電子云與原子軌道、泡利原理、洪特原理、能量最低原理(教案)-高中化學人教版(2019)選擇性必修2_第1頁
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第一章原子結構與性質第一節(jié)原子結構第2課時教學設計【教學目標】1.知道原子核外電子的能級高低順序,了解原子核外電子排布的構造原理。2.認識基態(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)則等。3.知道1~36號元素基態(tài)原子核外電子的排布。4.知道電子的運動狀態(tài)(空間分布及能量)可通過原子軌道和電子云模型來描述?!緦W科素養(yǎng)】1.通過認識原子結構及核外電子排布,辨識微觀粒子的運動狀態(tài)不同于宏觀物體的運動狀態(tài)。(宏觀辨識與微觀探析)2.結合原子核外電子排布規(guī)律及核外電子排布的原則建立觀點、結論和證據(jù)之間的邏輯關系。(證據(jù)推理與模型認知)【教學重難點】掌握泡利原理、洪特規(guī)則和能量最低原理;掌握1~36號元素的原子核外電子排布圖?!窘虒W過程】1.新課導入[創(chuàng)設情境]電子在核外空間運動,能否用宏觀的牛頓運動定律來描述呢?[引導]宏觀物體與微觀物體的運動宏觀物體的運動特征:可以準確地測定某一時刻所處的位置及運動速度。微觀物體的運動特征:核外電子質量小,運動空間?。ㄏ鄬τ诤暧^物體而言),運動速率大(近光速);無確定的軌道,無法描述其運動軌跡;無法計算電子在某一刻所在的位置,只能指出其在核外空間某處出現(xiàn)的機會的多少(概率)。2.新課講授[講解]用P表示電子在某處出現(xiàn)的概率,V表示該處的體積,用ρ表示概率密度,則有:[展示]氫原子的1s電子在原子核外出現(xiàn)的概率密度分布圖。[設疑]觀察氫原子的1s電子在原子核外出現(xiàn)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]概率分布圖看起來像一片云霧,因而被形象地稱作電子云。電子云是處于一定空間運動狀態(tài)的電子在原子核外空間的概率密度分布的形象化描述。小點代表的是概率密度,也就是單位體積內(nèi)出現(xiàn)的概率;小點越密,表示概率密度越大。需要注意的一點,小點不是電子。[展示]展示同一原子的s電子的電子云輪廓圖和px、py、pz上的電子云輪廓圖。[指出]s電子云呈球形,p電子云呈啞鈴形。[強調(diào)]1.電子云圖表示電子在核外空間某處出現(xiàn)的概率不代表電子的運動軌跡。2.甩電子云圖中的小黑點是電子在原子核外出現(xiàn)的概率密度的形象描述,小黑點越密,表明電子在核外出現(xiàn)的枧率密度越大。3.電子云圖很難繪制,使用不方便。[過渡]電子云圖很難繪制,使用不便,我們常使用電子云輪廓圖。繪制電子云輪廓圖的目的是表示電子云輪廓的形狀,對核外電子的空間運動狀態(tài)有一個形象化的簡便描述。例如,繪制電子云輪廓圖時,常把電子出現(xiàn)的概率約為90%的空間圈出來,即精簡版電子云,人們把這種電子云輪廓圖成為原子軌道。[講解]量子力學把電子在原子核外的一個空間運動狀態(tài)稱為一個原子軌道。s電子的原子軌道都是球形的(原子核位于球心),能層序數(shù)越大,原子軌道的半徑越大。這是由于1s,2s,3s…….電子的能量依次増高,電子在離核更遠的區(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展。這是不難理解的,打個比喻,宇宙飛船必須依靠推動(提供能量)才能克服地球引力上天,2s電子比ls電子能量高,克服原子核的吸引在離核更遠的空間出現(xiàn)的概率就比1s大,因而2s電子云必然比1s電子云更擴散。[展示]展示不同能層的能級、原子軌道。[引導]①s電子的原子軌道呈球形,能層序數(shù)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(shù)越大,原子軌道的半徑越大。③原子軌道數(shù)與能層序數(shù)(n)的關系是原子軌道為n2個。[過渡]量子力學告訴我們:ns能級各有一個軌道,p能級各有3個軌道,nd能級各有5個軌道nf能級各有7個軌道。每個能級最多可容納的電子數(shù):ns、np、nd、ntf.…分別最多可容納的電子數(shù)2、6、10、14……,由此可知,每個軌道里最多能容納2個電子,這2個電子容納在同一原子軌道,也就意味著它們的空間運動狀態(tài)相同。為什么一個軌道允許容納兩個電子?[情境引入]1925年,兩個荷蘭年輕人提出:電子除空間運動狀態(tài)外,還有一種狀態(tài)叫做自旋。電子自旋可以比喻成地球的自轉。后來,人們認識到,自旋是微觀粒子普遍存在的一種如同電荷、質量一樣的內(nèi)在屬性。電子自旋在空間有順時針和逆時針兩種取向,簡稱自旋相反,常用上下箭頭(↑和↓)表示自旋相反的電子。1925年,泡利正式提出,在一個原子軌道里,最多只能容納2個電子,它們的自旋相反,這個原理被稱為泡利原理(也稱為泡利不相容原理)。[設疑]如何表示軌道內(nèi)的電子排布呢?[講解]以鋁原子為例,我們先嘗試寫出電子排布式,根據(jù)電子排布式,跟老師一起畫鋁原子軌道表達式。[學生活動]嘗試寫出第二周期原子軌道表達式。[訂正]碳原子軌道表達式應該怎么寫呢?這就需要我們掌握下一個規(guī)則——洪特規(guī)則:當電子排布在同一能級(能量相同)的不同軌道時,總是優(yōu)先單獨占據(jù)一個軌道,而且自旋方向相同。[強調(diào)]特例:當同一能級上的電子排布為全充滿(p6、d10、f14)、半充滿(p3、d5、f7)和全空狀態(tài)(p0、d0、f0)時,具有較低的能量和較大的穩(wěn)定性。3.課堂小結[師]本節(jié)課需要大家初步掌握1~36號元素的原子核外電子排布圖并完成作業(yè)。4.板書1.1.2原子結構電子云原子軌道泡利原理一個原子軌道里,最多只能容納2個電子,自旋狀態(tài)相反洪特規(guī)則在同一

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