《原子結(jié)構(gòu) 第3課時(shí)》示范公開課教學(xué)設(shè)計(jì)【化學(xué)人教版高中選擇性必修2

第一節(jié) 原子結(jié)構(gòu)

第3課時(shí)

◆ 教學(xué)目標(biāo)

知道泡利原理和洪特規(guī)則，能書寫1~36號(hào)元素的基態(tài)原子的軌道表示式。

知道基態(tài)原子的核外電子排布遵循泡利原理，洪特規(guī)則。

教學(xué)重難點(diǎn)

1. 泡利原理、洪特規(guī)則。

2. 1~36號(hào)元素的基態(tài)原子的軌道表示式的書寫。

◆ 教學(xué)過程

一、新課導(dǎo)入

【提問】第n能層最大可容納電子數(shù)為2n，軌道總數(shù)為n，由此我們可以猜測(cè)出什么結(jié)論？

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【講解】每個(gè)軌道最多可容納的電子數(shù)為2。

【提問】有什么實(shí)驗(yàn)證據(jù)支持這種猜想呢？這背后蘊(yùn)含著怎樣的一般性原理呢？

【講解】在今天的課程學(xué)習(xí)中我們將通過光譜證據(jù)、原子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)規(guī)律來探索。

二、講授新課

一、電子自旋與泡利原理

【提問】1.什么是自旋？自旋相反和自旋平行一般怎樣表示？

【講解】電子除空間運(yùn)動(dòng)狀態(tài)外，還有一種狀態(tài)叫自旋。它是一種微觀粒子普遍存在的內(nèi)在

屬性。電子自旋在空間有順時(shí)針和逆時(shí)針兩種取向，簡(jiǎn)稱自旋相反，常用↑和↓表示自旋相

反的電子。

2.泡利不相容原理

原理表述：在一個(gè)原子軌道里，最多只能容納2個(gè)電子，他們的自旋相反。

泡利原理是核外電子在軌道上排布必須遵循的原則

【提問】泡利不相容解決了哪些科學(xué)問題？

【講解】①只有1個(gè)最外層電子的堿金屬原子光譜為什么會(huì)在光譜里呈雙線

②只有1個(gè)最外層電子的Ag原子飛行通過一個(gè)不對(duì)稱磁場(chǎng)時(shí)會(huì)分為兩束

二、電子排布的軌道表示式

1.明確軌道表示式的要求：

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【提問】軌道表示式如何表達(dá)軌道？如何表示簡(jiǎn)并軌道？如何表示單電子？

如何表示成對(duì)電子？如何表示軌道所對(duì)應(yīng)的能級(jí)？

【講解】在軌道表示式中，用方框表示原子軌道

能量相同的原子軌道的方框相連

能量相同的原子軌道也稱為簡(jiǎn)并軌道

箭頭表示一種自旋狀態(tài)的電子， 稱電子對(duì)，或稱單電子或未成對(duì)電子

箭頭同向的單電子稱自旋平行。

通常在方框下方或上方標(biāo)記能級(jí)符號(hào)。

2.示例介紹

（1）以H和He的軌道表示式為例進(jìn)行介紹，讓學(xué)生進(jìn)行模仿書寫練習(xí)：

【課堂練習(xí)】例1. 依據(jù)示例寫出3-7號(hào)元素基態(tài)原子的軌道表示式。

（2）分享展示學(xué)生書寫成果，針對(duì)他們的書寫結(jié)果重點(diǎn)討論C、N的軌道表示式，可能會(huì)

出現(xiàn)幾種情況。

【提問】C和N在2p能級(jí)的電子出現(xiàn)了至少3種排布方式，這三種方式的能量相同么？

哪種的能量最低？

能量最低的排布有規(guī)律可循么？

這種規(guī)律可以推廣到其他元素的基態(tài)原子么？

三、洪特規(guī)則

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【講解】1. 洪特規(guī)則的表述：基態(tài)原子中，填入簡(jiǎn)并軌道的電子總是先單獨(dú)分占，且自旋平

行。

補(bǔ)充說明：洪特規(guī)則是洪特在詮釋復(fù)雜原子光譜時(shí)，依據(jù)大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)歸納出的經(jīng)驗(yàn)規(guī)則。

強(qiáng)化學(xué)生的實(shí)驗(yàn)證據(jù)意識(shí)。

2. 洪特規(guī)則的運(yùn)用

【提問】按照洪特規(guī)則，C、N基態(tài)原子的軌道表示式分別應(yīng)為什么？

【講解】對(duì)洪特規(guī)則中簡(jiǎn)并軌道的說明：

在軌道表示式中，簡(jiǎn)并軌道不做進(jìn)一步區(qū)分；簡(jiǎn)并軌道上的電子自旋平行即可，即單電子全

部用用向下的箭頭表示也可以。

3. 適用情形辨析

【提問】有同學(xué)認(rèn)為，按照洪特規(guī)則，C基態(tài)原子的軌道表示式應(yīng)該為

請(qǐng)?jiān)u價(jià)他的觀點(diǎn)。

【講解】洪特規(guī)則是針對(duì)電子填入簡(jiǎn)并軌道時(shí)如何“分占軌道”和“選擇何種自旋狀態(tài)”的

情況，并不適用于電子填入能量不同的軌道。

電子填入軌道順序由構(gòu)造原理確定。

【課堂練習(xí)】

例2.下列軌道表示式中哪個(gè)是氟的基態(tài)原子，為什么？

答案 A

解析

A表示的是氟的基態(tài)原子。B中同一個(gè)軌道里電子自旋平行，違反了泡利不相容原理，不存

在這種電子排布。

例3. 下列軌道表示式中哪個(gè)是氧的基態(tài)原子，為什么？

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答案 A

解析

A表示的是氧的基態(tài)原子。B中2p軌道的電子違反了洪特規(guī)則中的自旋平行，C中2p軌道

的電子違反了洪特規(guī)則中的優(yōu)先分占簡(jiǎn)并軌道。

深度思考：

【提問】（1）在從小到大書寫1-20號(hào)元素的軌道表示式中，第一個(gè)需要用到泡利不相容原

理的原子所對(duì)應(yīng)的元素的元素符號(hào)是？

【講解】He

分析思路：在同一個(gè)軌道中填入兩個(gè)電子時(shí)就需要滿足泡利原理，讓兩個(gè)電子自旋相反，故

第一個(gè)需要用泡利原理的應(yīng)該是在最低能級(jí)1s中填入兩個(gè)電子，該元素為氦

【提問】（2）在從小到大書寫1-20號(hào)元素的軌道表示式中，第一個(gè)需要用到洪特規(guī)則的原

子所對(duì)應(yīng)的元素的元素符號(hào)是？

【講解】C

分析思路：洪特規(guī)則是針對(duì)簡(jiǎn)并軌道的，按照構(gòu)造原理，第一組簡(jiǎn)并軌道是2p能級(jí)，2p上

只有1個(gè)電子不涉及分占軌道和自旋平行問題，故2p上至少有2個(gè)電子。此時(shí)電子構(gòu)型為

1s2s2p

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，6個(gè)電子對(duì)應(yīng)6號(hào)元素碳

【提問】（3）在1-20號(hào)元素的基態(tài)原子的軌道表示式中，單電子數(shù)量最多的的原子所對(duì)應(yīng)

的元素的元素符號(hào)是？

【講解】N和P

分析思路：?jiǎn)坞娮訑?shù)量最多，一定是單電子占滿了一組簡(jiǎn)并軌道中全部軌道，在1-20號(hào)元

素中填充的簡(jiǎn)并軌道有2p和3p，他們應(yīng)滿足2p和3p，結(jié)合構(gòu)造原理可知，兩個(gè)原子的電

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子構(gòu)型分別為1s和1s，二者分別是7電子和15電子，故對(duì)應(yīng)氮和磷。

22322623

2s2p2s2p3s3p

【提問】（4）在1-20號(hào)元素的基態(tài)原子的軌道表示式中，哪些不涉及洪特規(guī)則？

【講解】H、He、Li、Be、B、F、Ne、Na、Mg、Al、Cl、Ar、K、Ca

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分析思路：不涉及洪特規(guī)則可以分為三類

①電子填入軌道不是簡(jiǎn)并軌道，如H、He、Li、Be這類

②電子填入簡(jiǎn)并軌道但是只有1個(gè)單電子，如B、Al、F、Cl這類

③電子填入簡(jiǎn)并軌道無單電子，如Ne、Ar這類

三、課堂小結(jié)

1.構(gòu)造原理解決了電子填入軌道順序的問題，但是無法詳細(xì)指出電子在不同軌道上的排布

狀態(tài)，軌道容納電子數(shù)量的問題。

2.泡利原理指出了每個(gè)軌道所能容納的最大電子數(shù)

3.洪特規(guī)則指出了電子填入簡(jiǎn)并軌道時(shí)遵循的規(guī)則

基于上述3條規(guī)律，我們就可以用軌道表示式更精細(xì)的表達(dá)核外電子排布及每個(gè)能級(jí)中電

子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。

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