原子结构与元素周期表(一)》教学设计

第四章第一节《原子结构与元素周期表第一课时》
P1：同学们，大家好！我是。

今天很高兴和同学们一起完成人教版高中化学必修第一册第四章第一节原子结构与元素周期表第一课时的学习。

P2：投影
P3：丰富多彩的物质世界是由100多种元素组成，这些元素之间有什么内在联系，科学家们一直在探索。

元素周期表的发现揭示了元素之间的内在联系，使得元素构成了一个较为系统的体系。

因此，元素周期表的建立成为化学发展史上的重要里程碑之一。

20世纪初，当原子结构的奥秘被揭示后，人们对元素周期表认识更加完善。

那原子结构与元素周期表之间有着怎样的联系呢？本节课我们共同来学习，寻找答案。

P4：在初中化学中，我们已经学习过原子的构成：下面我们复习回顾一下：原子是由居于原子中心的原子核和核外电子构成的。

原子核是由质子和中子构成的，每个质子带1个单位的正电荷，中子不带电，核外每个电子带1个单位的负电荷。

因为原子核内质子所带电荷与核外电子的电荷数量相等，电性相反。

所以原子不显电性。

这里有一个数量关系那就是：原子核所带的正电荷即核电荷数等于核内质子数等于核外电子数。

P5：下表是原子中各粒子的质量。

通过观察质子和中子的质量发现，一个质子的质量和一个中子的质量是近似相等的，而电子的质量是质子质量的1/1836，与前两种粒子相比，电子的质量可忽略不计。

所以，整个原子的质量主要集中在原子核上。

由于质子、中子、电子这些微观粒子的质量太小，为了方便起见，一般用相对质量表示微观粒子的质量，例如初中学习的相对原子质量、相对分子质量等。

相对质量是一个微观粒子的质量对12C原子质量的1/12相比较所得的数值。

通过计算，质子和中子的相对质量都近似等于1。

P6：那么忽略电子的质量，将核内所有质子和中子的相对质量取近似的整数值相加，所得到的数值叫做质量数。

根据质量数定义得到了一个关系式即：质量数等于质子数加中子数。

质量数用大写字母A表示，质子数用大写字母Z表示，中子数用大写字母N表示。

P7：那么怎样把这个数量关系在一个原子符号里表现出来呢?同学们请看下面的表示方法：X代表元素符号，质子数Z写在元素符号的左下角，质量数A写在元素符号的左上角，中子数就等于质量数减去质子数。

我们就可以利用这样一种原子组成的方式来表示一种特定的原子。

该符号表示具有Z个质子，Z个电子和(A－Z)个中子的X原子。

P8:下面我们来做一道练习。

60Co在农业上常用于辐射育种，该原子的中子数是多少？本题正确答案是B。

根据质量数的定义式可知：中子数等于质量数减去质子数，质量数是60，质子数是27，所以中子数就等于60-27=33。

B正确。

P9:下面，请同学们按要求填写下表。

P10：同学们你们做对了吗？根据所填数据，我们发现钠原子和钠离子的质子数、中子数、质量数是相同的，氯原子和氯离子的质子数、中子数、质量数也是相同的。

P11:但是同种元素的原子和离子的电子数是不相同的。

钠离子的核外电子数小于钠原子的核外电子数；而氯离子的核外电子数大于氯原子的核外电子数。

P12:即：
阳离子的核外电子数等于质子数减去阳离子所带电荷数；
阴离子的核外电子数等于质子数加上阴离子所带电荷数。

P13下面，我们再来观察四种粒子的质量数和相对质量。

同学们发现了质量数和相对质量之间的关系了吗？原来各粒子的质量数与其相对质量的近似整数值是相等的，所以在以后的计算中，同学们可以用质量数代替相对质量进行计算。

P14:与原子相比，原子核的体积非常小，如果把原子比作一个体育场，那么原子核就相当于体育场中的一只蚂蚁。

因此原子核外有很大的空间。

那电子在原子核外广阔的空间里如何运动和排布的呢？
原来电子在原子核外不同能量区域进行高速运动。

我们把核外电子运动的不同区域简化为不连续的壳层，也称作电子层。

同学们请看，这就是电子层模型的示意图，这个电子层模型是不是很像洋葱，层层包裹，因此有人也把电子层模型比拟成洋葱式结构。

P15：目前人们把原子核外共划分为7个电子层. 电子层数n可用1至7数字表示或用对应的符号K，L，M，N，O，P，Q来表示从内到外的电子层。

例如：第M层就是第三层的意思。

P16：在多电子的原子中，电子的能量是不相同的，在离核较近的区域内运动的电子能量较低//在离核较远的区域内运动的电子能量较高。

P17：为了形象、简单的表示原子的结构，我们通常采用画“原子结构示意图”的方式来表示原子核电荷数和电子层排布的情况。

初中我们已经接触过原子结构示意图，下面我们来了解一下原子结构示意图的书学要求。

在原子结构示意图中，圆圈代表原子核；+表示原子核带正电，不可省略；圆圈内数字表示质子数；圆圈外的弧线表示电子层；弧线上的数字表示该层容纳电子数。

P18：例如钠原子核外有三个电子层，分别是K层、L层、M层.
P19:其中K层有2个电子
P20：L层有8个电子
P21：M层有1个电子
P22: 当钠原子失去了最外层的1个电子就变成了钠离子，钠离子的结构示意与原子结构示意图的书写基本一致，但要注意原子结构示意图中质子数等于核外电子数，而离子结构示意图中质子数与核外电子数不相等。

原子中的电子是处于原子核的引力场中（就好比于地球上的万物处于地心引力场中）。

电子总是从内层排起，当一层充满后再填充下一层。

P23：那么每个电子层最多又可以容纳多少个电子呢？
P24：下表是稀有气体元素原子的核外电子层排布，稀有气体元素最外层电子都已经达到稳定状态，既不易得电子，又不易失电子，同学们从它们的核外电子排布情况能发现电子的排布规律吗？
同学们可以结合下列问题积极思考。

1.当K层为最外层时，最多能容纳的电子数是多少？除了K层，其他层为最外层时，最多能容纳电子数是多少？
P25:次外层最多容纳电子数是多少？
P26:倒数第三层最多容纳电子数是多少？
P27:你能归纳出第n层最多能容纳的电子数吗？
P28：通过观察稀有气体的核外电子排布，我们发现当K为最外层时，最多能容纳的电子数为2个
P29：除了K层，其他层为最外层时，最多容纳的电子数为8个
P30：次外层最多容纳电子数为18个
P31：倒数第三层最多容纳电子数为32个
P32：综合以上分析，我们发现每一层最多能容纳的电子数为2与电子层数平方的乘积。

P33：即原子核外每一层最多能容纳电子数为2n2
P34：根据以上分析，我们可以归纳出原子核外电子排布的规律：
1、电子一般总是先从内层排起，当一层充满后再填充下一层。

2、原子核外每层最多容纳电子数2n2个。

3、最外层电子数不超过8个(K层为最外层时不超过2个)，次外层电子数不超过18个，倒数第三层
电子数不超过32个。

这里同学们要注意，这些规律是相互联系,相互制约,不可割裂。

不能孤立地应用。

例如：M层最多可容纳18个电子，但是当M层为最外层时，容纳电子数不可以超过8个。

上述规律存在的原因将会在后续课程中继续学习，在现阶段不做要求，感兴趣的同学可自行阅读相关书籍了解。

P35：下面我们来做一道练习。

下图中Cl、K的原子结构示意图书写是否正确吗？两个原子结构示意图均不正确。

氯原子的L层没有排满就开始排布M层了；钾原子的最外层电子数为9，超过了8个电子。

这两个原子结构示意图都也不符合原子核外电子排布规律。

P36：下面请同学们利用所归纳的原子核外电子排布规律，用原子结构示意图表示核电荷数为1~20号元素原子的核外电子排布。

P37：这就是前20号元素的原子的核外电子排布。

同学们，你们写对了吗？
P38：下面我们再做一道练习。

下列粒子结构示意图中，不正确的是？本题答案是B。

A中粒子的核电荷数和核外电子数都是6，这是碳原子的结构示意图，A正确。

B中质子数为11，这是Na的原子核，钠原子的核外有11个电子，Na＋的核外应有10个电子，而图中核外只有9个电子，B不正确；C中粒子的核电荷数和核外电子数都是17，这是氯原子的结构示意图，C正确。

D中粒子的核电荷数和核外电子数分别是17和18，这是Cl－的结构示意图，D正确。

所以本题选B。

P39：原子结构模型是科学家根据科学猜想和分析，通过对原子结构的形象描摹而建构的揭示原子本质的认知模型。

人类认识原子的历史是漫长的，也是无止境的。

无数的科学家为了揭示原子结构的奥秘不断地探索着，从未止步。

原子结构模型的演变，大概经历了长达一个多世纪的漫长的历程。

最先是在1803年，英国科学家道尔顿提出
了近代原子理论：道尔顿认为原子是构成物质的基本粒子，它们是坚实、不可再分的实心球。

原子是参加反应的最小微粒。

道尔顿模型也被称之为实心球模型
P40：1904年汤姆孙发现了电子，否定了原子是构成物质的最小微粒这一说法。

汤姆孙认为：原子是一个平均分布正电荷的粒子，其中镶嵌着很多电子，中和了正电荷，从而形成了中性原子。

正电荷均匀分布在整个球体内，电子就像面包里的葡萄干镶嵌其中。

这就是汤姆孙提出的原子模型，也形象的称之为葡萄干面包模型。

P41：1911年汤姆孙的学生卢瑟福，根据α粒子散射实验提出了新的原子结构模型：卢瑟福认为，在原子的中心有一个带正电荷的核，它的质量几乎等于原子的全部质量，电子在它的周围沿着不同轨道运转，就像行星绕太阳运转一样，我们把卢瑟福发现的这种模型也形象称之为行星运转式模型；
P42：1913年卢瑟福的学生玻尔又再一次的提出质疑，并提出了轨道模型。

玻尔认为：电子在原子核外空间的一定轨道上绕核做高速圆周运动，这就是轨道模型。

P43：直到20世纪初，科学家薛定谔提出了电子云模型。

即现代物质结构学说：电子在原子核外很小的空间内做高速运动，其运动规律与一般的物体不同，没有明确的轨道。

在现代原子结构模型演变的不同阶段，科学家们提出的每个新的模型总是建立在证据推理的基础上，每一个模型都体现了当时科学家对原子的一种认识。

科学理论并非更古不变，科学探究就是不断破除谬误，逐步接近客观真理的过程。

P44: 课下，感兴趣的同学们可以阅读教材88页的科学史话，详细了解原子结构模型的演变历程。

P45：下面我们做一道练习，下列原子最外层电子数最少的是。

本题答案是A。

根据核外电子排布规律可以画出下列原子的原子结构示意图：A. Al原子核外有三个电子层，最外层是3个电子，B. O原子核外有2个电子层，最外层是6个电子；C. N原子核外有2个电子层，最外层有5个电子；D. Si原子核外有3个电子层，最外层有4个电子，Al最外层电子数最少，所以本题选A。

P46：下面我们再做一道练习，某元素原子的核外有三个电子层，最外层电子数是7。

该原子核内的质子数是？本题答案是D。

该原子的原子核外有三个电子层，最外层电子数是7，说明前两层已经排满，即第一层排布2个电子，第二层排布8个电子，第三层排布7个电子，即核外电子总数为17，因为原子的质子数等于核外电子数，质子数也为17。

所以本题选D。

P47：下面我们再来做一道练习：判断正误，正确的打“√”，错误的打“×”.
1、原子呈电中性是因为中子不带电。

这句话是错。

原子不带电是因为原子核内质子所带电荷与核外电子的电荷数量相等，且电性相反。

因此原子不显电性。

2、粒子中的质子数与核外电子数一定相等。

这句话是错，原子的质子数与核外电子数相等。

但是如果该粒子是离子，那么质子数与核外电子数就不相等。

3、某种氯原子的中子数是18，则其质量数是35，核外电子数是17。

这句话是对的。

4、核外电子排布相同的粒子化学性质一定相同。

这句话是错的。

核外电子排布相同的粒子化学性质不一定相
同, 例如Na+与Ne、Cl-与K+ 核外电子排布相同，但化学性质不同。

P48：下面我们做一道练习。

下面关于多电子原子的核外电子运动规律的叙述正确的是？①核外电子是分层运动的。

②所有电子在同一区域里运动③能量高的电子在离核近的区域内运动
④能量低的电子在离核近的区域内运动。

本题答案是A. 电子在原子核外的不同区域分层运动。

能量低的电子在离核近的区域内运动;能量高的电子在离核远的区域内运动。

P49:下面我们做一道练习。

下列原子的最外层电子数最多的是。

本题答案是D。

同学们根据核外电子排布规律可以画出下列原子的原子结构示意图：A. Mg原子核外有三个电子层，最外层是2个电子，B. S原子核外有3个电子层，最外层是6个电子；C. Si原子核外有3个电子层，最外层有4个电子；D. Ne原子核外有2个电子层，最外层有8个电子，Ne最外层电子数最多，所以本题选D。

P50: 下面我们再来做一道练习。

下列关于核电池燃料238Pu的说法中正确的是。

A. 中子数为94 ，B. 电子数为94 ，C. 质子数为238 ，D. 质量数为144。

本题正确答案是B。

根据题意质量数是238，质子数是94，电子数等于质子数等于94。

根据质量数定义，中子数等于质量数减去质子数等于144，所以本题选B。

P51：下面我们对本节内容进行小结。

本节课我们在初中已有知识的基础上，又深入的了解原子的结构，原子是由原子核和核外电子构成，原子核由质子和中子构成，原子的质量主要集中在原子核上。

并且原子的核电荷数等于质子数等于核外电子数；还知道了构成原子的微粒间的关系，质量数等于质子数加中子数；掌握了原子核外电子排布规律，并利用此规律可以画出周期表中前20号元素的原子结构示意图。

同学们，在本节课的学习中，我们认识到人类对原子结构的认识是一个逐步深入的过程，并深深的体会到现在学习的科学理论只代表人类对客观事物认识的一个阶段，希望同学们好好学习化学，未来为化学的发展贡献力量。

P52：今天的作业是完成教材100页第2题。

P53：本节课就上到这里，感谢同学们的聆听。

同学们再见！。