《多电子原子核外电子的排布》教案-2024-2025学年高二化学沪科版（2020）选择性必修2

《多电子原子核外电子的排布》教学设计 一、教学目标 1、 知识与技能目标 了解能量最低原理、泡利不相容原理和洪特规则等核外电子排布规律，能根据这些规律书写 1～36 号元素原子的核外电子排布式和轨道表示式。 理解电子云轮廓图和电子云的含义，知道 s、p 能级的电子云轮廓图形状。 2、 过程与方法目标 通过对多电子原子中电子能量高低和运动区域离核远近的分析，培养学生的逻辑推理能力。 通过对核外电子排布规律的探究，培养学生的科学探究能力和归纳总结能力。 3、 情感态度与价值观目标 体会核外电子排布规律的和谐与美妙，感受化学学科的魅力，激发学生学习化学的兴趣。 培养学生严谨认真的科学态度和勇于探索的精神。 二、教学重难点 1、 教学重点 能量最低原理、泡利不相容原理和洪特规则。 1～36 号元素原子的核外电子排布式和轨道表示式的书写。 2、 教学难点 洪特规则的特例。 电子云轮廓图和电子云的理解。 三、教学方法 讲授法、讨论法、探究法、多媒体辅助教学法 四、教学过程 （一）导入新课（5 分钟） 同学们，在前面我们学习了原子结构的相关知识，知道原子是由原子核和核外电子构成的。那么，核外电子是如何在原子核外运动的呢？它们的排布有什么规律呢？今天我们就一起来深入探讨多电子原子核外电子的排布。（展示一些原子结构模型的图片，引起学生兴趣） （二）新课讲授 1、 电子云（10 分钟） 同学们，我们知道电子在原子核外做高速运动，而且没有确定的轨道。那么，如何描述电子的运动状态呢？科学家们用电子云来形象地表示电子在原子核外出现的概率密度分布。 电子云并不是电子实际运动的轨迹，而是电子在原子核外空间出现的概率大小的形象化描述。比如，我们想象有一个原子核，然后在原子核外不同位置放置一些小黑点，小黑点的疏密程度就表示电子在该位置出现的概率大小。电子云轮廓图则是把电子在原子核外空间出现概率约为 90%的空间圈出来得到的图形。 接下来，我们看看 s 能级和 p 能级的电子云轮廓图。s 能级的电子云轮廓图是球形的，这意味着电子在原子核外空间出现的概率在各个方向上是相对均匀的。而 p 能级的电子云轮廓图是哑铃形的，有三个互相垂直的伸展方向，分别用 px、py、pz 表示。（通过动画展示 s、p 能级电子云轮廓图的形成过程，帮助学生理解） 2、 能量最低原理（10 分钟） 自然界的物质都有趋于稳定的倾向，对于多电子原子来说，核外电子总是尽可能先排布在能量最低的电子层里，然后由里向外，依次排布在能量逐步升高的电子层里，这就是能量最低原理。 比如，氢原子只有一个电子，它首先排布在能量最低的 1s 轨道上。而对于多电子原子，我们按照 K（1s）、L（2s、2p）、M（3s、3p、3d）、N（4s、4p、4d、4f）等电子层的顺序，电子优先填充能量低的轨道。 请同学们思考一下，如果电子不按照能量最低原理排布，会出现什么情况呢？（引导学生讨论，加深对能量最低原理的理解） 3、 泡利不相容原理（10 分钟） 在一个原子轨道里，最多只能容纳 2 个电子，而且它们的自旋状态相反，这就是泡利不相容原理。 比如 1s 轨道最多容纳 2 个电子，这两个电子的自旋方向一个向上，一个向下。再看 2p 轨道有三个不同的伸展方向，每个方向上最多容纳 2 个电子，所以 2p 轨道一共可以容纳 6 个电子。 大家想想，如果违反泡利不相容原理，原子的结构会发生怎样的变化呢？（让学生展开想象，激发学习兴趣） 4、 洪特规则（15 分钟） 当电子排布在同一能级的不同轨道时，基态原子中的电子总是优先单独占据一个轨道，而且自旋状态相同，这就是洪特规则。 例如氮原子的电子排布，氮原子有 7 个电子，电子排布式为 1s²2s²2p³。2p 能级有三个轨道，根据洪特规则，这三个电子分别占据不同的轨道，且自旋方向相同。 同学们，再思考一下，如果不遵循洪特规则，氮原子的电子排布会怎样呢？（引导学生对比不同排布方式，理解洪特规则的重要性） 这里还有一个洪特规则的特例，当同一能级上的电子排布为全充满（如 p⁶、d¹⁰、f¹⁴）、半充满（如 p³、d⁵、f⁷）和全空（如 p⁰、d⁰、f⁰）状态时，体系的能量最低，原子最稳定。比如铬原子的电子排布式是 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁵4s¹，而不是 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁴4s²，就是因为 3d⁵半充满状态更稳定；铜原子的电子排布式是 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s¹，也是因为 3d¹⁰全充满状态更稳定。 5、 核外电子排布式和轨道表示式的书写（20 分钟） 下面我们学习如何书写核外电子排布式和轨道表示式。核外电子排布式是用数字在能级符号右上角标明该能级上排布的电子数。比如钠原子，核外有 11 个电子，其电子排布式为 1s²2s²2p⁶3s¹。 轨道表示式则是用小圆圈（或方框）表示一个原子轨道，用箭头“↑”或“↓”来区别自旋方向不同的电子。以氮原子为例，其轨道表示式为： 1s：↑↓ 2s：↑↓ 2p：↑ ↑ ↑ 同学们，现在请写出氧原子的核外电子排布式和轨道表示式。（请一位同学到黑板上书写，其他同学在下面练习，然后进行点评讲解） 接下来，我们再练习书写 1～36 号元素原子的核外电子排布式和轨道表示式。先从简单的开始，比如碳原子、铝原子等。（让学生分组练习，每个小组完成几个元素的书写，然后小组之间互相交流检查） （三）课堂小结（5 分钟） 同学们，今天我们学习了多电子原子核外电子的排布，了解了电子云、能量最低原理、泡利不相容原理和洪特规则等重要知识。电子云帮助我们形象地理解电子的运动状态，而能量最低原理、泡利不相容原理和洪特规则则是核外电子排布必须遵循的规律。通过学习这些规律，我们能够准确地书写 1～36 号元素原子的核外电子排布式和轨道表示式。希望大家课后继续复习巩固，加深对这些知识的理解和掌握。 （四）课堂练习（10 分钟） 1、 下列关于电子云的说法正确的是（ ） A. 电子云表示电子在原子核外运动的轨迹 B. 电子云表示电子在核外单位体积的空间出现的概率大小 C. 电子云界面图表示电子在空间出现的概率为 100% D. 电子云可表示电子在核外运动的方向 答案：B 2、 下列原子的电子排布式正确的是（ ） A. 9F：1s²2s²2p⁶ B. 15P：1s²2s²2p⁶3s³3p² C. 21Sc：1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s²3d¹ D. 35Br：1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s²4p⁵ 答案：D 3、 某元素原子的最外层电子排布式是 3s²3p⁴，则它的次外层电子排布式应是（ ） A. 3s²3p³ B. 3s²3p² C. 2s²2p⁶ D. 2s²2p⁵ 答案：C 4、 写出下列原子的核外电子排布式和轨道表示式： 12Mg 16S 26Fe 答案： 12Mg：电子排布式 1s²2s²2p⁶3s²；轨道表示式： 1s：↑↓ 2s：↑↓ 2p：↑↓ ↑↓ ↑↓ 3s：↑↓ 16S：电子排布式 1s²2s²2p⁶3s²3p⁴；轨道表示式： 1s：↑↓ 2s：↑↓ 2p：↑↓ ↑↓ ↑↓ 3s：↑↓ 3p：↑ ↑ ↑ ↓ 26Fe：电子排布式 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁶4s²；轨道表示式： 1s：↑↓ 2s：↑↓ 2p：↑↓ ↑↓ ↑↓ 3s：↑↓ 3p：↑↓ ↑↓ ↑↓ 3d：↑↑ ↑↑ ↑↓ 4s：↑↓ （五）课后作业 1、 完成课本上相关的练习题。 2、 查阅资料，了解核外电子排布规律在化学研究和实际生活中的应用，并写一篇简短的报告。 五、教学反思 通过本节课的教学，学生对多电子原子核外电子的排布规律有了较为系统的认识。在教学过程中，利用多媒体动画展示电子云轮廓图的形成以及电子在不同轨道上的排布等，帮助学生直观地理解了抽象的概念。通过课堂练习和讨论，及时巩固了所学知识。但在教学中也发现，部分学生在书写核外电子排布式和轨道表示式时还存在一些问题，需要在今后的教学中加强针对性的辅导和练习。 学科网（北京）股份有限公司 $$