第四节 搭建原子结构模型（教学设计） 化学北京版2024九年级上册

该初中化学教学设计聚焦“搭建原子结构模型”核心知识，涵盖原子构成、核外电子排布及离子形成。以道尔顿原子学说“原子是否可分”的矛盾导入，衔接前序“分子、原子”认知，为后续“元素周期律”奠定微观基础，构建递进式学习支架。 资料以科学史为主线展现原子模型演变，结合钠与氯气燃烧实验视频，引导学生从微观电子转移分析宏观现象，落实化学观念。通过小组合作填写原子与离子对比表格，培养科学思维与探究能力，助力学生理解抽象概念，为教师提供结构化教学方案。

第三章 探究水的奥秘 第四节 搭建原子结构模型 一、知识目标 1.了解原子和原子核的构成；了解原子结构模型的发展历程； 2.知道离子也是构成物质的微观粒子，理解原子、离子的区别与联系； 3.了解原子核外的电子的排布特点，知道原子结构示意图的表示方法，并了解结构与性质的关系。 二、核心素养目标 1.化学观念：能从微观角度认识原子的构成及离子形成过程，原子结构与性质的关系，建立“物质由微观粒子构成”的认知，解释钠与氯气反应生成氯化钠的宏观现象。 2.科学思维：通过分析钠在氯气中燃烧的实验现象，探究原子在化学变化中的电子转移规律，提升基于实验证据推导结论的探究能力。 3.科学探究与实践：通过分析原子模型发展历程，理解科学模型的构建与修正过程，学会用原子结构示意图等模型表示微观粒子。 4.科学态度与责任：感受科学家探索原子结构的艰辛历程，培养严谨的科学态度；认识化学微观理论对解释物质性质、制备物质的重要意义，体会化学与生活的联系。 一、教学重点 1.了解离子的形成过程 二、教学难点 1. 知道离子与原子的区别与联系 本节教学内容源于北京版初中化学九年级上册第三章《探究水的奥秘》第四节《搭建原子结构模型》。是在学生学习“水的组成”“物质的构成”等知识后，对微观粒子结构的深化学习。它不仅衔接了前序“分子、原子”的宏观认知，还为后续“元素周期律”“酸、碱、盐的反应”等内容奠定微观基础，是化学微观理论体系的核心环节。 教材以“原子模型发展”为线索，从化学科学史维度引入，学生能清晰梳理原子模型的演变逻辑，逐步展开“原子的构成”“核外电子排布”“原子变离子”三大核心内容，最后通过钠与氯气的实验，将微观理论与宏观现象结合，逻辑上遵循“历史演进→理论构建→实验验证”的思路，符合初中生“从具体到抽象”的认知规律。教材将“离子的形成过程”“原子与离子的区别联系”设为重点，通过实验现象分析和结构示意图对比突破；将“核外电子排布规律”“原子结构与化学性质的关系”设为难点，借助1-18号元素结构示意图的规律总结、分类对比、由浅入深、降低理解难度，有助于培养学生的科学探究能力和化学学科核心素养。 教学对象初三学生。在初中化学学习中，学生已掌握“物质由分子、原子构成”“水分解的微观实质”等知识，知道原子是化学变化中的最小粒子，但对原子内部结构、电子运动规律等抽象内容缺乏认知，易将“原子”等同于“实心球体”。 从认知能力看，此阶段学生正处于“具体形象思维向抽象逻辑思维过渡”的阶段，对肉眼不可见的微观粒子，难以直接想象，但对于直观、生动的实验现象兴趣浓厚，因此可借助模型、实验现象等具体载体建立认知；同时，学生对科学史故事，如科学家探究原子结构的过程，兴趣较高，可利用这一特点激发学习主动性。 此外，学生可能存在的困难：一是易混淆“原子”与“离子”的核外电子数、电性差异，如误认为Na和Na⁺的电子数相同；二是难以理解“最外层电子数决定化学性质”，如为什么稀有气体最外层8电子稳定；三是对原子结构示意图的各部分含义易记混，引导学生规律总结、分类对比、画示意图，有助于学生更好理解、掌握，进一步落实化学学科核心素养。 教学环节一 新课导入 【提问】同学们，19 世纪初，道尔顿提出了原子学说，他认为原子是构成物质的“最终质点”和“不可破质点”。原子真的不可再分了吗？从 18 世纪到 19世纪末的 100 多年的时间里，人们在解密原子内部结构的道路上艰难地行进。对于这些肉眼无法看到的微小粒子，科学家是怎么开展研究的？带着这些问题，让我们一起开启今天的学习之旅。 设计意图 1.激发学生兴趣：通过道尔顿的原子学说与“原子是否能分”的矛盾。制造认知冲突，引发学生对原子内部结构的好奇心，为搭建模型奠定探究动机。 2.渗透科学史思维：呈现科学家研究“肉眼不可见粒子”的困境，引导学生思考“如何通过间接证据探索微观世界”，理解模型建构是科学家研究微观结构的重要方法，为后续学生自主搭建模型提供科学思路支撑。 3. 明确模型搭建意义：通过问题“科学家怎么开展研究”，自然过渡到“用模型模拟原子结构”的学习任务，让学生理解搭建模型不是单纯的动手活动，而是复刻科学家探索微观世界的思维过程，体会模型的科学价值。 教学环节二 原子模型 活动一：原子结构模型的发展史 【引入】同学们，对于原子内部结构的探索，我们可以先了解原子模型发展历史。 【讲解】1808年，英国科学家道尔顿认为，同种元素是由相同的原子组成的，不同元素的原子具有不同的质量。道尔顿把原子想象成微小的实心球体。1897年，英国科学家汤姆生发现了电子。他提出了新的原子模型，认为原子是一个带正电的球体，上面嵌着带负电的电子。他的模型看上去就像嵌有葡萄干的小蛋糕。1904年，日本物理学家长冈半太郎提出，原子的中央是一个带电的大球，电子绕着这个大球运动，就像行星绕太阳运行一样。到了1911年，英国物理学家欧内斯特·卢瑟福认为，原子内的大部分空间是空的，电子沿轨道围绕体积很小的、带正电的原子核做随机运动。1913年，丹麦物理学家玻尔提出了核外电子分层排布的原子结构模型，否定了随机运动一说。他认为，当电子从一个轨道跃迁到另一个轨道时，会吸收或辐射能量。直至20世纪20年代至今研究出现代模型的诞生。这一模型指出，电子在原子核周围形成了一团带负电的“云”，我们不能确定在某一特定的时刻电子处在什么位置。 【提问】从道尔顿到玻尔的原子模型不断变化，这一过程能说明科学模型具有什么特点？我们学习这些模型时，需要关注什么？ 【学生回答】这说明科学模型不是固定不变的，而是随着新的实验发现、新的证据出现，经过反复的验证和修正，才成为科学的理论。学习时需要关注每个模型提出的实验依据，以及模型如何解释当时的科学现象，这样能理解模型演变的逻辑，而不是死记硬背模型样子。 【讲解】假说是科学研究中对客观事物的假定的说明。道尔顿提出的近代原子论、门捷列夫提出的元素周期律、魏格纳提出的大陆漂移说，最初都是假说；后来经过反复的验证和修正，才成为科学的理论。假说是科学发展过程中的重要阶段。模型是通过构建模型来揭示客观事物原型的形态、特征和本质的方法。模型一般可分为物体模型（如地球仪）和思维模型。思维模型除用文字描述外，还可借助示意图、符号来表达。模型在研究微观世界，揭示物质微观粒子的内部结构、运动规律等方面经常被使用。科学家在实验和理论的基础上，对“原子内部”进行合理的想象和推测， 形成了原子结构模型。 设计意图 1. 通过原子模型发展史，帮助学生跳出“静态记忆模型”的局限，通过梳理原子模型的演变过程，理解科学模型并非一成不变，而是基于新证据不断修正的动态结果，进而建立“科学认知具有阶段性、发展性”的认知观，为理解原子结构的核心知识奠定逻辑基础。 2. 通过感受科学家面对未知时的探索精神与严谨态度，让学生体会科学研究的艰辛与乐趣，培养“敢于质疑、尊重证据”的科学态度，渗透科学探究与实践素养。 教学环节三 原子的结构 活动二：探究原子的结构 【讲解】对于原子模型，我们有了初步的了解。那对于原子的结构，同学们又了解多少？请同学们一起阅读书本92页原子结构的相关内容。 【提问】原子是实心的球体吗？请说明理由。 【学生回答】不是，原子是由位于原子中心带正电荷的原子核和原子核外带负电荷的电子构成。 【提问】原子核由哪两种粒子构成？它们的带电情况有何不同？ 【学生回答】原子核由质子和中子构成。质子带正电，中子不带电，因此原子核整体带正电。 设计意图 通过“设问-回答”式教学，有助于学生降低认知的难度，更好的初步理解原子的结构。 活动三：原子的电性 【提问】阐述原子不显电性的原因是什么？ 【学生回答】原子中，核内质子数与核外电子数，它们数量相等，且电性相反，相互抵消，因此原子整体不显电性。 【讲解】非常好，同学们分析得很到位。我们可以知道核内质子数=核外电子数。 【提问】那原子核带的正电荷数称为核电荷数，核电荷数为什么等于质子数？ 【学生回答】质子带有正电荷，而中子不带电。因此，核电荷数就等于质子数。 【讲解】说的很对，核电荷数=质子数。 设计意图 通过“为什么原子不显电性”的提问，引导学生从“粒子带电情况”和“数量关系”两方面回答，促使学生主动关联原子各构成粒子的带电特点与数量关系，避免孤立记忆“质子带正电、电子带负电”，形成对原子微观构成的整体认知。 活动四：探究原子的质量 【提问】那原子核的体积小吗？ 【学生回答】小。 【讲解】没错，我们上节课学过原子，知道原子体积很小，原子核体积也很小，半径约为10-14m，可以这么说，如果把原子比作一个庞大的运动场，那么原子核只相当于一只蚂蚁。因此，原子里有很大的空间，电子就在核外空间运动。 【提问】前面我们已经知道质子带正电荷，中子不带电，电子带负电荷，通过表3-3，我们也可以知道1个质子的质量是1.6726×10－27kg，1个中子的质量是1.6749×10－27kg ，1个电子的质量是1.6726×10－31kg，那同学们知道质子、中子的相对质量是多少? 【学生回答】质子的相对原子质量为：，中子的相对质量为： 。 【讲解】说的非常对，质子、中子的相对质量都约等于1；=≈，电子质量很小，可以忽略不计。 【提问】分析表 3-2、3-3，为什么说原子的质量主要集中在原子核上？ 【学生回答】原子核由质子和中子构成，质子和中子的质量相似，且远大于电子质量，因此原子的质量主要集中在原子核上。 【讲解】是的，像氢原子只有1个质子和1个电子，电子的质量很小忽略不计，其质量几乎等于质子的质量。 设计意图 通过计算，突破抽象认知，建立“质量集中在原子核”的微观认知，衔接后续知识，为后续相对原子质量的计算奠定基础，逐步形成化学学科的定量分析思维。 活动五：原子结构中的等量关系 【提问】不同种类的原子，其原子核内含有不同数目的质子和中子，核外电子数也不相同。分析表3-4，我们能得出什么结论？ 【学生回答】质子数=核电荷数=电子数，氢原子的原子核中没有中子。 【讲解】说的非常好，氢原子由一个质子和一个电子构成，是结构最简单、质量最小的原子。其实通过分析表格，我们还可以知道质子数不一定等于中子数，原子的种类由质子数决定。 【提问】计算氢、碳、氮、氧、硅、铜原子的相对原子质量，与表 3-4 对比观察，你有什么发现？ 【学生回答】质子数加中子数，刚好相对原子质量。 【讲解】原子是由原子核和电子构成，原子核由质子和中子构成，因此原子的质量应该为质子数+电子数+中子数，但是电子的质量很小，可以忽略不计。因此相对原子质量≈质子数+中子数。 【提问】我们知道质子、中子的相对质量都约等于1，一起尝试计算氧原子相对原子质量。可以利用氧原子的质量＝8个质子+8个中子+8个电子这个公式，电子的质量忽略不计。 【学生回答】氧原子的相对原子质量=8×质子相对质量+8×中子相对质量≈8×1+8×1≈16。 【讲解】因此相对原子质量≈质子数+中子数。 【提问】结合我们前面分析的，请总结一下原子结构中存在哪些等量关系。 【学生回答】质子数=核电荷数=核外电子数=原子序数，相对原子质量≈质子数+中子数，某原子质量≈质子质量+中子质量≈原子核质量。 设计意图 通过拆解抽象公式，学生能明确“相对原子质量≈质子数+中子数”的推导过程，梳理等量关系，有助于学生建构原子结构认知的框架，提升知识迁移的能力，渗透定量思维。 教学环节四 原子核外电子的排布 活动六：原子核外电子的分层排布 【讲解】科学家把电子所处的特定运行区域称为电子层。电子非常小，在原子核外的空间（直径约 10-10 m）做高速运动。电子层不是真实存在的，只是理论上的假设。 【提问】核外电子通常分成几层？ 【学生回答】七层。 【讲解】核外电子通常分为七层，由于各电子层中可容纳的电子数目是限定的，所以当原子中含有多个电子时，电子将按照能量由低至高的顺序分布于各电子层中。能量低的电子通常在离核较近的电子层内运动，能量较高的电子通常在离核较远的电子层内运动。这种结构模型称为核外电子的分层排布。 设计意图 通过归纳核外电子的分层排布情况，突破微观抽象，建立电子排布的直观认知，衔接原子结构示意图，为解读打下基础，培养归纳总结能力，提升科学思维。 活动七：原子结构示意图的解读 【提问】观察钠原子结构示意图，圈圈内的“+11”和弧线上的“1”分别代表什么含义？ 【学生回答】钠原子在元素周期表中排在第是十一位，所以数字11代表原子序数。 【讲解】说的没错，圆圈及内部数字：代表原子核，圆圈内“+”表示原子核带正电，数字表示质子数（核电荷数）。例如，钠原子示意图中圆圈内“+11”，说明其质子数为8。 弧线：代表电子层，弧线的层数即原子的电子层数（如钠原子有3条弧线，为第三周期元素）。弧线上的数字：代表该电子层上的电子数。例如，钠子最外层弧线上数字为1，说明其最外层有1个电子。 【提问】以下是核电荷数 1~18 的 18 种原子的原子结构示意图，观察各原子的电子层数、最外层电子数及原子位置的排列，你有哪些发现？ 【学生回答】第一层最多排2个电子，第二层最多排8个电子。最外层一般不超过8个电子（只有1层的，不超过2个电子） 【讲解】观察的很仔细，还有同一周期（即同一横行）的元素具有相同的电子层数，同一族（即同一纵行）的元素则具有相似的最外层电子数和化学性质。 【提问】金属原子和非金属原子最外层电子有什么区分？ 【学生回答】金属原子最外层电子少于4个，非金属原子最外层电子大于4个。 【讲解】金属原子最外层的电子一般少于4个，在反应中较易失去电子，趋于里层的稳定结构；非金属原子最外层的电子一般多于4个，在反应中较易得到电子，趋于本层的稳定结构；稀有气体中的氖、氩等最外层电子数都是8个（氦电子数为2个），达到稳定结构。 设计意图 以钠原子为典型案例，推导原子结构示意图的解读，直观呈现核外电子分层排布规律，将抽象的“核外电子分层运动”具象化，培养学生从微观结构分析宏观物质性质的学科思维，落实化学核心素养的要求。 活动八：原子的结构决定化学性质 【提问】图中用三种不同颜色示意的原子，其核外电子的排布（尤其是最外层电子数）各有什么特点。结合书本94页内容及表3-5 各类原子的最外层电子数及在化学变化中的表现，小组交流讨论，完成表格。 原子种类 最外层电子数 化学变化中的表现 结构 化学性质 稀有气体(氦、氖、氩等) 金属(钠、镁、铝等) 非金属(碳、氮、氧等) 【学生回答】 原子种类 最外层电子数 化学变化中的表现 结构 化学性质 稀有气体(氦、氖、氩等) 8个（He是2个） 既不得电子，也不失电子 稳定 稳定 金属(钠、镁、铝等) 一般少于4个 易失电子 不稳定 不稳定 非金属(碳、氮、氧等) 一般等于或多于4个 易得电子 不稳定 不稳定 【讲解】回答正确，原子的最外层电子数决定原子的化学性质。通常，最外层电子数相同，化学性质相似。 设计意图 通过填写表格，学生学会对比、分析，将“最外层电子数与元素类别关联”的抽象结论转化为可观察、可归纳的具体数据，避免机械记忆，强化原子示意图的解读能力，落实模型应用，培养对比分析能力，提升学生素养。 教学环节四 原子在化学变化中的变化 活动九：钠与氯气反应 【提问】观看钠在氯气中燃烧的视频，观察实验现象。 【学生回答】钠在氯气中剧烈燃烧，大试管里充满白烟，管壁及细沙上有白色粉末点燃 【讲解】白色粉末就是氯化钠（它是食盐的主要成分）。文字表达式：钠 ＋氯气 氯化钠，钠、氯气、氯化钠的化学符号分别为：Na 、Cl2 、NaCl。 【提问】试从原子最外层电子数变化的角度分析以上化学变化，钠原子和氯原子在化学变化中分别有什么表现？ 【学生回答】反应前，钠原子最外层电子数为1，易失去电子；氯原子最外层电子数为7，易得到电子。反应中，钠原子失去1个电子，质子数大于电子数，带1个单位正电荷；氯原子得到1个电子，质子数小于电子数，带1个单位负电荷。 【提问】钠原子和氯原子的原子核是否发生变化？ 【学生回答】钠原子和氯原子的原子核都没有发生变化。 【讲解】钠原子失去一个电子，质子数为11，核外电子数为10，带一 个单位的正电荷，形成钠离子（Na+ ） ，我们把带正电荷的离子叫作阳离子；氯原子得到一个电子，质子数为17，核外电子数为18，带一 个单位的负电荷，形成氯离子（Cl- ），我们把带负电荷的离子叫作阴离子。 【提问】这种电子的变化如何导致氯化钠的形成？ 【学生回答】钠离子与氯离子相互结合形成氯化钠。 【讲解】钠原子失去 1 个电子形成钠离子，氯原子得到 1 个电子形成氯离子。带相反电荷的钠离子和氯离子通过静电作用形成氯化钠，氯化钠呈电中性。 设计意图 通过观察钠在氯气中燃烧（剧烈反应、产生白烟、生成白色固体）的宏观现象，引导学生结合此前学习的钠原子、氯原子结构示意图，推导反应本质是钠原子失电子、氯原子得电子形成离子，将“微观粒子作用”与“宏观实验现象”直接挂钩，突破“离子形成”的抽象认知难点。 活动十：离子的相关知识 【提问】那什么是离子呢？分为哪几类？ 【学生回答】离子是指带电的原子或原子团，分为阳离子和阴离子。 【讲解】离子是构成物质的微观粒子中的一种。由离子构成的物质中同时含有阳离子和阴离子，而且两种离子所带电荷的总量相等，因此物质呈电中性。常见原子团：硫酸根离子（SO42-）、碳酸根离子（CO32-）、氢氧根离子（OH-）等。 【提问】离子符号的书写方法及符号？ 【学生回答】在元素符号的右上角标上离子所带电荷及电性。 【讲解】是的，离子符号书写时数值在前，正、负号在后。如Rn+、Rn-，当离子带1个单位的正电荷或1个单位的负电荷时，“1” 可以省略不写。如镁离子：Mg2+，O2-。离子符号表示一种离子及一个离子所带的电荷数。 【提问】2Mg2+中数字所代表的含义？ 【学生回答】镁离子前面的2表示2个镁离子，镁离子右上角的2+表示每个镁离子带2个单位的正电荷。 设计意图 结合钠原子、氯原子结构示意图，引导学生思考离子符号中“+”“-”及数字的含义，将“原子得失电子”的微观过程与“离子符号书写”的化学用语直接关联，填补“结构→离子→符号”的认知断层，帮助学生理解化学用语的本质是微观粒子的宏观表达，衔接微观结构与化学用语，构建知识闭环，深化对离子本质的理解。 活动十一：原子和离子的区别与联系 【提问】对于原子和离子，相信同学们已经有所掌握。小组之间交流谈论，完成表格。 粒子种类 原子 阳离子 阴离子 区 别 粒子结构 质子数      电子数 质子数      电子数 质子数      电子数 粒子电性 表示方法 联系 【学生回答】 粒子种类 原子 阳离子 阴离子 区 别 粒子结构 质子数＝电子数 质子数＞电子数 质子数＜电子数 粒子电性 不显电性 带正电荷 带负电荷 表示方法 Na、Cl Na+、Mg2+ Cl－、O2－ 联系 设计意图 通过通过小组合作梳理“原子”与“离子”在“粒子结构”“电性”等维度的差异，帮助学生精准区分易混淆概念，纠正“离子就是原子”的错误认知，形成清晰的微观粒子分类框架，培养合作探究与归纳能力。 活动十二：绘制出微观粒子构成物质的关系图 【提问】结合本章第三节和第四节的学习内容，绘制出微观粒子构成物质的关系图。 【学生回答】原子构成分子，原子得失电子形成离子，原子核和电子形成原子，相对原子质量= 。 设计意图 通过绘制出微观粒子构成物质的关系图，将分散的“粒子构成物质”知识点串联成结构化网络，帮助学生厘清粒子间的转化与构成关系，突破“粒子分类混乱”的认知难点。 3.4搭建原子结构模型 一、原子模型 二、原子的结构 质子（带正电荷） 原子核 原子 （带正电荷） 中子（不带电） （不显电性） 核外电子 （带负电荷） 数量关系：质子数=核电荷数=电子数=原子序数 相对原子质量≈质子数+中子数 某原子质量≈质子质量+中子质量≈原子核质量。 三、原子核外电子的排布 ①电子层 一 二 三 四 五 六 七 离核远近 近 远 能量高低 低 高 ②第一层：2 第二层：8 最外层：最多8个 ③最外层小于4，失去 最外层大于4，得到 8（2），最稳定 四、原子在化学变化中的变化 1.钠在氯气中燃烧 2.离子 ①定义：带电的原子或原子团 ②硫酸根离子（SO42-）、碳酸根离子（CO32-）、氢氧根离子（OH-）等。 ③符号：Rn+、Rn- 1.对于Na+和Na两种粒子比较，下列说法不正确的是（　　） A．它们的质子数相同 B．它们的化学性质不相同 C．它们的核外电子数相同 D．它们都是构成物质的粒子 2.科学家运用了模型建构的方法探索原子的结构。下列对原子结构模型演变过程的认识，不正确的是（　　） A．道尔顿认为原子是不可再分的实心球，是构成物质的最小粒子 B．汤姆孙等人在原子中发现了电子，推翻了道尔顿实心球模型 C．卢瑟福等人通过α粒子散射实验修正了汤姆孙葡萄干布丁模型 D．卢瑟福核式模型是最完善的原子结构模型，不会被替代 3.1909年，英国科学家卢瑟福进行了著名的α粒子轰击金箔实验。根据这个实验获得的正确结论是（　　） ①金原子核带正电荷 ②金原子是实心球体，紧密排列 ③金原子中有带负电的电子 ④金原子核的质量与α粒子质量相当 ⑤金原子内部有很大的空间，原子核体积很小 A．①⑤ B．②③⑤ C．①②③④ D．③④⑤ 4.模型构建是化学科学研究的基本方法，如图是某同学绘制的原子结构模型，它的核电荷数和最外层电子数分别是（　　） A．6和8 B．8和6 C．8和2 D．6和2 5.关于Fe、Fe2+、Fe3+三种粒子，下列说法正确的是（　　） A．它们的化学性质相同 B．它们的核外电子排布相同 C．它们的质子数相同 D．它们都能构成铁单质 在本次教学中，通过原子模型发展历史，结合原子结构分析、电子分层排布过程，将抽象知识具象化，学生能清晰梳理原子模型的演变逻辑；观看钠与氯气燃烧的实验视频，引导学生观察实验现象，再结合原子结构示意图分析电子转移，成功建立“宏观现象→微观实质”的联系，多数学生能准确区分原子与离子的差异。但部分学生对“核外电子排布规律”的讲解过于依赖理论总结，未设计学生自主探究活动，导致部分学生对规律的记忆较被动；在今后教学中，可增加“结构示意图分组找规律”活动，并用“口诀法”帮助学生记忆离子符号含义，增加学生设计实验验证“最外层电子数影响化学性质实验，培养学生的创新探究能力，引导学生基于最外层电子数差异分析反应差异，进一步落实化学科学核心素养。 / 学科网（北京）股份有限公司 $