1.1 原子结构 第1课时（教学设计）化学人教版选择性必修2

第一节 原子结构 第1课时 能层与能级 基态与激发态 一、知识目标 1.了解原子结构发展史，掌握核外电子排布规律，认识能层与能级的能量关系。 2.理解基态与激发态的概念，掌握电子跃迁与原子光谱相关内容，结合生活实例理解光谱产生的微观机制。 3.学会运用能层与能级、基态与激发态等知识解决相关化学问题。 二、素养目标 1.宏观辨识与微观探析：从宏观的光现象入手，探究微观的原子结构和核外电子排布，理解二者之间的联系。 2.证据推理与模型认知：通过对原子光谱等证据的分析，建立能层、能级、基态、激发态等模型，培养逻辑推理能力。 3.科学态度与社会责任：了解原子光谱在发现新元素、检验元素等方面的应用，体会化学对社会发展的重要贡献。 一、教学重点 能层与能级的能量关系，基态与激发态的概念，电子跃迁与原子光谱的关系。 二、教学难点 理解光谱产生的微观机制，运用相关知识解决实际问题。 本节教学内容源于人教版（2019 年版）高中化学选择性必修二第一章《原子结构与性质》第一节《原子结构》的第 1 课时《能层与能级 基态与激发态》。原子结构知识是学习化学的基础，它对于学生理解元素的性质、化学反应的本质等具有至关重要的作用。这部分内容是在学生初中阶段对原子结构有初步了解的基础上进行深入学习，是高中化学知识体系中的重要组成部分，为后续学习分子结构、晶体结构等内容奠定基础。 按照教材编排，本课时主要涵盖能层与能级和基态与激发态两部分内容。教材首先通过回顾原子结构发展史，让学生对原子结构的认识有一个逐步深入的过程，为理解能层与能级的概念做好铺垫。接着详细介绍能层与能级的相关知识，包括能层的划分、能级的种类以及它们之间的能量关系等。在基态与激发态部分，教材结合生活中常见的光现象，如阳光、霓虹灯、烟花等，引入电子跃迁的概念，进而介绍原子光谱及其应用。这种编排方式有助于学生将抽象的原子结构知识与实际生活联系起来，降低学习难度。 教学对象是高二学生，他们在初中阶段已经对原子的基本结构有了一定的了解，知道原子是由原子核和核外电子构成，核外电子是分层排布的。但这些知识相对较为粗浅，对于能层、能级以及电子跃迁等概念还很陌生。 在思维能力方面，高中生正处于从形象思维向抽象思维过渡的阶段，他们已经具备了一定的逻辑推理能力和自主探究能力，但对于抽象的原子结构知识，仍然需要借助具体的实例和直观的模型来帮助理解。 在学习习惯和兴趣方面，高中生对化学学科有一定的好奇心和求知欲，但由于原子结构知识较为抽象，学习过程中可能会感到枯燥和困难，容易产生畏难情绪。因此，在教学过程中，教师需要采用多样化的教学方法，如多媒体展示、实验演示、小组讨论等，激发学生的学习兴趣，帮助他们克服学习困难。同时，要引导学生将所学知识与生活实际相结合，提高学生运用知识解决实际问题的能力，培养学生的化学学科核心素养。 教学环节一 课堂导入 【展示生活场景】同学们，大家想象一下这样的场景：在一个宁静的夜晚，城市的街道上霓虹灯闪烁，绚烂多彩；逢年过节时，夜空中烟花绽放，五彩斑斓；而在白天，明媚的阳光洒在大地上，给世界带来光明和温暖。这些场景大家是不是都很熟悉呀？（和学生进行简单互动，等待学生回应） 【提出疑问引发思考】那大家有没有想过，这些美丽的光究竟是怎么产生的呢？科学家们用光谱仪观察氢气的放电管时，能看到 4 条不同颜色的亮线，这又是为什么呢？其实呀，研究表明，这些光都和原子结构尤其是原子的核外电子排布有着密不可分的关系。 【引出本节课内容】原子的世界就像一个神秘的微观宇宙，充满了无数的奥秘。今天，就让我们一起走进这个神秘的世界，探索原子结构中能层与能级、基态与激发态的知识，去揭开这些光产生的微观机制。 【设计意图】 1.激发学生兴趣：通过展示学生熟悉的生活场景，如霓虹灯、烟花和阳光等，能够迅速吸引学生的注意力，让他们将日常所见与化学知识联系起来，从而激发学生对本节课内容的好奇心和学习兴趣，提高课堂参与度。 2.联系生活实际：将抽象的原子结构知识与生活中的光现象相结合，使原本难以理解的化学知识变得具体而有趣，让学生感受到化学在生活中的广泛应用，增强学生对化学学科的亲切感和认同感。 3.引发思考，导入新课：提出关于光产生原因的疑问，引发学生的思考，自然地引出本节课要学习的原子结构中能层与能级、基态与激发态等知识，为后续的教学活动做好铺垫，让学生带着问题去探索新知识，提高学习的主动性和积极性。 教学任务一 能层与能级 活动一 引入原子结构相关知识 【引入】同学们，我们生活中能看到明媚的阳光、绚烂的霓虹灯、五彩缤纷的烟花，科学家用光谱仪观察氢气的放电管，还能看到 4 条不同颜色的亮线。研究表明，这些光都和原子结构尤其是原子的核外电子排布有着密不可分的关系。那今天我们就一起深入探究原子结构的相关知识。 【问题】大家先回顾一下，原子是由什么组成的，核外电子又是如何排布的呢？ 【学生思考】 回答：原子是由原子核和核外电子组成。 进一步思考并回答核外电子排布规律：核外电子是分层排布的；离核越远的电子，能量越高；先排能量低的电子层，再排能量高的电子层，由里往外；每一层最多容纳电子数为 个；最外层电子数不超过 8 个（K 层为最外层时不超过 2 个）；次外层电子数不超过 18 个，倒数第三层不超过 32 个。 【讲解】评价、强调：大家回答得很好，要注意以上这些规律是互相联系的，不能孤立地理解。这为我们后续学习能层与能级奠定了基础。 【设计意图】 通过生活中常见的光现象引入，激发学生的学习兴趣，让学生从熟悉的事物入手，进入原子结构知识的学习。回顾核外电子排布知识，为新知识的学习搭建桥梁，使学生能够更好地理解能层与能级的概念。 【对应训练 1】下列关于核外电子排布规律的说法错误的是（ ） A. 核外电子总是先排布在能量低的电子层 B. M 层最多能容纳的电子数为 18 个 C. 最外层电子数可以超过 8 个 D. 次外层电子数不超过 18 个 【答案】C 【解析】根据核外电子排布规律，最外层电子数不超过 8 个（K 层为最外层时不超过 2 个），所以 C 选项错误。A 选项，核外电子先排能量低的电子层，符合“一低”原则；B 选项，M 层是第三层，，最多容纳电子数为 个；D 选项，次外层电子数不超过 18 个，是核外电子排布规律的内容。 活动二 学习原子结构发展史 【问题】同学们，科学的发展是一个不断进步的过程，原子结构模型也经历了多次演变。大家阅读教材相关内容，思考一下原子结构模型都有哪些，分别是谁提出的？ 【学生活动】阅读教材，总结原子结构模型的发展历程： 1.道尔顿 — 实心球模型（1803） 2.汤姆生 — “葡萄干面包”原子模型（1904） 3.卢瑟福 — “行星式”原子模型（1911） 4.波尔 — “量子化轨道”原子模型（1913） 5.薛定谔 — “现代电子云”原子模型 【教师讲解】详细介绍每个模型的特点和意义，强调科学的发展是在前人研究的基础上不断创新和完善的。比如道尔顿的实心球模型是早期对原子的一种简单认识，随着实验技术的进步，汤姆生发现了电子，提出了“葡萄干面包”模型，后来卢瑟福通过α粒子散射实验，提出了“行星式”模型等。 【设计意图】 让学生了解原子结构模型的发展历程，培养学生的科学思维和历史观，明白科学是不断发展和进步的，激发学生对科学研究的兴趣。同时，为后续理解能层与能级的概念提供历史背景和知识铺垫。 【对应训练 2】下列原子结构模型按照提出时间的先后顺序排列正确的是（ ） ① 道尔顿实心球模型 ② 卢瑟福“行星式”模型 ③ 汤姆生“葡萄干面包”模型 ④ 波尔“量子化轨道”模型 A. ①②③④ B. ①③②④ C. ③①②④ D. ③②①④ 【答案】B 【解析】道尔顿实心球模型提出于 1803 年，汤姆生“葡萄干面包”模型提出于 1904 年，卢瑟福“行星式”模型提出于 1911 年，波尔“量子化轨道”模型提出于 1913 年。所以按照时间先后顺序排列为①③②④，答案选 B。 活动三 学习能层与能级 【问题】我们知道核外电子是分层排布的，这种分层在化学上有更专业的名称叫做能层。大家结合教材和之前学过的核外电子排布知识，思考能层有哪些，能级又有哪些呢？ 【学生活动】观察教材中的图表，总结能层有 、、、、、、 等，能级有、、、 等。 【教师讲解】详细讲解能层与能级的关系，每个能层所包含的能级情况。比如 能层只有能级，能层有、 能级， 能层有、、 能级等。同时，强调每个能级所能容纳的电子数规律，能级最多容纳 2 个电子，能级最多容纳 6 个电子，能级最多容纳 10 个电子， 能级最多容纳 14 个电子。 【设计意图】通过引导学生自主观察和总结，培养学生的自主学习能力和归纳总结能力。让学生深入理解能层与能级的概念和它们之间的关系，为后续学习电子排布等知识打下基础。 【对应训练 3】下列有关能层和能级的叙述中正确的是（ ） A. M 能层有 、 共 2 个能级，最多能容纳 8 个电子 B. 3d 能级最多容纳 5 个电子，3f 能级最多容纳 7 个电子 C. 无论哪一能层的 能级最多容纳的电子数均为 2 D. 任一能层都有 、能级，但不一定有 能级 【答案】C 【解析】A 选项，M 能层有 、、 三个能级，最多能容纳 个电子，所以 A 错误；B 选项，3d 能级最多容纳 10 个电子，不存在 3f 能级，所以 B 错误；C 选项，无论哪一能层的 能级最多容纳的电子数均为 2，这是能级容纳电子数的基本规律，C 正确；D 选项，第一能层只有能级，没有 能级，所以 D 错误。 教学任务二 基态与激发态 活动一 引入基态与激发态概念 【引入】同学们，我们已经了解了能层与能级的知识。现在想象一下，原子中的电子就像一群活跃的小精灵，它们在不同的能级上“居住”。当这些小精灵处于一种最稳定的状态时，原子就处于一种特定的状态，这就是我们接下来要学习的基态与激发态。 【问题】大家思考一下，在生活中有没有什么现象可能和原子的这种状态变化有关呢？ 【学生思考】回答可能与电子跃迁相关的生活现象，如霓虹灯发光、烟花绽放等。 【教师讲解】对学生的回答进行肯定和补充，指出这些现象都与原子中电子的状态变化有关。当原子处于最低能量状态时，我们称之为基态；当原子吸收能量后，电子会跃迁到较高能级，此时原子处于激发态。 【设计意图】 通过形象的比喻引入基态与激发态的概念，让学生更容易理解抽象的知识。引导学生从生活现象出发，思考化学知识，培养学生的观察能力和联系实际的能力。 【对应训练 1】下列关于基态与激发态的说法正确的是（ ） A. 基态原子的能量一定比激发态原子的能量低 B. 激发态原子的电子都处于高能级 C. 基态原子吸收能量后一定能变成激发态原子 D. 激发态原子失去能量后一定能回到基态 【答案】A 【解析】基态是原子的最低能量状态，所以基态原子的能量一定比激发态原子的能量低，A 正确；激发态原子是部分电子跃迁到较高能级，不是所有电子都处于高能级，B 错误；基态原子吸收能量后不一定能变成激发态原子，可能能量不足以使电子跃迁，C 错误；激发态原子失去能量后不一定能直接回到基态，可能先跃迁到较低的激发态，D 错误。 活动二 学习原子光谱 【问题】当原子中的电子在基态和激发态之间跃迁时，会伴随着能量的吸收或释放，这种能量的变化以光的形式表现出来，就形成了原子光谱。大家阅读教材，思考原子光谱有哪些类型，它们有什么特点？ 【学生活动】阅读教材后回答，原子光谱分为发射光谱和吸收光谱。发射光谱的特征是暗背景，亮线，线状不连续；吸收光谱的特征是亮背景，暗线，线状不连续。同一元素发射光谱中的彩色亮线和吸收光谱中的暗线处于同位置；不同原子具有不同的特征谱线。 【教师讲解】通过图片或视频展示发射光谱和吸收光谱的形成过程，进一步解释它们的特点和形成原理。强调原子光谱就像原子的“指纹”，可以用来鉴别不同的元素。 【设计意图】 培养学生的自主阅读和归纳总结能力。通过直观的展示，帮助学生更好地理解原子光谱的概念和特点，为后续学习原子光谱的应用奠定基础。 【对应训练 2】下列关于原子光谱的说法错误的是（ ） A. 原子光谱可以分为发射光谱和吸收光谱 B. 发射光谱中的亮线和吸收光谱中的暗线位置一一对应 C. 不同元素的原子光谱是相同的 D. 原子光谱可以用于检验元素 【答案】C 【解析】原子光谱分为发射光谱和吸收光谱，A 正确；同一元素发射光谱中的彩色亮线和吸收光谱中的暗线处于同位置，B 正确；不同元素具有不同的特征谱线，所以不同元素的原子光谱是不同的，C 错误；原子光谱可以用于发现新元素、检验元素等，D 正确。 活动三 学习原子光谱的应用 【问题】原子光谱在科学研究和生产生活中有很多重要的应用。大家结合教材和生活经验，讨论一下原子光谱有哪些应用？ 【学生讨论】分组讨论后代表发言，提到原子光谱可以用于发现新元素、检验元素，如不同元素的焰色试验，还可以应用于烟花、霓虹灯等生产生活方面。 【教师讲解】对学生的讨论结果进行总结和补充，详细介绍原子光谱在发现新元素、检验元素以及生产生活中的具体应用原理和实例。比如在天文学中，通过分析恒星的光谱可以确定恒星中含有的元素；在化学分析中，利用原子光谱可以准确检测样品中元素的种类和含量等。 【设计意图】 培养学生的合作学习能力和联系实际的能力。让学生了解原子光谱在不同领域的应用，体会化学知识的实用性和重要性，提高学生学习化学的积极性。 【对应训练 3】下列现象和应用与原子光谱无关的是（ ） A. 激光 B. 焰色试验 C. 缓慢氧化放热 D. 霓虹灯 【答案】C 【解析】激光、焰色试验、霓虹灯都与原子中电子的跃迁有关，电子跃迁会产生特定的光谱，所以都与原子光谱有关。而缓慢氧化放热是化学反应中的能量变化，与原子光谱无关，答案选 C。 第一节 原子结构 第1课时 能层与能级 基态与激发态 一、能层与能级 1.原子结构发展史 o道尔顿 — 实心球模型（1803） o汤姆生 — “葡萄干面包”原子模型（1904） o卢瑟福 — “行星式”原子模型（1911） o波尔 — “量子化轨道”原子模型（1913） o薛定谔 — “现代电子云”原子模型 2.核外电子排布 o原子组成：原子核和核外电子 o分层排布 o排布规律：一低四不超 3.能层 o表示：K、L、M、N、O、P、Q 4.能级 o表示：s、p、d、f o能层与能级关系 二、基态与激发态 1.基态与激发态 o基态：最低能量状态 o激发态：较高能量状态 2.原子光谱 o吸收光谱：亮背景，暗线，线状不连续 o发射光谱：暗背景，亮线，线状不连续 o特征谱线：同一元素发射与吸收光谱对应位置相同，不同原子特征谱线不同 3.原子光谱的应用 o发现新元素 o检验元素 o生产生活 1.判断正误 1. 光(辐射)是电子跃迁释放能量的重要形式之一（ ） 1. 霓虹灯光、激光、萤光都与原子核外电子跃迁吸收能量有关（ ） 1. 产生激光的前提是原子要处于激发态（ ） 1. 电子跃迁时只吸收能量（ ） 1. 同一原子处于激发态时的能量一定高于基态时的能量（ ） 1. 激发态原子的能量较高，极易失去电子，表现出较强的还原性（ ） 【答案】(1)√；(2)×；(3)√；(4)×；(5)√；(6)× 【解析】 1. 电子从高能级跃迁到低能级时，以光（辐射）的形式释放能量，所以光（辐射）是电子跃迁释放能量的重要形式之一，该说法正确。 1. 霓虹灯光、激光、萤光都与原子核外电子跃迁有关，是电子跃迁释放能量的过程，而不是吸收能量，该说法错误。 1. 产生激光的前提是原子要处于激发态，当大量处于激发态的原子向低能级跃迁时，会产生激光，该说法正确。 1. 电子跃迁时既可以吸收能量从低能级跃迁到高能级，也可以释放能量从高能级跃迁到低能级，该说法错误。 1. 基态是原子的最低能量状态，激发态是原子吸收能量后所处的较高能量状态，所以同一原子处于激发态时的能量一定高于基态时的能量，该说法正确。 1. 激发态原子的能量较高，但不一定极易失去电子，其还原性强弱与多种因素有关，该说法错误。 2.下列对核外电子运动状态的描述正确的是（ ） A．电子的运动与行星的运动相似，围绕原子核在固定的轨道上高速旋转 B．第三电子层有3s、3p、3d、3f四种轨道 C．基态氢原子中只有一个电子，在2s轨道 D．在同一轨道上运动的电子，其运动状态肯定不同 【答案】D 【解析】 A．电子的运动没有固定的轨道，而是在原子核外一定空间范围内做无规则运动，与行星的运动不同，A选项错误。 B．第三电子层有3s、3p、3d三种能级，其中3s有1个轨道，3p有3个轨道，3d有5个轨道，不存在3f轨道，B选项错误。 C．基态氢原子中只有一个电子，在1s轨道，C选项错误。 D．根据泡利不相容原理，在同一轨道上运动的电子，其自旋方向不同，所以运动状态肯定不同，D选项正确。 3.下列关于能层与能级的说法中，正确的是（ ） A．同一原子中，符号相同的能级，其上电子能量一定相同 B．多电子原子中，同一能级上电子的能量一定相同 C．同是s能级，在不同的能层中所能容纳的最多电子数不同 D．任一能层的能级总是从s能级开始，能级数与能层序数无关 【答案】B 【解析】 A．同一原子中，符号相同的能级，如2s和3s，由于能层不同，电子能量不同，A选项错误。 B．多电子原子中，同一能级上电子的能量一定相同，B选项正确。 C．同是s能级，无论在哪个能层中，所能容纳的最多电子数都是2个，C选项错误。 D．任一能层的能级总是从s能级开始，能级数等于能层序数，D选项错误。 4.人类对核外电子运动的认知不断进步。下列是小猪佩奇在学校课堂上羚羊夫人让他们讨论核外电子运动的说法，其中说法正确的是（ ） A．小羊苏西 B．小狗丹尼 C．小猪佩奇 D．小猪乔治 【答案】D 【解析】本题由于没有给出小羊苏西、小狗丹尼、小猪佩奇、小猪乔治具体的说法内容，无法详细解析，但根据题目整体考查核外电子运动相关知识，可推测正确选项是符合核外电子运动规律的。 在本节课的教学中，能层与能级、基态与激发态等概念较为抽象，学生理解起来有一定难度。在讲解原子结构发展史时，通过对比不同模型，有助于学生逐步建立对原子结构的正确认识。在教学过程中，结合生活中常见的光现象，如霓虹灯、烟花等，帮助学生理解电子跃迁和原子光谱，取得了较好的效果。但在讲解能层与能级的关系以及核外电子排布规律时，部分学生仍存在困惑，后续应加强这部分内容的练习和辅导。同时，在教学方法上可以更多地引入多媒体动画，将抽象的知识直观化，提高学生的学习兴趣和理解能力。 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $