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视频标签：原子核外,电子排布
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视频课题：苏教版高中化学选修物质结构与性质以苏教版“原子核外电子排布”为例-浙江省 - 台州
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认知冲突，让化学史“说话”
——以苏教版“原子核外电子排布”为例
一、教材分析
《原子核外电子排布》是苏教版《物质结构与性质》选修四专题二第一单元原子结构与元素的性质，起一个承上启下的作用，是对前面所学的原子结构的认识和核外电子运动特征的延续和拓展；也是为后面继续学习元素性质的递变性规律等知识打下基础。原子核外电子排布知识理论性强，如何找出一条主线将本节课理论性知识简单传授给学生，是本节课最重要的突破口，同时也是渗透科学方法教育的好题材。充分利用学生对新知识的渴望，并为了让学生积极主动的获取知识，对于基态原子N的核外电子排布为主线，在思考中初遇认知冲突，借用化学史解决，在巩固概念中再遇冲突，再用化学史，在问题解决中又遇冲突，在强化挑战中后遇冲突，用化学史解决，依次循环使概念得以深化、内化。 二、学情分析
在必修二课程中，学生对原子结构与元素周期表的关系有了一定的认识，如原子最外层电子数和主族序数的关系。在上一节中学生也学习原子核外电子的运动特征，简单知道原子轨道及电子填充顺序，为学生对电子在重新划分的轨道中的排列情况充满了好奇。因此，本节课中，在学生探究过程中，教师需要鼓励学生、引导学生，主动参与思考等探究活动。 三、教学目标 知识技能目标：
（1）使学生理解能量最低原理、泡利不相容原理、洪特规则，能用以上规则解释1～36号元素基态原子的核外电子排布。
（2）使学生能根据基态原子的核外电子排布规则和基态原子的核外电子排布顺序图完成1～36号元素基态原子的核外电子排布和价电子排布。
（3）通过学习，使学生明确原子结构的量子力学模型的建立使元素周期表的建立有了理论依据。 过程方法目标：
（1）通过认知冲突，化学史解决，培养学生尊重事实是学习化学工作者的准则。 （2）使学生体会理论对实际的指导作用以及利用理论知识解决新情景、新问题的能力。 情感态度与价值观目标：
感受科学家在科学创造中的丰功伟绩，增强学习化学的兴趣。 四、教学重难点
教学重点：认识泡利不相容原理、能量最低原理、洪特规则及核外电子排布方式书写 教学难点：泡利不相容原理、能量最低原理、洪特规则，电子排布式，轨道表示式 五、教学流程
1、初遇冲突，“玻尔”说话
通过生活经验：水往地处流，说明能量越低越稳定是自然界万物遵循的规律之一。宏观物质如此，微观世界也不例外，我们将目光投向原子，处于能量最低状态的原子叫基态原子，这样的
原子也最稳定。
提出问题：多电子原子核外电子排布有哪些规律才能使能量最低?请同学们以N原子为例，写出原子结构示意图
学生：分层排布；每层最多不超过2n2个，最外层最多不超过8个，次外层最多不超过32个等。
学生板演：
提出问题：为什么K层最多排2个？L层最多排8个？
学生：K层只有1s一个轨道，最多排2个；L层有2s，2p两种类型轨道，四个原子轨道一共最多排8个。
教师：分析其核外7个电子如何分布在各原子轨道上。原子核外电子占据能量低的轨道，然后依次进入能量高的轨道，这样使整个原子处于最低的能量状态。
强化：写一写O和Cl原子的电子排布式 教师：请你分享下正确书写电子排布式的经验
小结：原子核外电子排布首先应遵循能量最低原理，使整个原子达到稳定状态。
【设计意图】通过生活中的宏观现象水往低处流的本质是万物循环是万物循环的规律（低能量的状态是稳定的）引出微观世界中的原子核外电子排布消除学生对于新知识的陌生感。通过提出问题和学生利用已有经验解决现有困惑，加深对先前知识结论的理解,指出能量最低原理是第一基本规律,正确书写电子排布式。
挑战1：①书写Ca原子的电子排布式
教师：（质疑）到底是1s22s22p63s23p64s2、1s22s22p63s23p63d14s1还是1s22s22p63s23p63d2？ 学生：书写Ca原子结构示意图，应该是1s22s22p63s23p64s2，如何解释？ 教师：到底哪一种符合能量最低，看看科学家是怎么说？引出构造原理
“玻尔”说话：1920年，玻尔通过引入量子化条件，提出核外电子排布的构造原理。
学生：从电子层角度，第1层-第7层，能量从低到高；从能级角度，由s，p，d，f依次升高，但局部存在能级交错，总体符合大多数原子核外电子排布。
挑战1：②写一写Fe原子的电子排布式
学生：Fe原子的原子序数是26，在核外电子排布过程中出现4s比3d低的能级交错现象，故Fe原子的核外电子排布式是1s22s22p63s23p63d64s2
小结：加深原子核外电子排布的书写规律，强化4s＜3d，电子排布遵循能量最低原理。 【设计意图】学生通过挑战写出Ca原子的电子排布式有三种与已知知识能量最低原理相矛盾而陷入思考僵局，此时，化学史玻尔构造原理的出现让学生有雪中送炭的感觉，继续强化跟踪Fe核外电子排布式加以明确4s能量比3d低，真正落实能量最低原理。
2、再遇冲突，“泡利”说话
回扣衔接：通过刚才的学习我们知道了N原子的电子排布式为1s22s22p3，其中1s上的两个电子能量相同的电子，那它们的运动状态是有几种可能？请同学们画出。
信息支撑：用一个 表示一个原子轨道，在方框中用“↑ ”或“↓ ”表示该轨道上排入的电子的运动状态。
学生：预测可能有的运动状态
教师：肯定有一种使原子能量最低，到底哪一种，听听科学家的声音。引出pauli不相容原理。
“泡利”说话：Pauli提出每个轨道上最多容纳2个自旋状态不同的电子，使能量最低。 教师：根据pauli不相容，你们看看应该是哪一种
学生：N原子的1s轨道上电子的运动状态为 才能使能量最低。 小结：核外电子排布先遵循能量最低原则的同时，还必须遵循pauli不相容
【设计意图】学生在书写N原子的1s轨道中有2个电子的运动状态时，出现3种不同类型的轨道，这与能量最低原则相违背，产生第二次冲突：两个电子同向运动能量低还是反向运动能量低呢？化学史再次“说话”泡利不相容原理剖析。
3、又遇冲突，“洪特”说话
教师：N原子的2p三个轨道上的三个电子运动状态又如何，请画出可能的情况 学生：动手画出可能有的运动状态。
教师：也肯定有一种运动状态使整个原子能量最低，到底是哪一种，我们再来看一段化学史。 “洪特”说话：1925年，洪特根据数据总结出电子在能量相同的轨道上排布时尽可能分占不同轨道且自旋状态相同，使整个原子的能量最低。
学生：根据洪特规则，N原子的2p轨道上的电子运动状态为 或 强化：写一写O和Cl原子的轨道表示式:
小结：多电子排布出来遵循能量最低和Pauli原理，还需符合洪特规则。
【设计意图】N原子的2p轨道上的三个电子运动状态种类很多，如何选择，后遇冲突，化学史洪特的出现，不仅让学生作出快而准的选择，更让学生掌握核外电子轨道表示式的书写法则。
4、后遇冲突，“洪特”再次说话
强化：挑战下24Cr原子的电子排布式和轨道表示式
板演：24Cr原子的电子排布式1s22s22p63s23p63d44s2，
轨道表示式
教师：可是，实验测定 24Cr真实的电子排布式是····· 学生1：困惑，急于求解
学生2：可能处于这种结构的原子核外电子排布使原子能量最低
教师：难道是这样子排布会使原子能量最低吗？看看科学家如何解释，引出洪特补充规则 得出结论：洪特补充：某些过渡元素s、d轨道且接近全满或半满时电子排布可能作出微调，以降低体系能量，使整个原子的能量最低。
提出问题：若原子轨道3d全满，则原子序数最小多少？ 学生：动脑思考，真正理解洪特规则
小结：科学研究必须建立在实验的基础上，因此原子核外电子排布要以实验测定的结果为准。 【设计意图】学生依据已学知识信心满满书写 24Cr原子的电子排布式竟然与实验测定结果存在差异再次引发认知冲突，实验室化学的灵魂，尊重实验室每位工作者与学习者共同的前提与默契。
过渡：原子序数较大原子的核外电子排布式书写比较复杂，为了避免电子排布式书写过繁，可以把内层电子已达稀有气体结构的部分写成“原子实”，用元素符号外加方括号表示。如N原子的简化电子排布式为[He]2s22p3，2s22p3是外围电子。请同学们按照书写方法改写Ca、24Cr、26Fe的简化电子排布式。
学生板演：Ca：[Ar]4s2、24Cr：[Ar]3d54s1、26Fe：[Ar]3d64s2
任务：好像电子排布式稍有些不同，请同学们观察1-36号元素的外围电子排布图，分析各原子外围电子排布有什么不同？
学生：有些有d轨道，有些没有。
教师：决定元素性质的是最外层电子，也叫做外围电子，表示外围电子的电子排布式也叫做外围电子排布式。
小结：对于主族元素而言，外围电子就是最外层电子，对于副族元素而言，外围电子除了最外层电子，还包括次外层d轨道上的电子。
【设计意图】通过观察原子外围电子排布图，对比主族与副族元素简化电子排布式，明确外围电子排布式区别，并回扣前面所写原子，巩固外围电子排布的表示方法。
问题思考：为什么多电子原子核外电子排布的规律是分层排布？每层最多不超过2n2个，最外层不超过8个？
学生：逐一解释，真正明白核外电子排布规律的内涵。 随堂一练
学生：逐一解释违背原子核外电子排布的原理
小结：因此，审题仔细显得尤为重要，同学们要看清到底写的是什么，有时候会让写电子排布式，，轨道表示式，有时候会写原子结构示意图，甚至写离子的电子排布，轨道表示式，外围电子排布式，一定要审题仔细。
总结，其实Pauli不相容和洪特规则原子核外电子尽量倾向于原子稳定状态，因此能量最低原理是规律之本。
【设计意图】通过对先前知识的讲解，理解核外电子排布的真正规律，让学生明白化学是讲道理的，知其然更要知其所以然，也能明白教材安排的合理顺序通过对随堂练习违反规律的诊断，让学生明白考试怎么考，如何正确应付，引导学生能够正确应付考点的前提是仔细审题，增强自信心。 六、板书设计
六、教学反思
在无法借用化学实验探究的前提下，一节枯燥的概念课只要化学教育工作者用心去设计也可呈现出不一样的滋味，本节课通过学生构建认知冲突，运用化学史解决认知冲突，渗透学科思想，感悟化学史实，使学习者隐约感悟到化学学科的发展史站在巨人的肩膀上不断成长的。
视频来源：优质课网 www.youzhik.com
