原子核外电子排布教学设计

一、教学目标

（一）知识与技能目标

引导学生了解原子核外电子的排布规律，使他们能画出1～18号元素的原子结构示意图；了解原子的最外层电子排布与元素的原子得、失电子能力和化合价的关系。

（二）过程与方法目标

通过对原子核外电子的排布规律问题的探讨，培养学生分析、处理数据的能力，尝试运用比较、归纳等方法对信息进行加工。

（三）情感态度与价值观目标

培养他们的科学态度和科学精神，体验科学研究的艰辛与喜悦。

二、教学重点、难点

（一）知识上重点、难点：核外电子排布规律。

（二）方法上重点、难点：培养分析、处理数据的能力,尝试运用比较、归纳等方法对信息进行加工。

三、教学过程

【引言】

首先，请同学们观看一段视频

——这是著名的α粒子散射实验，卢瑟福就是通过这个实验，提出了原子是由原子核和电子构成的核式结构模型的。视频中还介绍了原子核的体积很小，核外有着非常广阔的相对空间，电子就是在这非常“广阔”的空间里作高速的绕核运动。那么电子的绕核运动还有着哪些特征？这些运动的电子在核外又是怎样排布的？这就是本节课我们所要研究的内容。

【板书】二、核外电子排布

【讲述】同学们请看，屏幕上展示的是核外电子的运动特征，我们共同看一下。

（1）质量很小（9.109×10-31kg）。

（2）运动速度快（接近光速）。

（3）运动空间范围小（直径约10-10m）。

【过渡】根据核外电子的运动特征，请同学们充分发挥想象力，电子在核外的运动到底是一个什么样的情形？

【设想猜测】电子在核外的运动到底是一个什么样的情形？

【学生活动】略。

【质疑一】电子的绕核运动有没有固定的轨迹？

【质疑二】电子的绕核运动没有固定的轨迹，是不是说电子绕核运动就没有规律？

【讲述并投影】电子在原子核外的这个极小的空间内作高速运动，时而出现在离核远处，时而出现在离核近处，我们不能同时测定出电子在某一时刻的位置和速度，但是能从理论上统计出它在原子核外某一范围内出现的机会的多少——这就是我们将要在《物质结构与性质》选修教材中加以学习的电子云。

【过渡】同学们太伟大了！我们研究分析原子结构中电子的运动情况，用了不到10

分钟的时间，而科学家们却用去了一个多世纪！让我们踏着科学的足迹，重温这段曲折、坎坷、震撼世人的科学探索过程！

【投影】历史回眸

1．最早提出“原子”一词的是古希腊哲学家德谟克利特，他认为万物都是由原子组成的，原子是不可分割的最小微粒。但是很可惜，由于种种原因，这一伟大的学说没有为人们所重视，被忽视了20多个世纪——这是科学界的一大憾事！

2．直到1803年英国科学家道尔顿通过对当时化学实验的现象分析，创立了近代原子学说，第一次将原子学说从推测转变为科学概念。很长一段时间，人们都认为原子就像道尔顿说得那样，是一个小得不能再小的实心球，里面再也没有什么花样了。

3．然而科学并没有因此而止步，人类对真理的无限追求，迫使原子结构的真相不断地显露出来。在道尔顿提出近代原子学说的近百年后，英国科学家汤姆生在研究阴极射线时，发现了居然从氢原子中跑出了一个比它质量小1700倍的带负电的粒子来，这说明原子内部还有结构。电子的发现，使得汤姆生于1897年提出了“葡萄干布丁”原子结构模型。电子的发现，给当时的科学界注入了一支兴奋剂，一大堆新问题摆在了科学家们的面前。

【投影】

原子中除电子外还有什么东西?

电子到底是怎么待在原子里的?

原子中什么东西带正电荷?

正电荷又是如何分布的?

带负电的电子和带正电的东西是怎样相互作用的?

根据科学实践和当时的实验观测结果，物理学家发挥了他们丰富的想象力，各种不同的原子模型，如雨后春笋般涌现出来：

4．1901年法国物理学家佩兰提出“行星结构原子模型”。

5．1902年德国物理学家勒纳德提出“中性原子模型”。

6．1902年英国著名物理学家、发明家开尔文提出“实心带电球原子模型”。

7．1904年日本物理学家长冈半太郎提出“土星模型”。

以上这些模型，在一定程度上解释了当时的一些实验事实，但对于以后出现的很多新的实验事实却无能为力。所以这些模型犹如昙花一现，都没有得到进一步的发展。

8．1911年英国物理学家卢瑟福通过α粒子散射实验，创造性地提出了原子是由原子核和核外电子构成的“核式原子结构模型”。这一模型堪称经典，其本人因此被誉为原子物理学之父！同学们知道卢瑟福和汤姆生的关系吗？（这正验证了中国的一句古语：青出于蓝而胜于蓝。）

9．巧合的是，卢瑟福的学生玻尔在原子结构的问题上也作出了巨大的贡献！在卢瑟福模型的基础上，1913年玻尔提出了玻尔原子模型，阐述了电子在核外的运动情况——这就是同学们在初中就已经知道的核外电子的分层运动即分层排布。

10．玻尔的原子理论加速了量子论的发展。1915年，德国物理学家索末菲把玻尔的原子理论推广到包括椭圆轨道；1916年，爱因斯坦从玻尔的原子理论出发，导出了普朗克辐射定律，将量子理论发展到了一个新时期。

11．现代原子结构学说，是由奥地利物理学家薛定谔提出的。1926年，奥地利物理学家薛定谔在爱因斯坦的量子理论和德布罗意的物质波假说的启发下，提出了著名的薛定谔方程──来描述微观粒子的运动状态（电子云）。

【启发】走完了这段历史，同学们有何感受？难道我们仅仅是记住了几位科学家的名字？看到了不同的原子结构模型？

【学生活动】略。

【过渡】虽然电子云更趋近于核外电子的真实运动情况，但因其复杂，所以必修阶段我们所学习的核外电子运动情况，是玻尔提出的核外电子分层运动理论。

【讲述】玻尔提出：电子是在核外距核由近及远、能量由低到高的不同电子层上分层排布(运动)的。所谓电子层，就是核外能量不同的电子运动区域称为电子层。

【板书】1．电子层

【过渡】对于电子的分层排布，我们可以用原子结构示意图简明地表示。

【投影】钠的原子结构示意图（重点分析各种符号的含义）。

【提问】原子核外电子的排布有哪些规律呢？

【交流研讨一】表1－1、1－5号元素的原子结构示意图。

【学生思考并猜想】教师可引导分析，铍比锂多1个电子，为什么不向第三层排？又为什么不向第一层排？

【交流研讨二】表1－2 稀有气体的原子结构示意图。

【交流与研讨】原子核外电子排布规律。

【投影】

核外电子排布的规律：

1．电子总是从内层排起，当一层充满后在填充下一层；

2．每层最多容纳的电子数为2n2（n代表电子层序数）；

3．最外层电子数则不超过8个（第一层为最外层时，电子数不超过2个）。

4．次外层电子数不超过18个。

【提问】M层最多排多少个电子？作为最外层呢？这说明这几条规律在使用时不能完全孤立而应该多条规律同时兼顾。