、N【學(xué)生1】Na：【學(xué)生2】Ar：【學(xué)生3】F：【學(xué)生4】Al：【學(xué)生5】O：【學(xué)生6】N：【過渡】為什么氮原子的電子排布圖是這么書寫，2p軌道的3個(gè)電子，為什么必須分占三個(gè)軌道，而且自旋方向一致，洪特規(guī)則向我們解釋了這些問題?！救蝿?wù)六】探究洪特規(guī)則【學(xué)生活動(dòng)】閱讀教材P15第3，4，P16前三個(gè)自然段，回答下列問題：洪特規(guī)則的內(nèi)容？2、洪特規(guī)則適用的粒子范圍？3、洪特規(guī)則適用的軌道范圍？【學(xué)生1】基態(tài)原子中，填入簡(jiǎn)并軌道的電子總是先單獨(dú)分占，且自旋平行，稱為洪特規(guī)則【學(xué)生2】基態(tài)原子和基態(tài)離子【學(xué)生3】洪特規(guī)則只針對(duì)電子填入簡(jiǎn)并軌道而言，并不適用于電子填入能量不同的軌道【講授】舉例：【學(xué)生活動(dòng)】書寫下列原子價(jià)層電子的軌道表示式？C、P、S、As、Si、Se【學(xué)生1】C：【學(xué)生2】P：【學(xué)生3】S：【學(xué)生4】As：【學(xué)生5】Si：【學(xué)生6】Se：【教師】補(bǔ)充、點(diǎn)評(píng)【過渡】在洪特規(guī)則中，存在著三種特殊情況，那就是全滿、半滿、全空狀態(tài)，這三種狀態(tài)使得原子具有較低的能量和較高的穩(wěn)定性。【講授】特例：簡(jiǎn)并軌道上的電子排布處于全充滿、半充滿和全空狀態(tài)時(shí)，具有較低的能量和較高的穩(wěn)定性?！局v授】舉例：如基態(tài)24Cr的電子排布式為1s22s22p63s23p63d54s1，d軌道為半充滿狀態(tài)易錯(cuò)寫為1s22s22p63s23p63d44s2基態(tài)29Cu的電子排布式為[Ar]3d104s1，d軌道為全充滿狀態(tài)易錯(cuò)寫為[Ar]3d94s2【思考與討論】(1)下列軌道表示式中哪個(gè)是硼的基態(tài)原子?為什么?【學(xué)生】答案：A。根據(jù)泡利原理，在一個(gè)原子軌道里，最多只能容納2個(gè)電子，且它們的自旋相反【教師】補(bǔ)充、點(diǎn)評(píng)【思考與討論】(2)下列軌道表示式中哪個(gè)是氧的基態(tài)原子?為什么?【學(xué)生】答案：A。根據(jù)洪特規(guī)則，基態(tài)原子中，填充簡(jiǎn)并軌道的電子總是先單獨(dú)分占，且自旋平行?！窘處煛垦a(bǔ)充、點(diǎn)評(píng)【任務(wù)七】探究能量最低原理【學(xué)生活動(dòng)】閱讀教材P16第4，5，6三個(gè)自然段，回答下列問題：1、能量最低原理的內(nèi)容？2、原子能量的決定因素有哪些？3、電子填入能級(jí)的方式有哪些？4、基態(tài)原子核外電子排布遵循的原理有哪些？【學(xué)生1】在構(gòu)建基態(tài)原子時(shí)，電子將盡可能地占據(jù)能量最低的原子軌道，使整個(gè)原子的能量最低，這就是能量最低原理。【學(xué)生2】核電荷數(shù)、電子數(shù)和電子狀態(tài)【學(xué)生3】相鄰能級(jí)能量相差很大時(shí)，電子填入能量低的能級(jí)即可使整個(gè)原子能量最低(如所有主族元素的基態(tài)原子);而當(dāng)相鄰能級(jí)能量相差不太大時(shí)，有1~2個(gè)電子占據(jù)能量稍高的能級(jí)可能反而降低了電子排斥能而使整個(gè)原子能量最低(如所有副族元素的基態(tài)原子)【學(xué)生4】泡利原理、洪特規(guī)則和能量最低原理【教師】補(bǔ)充、點(diǎn)評(píng)【思考與討論】(1)為什么基態(tài)氦原子的電子排布是1s2而不是1s12s1?【學(xué)生1】氦原子核外有2個(gè)電子，根據(jù)能量最低原理和泡利原理，基態(tài)氦原子的2個(gè)電子以自旋相反的形式填充在能量最低的1s軌道中。且1s和2s能量相差較大，所以基態(tài)氦原子不會(huì)出現(xiàn)2個(gè)電子單獨(dú)分占1s、2s軌道的情況?！舅伎寂c討論】(2)為什么基態(tài)氮原子的軌道表示式是,而不是【學(xué)生2】氮原子核外有7個(gè)電子，根據(jù)能量最低原理和泡利原理，基態(tài)氮原子先有2個(gè)電子以自旋相反的形式填充在1s軌道中，又有2個(gè)電以自旋相反的形式填充在2s軌道中；根據(jù)洪特規(guī)則，余下的3個(gè)電子將以自旋平行的方式分別填充在3個(gè)取向不同但能量相同的2p軌道中【思考與討論】(3)為什么基態(tài)K和Ca的價(jià)電子是4s1和4s2,而不是3d1和3d2?【學(xué)生3】根據(jù)構(gòu)造原理書寫電子排布式，基態(tài)鉀原子為1s22s22p63s23p64s1,基態(tài)鈣原子為1s22s22p63s23p64s2,且鉀和鈣的光譜也證實(shí)了它們的最外層電子為4s1和4s2,而不是3d1和3d2,說明鉀和鈣這樣的電子排布符合能量最低原理【小結(jié)】強(qiáng)調(diào)重點(diǎn)記憶的內(nèi)容：1、軌道表示式的書寫方法2、泡利原理的內(nèi)容及在軌道表示式書寫中的應(yīng)用3、洪特規(guī)則的內(nèi)容及在軌道表示式書寫中的應(yīng)用4、能量最低原理的內(nèi)容【知識(shí)點(diǎn)對(duì)應(yīng)訓(xùn)練】【對(duì)應(yīng)訓(xùn)練1】下列有關(guān)核外電子排布的式子不正確的是（）A.24Cr的電子排布式：1s22s22p63s23p63d54s1B.K的簡(jiǎn)化電子排布式：[Ar]4s1C.N原子的電子排布圖：D.S原子的電子排布圖：【答案】D【解析】S原子的電子排布圖違反了洪特規(guī)則，正確的應(yīng)是結(jié)合圖片和文字，尋找問題的答案，培養(yǎng)學(xué)生分析問題，解決問題的能力隨講隨練，加深對(duì)知識(shí)的理解和應(yīng)用適時(shí)強(qiáng)調(diào)重難點(diǎn)，有助于明確學(xué)習(xí)目標(biāo)。播放視頻，總結(jié)前面所學(xué)內(nèi)容，同時(shí)引出原子軌道的知識(shí)，承上啟下，直觀形象小組合作學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生共同解決問題的能力和書寫表達(dá)能力【對(duì)應(yīng)訓(xùn)練2】24Cr原子處于基態(tài)時(shí)，價(jià)電子排布可用軌道表示式表示成，而不是下列說法中正確的是（）A.這兩種排布方式都符合能量最低原理B.這兩種排布方式都符合泡利原理C.這兩種排布方式都符合洪特規(guī)則D.這個(gè)實(shí)例說明洪特規(guī)則有時(shí)候和能量最低原理是矛盾的【答案】B【解析】洪特規(guī)則實(shí)際上是能量最低原理的一個(gè)特例，電子排布滿足洪特規(guī)則，實(shí)際上是為了更好地遵循能量最低原理，同一能級(jí)的不同原子軌道在全滿(s2、p6和d10)、半充滿(s1、p3和d5)和全空(s0、p0和d0)狀態(tài)時(shí)，體系能量較低，原子較穩(wěn)定?！緦?duì)應(yīng)訓(xùn)練3】下列說法錯(cuò)誤的是（）A.ns電子的能量可能低于(n1)p電子的能量B.6C的電子排布式為1s22s22px2,違反了洪特規(guī)則C.電子排布式(21Sc)1s22s22p63s23p63d3違反了能量最低原理D.電子排布式(22Ti)1s22s22p63s23p10違反了泡利原理【答案】A【解析】能層序數(shù)越大，能量越高，對(duì)于s和p能級(jí)，ns電子的能量一定高于(n1)p電子的能量，所以A錯(cuò)誤?！菊n堂總結(jié)】強(qiáng)調(diào)重難點(diǎn)1、軌道表示式的書寫方法2、泡利原理的內(nèi)容及在軌道表示式書寫中的應(yīng)用3、洪特規(guī)則的內(nèi)容及在軌道表示式書寫中的應(yīng)用4、能量最低原理的內(nèi)容【課后拓展】展示泡利原理的提出者泡利的傳奇人生【承上啟下】其實(shí)，在化學(xué)的發(fā)展史上有著許許多多為化學(xué)的發(fā)展做出了巨大貢獻(xiàn)的科學(xué)家，比如大家非常熟悉的元素周期表的提出者——門捷列夫，那么在下一節(jié)，我們會(huì)在原有周期表知識(shí)的基礎(chǔ)上再探周期表的其他奧秘。對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練，通過練習(xí)，發(fā)現(xiàn)問題，調(diào)控課堂，提高效率。課后拓展，展示泡利原理的提出者泡利的傳奇人生，同時(shí)引出周期表的發(fā)明者門捷列夫，為下節(jié)課的開啟留下懸念。環(huán)節(jié)五、課后鞏固作業(yè)設(shè)計(jì)作業(yè)：教材P17頁練習(xí)與應(yīng)用5，6，7，8，9，10。練習(xí)冊(cè)習(xí)題1.（易）下列軌道表示式能表示基態(tài)硫原子最外層結(jié)構(gòu)的是（）【答案】D【解析】基態(tài)硫原子核外電子排布式為1s22s22p63s23p4,最外層電子排布式為3s23p4，根據(jù)泡利原理，3s軌道的2個(gè)電子自旋相反；根據(jù)洪特規(guī)則，3p軌道的4個(gè)電子中3個(gè)電子先分占3個(gè)p軌道，且自旋相同，第4個(gè)電子再填充到其中一個(gè)3p軌道，與原來填充的電子自旋相反，故D正確。2.（易）下列有關(guān)碳原子的電子排布圖中，能量最低的是（）【答案】D【解析】根據(jù)洪特規(guī)則，原子的核外電子在能量相同的軌道上排布時(shí)，電子盡可能分占不同的軌道且自旋狀態(tài)相同，這樣整個(gè)原子的能量最低。A中2p軌道上兩個(gè)電子占據(jù)在同一個(gè)軌道上，B、C中兩個(gè)軌道上電子的自旋狀態(tài)相反，均違背洪特規(guī)則，只有D中的排布符合洪特規(guī)則，能量最低。3.（易）圖①和圖②分別是1s電子的概率密度分布及圖和電子云輪廓圖。下列認(rèn)識(shí)正確的是（）A.圖①中的每個(gè)小黑點(diǎn)表示1個(gè)電子B.圖②表明1s電子云呈球形，有無數(shù)條對(duì)稱軸C.圖②表示1s電子只能在球體內(nèi)出現(xiàn)D.不同能層的s電子云的半徑相等（）【答案】B【解析】電子云只表示電子在原子核外出現(xiàn)的概率密度，小黑點(diǎn)并不表示電子，A項(xiàng)錯(cuò)誤；電子云輪廓圖是把電子在原子核外空間出現(xiàn)概率為90%的空間圈出來繪制而成的，電子在這一空間出現(xiàn)的概率大，不表示電子不能在這一空間外出現(xiàn)，C項(xiàng)錯(cuò)誤；s電子云的半徑隨能層序數(shù)的增大而增大，D項(xiàng)錯(cuò)誤。4.（易）下列排布不符合泡利原理的是（）A.2p能級(jí)：B.3d能級(jí)：C.2p能級(jí)：D.3d能級(jí)：【答案】C【解析】3個(gè)電子分布在2p能級(jí)的三個(gè)不同軌道中，每個(gè)軌道容納一個(gè)電子符合泡利原理，故A正確；3d能級(jí)的一個(gè)原子軌道中最多容納了兩個(gè)電子，并且這兩個(gè)電子的自旋方向相反，故B正確；2p能級(jí)上一個(gè)原子軌道中容納的兩個(gè)電子自旋方向相同，不符合泡利原理，故C錯(cuò)誤；5個(gè)電子分布在3d能級(jí)的五個(gè)不同軌道中，每個(gè)軌道容納一個(gè)電子，符合泡利原理，故D正確。5.（中）下列敘述正確的是（）A.可能存在基態(tài)核外電子排布為1s22s22p63s23p64s24p1的原子B.在氫原子的電子云圖中，小黑點(diǎn)的疏密程度表示電子在該區(qū)域出現(xiàn)的概率密度C.當(dāng)電子排布在同一能級(jí)的不同軌道時(shí)，總是優(yōu)先單獨(dú)占據(jù)一個(gè)軌道，而且自旋方向相反D.1個(gè)原子軌道里最多只能容納2個(gè)電子，而且自旋方向相同【答案】B【解析】A中原子的核外電子排布應(yīng)該為1s22s22p63s23p63d14s2;當(dāng)電子排布在同一能級(jí)的不同軌道時(shí)，總優(yōu)先單獨(dú)占據(jù)一個(gè)軌道，而且自旋方向相同；一個(gè)原子軌道里最多只能容納2個(gè)電子，且自旋方向相反，所以A、C、D錯(cuò)誤。6.（易）正誤判斷，正確的打“√”，錯(cuò)誤的打“×”。(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(jí)能量一定比s能級(jí)的能量高。（）(3)2p、3p、4p能級(jí)的軌道數(shù)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)隨著能層序數(shù)的增大，電子的能量依次增高，電子在離核更遠(yuǎn)的區(qū)域出現(xiàn)的概率逐漸增大，電子云越來越向更大的空間擴(kuò)展。所以，2s軌道比1s軌道大，其空間包含了1s軌道(2)能級(jí)能量大小由能層決定，一般來說，能層序數(shù)越大，能量越高，例如2p能級(jí)的能量比4s能級(jí)的能量低。所以，p能級(jí)能量不一定比s能級(jí)的能量高(3)軌道數(shù)由能級(jí)決定，能級(jí)確定，軌道數(shù)就確定了，所以p能級(jí)的軌道數(shù)都為3(4)軌道形狀由能級(jí)決定，p軌道都為啞鈴型(5)相同能層，相同能級(jí)的三個(gè)p軌道相互垂直，由于能量大小由能層和能級(jí)決定，所以三個(gè)p軌道能量相等7.（中）基態(tài)原子的核外電子填充在6個(gè)軌道中的元素有種，填充在7個(gè)軌道中的元素有種?！敬鸢浮?1【解析】基態(tài)原子的核外電子填充在6個(gè)軌道，應(yīng)包含1s、2s、2p、3s軌道，可能是1s22s22p63s1、1s22s22p63s2?；鶓B(tài)原子的核外電子填充在7個(gè)軌道，應(yīng)包含1s、2s、2p、3s和3個(gè)3p軌道中的1個(gè)，應(yīng)為1s22s22p63s23p1。8.（易）基態(tài)鉀原子中，其電子占據(jù)的最高能層的符號(hào)是；基態(tài)鉀離子的電子占據(jù)的最高能級(jí)共有個(gè)原子軌道，其形狀是?！敬鸢浮縉3啞鈴形【解析】基態(tài)鉀原子核外電子排布式為[Ar]4s1,電子占據(jù)的最高能層的符號(hào)是N；基態(tài)鉀原子失去4s軌道的電子變成基態(tài)鉀離子，則K+的電子排布式為1s22s22p63s23p6，電子占據(jù)的最高能級(jí)是3p,有3個(gè)原子軌道，其形狀是啞鈴形。9.（易）請(qǐng)寫出下列基態(tài)粒子的簡(jiǎn)化電子排布式和價(jià)層電子的軌道表示式：(1)Ti:(2)Cr:(3)Zn2+:【答案】（1）[Ar]3d24s2（2）[Ar]3d54s1（3）[Ar]3d10【解析】根據(jù)簡(jiǎn)化的電子排布式和電子軌道表示式進(jìn)行書寫10.（難）A、B、C、D、E、F均為36號(hào)以前的元素。請(qǐng)完成下列空白：(1)A元素基態(tài)原子的最外層有2個(gè)未成對(duì)電子，次外層有2個(gè)電子，其元素符號(hào)為(2)B元素的原子最外層電子排布式為nsnnpn+1,其元素符號(hào)為(3)C元素基態(tài)的正三價(jià)離子的3d軌道為半充滿（即有5個(gè)電子)，其元素符號(hào)為，其基態(tài)原子的電子排布式為。(4)D元素基態(tài)原子的M層全充滿；N層沒有成對(duì)電子，只有一個(gè)未成對(duì)電子。D的元素符號(hào)為，其基態(tài)原子的價(jià)層電子的軌道表示式為。(5)E、F元素的基態(tài)原子都只有一個(gè)未成對(duì)電子；它們相互作用形成的離子的電子層結(jié)構(gòu)相同，并且最高能級(jí)的電子對(duì)數(shù)等于其最高能層的電子層數(shù)。E、F的元素符號(hào)分別為?！敬鸢浮?1)C或O(2)N(3)Fe1s22s22p63s23p63d64s2或[Ar]3d64s2(4)Cu(5)Cl、K【解析】(1)A元素基態(tài)原子的最外層有2個(gè)未成對(duì)電子，次外層有2個(gè)電子，其電子排布式可能是1s22s22p2或1s22s22p4,元素符號(hào)為C或O。(2)B元素的原子最外層電子排布式為nsnnpn+1，np軌道排布電子，說明ns軌道已排滿電子，則n=2,B原子最外層電子排布式為2s2