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(xué)人教版（2019）選擇性必修2

第一章原子結(jié)構(gòu)與性質(zhì)第一節(jié)原子結(jié)構(gòu)第2課時(shí)教學(xué)設(shè)計(jì)【教學(xué)目標(biāo)】1.知道原子核外電子的能級(jí)高低順序，了解原子核外電子排布的構(gòu)造原理。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)則等。3.知道1~36號(hào)元素基態(tài)原子核外電子的排布。4.知道電子的運(yùn)動(dòng)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(xué)科素養(yǎng)】1.通過認(rèn)識(shí)原子結(jié)構(gòu)及核外電子排布，辨識(shí)微觀粒子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不同于宏觀物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。（宏觀辨識(shí)與微觀探析）2.結(jié)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(diǎn)、結(jié)論和證據(jù)之間的邏輯關(guān)系。（證據(jù)推理與模型認(rèn)知）【教學(xué)重難點(diǎn)】掌握泡利原理、洪特規(guī)則和能量最低原理；掌握1~36號(hào)元素的原子核外電子排布圖?！窘虒W(xué)過程】1.新課導(dǎo)入[創(chuàng)設(shè)情境]電子在核外空間運(yùn)動(dòng)，能否用宏觀的牛頓運(yùn)動(dòng)定律來描述呢？[引導(dǎo)]宏觀物體與微觀物體的運(yùn)動(dòng)宏觀物體的運(yùn)動(dòng)特征：可以準(zhǔn)確地測(cè)定某一時(shí)刻所處的位置及運(yùn)動(dòng)速度。微觀物體的運(yùn)動(dòng)特征：核外電子質(zhì)量小，運(yùn)動(dòng)空間?。ㄏ鄬?duì)于宏觀物體而言），運(yùn)動(dòng)速率大（近光速）；無確定的軌道，無法描述其運(yùn)動(dòng)軌跡；無法計(jì)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(jī)會(huì)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(shè)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(gè)電子，為什么會(huì)有許多小點(diǎn)，小點(diǎn)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(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。小點(diǎn)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(diǎn)越密，表示概率密度越大。需要注意的一點(diǎn)，小點(diǎn)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(qiáng)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(yùn)動(dòng)軌跡。2.甩電子云圖中的小黑點(diǎn)是電子在原子核外出現(xiàn)的概率密度的形象描述，小黑點(diǎn)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(duì)核外電子的空間運(yùn)動(dòng)狀態(tài)有一個(gè)形象化的簡便描述。例如，繪制電子云輪廓圖時(shí)，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(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。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(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。這是不難理解的，打個(gè)比喻，宇宙飛船必須依靠推動(dòng)（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(yuǎn)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(kuò)散。[展示]展示不同能層的能級(jí)、原子軌道。[引導(dǎo)]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(guān)系是原子軌道為n2個(gè)。[過渡]量子力學(xué)告訴我們：ns能級(jí)各有一個(gè)軌道，p能級(jí)各有3個(gè)軌道，nd能級(jí)各有5個(gè)軌道nf能級(jí)各有7個(gè)軌道。每個(gè)能級(jí)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(gè)軌道里最多能容納2個(gè)電子，這2個(gè)電子容納在同一原子軌道，也就意味著它們的空間運(yùn)動(dòng)狀態(tài)相同。為什么一個(gè)軌道允許容納兩個(gè)電子？[情境引入]1925年，兩個(gè)荷蘭年輕人提出：電子除空間運(yùn)動(dòng)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(zhuǎn)。后來，人們認(rèn)識(shí)到，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。電子自旋在空間有順時(shí)針和逆時(shí)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(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）。[設(shè)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(dá)式。[學(xué)生活動(dòng)]嘗試寫出第二周期原子軌道表達(dá)式。[訂正]碳原子軌道表達(dá)式應(yīng)該怎么寫呢？這就需要我們掌握下一個(gè)規(guī)則——洪特規(guī)則：當(dāng)電子排布在同一能級(jí)(能量相同)的不同軌道時(shí)，總是優(yōu)先單獨(dú)占據(jù)一個(gè)軌道，而且自旋方向相同。[強(qiáng)調(diào)]特例：當(dāng)同一能級(jí)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(shí)，具有較低的能量和較大的穩(wěn)定性。3.課堂小結(jié)[師]本節(jié)課需要大家初步掌握1~36號(hào)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(jié)構(gòu)電子云原子軌道泡利原理一個(gè)原子軌道里，最多只能容納2個(gè)電子，自旋狀態(tài)相反洪特規(guī)則在同一