原子結構模型的演變.doc

原子結構模型的演變教案一、前期分析1、 學習內容分析本節(jié)教材選自蘇教版高中化學必修一專題一人類對原子結構的認識。本節(jié)課的內容包括原子結構模型的演變、原子核外電子排布和原子核的組成。本節(jié)課被安排在物質檢驗的學習內容之后，是對物質組成的進一步探究，同時也為后續(xù)的物質性質的探究打下基礎，因此本節(jié)課在教材中具有承上啟下的作用。2、 學習者分析本節(jié)課的教學對象是高一學生，學生對原子結構的認識還停留在原子階段，缺乏深入的探究認識，而且普遍喜歡動手做實驗，對偏理論性的原子結構組成不太感興趣。此外，學生還缺乏嚴謹?shù)目茖W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、 教學重難點（1） 重點：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決定原子性質的知識點（2） 難點：鎂和氧發(fā)生化學反應的本質，對構成原子的粒子間的相互關系及結構與性質的關系的理解二、 教學目標1、 知識與技能：（1） 通過原子結構模型演變歷史的學習，知道每個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反應中常通過電子的得失使最外層達到8電子穩(wěn)定結構的事實（3） 通過氧化鎂的形成知道鎂與氧氣發(fā)生化學反應的本質2、 過程與方法（1）通過學習原子結構模型演變的歷史，認識實驗、假說、模型等科學方法對化學研究的重要作用3、 情感態(tài)度與價值觀對科學家探索物質構成奧秘的史實中體會到科學探究的過程與方法，學習科學家的探究精神，進一步培養(yǎng)學習化學的興趣三、教學過程：導課：師：上課，同學們好。師：在正式上課之前，大家先來看一個視頻（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，然而當我們進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，則要借助更加先進的觀察工具，請看圖片（展示一張用掃描隧道顯微鏡下的圖片），圖片上中國這兩個字，大家知道這是在哪嘛？生：疑惑（或者說原子上） 師：這其實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入更微觀的層次，那就是人類對于原子內部結構的認識?？墒窃泳透×耍硬荒艹?，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部結構呢？相互討論（學生討論時，下去和學生交流）請學生回答。生：用顯微鏡觀察（用更先進的儀器觀察，猜想，做實驗等）師：很好，可以利用先進的觀測工具進行直接的觀察，那這可行嘛？生：有的可能說不可行，因為原子太小了師：對，原子太小了，小到連我們現(xiàn)有的最精確的觀測工具掃描隧道顯微鏡都無法直接觀察原子的內部結構。雖然這樣，但我們人類的思維卻是無限量的，所以我們還可以怎樣去做呢？生：大膽的猜想，做實驗等。師：對，我們可以進行大膽的猜想，然后看看能不能通過實驗對猜想進行驗證。師：其實在人類探索原子結構的過程當中，大膽的猜想，實驗，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，原子是構成物質的一種基本粒子，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說，它們認為金木水火土是構成世界的五要素。在同時期，古希臘的哲學家也在思考同樣的問題，古代原子論的先驅者德謨克利特認為世界萬物是由一個個不可分割的粒子（這個粒子就是原子）組成的，但他的原子論只建立在哲學的猜想上，并沒有事實根據(jù)。 師：時間魔輪飛轉，到了16世紀末，在一些重要的化學定律的發(fā)現(xiàn)之后?；瘜W史上出現(xiàn)了一位重要的科學家，他就是道爾頓（板書），正如其名，是他引領大家在原子的研究方面走上了正軌。重新提出了原子學說。他認為所有物質都是由不可分割的原子構成。同種元素的原子其質量、大小、性質相同，不同元素的原子質量、大小、性質不同。不同元素的原子通過鉤子相互結合成化合物。在化學反應中，原子既不會產(chǎn)生或者消失，也不會改變，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。師：同時他提出了原子的實心球模型（板書），他覺得原子是一個光滑的實心球，不可以再分。師：現(xiàn)在我們覺得這種模型很可笑，但在當時的認知水平下，道爾頓的原子論是及其了不起的成就。師：伴隨著科學技術的進步，電被人們發(fā)現(xiàn)并利用?？茖W家可以研究物質在通電條件下的性質，而陰極射線實驗就是其中非常著名的一個（在黑板上演示）?？茖W家將氣體充到一個密封的玻璃管中，然后在兩端通上高壓電，這時發(fā)現(xiàn)有一束粒子從電極的陰極通過氣體到達了陽極，這就叫陰極射線。這束射線到底是什么呢？英國科學家湯姆森（板書）做了一系列實驗，發(fā)現(xiàn)這陰極射線在不同的電場或磁場中會發(fā)生偏轉。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？請同學們思考。生：這束射線帶負電，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，同學們現(xiàn)在都知道，湯姆森也想了，原子中既然存在這種帶負電的電子，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。也讓一些科學家對其產(chǎn)生了很多疑問。湯姆森有個孝徒，他為了將湯姆派發(fā)揚光大，驗證其恩師的學說，是閉門修煉好多年，埋頭苦干做實驗啊，但萬萬沒想到的是實驗結果卻給了其恩師當頭一棒，徹底推翻了湯姆森的原子學說，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驗（阿爾法粒子是帶兩個單位正電荷，相對質量為4的帶電粒子）（黑板上簡圖演示）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，熒幕就會發(fā)出熒光。如果按照湯姆森的理論，大家想想看會有什么結果？（請學生回答）生：阿爾法粒子會發(fā)生偏轉或者反彈（同種電荷相互排斥，實心的過不去）師：對，可實驗結果恰恰相反，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，極少數(shù)的粒子被反彈回來。這又是為什么呢？請同學一個個回答生：原子內大部分是空的，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很小的區(qū)域師：很好，而這個區(qū)域我們稱之為原子核，那為什么實驗中原子核沒有被彈開，而是阿爾法粒子被彈回來了呢？生：可能是因為原子核質量很大（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：原子中間有一個帶正電的核，電子繞核作運動，這像是什么？生：微縮的太陽系師：這就是盧瑟福的“行星模型”。當時年僅32歲的他同他的模型一起被載入了化學史冊。但根據(jù)經(jīng)典的電磁場理論，當電子圍繞原子核旋轉時，它會向外輻射電磁波，能量會越來越小，離核會越來越近，最后會怎樣？生：落到原子核上。師：對，會落到原子核上，這樣原子的結構也就崩潰了，可實際上這樣的事情發(fā)生了嘛？生：沒有師：看來行星模型需要更好的解釋，這時候，盧瑟福的弟子波爾又站出來了，所以說長江后浪推前浪，順便把師傅拍在了沙灘上。波爾在研究氫原子光譜時，引入了剛誕生不久的量子論觀點，大膽的提出了新的原子結構模型。他認為電子在一系列穩(wěn)定的軌道上運動，每個軌道都具有一個確定的能量值，電子在靠近或者遠離原子時是跳躍式的（這叫電子躍遷）在電子躍遷時，電子會放出或者吸收能量。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，都是在實驗的基礎上提出自己的理論，所以原子結構模型的每一次演變，都是從科學家的實驗開始，實驗方法是科學研究的一種重要手段，是化學科學進步的關鍵。另外，我們要勇于探索，敢于懷疑，提出自己的看法，不要迷信權威。過渡 站在巨人的肩膀上，我們借著前輩的眼睛，對原子結構的認識更深了一步?，F(xiàn)在，人們已經(jīng)知道，原子是由原子核與核外電子構成的，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動離核的遠近。這個大家可以想象的到，因為原子核對電子是有吸引力的，能量大，運動速度快，電子就可以抗衡這個吸引力，跑到離核更遠的地方運動。我們根據(jù)電子的能量大小把電子運動劃分成不同的區(qū)域，這就叫電子的分層排布電子層。師：在同一個電子層運動的電子能量比較接近，因為它是一個區(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動，紅點就代表電子，而圓圈表示什么？生：運動軌跡（電子層或能量相近的電子運動的一個區(qū)域）師：很好，這里的圓圈并不代表電子運動的軌道，而是而是能量相近電子運動的電子層。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，我們聰明的科學家采用原子結構示意圖的方法來表示原子的核外電子排布，以鎂原子為例，我們一起來學習一下這一方法，先畫一個小圓圈表示原子核，里面寫上+12，數(shù)字12代表核電荷數(shù)（12也表示質子數(shù)或原子序數(shù)），號就代表原子核帶正電，而原子核帶正電其實是因為其中的質子帶正電。電子層用小半個圓圈表示，看起來像wifi的信號，在中間寫上數(shù)字表示這一電子層的電子數(shù)。師：那接下來同學們用這一方法來做幾個練習，請看PPT，然后老師請6名同學來完成黑板上這6種原子的電子排布Cl(17)、Ar（18）、Kr（36）、Ne（10）、K（19）、N（7）（請同學上講臺畫原子結構示意圖）師：好，現(xiàn)在大家一起來檢查一下，都對了嘛？生：可能對Kr的電子排布產(chǎn)生了分歧（讓不同的同學寫，如何黑板上的同學寫對了，就說這些同學都很聰明，都寫對了）師：其實（勾出對的原子結構示意圖）這種是正確的表示方法，通過這個練習大家應該可以看出，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)在大家一起來學習總結一下核外電子的排布具有哪些規(guī)律呢（PPT展示1-18號元素的原子結構示意圖，可以讓學生總結出，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，才會排到L層，以此類推（能量最低原則）。2、 K層最多排布2個電子；L層最多排布8個電子，M層最多排布18個電子；每個電子層最多只能容納2n2個電子。3、 除He外，最外層最多排布8個電子；次外層最多排布18個電子；倒數(shù)第三層最多排布32個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，實際的一些情況并不需要排滿。現(xiàn)階段，我們只要求掌握前20號元素原子的核外電子排布。師：那通過學習原子電子的排布，我們可以知道哪些信息呢？結構決定性質，原子核外不同的電子排布，決定了原子的不同性質。師：首先大家請看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，大家仔細看看，它們具有什么共同點？生：最外層電子數(shù)都為八師：很好，因為它們的最外層電子數(shù)都為8，而這時候最外層電子是滿排的，這樣的結構比較穩(wěn)定，我們叫它為八電子穩(wěn)定結構。知道了這一點，我們來看書本30頁的問題解決，將題2中的表格填寫完整。通過這個表格，我們可以看到：1、 當原子最外層的電子數(shù)小于8個時，在化學反應中總是得到或失去電子而達到最外層8電子的穩(wěn)定結構2、 金屬元素原子最外層一般有13電子，在反應中易失去電子，表現(xiàn)為正化合價，正化合價=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個電子，在反應中易得到電子，表現(xiàn)為負化合價，負化合價=得電子數(shù)=8最外層電子數(shù)。4、 原子核在反應中不發(fā)生變化，原子的最外層電子數(shù)可能發(fā)生變化，元素的化學性質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理了。首先（在黑板上演示反應過程，邊講解得失電子的經(jīng)過）（如果時間還有多，就做幾道練習題。如果沒有多就結課）師：好，這節(jié)課我們首先感受了從古至今思想家和科