原子结构模型的演变.doc

原子结构模型的演变教案一、前期分析1、 学习内容分析本节教材选自苏教版高中化学必修一专题一人类对原子结构的认识。本节课的内容包括原子结构模型的演变、原子核外电子排布和原子核的组成。本节课被安排在物质检验的学习内容之后，是对物质组成的进一步探究，同时也为后续的物质性质的探究打下基础，因此本节课在教材中具有承上启下的作用。2、 学习者分析本节课的教学对象是高一学生，学生对原子结构的认识还停留在原子阶段，缺乏深入的探究认识，而且普遍喜欢动手做实验，对偏理论性的原子结构组成不太感兴趣。此外，学生还缺乏严谨的科学态度，发现问题、分析问题、解决问题的能力还有待提高。3、 教学重难点（1） 重点：掌握核外电子排布的规律，以及掌握核外电子排布的特点决定原子性质的知识点（2） 难点：镁和氧发生化学反应的本质，对构成原子的粒子间的相互关系及结构与性质的关系的理解二、 教学目标1、 知识与技能：（1） 通过原子结构模型演变历史的学习，知道每个阶段的代表人物及主要理论（2） 掌握常见元素的原子的核外电子排布情况，知道这类原子在化学反应中常通过电子的得失使最外层达到8电子稳定结构的事实（3） 通过氧化镁的形成知道镁与氧气发生化学反应的本质2、 过程与方法（1）通过学习原子结构模型演变的历史，认识实验、假说、模型等科学方法对化学研究的重要作用3、 情感态度与价值观对科学家探索物质构成奥秘的史实中体会到科学探究的过程与方法，学习科学家的探究精神，进一步培养学习化学的兴趣三、教学过程：导课：师：上课，同学们好。师：在正式上课之前，大家先来看一个视频（播放视频）（边播放视频边讲解）师：牛奶一滴滴的落下，这本是再平常不过的事情，然而当我们进入它放大以后的世界，才发现竟也如此的美，而有些景象的观察，则要借助更加先进的观察工具，请看图片（展示一张用扫描隧道显微镜下的图片），图片上中国这两个字，大家知道这是在哪嘛？生：疑惑（或者说原子上） 师：这其实是写在硅原子晶面上的汉字，它非常的小，我们用扫描隧道显微镜下记录下了这张图片，很神奇吧师：今天我们的旅程还将进入更微观的层次，那就是人类对于原子内部结构的认识。可是原子就更小了，秤不能秤，尺不能量，大家想想看你可以通过什么方法去了解原子的内部结构呢？相互讨论（学生讨论时，下去和学生交流）请学生回答。生：用显微镜观察（用更先进的仪器观察，猜想，做实验等）师：很好，可以利用先进的观测工具进行直接的观察，那这可行嘛？生：有的可能说不可行，因为原子太小了师：对，原子太小了，小到连我们现有的最精确的观测工具扫描隧道显微镜都无法直接观察原子的内部结构。虽然这样，但我们人类的思维却是无限量的，所以我们还可以怎样去做呢？生：大胆的猜想，做实验等。师：对，我们可以进行大胆的猜想，然后看看能不能通过实验对猜想进行验证。师：其实在人类探索原子结构的过程当中，大胆的猜想，实验，以及模型法都非常的重要，那接下来我们跟着大师们的足迹一起重温人类探索原子的过程。师：现在大家都知道，原子是构成物质的一种基本粒子，但古人有没有这么想？生：没有（或 师：没有）师：在我国古代，古人提出了阴阳五行学说，它们认为金木水火土是构成世界的五要素。在同时期，古希腊的哲学家也在思考同样的问题，古代原子论的先驱者德谟克利特认为世界万物是由一个个不可分割的粒子（这个粒子就是原子）组成的，但他的原子论只建立在哲学的猜想上，并没有事实根据。 师：时间魔轮飞转，到了16世纪末，在一些重要的化学定律的发现之后。化学史上出现了一位重要的科学家，他就是道尔顿（板书），正如其名，是他引领大家在原子的研究方面走上了正轨。重新提出了原子学说。他认为所有物质都是由不可分割的原子构成。同种元素的原子其质量、大小、性质相同，不同元素的原子质量、大小、性质不同。不同元素的原子通过钩子相互结合成化合物。在化学反应中，原子既不会产生或者消失，也不会改变，原子的种类和数目保持不变。原子是守恒的，或许你鼻尖上的碳原子正是亿万年前恐龙尾巴上的那一个。师：同时他提出了原子的实心球模型（板书），他觉得原子是一个光滑的实心球，不可以再分。师：现在我们觉得这种模型很可笑，但在当时的认知水平下，道尔顿的原子论是及其了不起的成就。师：伴随着科学技术的进步，电被人们发现并利用。科学家可以研究物质在通电条件下的性质，而阴极射线实验就是其中非常著名的一个（在黑板上演示）。科学家将气体充到一个密封的玻璃管中，然后在两端通上高压电，这时发现有一束粒子从电极的阴极通过气体到达了阳极，这就叫阴极射线。这束射线到底是什么呢？英国科学家汤姆森（板书）做了一系列实验，发现这阴极射线在不同的电场或磁场中会发生偏转。而且不管使用什么电极材料、什么气体所得到的射线都是一样的，这是为什么呢？请同学们思考。生：这束射线带负电，可能是电子吧，它来自于气体或者电极中，而且任何原子中都存在这种粒子师：对，同学们现在都知道，汤姆森也想了，原子中既然存在这种带负电的电子，而原子是不带电的，那原子中肯定有带正电的部分，因此他提出了“西瓜”模型（板书），面包代表原子内均匀分布的正电荷，而电子像葡萄干一样镶嵌在面包中。师：“西瓜”模型虽然很好的解释了电子管的现象。也让一些科学家对其产生了很多疑问。汤姆森有个孝徒，他为了将汤姆派发扬光大，验证其恩师的学说，是闭门修炼好多年，埋头苦干做实验啊，但万万没想到的是实验结果却给了其恩师当头一棒，彻底推翻了汤姆森的原子学说，将西瓜砸成了两半。这孝徒就是卢瑟福（板书）。现在我们一起重温其研究过程。师：1911年，卢瑟福根据阿尔法粒子的散射实验（阿尔法粒子是带两个单位正电荷，相对质量为4的带电粒子）（黑板上简图演示）师：卢瑟福用阿尔法粒子轰击金箔（金的延展性非常好，金箔非常薄，可以认为是单层原子排布的）如果阿尔法粒子撞击到金箔的周围的荧幕上，荧幕就会发出荧光。如果按照汤姆森的理论，大家想想看会有什么结果？（请学生回答）生：阿尔法粒子会发生偏转或者反弹（同种电荷相互排斥，实心的过不去）师：对，可实验结果恰恰相反，绝大多数的阿尔法粒子通过了金箔，少数的粒子发生了偏转，极少数的粒子被反弹回来。这又是为什么呢？请同学一个个回答生：原子内大部分是空的，所以大多数粒子得以穿过金箔，原子所有的正电荷集中在一个很小的区域师：很好，而这个区域我们称之为原子核，那为什么实验中原子核没有被弹开，而是阿尔法粒子被弹回来了呢？生：可能是因为原子核质量很大（根据碰撞原理，乒乓球撞的过铅球嘛？）师：卢瑟福也有相同的思考，因此他提出：原子中间有一个带正电的核，电子绕核作运动，这像是什么？生：微缩的太阳系师：这就是卢瑟福的“行星模型”。当时年仅32岁的他同他的模型一起被载入了化学史册。但根据经典的电磁场理论，当电子围绕原子核旋转时，它会向外辐射电磁波，能量会越来越小，离核会越来越近，最后会怎样？生：落到原子核上。师：对，会落到原子核上，这样原子的结构也就崩溃了，可实际上这样的事情发生了嘛？生：没有师：看来行星模型需要更好的解释，这时候，卢瑟福的弟子波尔又站出来了，所以说长江后浪推前浪，顺便把师傅拍在了沙滩上。波尔在研究氢原子光谱时，引入了刚诞生不久的量子论观点，大胆的提出了新的原子结构模型。他认为电子在一系列稳定的轨道上运动，每个轨道都具有一个确定的能量值，电子在靠近或者远离原子时是跳跃式的（这叫电子跃迁）在电子跃迁时，电子会放出或者吸收能量。这就是他的轨道模型。师：原子模型演变的历史给了我们什么样的启迪？师：我们发现不管是汤姆生还是卢瑟福，都是在实验的基础上提出自己的理论，所以原子结构模型的每一次演变，都是从科学家的实验开始，实验方法是科学研究的一种重要手段，是化学科学进步的关键。另外，我们要勇于探索，敢于怀疑，提出自己的看法，不要迷信权威。过渡 站在巨人的肩膀上，我们借着前辈的眼睛，对原子结构的认识更深了一步。现在，人们已经知道，原子是由原子核与核外电子构成的，那么，电子在核外究竟是怎么排布的呢？师：在多电子的原子中，电子的能量不尽相同，能量有大有小，能量的大小决定了电子运动离核的远近。这个大家可以想象的到，因为原子核对电子是有吸引力的，能量大，运动速度快，电子就可以抗衡这个吸引力，跑到离核更远的地方运动。我们根据电子的能量大小把电子运动划分成不同的区域，这就叫电子的分层排布电子层。师：在同一个电子层运动的电子能量比较接近，因为它是一个区域，而不是一条线，但是层与层之间的电子能量相差就比较大。我们将离原子核最近的一层电子层叫第一层，以此向外类推分别为第二层、第三层电子层用n表示，总共为7层，用字母K、L、M、N、O、P、Q，越往外，电子的能量越大。师：知道电子层概念后，我们一同来看书本图1-27.展示的是几种不同的原子它的核外电子排布的情况。能量不同的电子在不同的电子层中运动，红点就代表电子，而圆圈表示什么？生：运动轨迹（电子层或能量相近的电子运动的一个区域）师：很好，这里的圆圈并不代表电子运动的轨道，而是而是能量相近电子运动的电子层。师：从图中可以看到，圆圈上布满了密密麻麻的电子。感觉很乱吧？那为了方便描述，我们聪明的科学家采用原子结构示意图的方法来表示原子的核外电子排布，以镁原子为例，我们一起来学习一下这一方法，先画一个小圆圈表示原子核，里面写上+12，数字12代表核电荷数（12也表示质子数或原子序数），号就代表原子核带正电，而原子核带正电其实是因为其中的质子带正电。电子层用小半个圆圈表示，看起来像wifi的信号，在中间写上数字表示这一电子层的电子数。师：那接下来同学们用这一方法来做几个练习，请看PPT，然后老师请6名同学来完成黑板上这6种原子的电子排布Cl(17)、Ar（18）、Kr（36）、Ne（10）、K（19）、N（7）（请同学上讲台画原子结构示意图）师：好，现在大家一起来检查一下，都对了嘛？生：可能对Kr的电子排布产生了分歧（让不同的同学写，如何黑板上的同学写对了，就说这些同学都很聪明，都写对了）师：其实（勾出对的原子结构示意图）这种是正确的表示方法，通过这个练习大家应该可以看出，电子的核外排布并非杂乱无章，而是有一定规律的，那现在大家一起来学习总结一下核外电子的排布具有哪些规律呢（PPT展示1-18号元素的原子结构示意图，可以让学生总结出，也可以直接依据PPT直接讲解）师：核外电子的排布规律 1、 电子总是尽先排布在能量最低的电子层里，排满了K层，才会排到L层，以此类推（能量最低原则）。2、 K层最多排布2个电子；L层最多排布8个电子，M层最多排布18个电子；每个电子层最多只能容纳2n2个电子。3、 除He外，最外层最多排布8个电子；次外层最多排布18个电子；倒数第三层最多排布32个电子电子的核外排布符合以上规律，但这里讲到的是最多能排这么多，实际的一些情况并不需要排满。现阶段，我们只要求掌握前20号元素原子的核外电子排布。师：那通过学习原子电子的排布，我们可以知道哪些信息呢？结构决定性质，原子核外不同的电子排布，决定了原子的不同性质。师：首先大家请看PPT，图中是氖、氩、氪、氙、氡的核外电子排布情况，它们都是非常稳定的稀有气体，大家仔细看看，它们具有什么共同点？生：最外层电子数都为八师：很好，因为它们的最外层电子数都为8，而这时候最外层电子是满排的，这样的结构比较稳定，我们叫它为八电子稳定结构。知道了这一点，我们来看书本30页的问题解决，将题2中的表格填写完整。通过这个表格，我们可以看到：1、 当原子最外层的电子数小于8个时，在化学反应中总是得到或失去电子而达到最外层8电子的稳定结构2、 金属元素原子最外层一般有13电子，在反应中易失去电子，表现为正化合价，正化合价=失电子数=最外层电子数。3、 非金属元素原子最外层一般超过4个电子，在反应中易得到电子，表现为负化合价，负化合价=得电子数=8最外层电子数。4、 原子核在反应中不发生变化，原子的最外层电子数可能发生变化，元素的化学性质取决于原子的最外层电子。师：知道了这些，我们就可以很好理解书本29页问题解决中氧化镁形成的机理了。首先（在黑板上演示反应过程，边讲解得失电子的经过）（如果时间还有多，就做几道练习题。如果没有多就结课）师：好，这节课我们首先感受了从古至今思想家和科