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視頻標簽：原子核外,電子排布
所屬欄目：高中化學優質課視頻
視頻課題：蘇教版高中化學選修物質結構與性質以蘇教版“原子核外電子排布”為例-浙江省 - 臺州
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認知沖突，讓化學史“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《物質結構與性質》選修四專題二第一單元原子結構與元素的性質，起一個承上啟下的作用，是對前面所學的原子結構的認識和核外電子運動特征的延續和拓展；也是為后面繼續學習元素性質的遞變性規律等知識打下基礎。原子核外電子排布知識理論性強，如何找出一條主線將本節課理論性知識簡單傳授給學生，是本節課最重要的突破口，同時也是滲透科學方法教育的好題材。充分利用學生對新知識的渴望，并為了讓學生積極主動的獲取知識，對于基態原子N的核外電子排布為主線，在思考中初遇認知沖突，借用化學史解決，在鞏固概念中再遇沖突，再用化學史，在問題解決中又遇沖突，在強化挑戰中后遇沖突，用化學史解決，依次循環使概念得以深化、內化。 二、學情分析
在必修二課程中，學生對原子結構與元素周期表的關系有了一定的認識，如原子最外層電子數和主族序數的關系。在上一節中學生也學習原子核外電子的運動特征，簡單知道原子軌道及電子填充順序，為學生對電子在重新劃分的軌道中的排列情況充滿了好奇。因此，本節課中，在學生探究過程中，教師需要鼓勵學生、引導學生，主動參與思考等探究活動。 三、教學目標 知識技能目標：
（1）使學生理解能量最低原理、泡利不相容原理、洪特規則，能用以上規則解釋1～36號元素基態原子的核外電子排布。
（2）使學生能根據基態原子的核外電子排布規則和基態原子的核外電子排布順序圖完成1～36號元素基態原子的核外電子排布和價電子排布。
（3）通過學習，使學生明確原子結構的量子力學模型的建立使元素周期表的建立有了理論依據。 過程方法目標：
（1）通過認知沖突，化學史解決，培養學生尊重事實是學習化學工作者的準則。 （2）使學生體會理論對實際的指導作用以及利用理論知識解決新情景、新問題的能力。 情感態度與價值觀目標：
感受科學家在科學創造中的豐功偉績，增強學習化學的興趣。 四、教學重難點
教學重點：認識泡利不相容原理、能量最低原理、洪特規則及核外電子排布方式書寫 教學難點：泡利不相容原理、能量最低原理、洪特規則，電子排布式，軌道表示式 五、教學流程
1、初遇沖突，“玻爾”說話
通過生活經驗：水往地處流，說明能量越低越穩定是自然界萬物遵循的規律之一。宏觀物質如此，微觀世界也不例外，我們將目光投向原子，處于能量最低狀態的原子叫基態原子，這樣的
原子也最穩定。
提出問題：多電子原子核外電子排布有哪些規律才能使能量最低?請同學們以N原子為例，寫出原子結構示意圖
學生：分層排布；每層最多不超過2n2個，最外層最多不超過8個，次外層最多不超過32個等。
學生板演：
提出問題：為什么K層最多排2個？L層最多排8個？
學生：K層只有1s一個軌道，最多排2個；L層有2s，2p兩種類型軌道，四個原子軌道一共最多排8個。
教師：分析其核外7個電子如何分布在各原子軌道上。原子核外電子占據能量低的軌道，然后依次進入能量高的軌道，這樣使整個原子處于最低的能量狀態。
強化：寫一寫O和Cl原子的電子排布式 教師：請你分享下正確書寫電子排布式的經驗
小結：原子核外電子排布首先應遵循能量最低原理，使整個原子達到穩定狀態。
【設計意圖】通過生活中的宏觀現象水往低處流的本質是萬物循環是萬物循環的規律（低能量的狀態是穩定的）引出微觀世界中的原子核外電子排布消除學生對于新知識的陌生感。通過提出問題和學生利用已有經驗解決現有困惑，加深對先前知識結論的理解,指出能量最低原理是第一基本規律,正確書寫電子排布式。
挑戰1：①書寫Ca原子的電子排布式
教師：（質疑）到底是1s22s22p63s23p64s2、1s22s22p63s23p63d14s1還是1s22s22p63s23p63d2？ 學生：書寫Ca原子結構示意圖，應該是1s22s22p63s23p64s2，如何解釋？ 教師：到底哪一種符合能量最低，看看科學家是怎么說？引出構造原理
“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造原理。
學生：從電子層角度，第1層-第7層，能量從低到高；從能級角度，由s，p，d，f依次升高，但局部存在能級交錯，總體符合大多數原子核外電子排布。
挑戰1：②寫一寫Fe原子的電子排布式
學生：Fe原子的原子序數是26，在核外電子排布過程中出現4s比3d低的能級交錯現象，故Fe原子的核外電子排布式是1s22s22p63s23p63d64s2
小結：加深原子核外電子排布的書寫規律，強化4s＜3d，電子排布遵循能量最低原理。 【設計意圖】學生通過挑戰寫出Ca原子的電子排布式有三種與已知知識能量最低原理相矛盾而陷入思考僵局，此時，化學史玻爾構造原理的出現讓學生有雪中送炭的感覺，繼續強化跟蹤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：通過剛才的學習我們知道了N原子的電子排布式為1s22s22p3，其中1s上的兩個電子能量相同的電子，那它們的運動狀態是有幾種可能？請同學們畫出。
信息支撐：用一個 表示一個原子軌道，在方框中用“↑ ”或“↓ ”表示該軌道上排入的電子的運動狀態。
學生：預測可能有的運動狀態
教師：肯定有一種使原子能量最低，到底哪一種，聽聽科學家的聲音。引出pauli不相容原理。
“泡利”說話：Pauli提出每個軌道上最多容納2個自旋狀態不同的電子，使能量最低。 教師：根據pauli不相容，你們看看應該是哪一種
學生：N原子的1s軌道上電子的運動狀態為 才能使能量最低。 小結：核外電子排布先遵循能量最低原則的同時，還必須遵循pauli不相容
【設計意圖】學生在書寫N原子的1s軌道中有2個電子的運動狀態時，出現3種不同類型的軌道，這與能量最低原則相違背，產生第二次沖突：兩個電子同向運動能量低還是反向運動能量低呢？化學史再次“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三個軌道上的三個電子運動狀態又如何，請畫出可能的情況 學生：動手畫出可能有的運動狀態。
教師：也肯定有一種運動狀態使整個原子能量最低，到底是哪一種，我們再來看一段化學史。 “洪特”說話：1925年，洪特根據數據總結出電子在能量相同的軌道上排布時盡可能分占不同軌道且自旋狀態相同，使整個原子的能量最低。
學生：根據洪特規則，N原子的2p軌道上的電子運動狀態為 或 強化：寫一寫O和Cl原子的軌道表示式:
小結：多電子排布出來遵循能量最低和Pauli原理，還需符合洪特規則。
【設計意圖】N原子的2p軌道上的三個電子運動狀態種類很多，如何選擇，后遇沖突，化學史洪特的出現，不僅讓學生作出快而準的選擇，更讓學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
強化：挑戰下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，實驗測定 24Cr真實的電子排布式是····· 學生1：困惑，急于求解
學生2：可能處于這種結構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使原子能量最低嗎？看看科學家如何解釋，引出洪特補充規則 得出結論：洪特補充：某些過渡元素s、d軌道且接近全滿或半滿時電子排布可能作出微調，以降低體系能量，使整個原子的能量最低。
提出問題：若原子軌道3d全滿，則原子序數最小多少？ 學生：動腦思考，真正理解洪特規則
小結：科學研究必須建立在實驗的基礎上，因此原子核外電子排布要以實驗測定的結果為準。 【設計意圖】學生依據已學知識信心滿滿書寫 24Cr原子的電子排布式竟然與實驗測定結果存在差異再次引發認知沖突，實驗室化學的靈魂，尊重實驗室每位工作者與學習者共同的前提與默契。
過渡：原子序數較大原子的核外電子排布式書寫比較復雜，為了避免電子排布式書寫過繁，可以把內層電子已達稀有氣體結構的部分寫成“原子實”，用元素符號外加方括號表示。如N原子的簡化電子排布式為[He]2s22p3，2s22p3是外圍電子。請同學們按照書寫方法改寫Ca、24Cr、26Fe的簡化電子排布式。
學生板演：Ca：[Ar]4s2、24Cr：[Ar]3d54s1、26Fe：[Ar]3d64s2
任務：好像電子排布式稍有些不同，請同學們觀察1-36號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？
學生：有些有d軌道，有些沒有。
教師：決定元素性質的是最外層電子，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：對于主族元素而言，外圍電子就是最外層電子，對于副族元素而言，外圍電子除了最外層電子，還包括次外層d軌道上的電子。
【設計意圖】通過觀察原子外圍電子排布圖，對比主族與副族元素簡化電子排布式，明確外圍電子排布式區別，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律是分層排布？每層最多不超過2n2個，最外層不超過8個？
學生：逐一解釋，真正明白核外電子排布規律的內涵。 隨堂一練
學生：逐一解釋違背原子核外電子排布的原理
小結：因此，審題仔細顯得尤為重要，同學們要看清到底寫的是什么，有時候會讓寫電子排布式，，軌道表示式，有時候會寫原子結構示意圖，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。
總結，其實Pauli不相容和洪特規則原子核外電子盡量傾向于原子穩定狀態，因此能量最低原理是規律之本。
【設計意圖】通過對先前知識的講解，理解核外電子排布的真正規律，讓學生明白化學是講道理的，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隨堂練習違反規律的診斷，讓學生明白考試怎么考，如何正確應付，引導學生能夠正確應付考點的前提是仔細審題，增強自信心。 六、板書設計
六、教學反思
在無法借用化學實驗探究的前提下，一節枯燥的概念課只要化學教育工作者用心去設計也可呈現出不一樣的滋味，本節課通過學生構建認知沖突，運用化學史解決認知沖突，滲透學科思想，感悟化學史實，使學習者隱約感悟到化學學科的發展史站在巨人的肩膀上不斷成長的。
視頻來源：優質課網 www.jjlqy.cn
