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視頻標(biāo)簽：原子核外,電子排布
視頻課題：蘇教版高中化學(xué)選修物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)以蘇教版“原子核外電子排布”為例-浙江省 - 臺(tái)州
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認(rèn)知沖突，讓化學(xué)史“說話”
——以蘇教版“原子核外電子排布”為例
一、教材分析
《原子核外電子排布》是蘇教版《物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)》選修四專題二第一單元原子結(jié)構(gòu)與元素的性質(zhì)，起一個(gè)承上啟下的作用，是對(duì)前面所學(xué)的原子結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)和核外電子運(yùn)動(dòng)特征的延續(xù)和拓展；也是為后面繼續(xù)學(xué)習(xí)元素性質(zhì)的遞變性規(guī)律等知識(shí)打下基礎(chǔ)。原子核外電子排布知識(shí)理論性強(qiáng)，如何找出一條主線將本節(jié)課理論性知識(shí)簡(jiǎn)單傳授給學(xué)生，是本節(jié)課最重要的突破口，同時(shí)也是滲透科學(xué)方法教育的好題材。充分利用學(xué)生對(duì)新知識(shí)的渴望，并為了讓學(xué)生積極主動(dòng)的獲取知識(shí)，對(duì)于基態(tài)原子N的核外電子排布為主線，在思考中初遇認(rèn)知沖突，借用化學(xué)史解決，在鞏固概念中再遇沖突，再用化學(xué)史，在問題解決中又遇沖突，在強(qiáng)化挑戰(zhàn)中后遇沖突，用化學(xué)史解決，依次循環(huán)使概念得以深化、內(nèi)化。 二、學(xué)情分析
在必修二課程中，學(xué)生對(duì)原子結(jié)構(gòu)與元素周期表的關(guān)系有了一定的認(rèn)識(shí)，如原子最外層電子數(shù)和主族序數(shù)的關(guān)系。在上一節(jié)中學(xué)生也學(xué)習(xí)原子核外電子的運(yùn)動(dòng)特征，簡(jiǎn)單知道原子軌道及電子填充順序，為學(xué)生對(duì)電子在重新劃分的軌道中的排列情況充滿了好奇。因此，本節(jié)課中，在學(xué)生探究過程中，教師需要鼓勵(lì)學(xué)生、引導(dǎo)學(xué)生，主動(dòng)參與思考等探究活動(dòng)。 三、教學(xué)目標(biāo) 知識(shí)技能目標(biāo)：
（1）使學(xué)生理解能量最低原理、泡利不相容原理、洪特規(guī)則，能用以上規(guī)則解釋1～36號(hào)元素基態(tài)原子的核外電子排布。
（2）使學(xué)生能根據(jù)基態(tài)原子的核外電子排布規(guī)則和基態(tài)原子的核外電子排布順序圖完成1～36號(hào)元素基態(tài)原子的核外電子排布和價(jià)電子排布。
（3）通過學(xué)習(xí)，使學(xué)生明確原子結(jié)構(gòu)的量子力學(xué)模型的建立使元素周期表的建立有了理論依據(jù)。 過程方法目標(biāo)：
（1）通過認(rèn)知沖突，化學(xué)史解決，培養(yǎng)學(xué)生尊重事實(shí)是學(xué)習(xí)化學(xué)工作者的準(zhǔn)則。 （2）使學(xué)生體會(huì)理論對(duì)實(shí)際的指導(dǎo)作用以及利用理論知識(shí)解決新情景、新問題的能力。 情感態(tài)度與價(jià)值觀目標(biāo)：
感受科學(xué)家在科學(xué)創(chuàng)造中的豐功偉績(jī)，增強(qiáng)學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣。 四、教學(xué)重難點(diǎn)
教學(xué)重點(diǎn)：認(rèn)識(shí)泡利不相容原理、能量最低原理、洪特規(guī)則及核外電子排布方式書寫 教學(xué)難點(diǎn)：泡利不相容原理、能量最低原理、洪特規(guī)則，電子排布式，軌道表示式 五、教學(xué)流程
1、初遇沖突，“玻爾”說話
通過生活經(jīng)驗(yàn)：水往地處流，說明能量越低越穩(wěn)定是自然界萬物遵循的規(guī)律之一。宏觀物質(zhì)如此，微觀世界也不例外，我們將目光投向原子，處于能量最低狀態(tài)的原子叫基態(tài)原子，這樣的
原子也最穩(wěn)定。
提出問題：多電子原子核外電子排布有哪些規(guī)律才能使能量最低?請(qǐng)同學(xué)們以N原子為例，寫出原子結(jié)構(gòu)示意圖
學(xué)生：分層排布；每層最多不超過2n2個(gè)，最外層最多不超過8個(gè)，次外層最多不超過32個(gè)等。
學(xué)生板演：
提出問題：為什么K層最多排2個(gè)？L層最多排8個(gè)？
學(xué)生：K層只有1s一個(gè)軌道，最多排2個(gè)；L層有2s，2p兩種類型軌道，四個(gè)原子軌道一共最多排8個(gè)。
教師：分析其核外7個(gè)電子如何分布在各原子軌道上。原子核外電子占據(jù)能量低的軌道，然后依次進(jìn)入能量高的軌道，這樣使整個(gè)原子處于最低的能量狀態(tài)。
強(qiáng)化：寫一寫O和Cl原子的電子排布式 教師：請(qǐng)你分享下正確書寫電子排布式的經(jīng)驗(yàn)
小結(jié)：原子核外電子排布首先應(yīng)遵循能量最低原理，使整個(gè)原子達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。
【設(shè)計(jì)意圖】通過生活中的宏觀現(xiàn)象水往低處流的本質(zhì)是萬物循環(huán)是萬物循環(huán)的規(guī)律（低能量的狀態(tài)是穩(wěn)定的）引出微觀世界中的原子核外電子排布消除學(xué)生對(duì)于新知識(shí)的陌生感。通過提出問題和學(xué)生利用已有經(jīng)驗(yàn)解決現(xiàn)有困惑，加深對(duì)先前知識(shí)結(jié)論的理解,指出能量最低原理是第一基本規(guī)律,正確書寫電子排布式。
挑戰(zhàn)1：①書寫Ca原子的電子排布式
教師：（質(zhì)疑）到底是1s22s22p63s23p64s2、1s22s22p63s23p63d14s1還是1s22s22p63s23p63d2？ 學(xué)生：書寫Ca原子結(jié)構(gòu)示意圖，應(yīng)該是1s22s22p63s23p64s2，如何解釋？ 教師：到底哪一種符合能量最低，看看科學(xué)家是怎么說？引出構(gòu)造原理
“玻爾”說話：1920年，玻爾通過引入量子化條件，提出核外電子排布的構(gòu)造原理。
學(xué)生：從電子層角度，第1層-第7層，能量從低到高；從能級(jí)角度，由s，p，d，f依次升高，但局部存在能級(jí)交錯(cuò)，總體符合大多數(shù)原子核外電子排布。
挑戰(zhàn)1：②寫一寫Fe原子的電子排布式
學(xué)生：Fe原子的原子序數(shù)是26，在核外電子排布過程中出現(xiàn)4s比3d低的能級(jí)交錯(cuò)現(xiàn)象，故Fe原子的核外電子排布式是1s22s22p63s23p63d64s2
小結(jié)：加深原子核外電子排布的書寫規(guī)律，強(qiáng)化4s＜3d，電子排布遵循能量最低原理。 【設(shè)計(jì)意圖】學(xué)生通過挑戰(zhàn)寫出Ca原子的電子排布式有三種與已知知識(shí)能量最低原理相矛盾而陷入思考僵局，此時(shí)，化學(xué)史玻爾構(gòu)造原理的出現(xiàn)讓學(xué)生有雪中送炭的感覺，繼續(xù)強(qiáng)化跟蹤Fe核外電子排布式加以明確4s能量比3d低，真正落實(shí)能量最低原理。
2、再遇沖突，“泡利”說話
回扣銜接：通過剛才的學(xué)習(xí)我們知道了N原子的電子排布式為1s22s22p3，其中1s上的兩個(gè)電子能量相同的電子，那它們的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)是有幾種可能？請(qǐng)同學(xué)們畫出。
信息支撐：用一個(gè) 表示一個(gè)原子軌道，在方框中用“↑ ”或“↓ ”表示該軌道上排入的電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。
學(xué)生：預(yù)測(cè)可能有的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)
教師：肯定有一種使原子能量最低，到底哪一種，聽聽科學(xué)家的聲音。引出pauli不相容原理。
“泡利”說話：Pauli提出每個(gè)軌道上最多容納2個(gè)自旋狀態(tài)不同的電子，使能量最低。 教師：根據(jù)pauli不相容，你們看看應(yīng)該是哪一種
學(xué)生：N原子的1s軌道上電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)為 才能使能量最低。 小結(jié)：核外電子排布先遵循能量最低原則的同時(shí)，還必須遵循pauli不相容
【設(shè)計(jì)意圖】學(xué)生在書寫N原子的1s軌道中有2個(gè)電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)時(shí)，出現(xiàn)3種不同類型的軌道，這與能量最低原則相違背，產(chǎn)生第二次沖突：兩個(gè)電子同向運(yùn)動(dòng)能量低還是反向運(yùn)動(dòng)能量低呢？化學(xué)史再次“說話”泡利不相容原理剖析。
3、又遇沖突，“洪特”說話
教師：N原子的2p三個(gè)軌道上的三個(gè)電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)又如何，請(qǐng)畫出可能的情況 學(xué)生：動(dòng)手畫出可能有的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。
教師：也肯定有一種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)使整個(gè)原子能量最低，到底是哪一種，我們?cè)賮砜匆欢位瘜W(xué)史。 “洪特”說話：1925年，洪特根據(jù)數(shù)據(jù)總結(jié)出電子在能量相同的軌道上排布時(shí)盡可能分占不同軌道且自旋狀態(tài)相同，使整個(gè)原子的能量最低。
學(xué)生：根據(jù)洪特規(guī)則，N原子的2p軌道上的電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)為 或 強(qiáng)化：寫一寫O和Cl原子的軌道表示式:
小結(jié)：多電子排布出來遵循能量最低和Pauli原理，還需符合洪特規(guī)則。
【設(shè)計(jì)意圖】N原子的2p軌道上的三個(gè)電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)種類很多，如何選擇，后遇沖突，化學(xué)史洪特的出現(xiàn)，不僅讓學(xué)生作出快而準(zhǔn)的選擇，更讓學(xué)生掌握核外電子軌道表示式的書寫法則。
4、后遇沖突，“洪特”再次說話
強(qiáng)化：挑戰(zhàn)下24Cr原子的電子排布式和軌道表示式
板演：24Cr原子的電子排布式1s22s22p63s23p63d44s2，
軌道表示式
教師：可是，實(shí)驗(yàn)測(cè)定 24Cr真實(shí)的電子排布式是····· 學(xué)生1：困惑，急于求解
學(xué)生2：可能處于這種結(jié)構(gòu)的原子核外電子排布使原子能量最低
教師：難道是這樣子排布會(huì)使原子能量最低嗎？看看科學(xué)家如何解釋，引出洪特補(bǔ)充規(guī)則 得出結(jié)論：洪特補(bǔ)充：某些過渡元素s、d軌道且接近全滿或半滿時(shí)電子排布可能作出微調(diào)，以降低體系能量，使整個(gè)原子的能量最低。
提出問題：若原子軌道3d全滿，則原子序數(shù)最小多少？ 學(xué)生：動(dòng)腦思考，真正理解洪特規(guī)則
小結(jié)：科學(xué)研究必須建立在實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，因此原子核外電子排布要以實(shí)驗(yàn)測(cè)定的結(jié)果為準(zhǔn)。 【設(shè)計(jì)意圖】學(xué)生依據(jù)已學(xué)知識(shí)信心滿滿書寫 24Cr原子的電子排布式竟然與實(shí)驗(yàn)測(cè)定結(jié)果存在差異再次引發(fā)認(rèn)知沖突，實(shí)驗(yàn)室化學(xué)的靈魂，尊重實(shí)驗(yàn)室每位工作者與學(xué)習(xí)者共同的前提與默契。
過渡：原子序數(shù)較大原子的核外電子排布式書寫比較復(fù)雜，為了避免電子排布式書寫過繁，可以把內(nèi)層電子已達(dá)稀有氣體結(jié)構(gòu)的部分寫成“原子實(shí)”，用元素符號(hào)外加方括號(hào)表示。如N原子的簡(jiǎn)化電子排布式為[He]2s22p3，2s22p3是外圍電子。請(qǐng)同學(xué)們按照書寫方法改寫Ca、24Cr、26Fe的簡(jiǎn)化電子排布式。
學(xué)生板演：Ca：[Ar]4s2、24Cr：[Ar]3d54s1、26Fe：[Ar]3d64s2
任務(wù)：好像電子排布式稍有些不同，請(qǐng)同學(xué)們觀察1-36號(hào)元素的外圍電子排布圖，分析各原子外圍電子排布有什么不同？
學(xué)生：有些有d軌道，有些沒有。
教師：決定元素性質(zhì)的是最外層電子，也叫做外圍電子，表示外圍電子的電子排布式也叫做外圍電子排布式。
小結(jié)：對(duì)于主族元素而言，外圍電子就是最外層電子，對(duì)于副族元素而言，外圍電子除了最外層電子，還包括次外層d軌道上的電子。
【設(shè)計(jì)意圖】通過觀察原子外圍電子排布圖，對(duì)比主族與副族元素簡(jiǎn)化電子排布式，明確外圍電子排布式區(qū)別，并回扣前面所寫原子，鞏固外圍電子排布的表示方法。
問題思考：為什么多電子原子核外電子排布的規(guī)律是分層排布？每層最多不超過2n2個(gè)，最外層不超過8個(gè)？
學(xué)生：逐一解釋，真正明白核外電子排布規(guī)律的內(nèi)涵。 隨堂一練
學(xué)生：逐一解釋違背原子核外電子排布的原理
小結(jié)：因此，審題仔細(xì)顯得尤為重要，同學(xué)們要看清到底寫的是什么，有時(shí)候會(huì)讓寫電子排布式，，軌道表示式，有時(shí)候會(huì)寫原子結(jié)構(gòu)示意圖，甚至寫離子的電子排布，軌道表示式，外圍電子排布式，一定要審題仔細(xì)。
總結(jié)，其實(shí)Pauli不相容和洪特規(guī)則原子核外電子盡量?jī)A向于原子穩(wěn)定狀態(tài)，因此能量最低原理是規(guī)律之本。
【設(shè)計(jì)意圖】通過對(duì)先前知識(shí)的講解，理解核外電子排布的真正規(guī)律，讓學(xué)生明白化學(xué)是講道理的，知其然更要知其所以然，也能明白教材安排的合理順序通過對(duì)隨堂練習(xí)違反規(guī)律的診斷，讓學(xué)生明白考試怎么考，如何正確應(yīng)付，引導(dǎo)學(xué)生能夠正確應(yīng)付考點(diǎn)的前提是仔細(xì)審題，增強(qiáng)自信心。 六、板書設(shè)計(jì)
六、教學(xué)反思
在無法借用化學(xué)實(shí)驗(yàn)探究的前提下，一節(jié)枯燥的概念課只要化學(xué)教育工作者用心去設(shè)計(jì)也可呈現(xiàn)出不一樣的滋味，本節(jié)課通過學(xué)生構(gòu)建認(rèn)知沖突，運(yùn)用化學(xué)史解決認(rèn)知沖突，滲透學(xué)科思想，感悟化學(xué)史實(shí)，使學(xué)習(xí)者隱約感悟到化學(xué)學(xué)科的發(fā)展史站在巨人的肩膀上不斷成長的。
視頻來源：優(yōu)質(zhì)課網(wǎng) www.jixiangsibao.com
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