1.1 原子结构 第2课时（教学设计）化学人教版选择性必修2

该高中化学教学设计聚焦构造原理与电子排布式、电子云与原子轨道核心知识，课堂导入先回顾初中1-18号元素原子结构示意图，再结合半导体材料研发实例，搭建新旧知识衔接的学习支架。 以科学思维与探究实践为特色，通过分析能级顺序图培养证据推理能力，用动画展示电子云概率分布将抽象概念形象化，学生自主书写电子排布式发现Cr、Cu等特殊情况提升探究意识，帮助学生建立微观结构认知，为教师提供结构化教学方案。

第一节 原子结构 第2课时 构造原理与电子排布式 电子云与原子轨道 一、知识目标 1. 了解核外电子排布的构造原理，掌握相同能层不同能级、英文字母相同不同能级以及不同层不同能级的能量高低顺序，知晓能级交错现象，能根据构造原理书写号元素的电子排布式、简化电子排布式和价层电子排布式。 1. 理解电子云的概率密度分布概念，了解电子云轮廓图与核外电子的空间运动状态，认识不同形状的原子轨道。 二、素养目标 1. 宏观辨识与微观探析：从宏观上认识元素的性质与电子排布的关系，从微观上理解核外电子的运动状态和排布规律。 2. 证据推理与模型认知：通过对构造原理和电子排布式的学习，建立核外电子排布的模型，培养逻辑推理能力。 3. 科学探究与创新意识：通过对电子云与原子轨道的探究，培养对微观世界的探究兴趣和创新思维。 一、教学重点 构造原理、号元素电子排布式的书写、电子云与原子轨道的概念。 二、教学难点 能级交错现象、不遵循构造原理的电子排布情况、电子云与原子轨道的空间理解。 本节教学内容出自人教版选择性必修 2 第一章《原子结构与性质》第一节《原子结构》的第 2 课时，聚焦于“构造原理与电子排布式”以及“电子云与原子轨道”。这部分内容是在必修课程基础上的深化与拓展，对学生系统掌握原子结构知识、理解元素性质的本质具有关键作用，是后续学习元素周期律、化学键等知识的重要基石。 教材首先借助构造原理呈现核外电子的排布规律，明确电子填充能级的顺序，同时指出能级交错现象，这是理解电子排布复杂性的关键。接着通过详细列出 1 - 36 号元素原子的电子排布式，让学生直观感受构造原理的应用，还引入简化电子排布式和价层电子排布式，帮助学生突出重点、把握本质。在“电子云与原子轨道”部分，教材从电子运动的特殊性出发，引入电子云概念，进而介绍不同形状的原子轨道，使学生对核外电子的空间运动状态有更深入的认识。 教学对象为初高中阶段的学生，已在初中化学中初步了解原子核外电子分层排布的知识，但这种认识较为浅显和直观。到了高中阶段，学生的思维能力有了一定发展，正从形象思维向抽象思维过渡，然而对于微观粒子的运动和结构，理解起来仍存在较大困难。 学生在学习过程中可能会遇到以下问题：一是对构造原理中能级交错现象理解困难，难以把握电子填充顺序的复杂性；二是对于电子云这一抽象概念，缺乏直观感受，难以想象电子在原子核外的概率密度分布；三是在书写电子排布式时，容易出现能级顺序错误、电子数计算失误等问题。 基于学生的这些特点和问题，教学中应充分利用图片、动画等多媒体资源，将抽象知识形象化，帮助学生理解。同时，通过大量实例练习，让学生熟练掌握电子排布式的书写方法，逐步培养学生的抽象思维能力和空间想象能力，使学生能够更好地理解和掌握原子结构的相关知识。 教学环节一 课堂导入 【引导学生回顾】同学们，我们在初中化学里已经了解到，原子核外电子是在原子核外距离原子核由近及远、能量由低到高分层排布的。现在请大家回忆一下，1 - 18号原子核外电子分层排布的原子结构示意图是怎样的呢？给大家1分钟时间，在草稿纸上画一画，然后同桌之间相互交流检查。（学生进行回忆和书写，教师巡视并给予适当指导） 【引入新材料研发实例】大家画得都很认真。其实，核外电子的排布在现代科技和化工生产中有着至关重要的作用。比如在研发新型半导体材料时，科学家们需要精确了解原子的电子排布情况。因为电子的排布决定了原子的化学性质和物理性质，进而影响材料的性能。像现在广泛应用于电子设备中的高性能芯片，其核心材料的研发就离不开对原子电子排布的深入研究。科学家们通过调整原子的电子排布，能够改变材料的导电性、导热性等关键性能，从而制造出更高效、更节能的芯片。那么，原子核外电子具体是按照怎样的规律排布的呢？这就是我们今天要深入探究的内容。 【设计意图】 1. 激发学生兴趣：通过让学生回忆初中知识并进行书写交流，能迅速调动学生的已有知识储备，激发他们对旧知识的回顾和对新知识的期待。同时，引入新型半导体材料研发的实例，将抽象的电子排布知识与现代科技紧密联系起来，让学生感受到化学知识在前沿科技中的重要应用，从而提高学生的学习兴趣和课堂参与度。 2. 联系实际应用：以高性能芯片材料研发为例，使学生明白化学知识在实际生产生活中的具体应用，让抽象的化学知识变得具体而有趣，增强学生对化学学科的认同感和学习动力。 3. 引发思考，导入新课：从实际应用中引出对电子排布规律的疑问，自然地过渡到本节课关于构造原理与电子排布式的主题，让学生明确学习方向，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 构造原理与电子排布式 活动一 构造原理 【引入】在初中化学中我们就学习了原子核外电子是在原子核外距离原子核由近及远、能量由低到高分层排布。大家还记得 1 - 18 号原子核外电子分层排布的原子结构示意图吗？现在我们进一步来学习核外电子排布的规律——构造原理。 【问题】随着原子核电荷数的递增，核外电子是如何排布的呢？请同学们观察教材上构造原理的能级顺序图，思考每一行、每一小圈以及各圆圈间连接线的方向分别代表什么含义？ 【学生思考】 1. 学生观察能级顺序图后回答：每一行对应一个能层，每一小圈对应一个能级，各圆圈间连接线的方向表示随核电荷数递增而增加的电子填入能级的顺序。 1. 学生可能会提出疑问，如为什么电子不是按照能层依次填满再填下一个能层。 【讲解】评价学生的回答，强调构造原理的重要性。从第三能层开始出现能级交错现象，能级交错排列的顺序为 。能级交错是指随着电荷数递增，电子并不总是填满一个能层后再开始填入下一个能层的，例如电子是按 的顺序填充的，这种现象被称为能级交错。 【学生任务】总结相同能层的不同能级的能量高低顺序、英文字母相同的不同能级的能量高低顺序以及不同层不同能级的能量高低公式。 1. 相同能层的不同能级的能量高低顺序：。 1. 英文字母相同的不同能级的能量高低顺序：；；。 1. 不同层不同能级可由公式 （ 为能层序数）得出。 【总结】再次强调构造原理的内容和能级交错现象，让学生理解电子填充的顺序是由能量高低决定的。 【对应训练 1】下列能级能量高低比较正确的是（ ） A. B. C. D. 【答案】C 【解析】根据构造原理，不同能层不同能级的能量高低顺序为 。A 项，；B 项，；D 项，，所以答案选 C。 【对应训练 2】下列关于能级交错的说法正确的是（ ） A. 能级交错只出现在第三能层 B. 能级交错是指电子先填充能量低的能级，再填充能量高的能级 C. 能级交错是指电子不按能层顺序依次填充能级 D. 能级交错现象违背了能量最低原理 【答案】C 【解析】能级交错从第三能层开始出现，但不是只出现在第三能层，A 错误；能级交错是指电子不按能层顺序依次填充能级，而不是简单的先低后高，B 错误；能级交错现象并不违背能量最低原理，电子填充还是遵循能量最低原则，D 错误，所以答案选 C。 活动二 电子排布式 【引入】了解了构造原理后，我们就可以根据它来写出元素原子的电子排布式。电子排布式是用来表示原子核外电子排布的一种方式。 【问题】请同学们根据构造原理，尝试写出 1 - 10 号元素原子的电子排布式。 【学生思考】学生在练习本上书写，可能会出现书写不规范或错误的情况。 【讲解】巡视学生的书写情况，进行个别指导。以氢（）为例，其电子排布式为，表示氢原子的 1 个电子位于 能级。依次讲解其他元素的电子排布式，强调能级符号右上角的数字表示该能级上的电子数。 【学生任务】继续写出 11 - 36 号元素原子的电子排布式，并观察是否所有元素都遵循构造原理。 【学生发现】部分元素如铬（）、铜（）等不符合构造原理。铬的电子排布式为 ，而不是 ；铜的电子排布式为 ，而不是 。 【讲解】解释这种现象是由于半充满（）和全充满（）的电子构型更稳定。 【设计意图】通过讲解和练习，让学生掌握根据构造原理书写1 - 36号元素原子电子排布式的方法，同时了解特殊情况，加深对电子排布规律的理解。 【总结】总结电子排布式的书写方法和注意事项，强调特殊元素的电子排布情况。 【对应训练 1】下列原子的电子排布式书写正确的是（ ） A. ： B. ： C. ： D. ： 【答案】B 【解析】A 项， 的电子排布式应为 ；C 项， 的电子排布式应为 ；D 项， 的电子排布式应为 ，所以答案选 B。 【对应训练 2】某元素原子的电子排布式为 ，该元素在周期表中的位置是（ ） A. 第三周期第ⅢA 族 B. 第四周期第ⅢA 族 C. 第三周期第ⅦA 族 D. 第四周期第ⅦA 族 【答案】B 【解析】根据电子排布式可知，该元素的最高能层为 4，所以位于第四周期；最外层电子数为 3，所以位于第ⅢA 族，答案选 B。 活动三 简化电子排布式和价层电子排布式 【引入】电子排布式有时书写比较繁琐，为了简化书写，我们可以采用简化电子排布式。同时，为了突出化合价与电子排布式的关系，我们引入价层电子排布式。 【问题】以钠（）为例，如何将其电子排布式简化？什么是价电子层？ 【学生思考】学生回答：钠的电子排布式为 ，内层电子达到稀有气体元素原子结构的部分（）以相应稀有气体氖（）的元素符号外加方括号的形式表示，即 。在化学反应中可能发生电子变动的能级称为价电子层。 【讲解】肯定学生的回答，强调简化电子排布式的书写规则。并举例说明价层电子排布式，如钠的价电子排布式为 ，铁（）的简化电子排布式为 ，其价电子排布式为 。 【学生任务】仿照上述方法，写出 、、、、 的简化电子排布式和 、、、 的价层电子排布式。 【学生展示】 ：；：；：；：；：。 ：；：；：；：。 【讲解】评价学生的书写情况，总结主族元素和过渡元素的价电子层的特征：主族元素的价层电子数为该原子的最外层电子数；过渡元素的价层电子数为该原子简化电子排布式中除原子实外的部分。 【总结】总结简化电子排布式和价层电子排布式的书写方法和意义。 【设计意图】让学生掌握简化电子排布式和价层电子排布式的书写方法，理解主族元素和过渡元素价电子层的特征，为后续学习元素的化学性质打下基础。 【对应训练 1】下列简化电子排布式书写错误的是（ ） A. ： B. ：C.： D. ： 【答案】D 【解析】锌（）的简化电子排布式应为 ，D 错误，所以答案选 D。 【对应训练 2】某元素的价层电子排布式为 ，则该元素是（ ） A. 主族元素 B. 副族元素 C. 稀有气体元素 D. 非金属元素 【答案】B 【解析】价层电子排布式为 的元素是锰（），属于副族元素，答案选 B。 教学任务二 电子云与原子轨道 活动一 电子云 【引入】我们知道电子在原子核外做高速运动，它的运动和宏观物体的运动有很大的不同，没有固定的轨道。那么如何描述电子在原子核外的运动状态呢？这就需要引入电子云的概念。 【问题】什么是电子云？电子云是如何表示电子在原子核外的概率密度分布的？ 【学生思考】学生阅读教材后回答：电子云是用小黑点的疏密来表示电子在原子核外空间某处出现概率大小的图形。概率密度用 表示，，其中 表示电子在某处出现的概率， 表示该处的体积。 【讲解】肯定学生的回答，通过动画或图片进一步解释电子云的含义。强调电子云并不是电子实际运动的轨迹，而是一种统计结果。 【学生任务】想象电子在原子核外的运动状态，思考电子云的形状与电子的空间运动状态有什么关系。 【学生交流】学生交流讨论，可能会提出不同的观点。 【讲解】总结学生的讨论结果，指出电子云的形状反映了电子的空间运动状态。通常我们用电子云轮廓图来表示电子的空间运动状态，一般取电子在该区域出现概率为 90% 的部分。 【总结】总结电子云的概念、表示方法和意义。 【设计意图】通过讲解电子云的概念和意义，让学生了解电子在原子核外的运动特点，打破学生对电子运动的传统认知。 【对应训练 1】下列关于电子云的说法正确的是（ ） A. 电子云是电子实际运动的轨迹 B. 电子云图中的小黑点越密，表示电子在该区域出现的概率越小 C. 电子云是用小黑点的疏密来表示电子在原子核外空间某处出现概率大小的图形 D. 电子云的形状与电子的能量无关 【答案】C 【解析】电子云不是电子实际运动的轨迹，A 错误；电子云图中的小黑点越密，表示电子在该区域出现的概率越大，B 错误；电子云的形状与电子的能量有关，不同能级的电子云形状不同，D 错误，所以答案选 C。 【对应训练 2】下列对电子云的描述正确的是（ ） A. 电子云是一团带负电荷的云雾 B. 电子云是球形对称的，说明电子在原子核外空间各处出现的概率相等 C. 电子云是哑铃形的，说明电子运动的轨迹是哑铃形 D. 电子云图是对电子运动的统计结果 【答案】D 【解析】电子云不是实际的云雾，A 错误； 电子云是球形对称的，但电子在原子核外空间各处出现的概率不相等，B 错误； 电子云是哑铃形的，但电子运动没有固定轨迹，C 错误，所以答案选 D。 活动二 原子轨道 【引入】了解了电子云后，我们进一步学习原子轨道。原子轨道是描述电子在原子核外空间运动状态的一种方式。 【问题】什么是原子轨道？不同能级的原子轨道有什么特点？ 【学生思考】学生阅读教材后回答：原子轨道是电子在原子核外空间的一个空间运动状态。 能级只有 1 个原子轨道，形状为球形； 能级有 3 个原子轨道，形状为哑铃形。 【讲解】肯定学生的回答，通过图片或模型展示不同能级的原子轨道。强调原子轨道的数目和形状与能级有关，同一能级的原子轨道能量相同。 【学生任务】总结不同能级的原子轨道数目和形状。 能级 原子轨道数目 形状 1 球形 3 哑铃形 5 复杂形状 7 复杂形状 【讲解】解释不同能级原子轨道数目的规律，即 、、、 能级的原子轨道数目分别为 1、3、5、7。 【总结】总结原子轨道的概念、特点和不同能级原子轨道的数目和形状。 【设计意图】通过讲解原子轨道的概念和特点，让学生更深入地了解电子在原子核外的空间运动状态，为后续学习化学键的形成等知识奠定基础。 【对应训练 1】下列关于原子轨道的说法正确的是（ ） A. 原子轨道是电子运动的轨迹 B. 同一能层的 能级有 3 个能量不同的原子轨道 C. 能级的原子轨道半径与能层序数无关 D. 不同能层的 能级都有 1 个原子轨道，且形状均为球形 【答案】D 【解析】原子轨道不是电子运动的轨迹，A 错误；同一能层的 能级的 3 个原子轨道能量相同，B 错误； 能级的原子轨道半径与能层序数有关，能层序数越大，半径越大，C 错误，所以答案选 D。 【对应训练 2】下列能级中原子轨道数目为 5 的是（ ） A. 能级 B. 能级 C. 能级 D. 能级 【答案】C 【解析】 能级有 1 个原子轨道，能级有 3 个原子轨道，能级有 5 个原子轨道， 能级有 7 个原子轨道，所以答案选 C。 第一节 原子结构 第1课时 构造原理与电子排布式 电子云与原子轨道 一、构造原理与电子排布式 1. 构造原理 · 能级交错：ns＜(n - 2)f＜(n - 1)d＜np · 能量高低顺序 · 相同能层：ns＜np＜nd＜nf · 相同能级：1s＜2s＜3s＜4s；2p＜3p＜4p；3d＜4d 1. 电子排布式 · 1 - 36号元素书写示例 · 简化电子排布式：如[Ne]3s¹ · 价层电子排布式 · 主族：最外层电子数 · 过渡：简化式中除原子实外部分 二、电子云与原子轨道 1. 电子云 · 概率密度分布 2. 原子轨道 · 形状：s球形，p哑铃形 · 空间运动状态 1. 判断正误 （1）最外层电子排布式为4s¹的元素一定为K。 (　×　) 【解析】最外层电子排布式为4s¹的元素不一定为K，还可能是Cr、Cu等，Cr的价电子排布式为3d⁵4s¹，Cu的价电子排布式为3d¹⁰4s¹，所以该说法错误。 （2）K的电子排布式为1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹。 (　×　) 【解析】根据构造原理，K的电子排布式应该是1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s¹，电子先填充能量较低的4s能级，而不是3d能级，所以该说法错误。 （3）Mg的简化电子排布式为[Ne]3s² (　√　) 【解析】Mg的电子排布式为1s²2s²2p⁶3s²，内层电子达到Ne的电子结构，所以其简化电子排布式可以写成[Ne]3s²，该说法正确。 （4）核外电子的运动有固定的轨道。 (　×　) 【解析】核外电子的运动是无规则的，没有固定的轨道，只能用电子云来描述电子在原子核外空间出现的概率，所以该说法错误。 （5）s能级与p能级的轨道形状相同。 (　×　) 【解析】s能级的轨道形状是球形，p能级的轨道形状是哑铃形，二者轨道形状不同，所以该说法错误。 （6）s能级的轨道半径与能层序数有关。 (　√　) 【解析】能层序数越大，s能级的轨道半径越大，所以s能级的轨道半径与能层序数有关，该说法正确。 1. 下列基态原子的电子排布式，书写正确的是(　 　) A. ⁹F:1s²2s²2p⁶ B. ¹⁵P:1s²2s²2p⁶3s³3p² C. ²¹Sc:1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s²3d¹ D. ³⁵Br:1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s²4p⁵ 【解析】A选项，F的电子排布式应该是1s²2s²2p⁵，A错误；B选项，s能级最多容纳2个电子，P的电子排布式应该是1s²2s²2p⁶3s²3p³，B错误；C选项，电子排布式书写时应先写能量低的能级，再写能量高的能级，Sc的电子排布式应该是1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹4s²，C错误；D选项，Br的电子排布式书写正确，D正确。 1. X、Y两元素可形成X₂Y₃型化合物，则X、Y原子处于基态时的最外层电子排布式可能是（ ） A. X：3s²3p¹　Y：3s²3p⁴ B. X：2s²2p³　Y：2s²2p⁴ C. X：3s²3p²　Y：3s²3p⁴ D. X：3s²　 Y：2s²2p³ 【解析】X₂Y₃型化合物中X显+3价，Y显 - 2价。A选项，X为Al，最外层电子排布式为3s²3p¹，显+3价，Y为S，最外层电子排布式为3s²3p⁴，显 - 2价，可以形成Al₂S₃，A正确；B选项，X为N，最外层电子排布式为2s²2p³，显+3价，Y为O，最外层电子排布式为2s²2p⁴，显 - 2价，可以形成N₂O₃，B正确；C选项，X为Si，最外层电子排布式为3s²3p²，通常显+4价，不能形成X₂Y₃型化合物，C错误；D选项，X为Mg，最外层电子排布式为3s²，显+2价，不能形成X₂Y₃型化合物，D错误。 在本次教学中，构造原理和电子排布式部分，学生对能级交错现象理解存在困难，后续应多结合实例讲解，帮助学生掌握。电子云与原子轨道概念抽象，学生较难建立直观认识，可借助动画、模型等多媒体手段辅助教学。课堂练习环节，学生在判断电子排布式正误和根据化合物类型推导元素电子排布式时出错较多，说明学生对知识的综合运用能力有待提高，后续教学需加强针对性练习，加深学生对知识的理解和运用。 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $