魯科版《原子結(jié)構(gòu)模型》教學(xué)設(shè)計(jì)1 省賽獲獎(jiǎng)

高二化學(xué)選修3物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)第一章原子結(jié)構(gòu)第一節(jié)原子結(jié)構(gòu)模型本節(jié)的教學(xué)目標(biāo)：知識(shí)與能力：從光譜事實(shí)出發(fā)，在量子力學(xué)的基礎(chǔ)上認(rèn)識(shí)原子核外電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和原子軌道；知道原子核外電子的能級(jí)分布，能用電子排布表示常見元素（1~36號(hào)）的原子核外電子排布；能說(shuō)出元素電離能、電負(fù)性的含義，能應(yīng)用元素的電離能和電負(fù)性解釋元素的某些性質(zhì)；在必修的基礎(chǔ)上重新構(gòu)建對(duì)原子結(jié)構(gòu)、元素周期表、元素性質(zhì)三者之間關(guān)系的認(rèn)識(shí)。過(guò)程與方法：知道科學(xué)假說(shuō)和模型方法在原子結(jié)構(gòu)理論建立中的重要作用，充分開展想象將抽象的概念等全部形象化，充分應(yīng)用化學(xué)學(xué)習(xí)法來(lái)培養(yǎng)能力。情感、態(tài)度與價(jià)值觀：通過(guò)學(xué)習(xí)原子結(jié)構(gòu)量子力學(xué)模型建立的歷史，感受科學(xué)家們?cè)诳茖W(xué)創(chuàng)造中的豐功偉績(jī)。教學(xué)重難點(diǎn)：原子軌道的量子力學(xué)模型的建立以及用電子排布式表示常見元素（1~36號(hào)）原子核外電子排布；科學(xué)假說(shuō)在原子結(jié)構(gòu)模型建立中的重要作用；讓學(xué)生了解原子結(jié)構(gòu)模型建立的科學(xué)史，感受科學(xué)家在科學(xué)創(chuàng)造中的豐功偉績(jī)，激發(fā)學(xué)習(xí)熱情。課時(shí)安排：3課時(shí)（第一課時(shí)）知識(shí)與能力：初步認(rèn)識(shí)原子結(jié)構(gòu)的量子力學(xué)模型，了解原子結(jié)構(gòu)模型的發(fā)展；知道假說(shuō)、模型在原子結(jié)構(gòu)理論建立中的重要作用；學(xué)會(huì)用n、l兩個(gè)量子數(shù)描述核外電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，及其包含的意義。過(guò)程與方法：主要還是通過(guò)介紹有關(guān)于各原子結(jié)構(gòu)模型的發(fā)展歷程，讓學(xué)生感受科學(xué)發(fā)展的無(wú)止境，科學(xué)家們對(duì)真理的不懈追求。也使學(xué)生經(jīng)歷：產(chǎn)生問(wèn)題—提出假說(shuō)—實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證三階段。從光譜的介紹中引入n和l這兩個(gè)量子數(shù)的學(xué)習(xí)，通過(guò)類比的方法使學(xué)生掌握得更牢固。情感、態(tài)度與價(jià)值觀：學(xué)習(xí)用科學(xué)方法進(jìn)行教育；認(rèn)識(shí)人類對(duì)物質(zhì)結(jié)構(gòu)是處于無(wú)止境的探索之中的；感受科學(xué)家在科學(xué)創(chuàng)造中的豐功偉績(jī)。教學(xué)重難點(diǎn)：原子結(jié)構(gòu)的量子力學(xué)模型，n、l兩個(gè)量子數(shù)描述核外電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。課型：新課教學(xué)方法：介紹、探究、想象等方式和手段教學(xué)過(guò)程：[設(shè)置情境]在街道上我們經(jīng)常可以看到五光十色的霓虹燈在閃爍，知道霓虹燈為什么能發(fā)出五顏六色的光？通過(guò)今天的學(xué)習(xí)我們就會(huì)知道的。[板書]第1節(jié)原子結(jié)構(gòu)模型[引入新課]人類對(duì)原子結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)經(jīng)歷了一個(gè)漫長(zhǎng)的、不斷深化的過(guò)程。下面我們就來(lái)認(rèn)識(shí)一下不同時(shí)期的幾種原子結(jié)構(gòu)模型。[講授]在很早很早以前，周圍物質(zhì)是由什么構(gòu)成的，困惑了人們很久很久。那些先知、哲人提出了自己對(duì)物質(zhì)世界的看法，到了公元前400多年，古希臘哲學(xué)家留基伯和德謨克利特提出了哲學(xué)名詞上的原子。又經(jīng)過(guò)了漫長(zhǎng)的時(shí)間，在1803年英國(guó)化學(xué)家道爾頓才把這樣一個(gè)哲學(xué)名詞變?yōu)榫哂袑?shí)際意義的實(shí)在原子—實(shí)心球模型，建立起自己的學(xué)說(shuō)。1903年湯姆遜發(fā)現(xiàn)了原子中有電子的存在，從而認(rèn)為原子是一個(gè)均勻的帶有正電的球體，電子對(duì)稱地嵌在這個(gè)球中，因?yàn)殡娮釉凇霸忧颉敝衅胶馕恢谜駝?dòng)，所以會(huì)發(fā)出電磁輻射，其電磁輻射的頻率就等于電子的振動(dòng)頻率。很像葡萄干蛋糕（布?。?，此模型可以解釋一些元素的性質(zhì)（電中性）。1911年盧瑟福做了α粒子散射實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)大部分粒子可以順利通過(guò)，少數(shù)發(fā)生較大偏轉(zhuǎn)，個(gè)別完全彈回。受到太陽(yáng)系結(jié)構(gòu)模型的啟發(fā)，根據(jù)“大宇宙與小宇宙相似”的哲學(xué)思想，提出了這樣的模型即核式模型?？梢越忉尭嗟膶?shí)驗(yàn)事實(shí)，但也與一些事實(shí)產(chǎn)生了矛盾。大家想象一下，電子繞核運(yùn)動(dòng)必然要自動(dòng)地放出能量，原子能量逐步減少，頻率也將不斷發(fā)生改變，發(fā)出的光譜應(yīng)該為連續(xù)的。而且電子能量不斷減小，最終墜落在原子核上，原子必然是不穩(wěn)定的體系。這樣就與客觀事實(shí)發(fā)生了矛盾。1913年玻爾把普朗克的量子化概念與盧瑟福的模型結(jié)合，提出了原子結(jié)構(gòu)中量子化的軌道理論：電子繞核運(yùn)動(dòng)是沿一系列的不連續(xù)的軌道進(jìn)行，電子在這些維持定能量運(yùn)動(dòng)時(shí)，并不輻射能量。我們稱之為玻爾電子分層排布模型。20世紀(jì)20年代，法國(guó)物理學(xué)家提出了波粒二象性，奧地利物理學(xué)家薛定諤則用波函數(shù)來(lái)描述微粒運(yùn)動(dòng)。從而確立了現(xiàn)代量子力學(xué)模型。[聯(lián)想質(zhì)疑]“盧瑟福原子結(jié)構(gòu)的核式模型”能解釋氫原子的光譜是線狀光譜嗎？[小結(jié)]盧瑟福的核式原子結(jié)構(gòu)模型和經(jīng)典的電磁學(xué)觀點(diǎn)，圍繞原子核高速運(yùn)動(dòng)的電子一定會(huì)自動(dòng)且連續(xù)地輻射能量，其光譜應(yīng)是連續(xù)光譜而不應(yīng)是線狀光譜。一束光線射入三棱鏡，在其中發(fā)生折射，每一種光都有一定的波長(zhǎng)，當(dāng)然折射率就不同了，所以用探測(cè)器可以使之得以記錄。像圖1-1-2太陽(yáng)光是由一系列相近的差別很小的光組成，因而無(wú)法分辨，故形成沒(méi)有間斷的譜線，我們稱之為連續(xù)光譜。如果光譜是由特定波長(zhǎng)的、彼此分立的譜線組成，只得到一系列間斷的線條，我們則稱之為線狀光譜，如圖1-1-3。當(dāng)然也有一些線秒條與線條非常接近難于辨別形成光帶，我們則稱之為帶狀光譜。[板書]一、氫原子光譜和玻爾的原子結(jié)構(gòu)模型連續(xù)光譜、線狀光譜和帶狀光譜玻爾原子結(jié)構(gòu)模型[講解]逐條分析“玻爾原子結(jié)構(gòu)模型”的基本觀點(diǎn)。[板書]（1）確定半徑圓周不輻射能量（2）量子化基態(tài)激發(fā)態(tài)（3）躍遷吸收或輻射能量[講解]原子光譜產(chǎn)生的原因：電子由激發(fā)態(tài)躍遷到基態(tài)會(huì)釋放出能量，這種能量以光的形式釋放出來(lái)，所以就產(chǎn)生光譜。氫原子光譜是線狀光譜的原因：氫原子上的電子由n=2的激發(fā)態(tài)躍遷到n=1的基態(tài)，與從n=3的激發(fā)態(tài)躍遷到n=2的激發(fā)態(tài)，釋放出的能量不同，因此產(chǎn)生光的波長(zhǎng)不同。 【提問(wèn)】霓虹燈管里充入許多氣體或蒸氣，如：氦氣、氬氣、水銀蒸氣等，通電時(shí)霓虹燈會(huì)發(fā)出五顏六色的光，試解釋其原因？ 【小結(jié)】霓虹燈之所以會(huì)發(fā)出五顏六色的光，其原因與氫原子光譜形成的原因基本相同。點(diǎn)霓虹燈而言，燈管中裝載的氣體不同，在高電壓的激發(fā)下發(fā)出的光的顏色就不同。例如，在燈管中充入氖氣，通電后在電場(chǎng)作用下，放電管里氖原子中的電子吸收能量后躍遷到能量較高的軌道，但處在能量較高軌道上的電子會(huì)很快以光的形式輻射能量而躍遷到能量較低的軌道，所發(fā)出的光的波長(zhǎng)恰好位于可見光區(qū)域中的紅色弊端，所以我們看到的是紅色光。其他與此類似。這個(gè)可以利用物理知識(shí)進(jìn)行計(jì)算得出波長(zhǎng)。[了解]E1=E2=E3=E4=E5=E6=hυ=|Ej-Ei|υ=c/λ可以計(jì)算出n=6躍遷到n=2其波長(zhǎng)為414nm剛好處于藍(lán)色，n=4躍遷到n=2其波長(zhǎng)為438nm也處于藍(lán)色；n=5躍遷到n=1其波長(zhǎng)為剛好處于紅外區(qū)域；n=5躍遷到n=3其波長(zhǎng)為1291nm剛好處于紫外區(qū)域。所以為什么譜線有藍(lán)色、紅色和紫色。[小結(jié)]“玻爾原子結(jié)構(gòu)模型”的貢獻(xiàn)：（1）說(shuō)明了激發(fā)態(tài)原子為什么會(huì)發(fā)射光線。（2）成功解釋了氫原子光譜是線狀光譜的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。（3）提出了主量子數(shù)n的概念及處于不同軌道上的電子能量量子化的理論，為量子力學(xué)的原子結(jié)構(gòu)模型打下了基礎(chǔ)。不足之處：（1）玻爾理論電子延著固定的軌道繞核運(yùn)動(dòng)的觀點(diǎn)，不符和電子運(yùn)動(dòng)的特性。（2）玻爾理論不能解釋多原子光譜，也不能解釋氫原子光譜的精細(xì)結(jié)構(gòu)。[過(guò)渡]20世紀(jì)20年代中期建立的量子理論，引入了四個(gè)量子數(shù)，解釋了原子光譜的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，成為現(xiàn)代化學(xué)的理論基礎(chǔ)。[板書]二、量子力學(xué)對(duì)原子核外電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的描述[講解]主量子數(shù)n即能層或電子層。在多電子原子中根據(jù)電子離原子核的遠(yuǎn)近和能量的高低，分為若干電子層(或能層)。一般來(lái)說(shuō)，主量子數(shù)n越大，處于該層的電子離原子核越遠(yuǎn)、能量越高。[板書]1、主量子數(shù)n能量關(guān)系一般為：EK<EL<EM<EN<EO<EP<EQ[提問(wèn)]角量子數(shù)l既能級(jí)或電子亞層。處于同一電子層上的電子能量也不盡相同，根據(jù)這種能量差異，一個(gè)能層分為一個(gè)或若干個(gè)能級(jí)（或電子亞層），分別用符號(hào)s、p、d、f等表示。[板書]2、角量子數(shù)l①主量子數(shù)n與角量子數(shù)l的關(guān)系對(duì)于確定的n值，l共有n個(gè)值，分別為：0、1、2、3……(n-1)②角量子數(shù)l的光譜學(xué)符號(hào)l0123符號(hào)spdf③能級(jí)的記錄方法舉例：若主量子數(shù)n=2，角量子數(shù)l有0和1兩個(gè)取值。即第二能層有兩個(gè)能級(jí),記做2s、2p。④能級(jí)順序：Ens<Enp<End<Enf[練習(xí)]寫出下列能層相應(yīng)的能級(jí)符號(hào)：（1）n=1（2）n=3（3）n=4[討論]鈉原子光譜由n=4的狀態(tài)躍遷到n=3的狀態(tài)，會(huì)產(chǎn)生多條譜線，為什么？[小結(jié)]由于鈉原子的n電子層可以分成多個(gè)不同的能級(jí)，所以當(dāng)鈉原子受激變成激發(fā)態(tài)后，處于n=4的電子層的不同能級(jí)的電子躍遷到n=3的電子層的不同能級(jí)時(shí)形成的光譜譜線有多條。[主板書]第1章原子結(jié)構(gòu)第1節(jié)原子結(jié)構(gòu)模型一、氫原子光譜和玻爾的原子結(jié)構(gòu)模型連續(xù)光譜、線狀光譜和帶狀光譜玻爾原子結(jié)構(gòu)模型（1）確定半徑圓周不輻射能量（2）量子化基態(tài)激發(fā)態(tài)（3）躍遷吸收或輻射能量二、量子力學(xué)對(duì)原子核外電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的描述1