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原子結(jié)構(gòu)模型的演變教案一、前期分析1、 學(xué)習(xí)內(nèi)容分析本節(jié)教材選自蘇教版高中化學(xué)必修一專題一人類對(duì)原子結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)。本節(jié)課的內(nèi)容包括原子結(jié)構(gòu)模型的演變、原子核外電子排布和原子核的組成。本節(jié)課被安排在物質(zhì)檢驗(yàn)的學(xué)習(xí)內(nèi)容之后,是對(duì)物質(zhì)組成的進(jìn)一步探究,同時(shí)也為后續(xù)的物質(zhì)性質(zhì)的探究打下基礎(chǔ),因此本節(jié)課在教材中具有承上啟下的作用。2、 學(xué)習(xí)者分析本節(jié)課的教學(xué)對(duì)象是高一學(xué)生,學(xué)生對(duì)原子結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)還停留在原子階段,缺乏深入的探究認(rèn)識(shí),而且普遍喜歡動(dòng)手做實(shí)驗(yàn),對(duì)偏理論性的原子結(jié)構(gòu)組成不太感興趣。此外,學(xué)生還缺乏嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度,發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題的能力還有待提高。3、 教學(xué)重難點(diǎn)(1) 重點(diǎn):掌握核外電子排布的規(guī)律,以及掌握核外電子排布的特點(diǎn)決定原子性質(zhì)的知識(shí)點(diǎn)(2) 難點(diǎn):鎂和氧發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的本質(zhì),對(duì)構(gòu)成原子的粒子間的相互關(guān)系及結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的關(guān)系的理解二、 教學(xué)目標(biāo)1、 知識(shí)與技能:(1) 通過原子結(jié)構(gòu)模型演變歷史的學(xué)習(xí),知道每個(gè)階段的代表人物及主要理論(2) 掌握常見元素的原子的核外電子排布情況,知道這類原子在化學(xué)反應(yīng)中常通過電子的得失使最外層達(dá)到8電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的事實(shí)(3) 通過氧化鎂的形成知道鎂與氧氣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的本質(zhì)2、 過程與方法(1)通過學(xué)習(xí)原子結(jié)構(gòu)模型演變的歷史,認(rèn)識(shí)實(shí)驗(yàn)、假說、模型等科學(xué)方法對(duì)化學(xué)研究的重要作用3、 情感態(tài)度與價(jià)值觀對(duì)科學(xué)家探索物質(zhì)構(gòu)成奧秘的史實(shí)中體會(huì)到科學(xué)探究的過程與方法,學(xué)習(xí)科學(xué)家的探究精神,進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣三、教學(xué)過程:導(dǎo)課:師:上課,同學(xué)們好。師:在正式上課之前,大家先來看一個(gè)視頻(播放視頻)(邊播放視頻邊講解)師:牛奶一滴滴的落下,這本是再平常不過的事情,然而當(dāng)我們進(jìn)入它放大以后的世界,才發(fā)現(xiàn)竟也如此的美,而有些景象的觀察,則要借助更加先進(jìn)的觀察工具,請(qǐng)看圖片(展示一張用掃描隧道顯微鏡下的圖片),圖片上中國這兩個(gè)字,大家知道這是在哪嘛?生:疑惑(或者說原子上) 師:這其實(shí)是寫在硅原子晶面上的漢字,它非常的小,我們用掃描隧道顯微鏡下記錄下了這張圖片,很神奇吧師:今天我們的旅程還將進(jìn)入更微觀的層次,那就是人類對(duì)于原子內(nèi)部結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)??墒窃泳透×?,秤不能秤,尺不能量,大家想想看你可以通過什么方法去了解原子的內(nèi)部結(jié)構(gòu)呢?相互討論(學(xué)生討論時(shí),下去和學(xué)生交流)請(qǐng)學(xué)生回答。生:用顯微鏡觀察(用更先進(jìn)的儀器觀察,猜想,做實(shí)驗(yàn)等)師:很好,可以利用先進(jìn)的觀測(cè)工具進(jìn)行直接的觀察,那這可行嘛?生:有的可能說不可行,因?yàn)樵犹×藥煟簩?duì),原子太小了,小到連我們現(xiàn)有的最精確的觀測(cè)工具掃描隧道顯微鏡都無法直接觀察原子的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。雖然這樣,但我們?nèi)祟惖乃季S卻是無限量的,所以我們還可以怎樣去做呢?生:大膽的猜想,做實(shí)驗(yàn)等。師:對(duì),我們可以進(jìn)行大膽的猜想,然后看看能不能通過實(shí)驗(yàn)對(duì)猜想進(jìn)行驗(yàn)證。師:其實(shí)在人類探索原子結(jié)構(gòu)的過程當(dāng)中,大膽的猜想,實(shí)驗(yàn),以及模型法都非常的重要,那接下來我們跟著大師們的足跡一起重溫人類探索原子的過程。師:現(xiàn)在大家都知道,原子是構(gòu)成物質(zhì)的一種基本粒子,但古人有沒有這么想?生:沒有(或 師:沒有)師:在我國古代,古人提出了陰陽五行學(xué)說,它們認(rèn)為金木水火土是構(gòu)成世界的五要素。在同時(shí)期,古希臘的哲學(xué)家也在思考同樣的問題,古代原子論的先驅(qū)者德謨克利特認(rèn)為世界萬物是由一個(gè)個(gè)不可分割的粒子(這個(gè)粒子就是原子)組成的,但他的原子論只建立在哲學(xué)的猜想上,并沒有事實(shí)根據(jù)。 師:時(shí)間魔輪飛轉(zhuǎn),到了16世紀(jì)末,在一些重要的化學(xué)定律的發(fā)現(xiàn)之后?;瘜W(xué)史上出現(xiàn)了一位重要的科學(xué)家,他就是道爾頓(板書),正如其名,是他引領(lǐng)大家在原子的研究方面走上了正軌。重新提出了原子學(xué)說。他認(rèn)為所有物質(zhì)都是由不可分割的原子構(gòu)成。同種元素的原子其質(zhì)量、大小、性質(zhì)相同,不同元素的原子質(zhì)量、大小、性質(zhì)不同。不同元素的原子通過鉤子相互結(jié)合成化合物。在化學(xué)反應(yīng)中,原子既不會(huì)產(chǎn)生或者消失,也不會(huì)改變,原子的種類和數(shù)目保持不變。原子是守恒的,或許你鼻尖上的碳原子正是億萬年前恐龍尾巴上的那一個(gè)。師:同時(shí)他提出了原子的實(shí)心球模型(板書),他覺得原子是一個(gè)光滑的實(shí)心球,不可以再分。師:現(xiàn)在我們覺得這種模型很可笑,但在當(dāng)時(shí)的認(rèn)知水平下,道爾頓的原子論是及其了不起的成就。師:伴隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步,電被人們發(fā)現(xiàn)并利用??茖W(xué)家可以研究物質(zhì)在通電條件下的性質(zhì),而陰極射線實(shí)驗(yàn)就是其中非常著名的一個(gè)(在黑板上演示)??茖W(xué)家將氣體充到一個(gè)密封的玻璃管中,然后在兩端通上高壓電,這時(shí)發(fā)現(xiàn)有一束粒子從電極的陰極通過氣體到達(dá)了陽極,這就叫陰極射線。這束射線到底是什么呢?英國科學(xué)家湯姆森(板書)做了一系列實(shí)驗(yàn),發(fā)現(xiàn)這陰極射線在不同的電場(chǎng)或磁場(chǎng)中會(huì)發(fā)生偏轉(zhuǎn)。而且不管使用什么電極材料、什么氣體所得到的射線都是一樣的,這是為什么呢?請(qǐng)同學(xué)們思考。生:這束射線帶負(fù)電,可能是電子吧,它來自于氣體或者電極中,而且任何原子中都存在這種粒子師:對(duì),同學(xué)們現(xiàn)在都知道,湯姆森也想了,原子中既然存在這種帶負(fù)電的電子,而原子是不帶電的,那原子中肯定有帶正電的部分,因此他提出了“西瓜”模型(板書),面包代表原子內(nèi)均勻分布的正電荷,而電子像葡萄干一樣鑲嵌在面包中。師:“西瓜”模型雖然很好的解釋了電子管的現(xiàn)象。也讓一些科學(xué)家對(duì)其產(chǎn)生了很多疑問。湯姆森有個(gè)孝徒,他為了將湯姆派發(fā)揚(yáng)光大,驗(yàn)證其恩師的學(xué)說,是閉門修煉好多年,埋頭苦干做實(shí)驗(yàn)啊,但萬萬沒想到的是實(shí)驗(yàn)結(jié)果卻給了其恩師當(dāng)頭一棒,徹底推翻了湯姆森的原子學(xué)說,將西瓜砸成了兩半。這孝徒就是盧瑟福(板書)。現(xiàn)在我們一起重溫其研究過程。師:1911年,盧瑟福根據(jù)阿爾法粒子的散射實(shí)驗(yàn)(阿爾法粒子是帶兩個(gè)單位正電荷,相對(duì)質(zhì)量為4的帶電粒子)(黑板上簡(jiǎn)圖演示)師:盧瑟福用阿爾法粒子轟擊金箔(金的延展性非常好,金箔非常薄,可以認(rèn)為是單層原子排布的)如果阿爾法粒子撞擊到金箔的周圍的熒幕上,熒幕就會(huì)發(fā)出熒光。如果按照湯姆森的理論,大家想想看會(huì)有什么結(jié)果?(請(qǐng)學(xué)生回答)生:阿爾法粒子會(huì)發(fā)生偏轉(zhuǎn)或者反彈(同種電荷相互排斥,實(shí)心的過不去)師:對(duì),可實(shí)驗(yàn)結(jié)果恰恰相反,絕大多數(shù)的阿爾法粒子通過了金箔,少數(shù)的粒子發(fā)生了偏轉(zhuǎn),極少數(shù)的粒子被反彈回來。這又是為什么呢?請(qǐng)同學(xué)一個(gè)個(gè)回答生:原子內(nèi)大部分是空的,所以大多數(shù)粒子得以穿過金箔,原子所有的正電荷集中在一個(gè)很小的區(qū)域師:很好,而這個(gè)區(qū)域我們稱之為原子核,那為什么實(shí)驗(yàn)中原子核沒有被彈開,而是阿爾法粒子被彈回來了呢?生:可能是因?yàn)樵雍速|(zhì)量很大(根據(jù)碰撞原理,乒乓球撞的過鉛球嘛?)師:盧瑟福也有相同的思考,因此他提出:原子中間有一個(gè)帶正電的核,電子繞核作運(yùn)動(dòng),這像是什么?生:微縮的太陽系師:這就是盧瑟福的“行星模型”。當(dāng)時(shí)年僅32歲的他同他的模型一起被載入了化學(xué)史冊(cè)。但根據(jù)經(jīng)典的電磁場(chǎng)理論,當(dāng)電子圍繞原子核旋轉(zhuǎn)時(shí),它會(huì)向外輻射電磁波,能量會(huì)越來越小,離核會(huì)越來越近,最后會(huì)怎樣?生:落到原子核上。師:對(duì),會(huì)落到原子核上,這樣原子的結(jié)構(gòu)也就崩潰了,可實(shí)際上這樣的事情發(fā)生了嘛?生:沒有師:看來行星模型需要更好的解釋,這時(shí)候,盧瑟福的弟子波爾又站出來了,所以說長(zhǎng)江后浪推前浪,順便把師傅拍在了沙灘上。波爾在研究氫原子光譜時(shí),引入了剛誕生不久的量子論觀點(diǎn),大膽的提出了新的原子結(jié)構(gòu)模型。他認(rèn)為電子在一系列穩(wěn)定的軌道上運(yùn)動(dòng),每個(gè)軌道都具有一個(gè)確定的能量值,電子在靠近或者遠(yuǎn)離原子時(shí)是跳躍式的(這叫電子躍遷)在電子躍遷時(shí),電子會(huì)放出或者吸收能量。這就是他的軌道模型。師:原子模型演變的歷史給了我們什么樣的啟迪?師:我們發(fā)現(xiàn)不管是湯姆生還是盧瑟福,都是在實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上提出自己的理論,所以原子結(jié)構(gòu)模型的每一次演變,都是從科學(xué)家的實(shí)驗(yàn)開始,實(shí)驗(yàn)方法是科學(xué)研究的一種重要手段,是化學(xué)科學(xué)進(jìn)步的關(guān)鍵。另外,我們要勇于探索,敢于懷疑,提出自己的看法,不要迷信權(quán)威。過渡 站在巨人的肩膀上,我們借著前輩的眼睛,對(duì)原子結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)更深了一步。現(xiàn)在,人們已經(jīng)知道,原子是由原子核與核外電子構(gòu)成的,那么,電子在核外究竟是怎么排布的呢?師:在多電子的原子中,電子的能量不盡相同,能量有大有小,能量的大小決定了電子運(yùn)動(dòng)離核的遠(yuǎn)近。這個(gè)大家可以想象的到,因?yàn)樵雍藢?duì)電子是有吸引力的,能量大,運(yùn)動(dòng)速度快,電子就可以抗衡這個(gè)吸引力,跑到離核更遠(yuǎn)的地方運(yùn)動(dòng)。我們根據(jù)電子的能量大小把電子運(yùn)動(dòng)劃分成不同的區(qū)域,這就叫電子的分層排布電子層。師:在同一個(gè)電子層運(yùn)動(dòng)的電子能量比較接近,因?yàn)樗且粋€(gè)區(qū)域,而不是一條線,但是層與層之間的電子能量相差就比較大。我們將離原子核最近的一層電子層叫第一層,以此向外類推分別為第二層、第三層電子層用n表示,總共為7層,用字母K、L、M、N、O、P、Q,越往外,電子的能量越大。師:知道電子層概念后,我們一同來看書本圖1-27.展示的是幾種不同的原子它的核外電子排布的情況。能量不同的電子在不同的電子層中運(yùn)動(dòng),紅點(diǎn)就代表電子,而圓圈表示什么?生:運(yùn)動(dòng)軌跡(電子層或能量相近的電子運(yùn)動(dòng)的一個(gè)區(qū)域)師:很好,這里的圓圈并不代表電子運(yùn)動(dòng)的軌道,而是而是能量相近電子運(yùn)動(dòng)的電子層。師:從圖中可以看到,圓圈上布滿了密密麻麻的電子。感覺很亂吧?那為了方便描述,我們聰明的科學(xué)家采用原子結(jié)構(gòu)示意圖的方法來表示原子的核外電子排布,以鎂原子為例,我們一起來學(xué)習(xí)一下這一方法,先畫一個(gè)小圓圈表示原子核,里面寫上+12,數(shù)字12代表核電荷數(shù)(12也表示質(zhì)子數(shù)或原子序數(shù)),號(hào)就代表原子核帶正電,而原子核帶正電其實(shí)是因?yàn)槠渲械馁|(zhì)子帶正電。電子層用小半個(gè)圓圈表示,看起來像wifi的信號(hào),在中間寫上數(shù)字表示這一電子層的電子數(shù)。師:那接下來同學(xué)們用這一方法來做幾個(gè)練習(xí),請(qǐng)看PPT,然后老師請(qǐng)6名同學(xué)來完成黑板上這6種原子的電子排布Cl(17)、Ar(18)、Kr(36)、Ne(10)、K(19)、N(7)(請(qǐng)同學(xué)上講臺(tái)畫原子結(jié)構(gòu)示意圖)師:好,現(xiàn)在大家一起來檢查一下,都對(duì)了嘛?生:可能對(duì)Kr的電子排布產(chǎn)生了分歧(讓不同的同學(xué)寫,如何黑板上的同學(xué)寫對(duì)了,就說這些同學(xué)都很聰明,都寫對(duì)了)師:其實(shí)(勾出對(duì)的原子結(jié)構(gòu)示意圖)這種是正確的表示方法,通過這個(gè)練習(xí)大家應(yīng)該可以看出,電子的核外排布并非雜亂無章,而是有一定規(guī)律的,那現(xiàn)在大家一起來學(xué)習(xí)總結(jié)一下核外電子的排布具有哪些規(guī)律呢(PPT展示1-18號(hào)元素的原子結(jié)構(gòu)示意圖,可以讓學(xué)生總結(jié)出,也可以直接依據(jù)PPT直接講解)師:核外電子的排布規(guī)律 1、 電子總是盡先排布在能量最低的電子層里,排滿了K層,才會(huì)排到L層,以此類推(能量最低原則)。2、 K層最多排布2個(gè)電子;L層最多排布8個(gè)電子,M層最多排布18個(gè)電子;每個(gè)電子層最多只能容納2n2個(gè)電子。3、 除He外,最外層最多排布8個(gè)電子;次外層最多排布18個(gè)電子;倒數(shù)第三層最多排布32個(gè)電子電子的核外排布符合以上規(guī)律,但這里講到的是最多能排這么多,實(shí)際的一些情況并不需要排滿?,F(xiàn)階段,我們只要求掌握前20號(hào)元素原子的核外電子排布。師:那通過學(xué)習(xí)原子電子的排布,我們可以知道哪些信息呢?結(jié)構(gòu)決定性質(zhì),原子核外不同的電子排布,決定了原子的不同性質(zhì)。師:首先大家請(qǐng)看PPT,圖中是氖、氬、氪、氙、氡的核外電子排布情況,它們都是非常穩(wěn)定的稀有氣體,大家仔細(xì)看看,它們具有什么共同點(diǎn)?生:最外層電子數(shù)都為八師:很好,因?yàn)樗鼈兊淖钔鈱与娮訑?shù)都為8,而這時(shí)候最外層電子是滿排的,這樣的結(jié)構(gòu)比較穩(wěn)定,我們叫它為八電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。知道了這一點(diǎn),我們來看書本30頁的問題解決,將題2中的表格填寫完整。通過這個(gè)表格,我們可以看到:1、 當(dāng)原子最外層的電子數(shù)小于8個(gè)時(shí),在化學(xué)反應(yīng)中總是得到或失去電子而達(dá)到最外層8電子的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)2、 金屬元素原子最外層一般有13電子,在反應(yīng)中易失去電子,表現(xiàn)為正化合價(jià),正化合價(jià)=失電子數(shù)=最外層電子數(shù)。3、 非金屬元素原子最外層一般超過4個(gè)電子,在反應(yīng)中易得到電子,表現(xiàn)為負(fù)化合價(jià),負(fù)化合價(jià)=得電子數(shù)=8最外層電子數(shù)。4、 原子核在反應(yīng)中不發(fā)生變化,原子的最外層電子數(shù)可能發(fā)生變化,元素的化學(xué)性質(zhì)取決于原子的最外層電子。師:知道了這些,我們就可以很好理解書本29頁問題解決中氧化鎂形成的機(jī)理了。首先(在黑板上演示反應(yīng)過程,邊講解得失電子的經(jīng)過)(如果時(shí)間還有多,就做幾道練習(xí)題。如果沒有多就結(jié)課)師:好,這節(jié)課我們首先感受了從古至今思想家和科
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