第二課時 構造原理與電子排布式
課題： 1.1.2 構造原理與電子排布式
課時
1
授課年級
高二
課標
要求
了解原子核外電子排布的構造原理。知道1-36號元素基態(tài)原子核外電子的排布。
教材
分析
本節(jié)內容是高中化學人教版（2019版）選擇性必修二第一章第一節(jié)《原子結構》內容，該內容是高中選修課程中，研究原子結構的起始課。因此，學習本節(jié)內容對以后學習分子結構、晶體結構等具有指導性作用；同時本節(jié)課也是承接初中化學原子結構和必修教材中關于原子結構的知識的延續(xù)，所以本節(jié)課在整個高中化學結構化學方面起到了很好的承上啟下的作用。
第一節(jié)《原子結構》涉及能層與能級、基態(tài)與激發(fā)態(tài)和原子光譜、構造原理與電子排布式、電子云與原子軌道、泡利原理、洪特規(guī)則、能量最低原理，共五大方面的內容，內容多，并且比較抽象，為了降低難度，幫助學生更好的理解，教參將本節(jié)內容分成4課時，逐一進行探究。
本節(jié)課時是《原子結構》第一節(jié)的第二課時，教材在學生已經學習了能級、能層概念的基礎上，直接給出構造原理，并根據構造原理進行核外電子排布。這樣一來，教材中沒有出現四個量子數的概念，降低了學習難度。教材對構造原理的介紹總體分為四個步驟，首先直接給出構造原理的定義，再通過構造原理直接給出了原子核外電子排布的次序；接著教材又在構造原理的基礎上，提出了能級交錯的概念，從而說明了構造原理是一個思維模型，是個假想的過程；然后教材又列舉了銅和鉻最后兩個能級電子排布的特殊性，揭示了構造原理是被理想化的。層層深入，逐步遞進，將構造原理的內涵一步步展現在學生面前。在學生已經對構造原理有了一定理解之后，教材利用思考與討論以及書中的圖表，引出電子排布式、簡化電子排布式、價層電子排布式的書寫，通過書寫，加深對構造原理的理解。最后，教材結合“科學史話”欄目介紹了構造原理是基于光譜學事實的經驗規(guī)律，畫龍點睛之筆，使學生對抽象的構造原理有了更深的理解。整個內容的設計，逐漸深入，環(huán)環(huán)相扣。構造原理是電子排布式書寫的基礎，電子排布式是構造原理的應用。同時本節(jié)電子排布式的書寫，也是后面電子軌道式書寫的前提，因此，本節(jié)課的學習，對后面的知識探究起著重要的承接作用。
本節(jié)課教材從圖表、表格、思考與討論出發(fā)，整節(jié)課教材中給出一張表格，一張圖片，三個問題，分別從不同角度幫助學生了解構造原理的概念、內涵和發(fā)現過程。通過對思考與討論問題的回答，引出了電子排布式、簡化電子排布式、價層電子排布式的書寫。對表格的分析，能夠幫助學生正確書寫電子排布式；圖片的引用，直觀形象，能夠激發(fā)學生對微觀抽象物質的學習興趣，更好理解構造原理的實質，體會科學家探索微觀世界的艱辛。
教學
目標
1.了解原子核外電子排布的構造原理。
2.能寫出1-36號元素基態(tài)原子的電子排布式，進一步增強證據推理意識。
教學重、難點
重點：前四周期基態(tài)原子電子排布式、簡化電子排布式、價層電子排布式的書寫
難點：對構造原理的理解
核心
素養(yǎng)
宏觀辨識與微觀探析：通過宏觀上對光的理解和感知，以及光譜學理論的發(fā)展歷程，探究微觀中電子的排布情況，從而更好地理解構造原理，為構造原理的確立奠定了基礎。
證據推理與模型認知：通過閱讀圖表和表格，明確構造原理在電子排布式書寫中的應用。通過對鉀和鈣元素呈現的能級交錯現象，理解構造原理中的能級交錯源于光譜學事實，是經驗的，是一個思維模型，逐步構建模型思維。
科學探究與創(chuàng)新意識：通過對玻爾創(chuàng)造性的假設提出了電子能量的量子化理論，從而解釋了原子光譜是離散的，而不是連續(xù)的，體驗創(chuàng)新思維在科學研究中的重要價值。
科學精神與社會責任：通過對構造原理發(fā)展史的探究，使學生體會到人類對電子的認識是一個逐步深入逐步完善的過程。在學習活動中使學生感受到科學家獻身科學的探索精神和進行科學探索時所具有的創(chuàng)新科學態(tài)度，激發(fā)學生探究電子排布奧秘的積極性。
學情
分析
在初中階段，學生對原子結構，前20號元素的原子結構示意圖有一定的了解，知道原子由原子核與核外電子構成，原子核由質子和中子構成(H除外)，整個原子的質量主要集中在原子核上，核外電子是分層排布的。
在必修階段以及上節(jié)課的學習中，學生知道在含有多個電子的原子中，電子分別在能量不同的區(qū)域內運動，原子核外電子的排布，依據一低四不超的原則，即原子核外第n層最多能容納的電子數為2n2,無論原子有幾個電子層，一般情況下，其最外層的電子數最多只有8個(最外層為K層時，最多只有2個)次外層最多有18個電子，倒數第三層最多有32個電子。
教學中可以充分利用學生對原子結構已有的知識經驗，對照電子排布原則和原子結構示意圖，在復習和強化的基礎上，引入構造原理的教學，指導學生認真閱讀教材中的相關內容，圍繞教材中的【思考與討論】展開深入探究，理解電子排布式，簡化電子排布式，價層電子排布式的書寫，同時結合教材【科學史話】內容，了解構造原理的形成過程。
教學過程
教學
環(huán)節(jié)
教學活動
設計意圖
環(huán)節(jié)一、
情景導入
創(chuàng)設情境
【情景創(chuàng)設】播放原子核外電子的運動和前三周期元素的原子結構示意圖
【導入】通過剛才的視頻，我們回顧了以前學過的電子的運動狀態(tài)和前三周期的原子結構示意圖的書寫，那么第四周期元素的原子結構示意圖該如何書寫，原子核外的電子排布還有哪些其他的表達方式，今天我們就來研究這方面的問題。
【復習提問】請同學們寫出8O、11Na、16S、20Ca、25Mn、26Fe、35Br的原子結構示意圖。
【學生】到黑板寫出7個元素的原子結構示意圖。
【教師】評價、補充。
【過渡】通過剛才的書寫，我們發(fā)現，第四周期元素鐵、錳的原子結構示意圖與主族元素的書寫方式有所不同，實際上原子結構示意圖的書寫，與核外電子排布有密切關系。那么，核外電子究竟是如何排布的，構造原理很好的解釋了這個問題，接下來我們共同來探究構造原理。
創(chuàng)設電子運動狀態(tài)的情境，展示學過的原子結構示意圖，從熟悉到陌生，激發(fā)探究欲望。
環(huán)節(jié)二、
認識構造原理
環(huán)節(jié)三、探究電子排布式的相關內容
任務一、認識構造原理
任務二、
探究電子的填充順序
任務三、探究能級交錯的現象
任務四、利用電子排布式書寫原子結構示意圖
任務五、探究簡化的電子排布式
【任務一】認識構造原理。
【學生活動】閱讀教材P8第二自然段，了解構造原理，回答下列問題：
1、構造原理的內容？
2、構造原理示意圖中：
圖中小圓圈表示一個 ，每一行
對應一個 ，箭頭引導的曲線
顯示 。
3、根據構造原理示意圖，找出電子排布的順序？
【學生1】以光譜學事實為基礎，從氫開始，隨
核電荷數遞增，新增電子填入能級的順序稱為構造原理
【學生2】構造原理示意圖中小圓圈表示一個 能級 ，每一行對應一個 能層 ，箭頭引導的曲線顯示 遞增電子填入能級的順序 。
【學生3】1s→2s→2p→3s→3p→4s→3d→4p→5s→4d→5p→6s→4f→5d→6p→7s→5f→6d→7p
【教師】評價、補充。
【過渡】請同學們繼續(xù)觀察構造原理示意圖，從能級和能層的角度，能否總結出電子填充的一些規(guī)律？
【任務二】探究電子的填充順序。
【學生活動】小組合作討論，仔細觀察構造原理示意圖，回答以下問題：
1、從能層的角度看，電子的填充順序規(guī)律是怎樣的？
2、從能級的角度看，電子的填充順序規(guī)律是怎樣的？
3、電子填充的順序，有沒有特殊情況出現？
【學生活動】各小組展示討論結果，各組之間相互補充不足的地方
1、電子先填滿一個能層，再繼續(xù)填下一個能層；填充時，從第一能層開始，依次填入。
2、電子先填滿一個能級，再繼續(xù)填下一個能級；填充時，從s能層開始，依次填入p、d、f能級。
3、電子并不總是填滿一個能層后再開始填入下一個能層，例如從第三層開始，填充完3p之后，
先填充的是第四層的s能級。
【教師】評價、補充
【過渡】通過剛才的探究，我們發(fā)現，電子的填充有規(guī)律，但也有一些特殊的地方，比如同學剛才說的，在第三能層上就出現了先填充4s能級，再填充3d能級的情況，這種在不同能級間交錯填充的現象，叫做能級交錯現象，接下來，我們共同來探討這方面的內容。
【任務三】探究能級交錯的現象。
【學生活動】閱讀教材P10第二、三自然段，回答以下問題：
1、能級交錯的內容？
2、構造原理呈現的能級交錯源于 事實，是 的，而不是任何理論推導的結果。構造原理是一個 ，是個假想過程。
3、Cr和Cu最后兩個能級的電子排布是什么？
【學生1】能級交錯：構造原理告訴我們，隨核電荷數遞增，電子并不總是填滿一個能層后再開始填入下一個能層的。這種現象被稱為能級交錯。
【學生2】構造原理呈現的能級交錯源于 光譜學 事實，是 經驗 的，而不是任何理論推導的結果。構造原理是一個 思維模型 ，是個假想過程。
【學生3】Cr :3d54s1
【學生4】Cu :3d104s1
【教師】評價、補充
【小結】強調重點：重點記憶構造原理示意圖中：1s→2s→2p→3s→3p→4s→3d→4p→5s
【過渡】我們知道，原子結構示意圖可以表示電子在不同能層中的填充方式。通過對構造原理的探究，我們知道它其實就是電子的填充順序，根據這個填充順序，我們可以寫出另一種描述電子填充的方式即電子排布式，接下來，我們就進入本節(jié)課的重點，電子排布式的探究。
【講授】電子排布式的相關知識
定義：電子排布式是用核外電子分布的能級及各能級上的電子數來表示電子排布的式子。
表示方法：
舉例：1s2 、3s1、 2p3 、 4p5、 3d10、 4f12
【講授】1s2 ：表示第一能層，s能級上，填充2個電子
【學生活動】舉一反三，通過教師講授一個表達式，能夠自己說出其他5個表達式的涵義
【學生1】3s1：表示第三能層，s能級上，填充1個電子
【學生2】2p3：表示第二能層，p能級上，填充3個電子
【學生3】4p5：表示第四能層，p能級上，填充5個電子
【學生4】3d10：表示第三能層，d能級上，填充10個電子
【學生5】4f12：表示第四能層，f能級上，填充12個電子
【過渡】理解了電子排布式的表示方法，接下來，我們就來研究，如何書寫電子排布式
3、書寫方法：“三步法”（構造原理是書寫基態(tài)原子電子排布式的主要依據）
第一步：按照構造原理寫出電子填入能級的順序，1s→2s→2p→3s→3p→4s→3d→4p→5s
第二步：根據各能級容納的電子數填充電子。
【復習提問】請同學們回憶一下，上節(jié)課所學的，各個能級最多容納的電子數都是多少？
【學生】各能級最多容納多少個電子? s-2，p-6，d-10，f-14，另一個-18
【講授】第三步：去掉空能級，并按照能層順序排列即可得到電子排布式。
舉例：寫出下列元素基態(tài)原子的電子排布式
3Li、8O、11Na、13Al、16S、17Cl、25Mn、26Fe、31Ga、35Br、29Cu、24Cr
【講授】3Li：1s22s1
11Na：1s22s22p63s1
25Mn：1s22s22p63s23p63d54s2
【講授】注意事項：(1)在書寫電子排布式時，一般情況下，能層低的能級要寫在左邊，而不是按構造原理的順序寫。
【學生活動】各小組討論剩余元素基態(tài)原子電子排布式的書寫，到黑板補充
【學生1】8O：1s22s22p4
【學生2】13Al：1s22s22p63s23p1
【學生3】16S：1s22s22p63s23p4
【學生4】17Cl：1s22s22p63s23p5
【學生5】26Fe：1s22s22p63s23p63d64s2
【學生6】31Ga：1s22s22p63s23p63d104s24p1
【學生7】35Br：1s22s22p63s23p63d104s24p5
【學生8】29Cu：1s22s22p63s23p63d104s1
【學生9】24Cr：1s22s22p63s23p63d54s1
【講授】注意事項：（2）在得出構造原理之前，由原子光譜得知有些過渡金屬元素基態(tài)原子的電子排布不符合構造原理，如Cr和Cu的最后兩個能級的電子排布分別為3d54s1和3d104s1。由此可見，構造原理是被理想化了的。
【小結】強調重點內容：考試要求：根據構造原理寫出1-36號元素的基態(tài)原子的電子排布式
【學生活動】閱讀教材P11思考與討論第一題，小組合作討論，回答其中的問題
【思考與討論】按照構造原理寫出稀有氣體氦、氖、氬、氪、氙、氡、的基態(tài)原子的最外層電子排布；除氦外它們的通式是什么？
【學生】 He：1s2 Ne：2s22p6 Ar：3s23p6 Kr：4s24p6 Xe：5s25p6
Rn：6s26p6 Og：7s27p6 通式：ns2np6
【教師】補充、點評
【提問】通過練習，我們基本掌握了前36號元素基態(tài)原子的電子排布式的書寫，那么電子排布式與原子結構示意圖之間有著怎樣的聯系呢，你能否利用電子排布式，書寫第四周期元素的原子結構示意圖呢？
【任務四】利用電子排布式書寫鈦、錳、鐵、鋅、鉻、銅、鍺、砷、氪的原子結構示意圖
【學生活動】書寫鈦、錳、鐵、鋅、鉻、銅、鍺、砷、氪的原子結構示意圖。分組討論，完成書寫，到黑板前展示填寫結果，大家共同探討
【學生1】22Ti: 25Mn： 26Fe：
【學生2】30Zn： 24Cr： 29Cu：
【學生3】32Ge： 33As: 36Kr：
【教師】補充、點評
【過渡】通過對電子排布式的書寫，我們發(fā)現，隨著原子序數的增大，電子排布式越來越復雜，而且重復出現的書寫很多，有沒有一種簡化的書寫方式呢，接下來，我們就研究這方面的問題
【任務五】探究簡化的電子排布式
【學生活動】閱讀教材P11思考與討論第二題，回答其中的問題
【思考與討論】電子排布式可以簡化，如鈉的電子排布式可以簡化為[Ne]3s1。
試問：上式方括號里的符號的意義是什么？
請仿照鈉原子的簡化的電子排布式，寫出第8號元素氧、第14號元素硅和第29號元素銅的簡化電子排布式？
【學生】內層電子已達到稀有氣體結構的部分
【教師】評價、補充
【講授】簡化電子排布式的定義：將原子中已經達到稀有氣體元素原子結構的部分，用相應的稀有氣體元素符號外加方括號表示的式子稱為簡化電子排布式。
【提問】請仿照鈉原子的簡化的電子排布式，寫出第8號元素氧、第14號元素硅和第29號元素銅的簡化電子排布式？
【學生1】 8O: [He]2s22p4
【學生2】14Si: [Ne]3s23p2
【學生3】29Cu: [Ar]3d104s1
【過渡】以上就是基態(tài)原子常見的兩種電子排布式的書寫方式。我們知道，對于主族元素而言，它的最外層電子數決定了它的得失電子能力，進而決定了它的化學性質，這些電子被稱為價電子，它們所在的能層被稱為價電子層。接下來，我們就來研究有關價電子層的相關問題。
【任務六】探究價層電子排布式的相關內容
【學生活動】閱讀教材P11思考與討論第三題，小組討論，回答下列問題
1、價電子層的定義：
結合圖片和文字，尋找規(guī)律，總結規(guī)律，培養(yǎng)學生分析問題，歸納總結的能力
帶著問題閱讀教材找答案，培養(yǎng)學生的閱讀能力和合作解決問題的能力
適時強調重難點，有助于明確學習目標。
小組合作學習，培養(yǎng)學生共同解決問題的能力和書寫表達能力
任務六、
探究價層電子排布式的相關內容
請從書末的元素周期表中找出Na、Al、Cl、Mn、Br的價層電子排布。
查看書末元素周期表中前四周期元素的價層電子排布，總結不同族中，價層電子的排布規(guī)律，并寫出通式。
【學生】展示小組討論的結果
1、價電子層的定義：為突出化合價與電子排布的關系，將在化學反應中可能發(fā)生電子變動的能級稱為價電子層(簡稱價層)。
2、價層電子排布：11Na: 3s1 13Al: 3s23p1 17Cl: 3s23p5 25Mn: 3d54s2 35Br: 4s24p5
3、不同族中，價層電子的排布規(guī)律（前四周期）：
①對于主族元素和零族元素來說，價電子就是最外層電子
表示方法：IA、IIA： nsx
IIIA-0族：nsxnpy
②對于副族和第VIII族元素來說，價電子除最外層電子外，還包括次外層電子
表示方法： 3dx4sy
【教師】點評、補充
【練習】寫出下列原子的價層電子排布式
19K、12Mg、14Si、8O、18Ar、23V、27C、30Zn、29Cu
【學生1】19K: 4s1 12Mg: 3s2 14Si: 3s23p2
【學生2】8O: 2s22p4 18Ar: 3s23p6 23V: 3d34s2
【學生3】27C: 3d74s2 30Zn: 3d104s2 29Cu: 3d104s1
【教師】點評、補充
【小結】強調重點記憶的內容：
1、構造原理的電子排布順序
2、前四周期元素，電子排布式，簡化電子排布式、價層電子排布式的書寫
【知識點對應訓練】
【對應訓練1】構造原理揭示的電子排布能級順序，實質是各能級能量高低。若以E(nl)表示某能級的能量，以下各式中正確的是（ ）
A.E(5s)>E(4f)>E(4s)>E(3d) B.E(3d)>E(4s)>E(3p)>E(3s)
C.E(4s)E(3d)
【答案】B
【解析】根據構造原理，各能級填充的電子的能量由小到大的順序為1s、2s、2p、3s、3p、4s、3d、4p、5s…,A和D項正確順序為E(4f)>E(5s)>E(3d)>E(4s);對于不同能層的相同能級，能層序數越大，能量越高，C項錯，其正確順序為E(4s)>E(3s)>E(2s)>E(1s);E(3d)>E(4s)>E(3p)>E(3s)符合構造原理，B項正確。答案選B。
【對應訓練2】下列說法正確的是（ ）
A.鉀(K)原子的原子結構示意圖為
B.H2O的電子式為
C.Mg的電子排布式為1s22s22p63s23p1
D.Ca2+的電子排布式為1s22s22p63s23p64s2
【答案】B
【解析】19號元素鉀(K)原子的原子結構示意圖為, A項錯誤；H2O為共價化合物，B項正確；12號元素Mg的電子排布式為1s22s22p63s2,C項錯誤；Ca2+的電子排布式為1s22s22p63s23p6,D項錯誤。答案選B。
【對應訓練3】以下電子排布式是基態(tài)原子的電子排布式的是（ ）
①1s12s1 ②1s22s12p1 ③1s22s22p63s2 ④1s22s22p63s23p1
A.①② B.①③ C.②③ D.③④
【答案】D
【解析】基態(tài)原子排布式的特點是，按照構造原理，依次排布。 ①應先排滿1s能級再排2s能級，顯然不符合基態(tài)原子的排布要求；②應先排滿2s能級再排2p能級，也不符合基態(tài)原子的排布要求。答案選D。
【對應訓練4】在下列所示的粒子中，氧化性最強的是（ ）
A. 1s22s22p2 B. 1s22s22p5 C. 1s22s22p63s1 D .1s22s22p6
【答案】B
【解析】4種粒子分別為C、F、Na、Ne,氧化性最強的是氟原子。答案選B。
【對應訓練5】某元素正二價離子的最外層電子排布為3d9,則該元素的原子序數為（ ）
A.29 B.30 C.31 D.32
【答案】A
【解析】某元素正二價離子的最外層電子排布為3d9,則其原子的核外電子排布式為1s22s22p63s23p63d104s1,核外共有29個電子，原子序數為29。答案選A。
【對應訓練6】回答下列問題。
(1)①C基態(tài)原子核外電子排布式為
②Zn2+基態(tài)核外電子排布式為
③Cr3+基態(tài)核外電子排布式為
④N的基態(tài)原子核外電子排布式為 ；Cu的基態(tài)原子最外層有 個電子。
⑤Si元素基態(tài)原子的電子排布式是
(2)比較下列多電子原子的原子軌道的能量高低(填“>”或“ ④4s,②中4p

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第一節(jié) 原子結構

版本： 人教版 (2019)

年級： 選擇性必修2

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