电子云与原子轨道教案

电子云原子轨道泡利原理洪特规则教案
一、背景介绍
洪特规则认为，原子的各种性质可由原子电子轨道模型描述。

在原子
电子轨道模型中，原子电子被认为是分布在对称的球形电子云中的，而这
个球形电子云是由若干轨道组成的。

物理学家在探索原子各种性质的时候，不但需要考虑电子的位置，还需要考虑它们的运动性质。

根据洪特规则，
原子电子轨道应当是对称的，电子轨道等级也是按照具有其中一种固定的
顺序排列的。

洪特规则还包括拓扑规则，即描述每个电子层架构所允许的电子轨道
等级的最大和最小值。

拓扑规则指出，每一个电子层架的核心电子最多只
能有8个，而外层的电子可以有多达18个，这18个电子分为三个循环，
每个循环只能有最多6个电子。

二、洪特规则的本质
洪特规则的本质是描述原子电子轨道模型的一种抽象理论，可用来描
述原子各种性质的变化。

洪特规则可用来解释物质的属性，包括电子轨道
模型的结构，以及电子的构造和分布的性质。

它可以用来解释物质的化学
结构，电子能量失衡，熔点，沸点，等离子体结构等。

第一节原子结构（第二课时）【教学目标】知识目标：1.原子核外电子运动的特征。

2.了解核外电子的分层排布规律，能画出1～18号元素的原子结构示意图能力目标：1.空间的想象能力和抽象思维能力。

2.分析推理能力。

情感目标：1.培养学生的唯物观，世界是物质的。

2.物质的运动是有规律的。

3.培养学生用普遍联系的观点分析问题。

教学重点：原子核外电子的排布规律教学难点：原子核外电子运动的特征，电子云，原子核外电子的排布规律。

教学过程：【引入】普通物体的运动有固定的轨迹，可以测定或根据一定的数据计算出来在某一时刻的位置，并且能描绘出其运动轨迹。

而原子核外电子的运动没有固定的轨迹，不能测定或计算出电子在某一时刻的位置，也无法描绘出其运动轨迹。

但是电子的运动并不是毫无规律可循的。

今天我们将学习有关核外电子运动的知识。

【板书】二、电子云与原子结构【讲解】首先，我们来总结一下核外电子的运动特征【板书】1、原子核外电子的运动特征（1）电子的质量很小，只有9.11×10-31千克；（2）核外电子的运动范围很小（相对于宏观物体而言）；（3）电子的运动速度很大。

【提问】如何描述核外电子的运动状态呢？（以氢原子为例）【讲解】科学家是用这种方法来描述的，在一定时间间隔内电子在原子核外出现概率的统计，电子每出现一次，在图中就增加一个小点，可以想象成你手持一架虚拟的高速照相机拍摄电子，然后把所有照片叠加在一起得到的图像。

由此得到的概率分布图看起来像一片云雾，因而被形象的称为电子云。

（结合图讲解）【板书】2、电子云【提问】前面我们讲解的是核外只有1个电子的氢原子的电子云图，也就是1S电子的电子云图，且电子云是球形的。

那么是不是所有的原子的核外电子的电子云都是球形的呢？【讲解】答案是否定的，根据科学家的研究，P电子的电子云形状呈纺锤形(或无柄亚铃形)；d电子云是花瓣形。

像这种电子云的轮廓图我们又称为原子轨道【板书】3、原子轨道【讲解】像书上的图1－12是S能级的原子轨道，且随着能层序数n的增大，原子轨道半径也增大。

《电子云与原子轨道》教学设计一、课标解读本课时是《普通高中化学课程标准》中选择性必修课程模块2物质结构与性质主题1原子结构与元素的性质的内容。

1．内容要求知道电子的运动状态（空间分布与能量）可以通过原子轨道和电子云模型来描述。

2．学业要求能说明微观粒子的运动状态与宏观物体运动特点的差异。

二、教材分析初中化学和高中化学必修课程中，已介绍了电子层、原子结构示意图、各电子层容纳的电子数等知识。

在本节中，教材围绕“核外电子排布”这个核心知识点按两条线索进行编写，一是围绕核外电子排布介绍了构造原理，进而让学生掌握书写1-36号元素基态原子的核外电子排布式；二是围绕“核外电子运动状态”，引出了原子轨道，再从原子轨道的视角进一步研究核外电子排布。

本节前两个课时，通过能级的概念来体现电子运动的能量状态具有量子化的特征，并直接给出能级的概念及能级的符号，及1s、2s、2p、3s、3p、3d……这些能级的能量是不连续的，是有高低之分的，进而就有了原子的基态和激发态。

有了能级概念，紧接着以光谱学事实为基础，教材直接给出构造原理，以及根据构造原理介绍了如何书写基态原子的电子排布式，并以表格形式写出一些元素基态原子的电子排布式。

本课时起将介绍核外电子的空间运动状态，先借用电子云及其轮廓图的方式，形象的引出原子轨道的概念，并把重点集中在原子轨道的“数”和“形”上，“形”仅限于s轨道和p轨道。

有了原子轨道的概念后，运用原子轨道进一步研究核外电子的运动状态，从而引出了泡利原理、电子的轨道表示式、洪特规则等知识。

三、学情分析学生在此前的学习中知道了原子核外电子的排布规律，掌握了能层、能级的概念，并且容易产生电子在固定轨道上运动的片面认知。

因此，本节课在此基础上要帮助学生理解核外电子运动状态及特点，利用电子云模型描述电子运动状态。

四、素养目标【教学目标】1．能说明微观粒子运动状态与宏观物体运动特点的差异，建立对原子结构的模型认知。

教案《原子核外电子的排布》第一章：引言1.1 教学目标让学生了解原子核外电子排布的概念和重要性。

让学生掌握原子核外电子排布的基本原理。

1.2 教学内容原子核外电子的定义和特点。

原子核外电子排布的意义和应用。

1.3 教学方法讲授法：讲解原子核外电子的定义和特点。

提问法：引导学生思考原子核外电子排布的意义和应用。

第二章：电子云和原子轨道2.1 教学目标让学生了解电子云的概念和特性。

让学生掌握原子轨道的定义和分类。

2.2 教学内容电子云的定义和特性。

原子轨道的定义和分类。

2.3 教学方法讲授法：讲解电子云的概念和特性。

提问法：引导学生思考原子轨道的定义和分类。

第三章：泡利不相容原理3.1 教学目标让学生了解泡利不相容原理的内容和意义。

让学生掌握泡利不相容原理在电子排布中的应用。

3.2 教学内容泡利不相容原理的内容和意义。

泡利不相容原理在电子排布中的应用。

3.3 教学方法讲授法：讲解泡利不相容原理的内容和意义。

举例法：通过具体例子引导学生掌握泡利不相容原理在电子排布中的应用。

第四章：能量最低原理4.1 教学目标让学生了解能量最低原理的概念和意义。

让学生掌握能量最低原理在电子排布中的应用。

4.2 教学内容能量最低原理的概念和意义。

能量最低原理在电子排布中的应用。

4.3 教学方法讲授法：讲解能量最低原理的概念和意义。

举例法：通过具体例子引导学生掌握能量最低原理在电子排布中的应用。

第五章：洪特规则5.1 教学目标让学生了解洪特规则的内容和意义。

让学生掌握洪特规则在电子排布中的应用。

5.2 教学内容洪特规则的内容和意义。

洪特规则在电子排布中的应用。

5.3 教学方法讲授法：讲解洪特规则的内容和意义。

举例法：通过具体例子引导学生掌握洪特规则在电子排布中的应用。

第六章：电子排布的表示方法6.1 教学目标让学生了解电子排布的表示方法。

让学生掌握电子排布图和电子排布式的书写。

6.2 教学内容电子排布图的定义和表示方法。

电子排布式的定义和表示方法。

第一章原子结构与性质第一节原子结构第2课时教学设计【教学目标】1.知道原子核外电子的能级高低顺序，了解原子核外电子排布的构造原理。

2.认识基态原子中核外电子的排布遵循能量最低原理、泡利原理和洪特规则等。

3.知道1~36号元素基态原子核外电子的排布。

4.知道电子的运动状态（空间分布及能量）可通过原子轨道和电子云模型来描述。

【学科素养】1.通过认识原子结构及核外电子排布，辨识微观粒子的运动状态不同于宏观物体的运动状态。

（宏观辨识与微观探析）2.结合原子核外电子排布规律及核外电子排布的原则建立观点、结论和证据之间的逻辑关系。

（证据推理与模型认知）【教学重难点】掌握泡利原理、洪特规则和能量最低原理；掌握1~36号元素的原子核外电子排布图。

【教学过程】1.新课导入[创设情境]电子在核外空间运动，能否用宏观的牛顿运动定律来描述呢？[引导]宏观物体与微观物体的运动宏观物体的运动特征：可以准确地测定某一时刻所处的位置及运动速度。

微观物体的运动特征：核外电子质量小，运动空间小（相对于宏观物体而言），运动速率大（近光速）；无确定的轨道，无法描述其运动轨迹；无法计算电子在某一刻所在的位置，只能指出其在核外空间某处出现的机会的多少（概率）。

2.新课讲授[讲解]用P表示电子在某处出现的概率，V表示该处的体积，用ρ表示概率密度，则有：=P V[展示]氢原子的1s电子在原子核外出现的概率密度分布图。

[设疑]观察氢原子的1s电子在原子核外出现的概率密度分布图，那么氢原子只有一个电子，为什么会有许多小点，小点是什么呢？[讲解]概率分布图看起来像一片云雾，因而被形象地称作电子云。

电子云是处于一定空间运动状态的电子在原子核外空间的概率密度分布的形象化描述。

小点代表的是概率密度，也就是单位体积内出现的概率；小点越密，表示概率密度越大。

需要注意的一点，小点不是电子。

[展示]展示同一原子的s电子的电子云轮廓图和px、py、pz上的电子云轮廓图。

《电子云与原子轨道》教学设计课堂练习复习提问电子在那里出现的概率小，点密的地方表示电子在那里出现的概率大。

【问题2】S电子云的原子轨道都是球形的，电子只能出现在球体内吗？【讲解点拨】绘制电子云轮廓图常把电子出现的概率约为90%的空间圈出来，而电子也出现在球体外，只是概率小于90%。

【讲解】认识原子轨道能级的电子云轮廓图演示文稿展示S能级、P能级、d能级的电子云轮廓图。

【提出概念】轨道：量子力学把电子在原子核外的一个空间运动状态称为一个原子轨道。

PPT：不同能层的能级、原子轨道及电子云轮廓图。

教师提问（略）1.构造原理2.书写Cl、K、Fe元素原子的核外电子排布式。

小组合作讨论后，小组代表发言。

加深理解得出结论：1.所有原子的任一能层的S电子云轮廓都是一个球形，只是球的半径大小不同。

2.其他空间运动状态的电子云都不是球形的。

P电子云是哑铃状……学生回答问题学生回忆Cl:1s22s22p63s23p5K: 1s22s22p63s23p64s1F e:1s22s22p63s23p63d64s2教师讲解课堂练习自主构建课堂小结二、泡利原理和洪特规则【讲解】上节课我们学习了电子排布式的画法，下面需要大家学会电子排布图的画法。

电子排布图中每个方框代表一个原子轨道，每个箭头代表一个电子。

【板书】C、N的基态原子的电子排布式（略）1.写出24号、29号元素的电子排布式、电子排布图。

2.阅读元素周期表，比较有什么不同，为什么？从元素周期表中查出铜、银、金的外围电子层排布。

它们是否符合构造原理？教师引导学生小组讨论，形成补充规则。

相对稳定的状态是：全充满：（P6，d10,f14）全空：（P0，d0,f0）半充满：（P3，d5,f7）【引导】原子结构示意图、电子排布式、电子排布图不同化学用语所能反映的粒子结构情况和区别。

结论：1.原子结构示意图能直观反映粒子核内的质子数和核外电子层数及各能层上的电子数。

2.电子排布能直观反映粒子各能层、各能级和各轨道的能量的高低及个轨道上的电子分布情况及电子的自旋状态。

《电子云与原子轨道》教学设计本节内容是人教版高二化学上册所学选修3第一章第一节《原子结构与性质》的第五课时。

本节课的授课对象主要是高三上普通班的同学。

一、教学设计思路分析1、教材分析本节课的地位和作用：人教版高中化学选修3、第一章第一节“原子结构与性质”（P9页）第五课时，主要内容为“电子云与原子轨道”概念的建立；了解原子核外电子的运动规律，掌握泡利原理、洪特规则；以及掌握不同能层的能级、原子轨道以电子云轮廓图的的关系。

教学重点：通过s电子云、p电子云的轮廓图，加深对电子云、原子轨道含义的理解。

教学难点：学会从电子云模拟轮廓图取理解核外电子的排布特点及特殊性质。

2、学情分析学生接受能力较强，已处于高二阶段；在该阶段学生对原子结构以及核外电子排布等已有一定的理解，为这节课的学习也奠定了一定的基础。

但对核外电子的运动规律以及原子轨道非常陌生，而且不易将泡利原理和洪特规则熟练地运用于原子轨道的理解中。

学生的好奇心强，已具备了探究的意识；掌握了探究必备的相关知识，如知道原子的组成，物质的远动是有规律的，核外电子的运动规律要遵循能量最低原理、洪特规则和泡利原理。

3、教学思路以学生活动为主体，探究学习方法为基本方法，理论学习与实践相结合，用多媒体展示，通过模型建立，组织学生思考与讨论，从而获得认知。

二、教学方案设计1、教学目标知识与技能：（1）使学生领会电子云及原子轨道的基本含义。

（2）使学生理解s电子云、p电子云的轮廓图，加深对电子云、原子轨道含义的理解进一步掌握核外电子的排布及运动规律物质。

过程与方法：创设学习情景，空间模型，引导学生积极参与探究过程，获取知识和亲身体验。

培养学生知识迁移能力，合作学习能力，同时培养学生用普遍联系的观点分析问题。

情感态度与价值观：培养学生的唯物观，世界是物质的；物质的运动是有规律；培养学生用普遍联系的观点分析问题。

2、教学方法：教法：讨论法、讲授法指导教学。

学法：自主阅读法、讨论法。

第一章原子结构与性质第一节原子结构1.1.2构造原理与电子排布式电子云与原子轨道【教材分析】本节从介绍原子的诞生，原子结构的发现历程入手，首先介绍能层、能级的概念，在原子的基态与激发态概念的基础上介绍电子的跃迁和光谱分析；然后给出构造原理并根据构造原理书写原子的核外电子排布；根据电子云与原子轨道等概念，进一步介绍核外电子的运动状态，并介绍了泡利原理、洪特规则、能量最低原理。

本节内容比较抽象，教学过程中应注意培养学生的空间想象能力、分析推理能力及抽象概括能力。

【课程目标】课程目标学科素养1.了解原子核外电子排布的构造原理。

2.能应用电子排布式表示常见元素(1～36号)原子核外电子的排布。

3.了解原子核外电子的运动状态，知道电子云和原子轨道1．宏观辨识与微观探析：通过认识原子结构及核外电子排布，知道原子核外电子的能层、能级及电子排布规律2.证据推理与模型认知：结合原子模型的演变过程，掌握原子核外电子排布的构造原理【教学重难点】教学重点：构造原理与电子排布式电子云与原子轨道教学难点：电子排布式原子轨道【教学过程】[复习回顾]上节课，我们研究了原子核外电子的排布，核外电子分层排布，同一能层有不同的能级，同时研究基态与激发态、原子光谱，这节课研究以原子光谱事实为依据的构造原理。

[思考交流］（1）核外电子在能级中依据什么规律排布？（2）核外电子在能级中的排布又可以如何表示？[学生活动一］请画出1～18号元素的原子结构示意图。

结合已有的能级知识，分析核外电子在能级中的排布规律。

[学生活动二］根据核外电子在能层中的排布规律，画出K的原子结构示意图。

分析K中电子填入的能量最高的能级，并说明判断的依据。

[归纳小结］电子在能级中的排布规律--能级交错核外电子在能级中的排布顺序：3p→4s→3d随核电荷数增大，电子并不总是填满一个能层后再填入下一个能层，这种现象称为能级交错。

K、Ca的光谱学实验均表明，二者最外层填充的电子均在4s能级。

第一章原子结构与性质第一节原子结构第2课时原子的基态与激发态、电子云与原子轨道【学习目标】1．基态、激发态、光谱。

2．电子云与原子轨道。

【学习重点】1．根据构造原理写出1-36号元素原子的电子排布式。

2．核外电子的运动状态，电子云与原子轨道教学难点：电子云与原子轨道。

【教学过程】一、能量最低原理、基态与激发态、光谱1.能量最低原理内容：原子的电子排布遵循构造原理能使整个原子的能量处于最低状态。

2.基态与激发态基态原子：处于最低能量的原子。

(稳定)激发态原子：基态原子的电子吸收能量后，电子会跃迁到较高能级，变成激发态原子。

(不稳定)[跟进练习] 根据下列电子排布，处于激发态的原子是( )A.1s22s22p1B.1s22s22p63s23p4C.1s22s12p1D.1s22s22p43.原子光谱:不同元素的原子的核外电子发生跃迁时会吸收或释放不同频率的光，可以用光谱仪摄取。

各种元素的电子的吸收光谱或发射光谱，总称为原子光谱。

光谱与光谱分析(1)光谱形成原因不同元素的原子发生________时会吸收或释放不同的光。

(2)光谱分类根据光是被吸收或释放，可将光谱分为_____________和______________，总称______________。

发射光谱特征:暗背景, 亮线, 线状不连续吸收光谱;特征:亮背景, 暗线, 线状不连续二、电子云与原子轨道思考: 宏观物体与微观物体（电子）的运动有什么区别?宏观物体的运动特征：•可以准确地测出它们在某一时刻所处的位置及运行的速度；•可以描画它们的运动轨迹。

微观物体的运动特征：1.电子的质量很小，只有9.11×10-31千克；2.核外电子的运动范围很小（相对于宏观物体而言）；3.电子的运动速度很大；（一）电子云1.电子云内容：处于一定空间运动状态的电子在原子核外空间的概率密度分布的形象化描述。

P：表示电子在某处出现的概率V：表示该处的体积P/V：概率密度，用ρ表示。

1.1.3《电子云与原子轨道》教案（新人教版选修3）一、教学目标1. 了解电子云和原子轨道的含义。

2. 知道原子核外电子的排布遵循能量最低原理二、教学重难点1. 原子轨道的含义2. 泡利原理和洪特规则三、教学方法以科学探究、思考与交流等方式，探究泡利原则、洪特规则以及原子结构之间的关系，充分认识结构决定性质的化学基础四、教具准备多媒体【教学过程】【导入】复习构造原理Cr 1s22s22p63s23p63d54s1【引入】电子在核外空间运动，能否用宏观的牛顿运动定律来描述呢？五、电子云和原子轨道：1. 电子云宏观物体的运动特征：可以准确地测出它们在某一时刻所处的位置及运行的速度；可以描画它们的运动轨迹。

微观物体的运动特征：核外电子质量小，运动空间小，运动速率大。

无确定的轨道，无法描述其运动轨迹。

无法计算电子在某一刻所在的位置，只能指出其在核外空间某处出现的机会多少。

【讲述】电子运动的特点：①质量极小②运动空间极小③极高速运动。

因此，电子运动来能用牛顿运动定律来描述，只能用统计的观点来描述。

我们不可能像描述宏观运动物体那样，确定一定状态的核外电子在某个时刻处于原子核外空间如何，而只能确定它在原子核外各处出现的概率。

概率分布图看起来像一片云雾，因而被形象地称作电子云。

常把电子出现的概率约为90%的空间圈出来，人们把这种电子云轮廓图成为原子轨道。

2. 原子轨道【讲述】S的原子轨道是球形的，能层序数越大，原子轨道的半径越大。

P的原子轨道是纺锤形的，每个P能级有3个轨道，它们互相垂直，分别以P x、P y、P z为符号。

P原子轨道的平均半径也随能层序数增大而增大。

【讲述】s电子的原子轨道都是球形的(原子核位于球心)，能层序数越大，原子轨道的半径越大。

这是由于1s，2s，3s……电子的能量依次增高，电子在离核更远的区域出现的概率逐渐增大，电子云越来越向更大的空间扩展。

这是不难理解的，打个比喻，神州五号必须依靠推动(提供能量)才能克服地球引力上天，2s电子比1s电子能量高，克服原子核的吸引在离核更远的空间出现的概率就比1s大，因而2s电子云必然比1s电子云更扩散。

第2课时能量最低原理电子云与原子轨道1．了解能量最低原理，知道基态与激发态。

2．知道原子核外电子在一定条件下会发生跃迁产生原子光谱。

3．了解原子核外电子的运动状态，知道电子云和原子轨道，掌握泡利原理和洪特规则。

(重难点)能量最低原理、基态与激发态、光谱[基础·初探]1．能量最低原理原子的电子排布遵循构造原理能使整个原子的能量处于最低状态，简称能量最低原理。

2．基态原子与激发态原子(1)基态原子：处于最低能量的原子。

(2)激发态原子：基态原子的电子吸收能量后，电子跃迁到较高能级，变成激发态原子。

(3)基态、激发态相互转化的能量变化3．光谱与光谱分析(1)光谱形成原因不同元素的原子发生跃迁时会吸收或释放不同的光。

(2)光谱分类(3)光谱分析在现代化学中，利用原子光谱上的特征谱线来鉴定元素的分析方法。

[探究·升华][思考探究](1)在国庆节、元旦、春节，我们经常放焰火来庆祝，请你思考这与原子结构有什么关系呢？【提示】这与原子核外电子发生跃迁释放能量有关。

(2)对充有氖气的霓虹灯管通电，灯管发出红色光。

产生这一现象的主要原因是什么？【提示】在电流作用下，基态氖原子的电子吸收能量跃迁到较高的能级，变为激发态原子，这一过程要吸收能量，不会发出红色光；而电子从较高能量的激发态跃迁到较低能量的激发态或基态原子时，将释放能量，从而产生红光。

[认知升华]1．光(辐射)是电子释放能量的重要形式之一。

电子从较高能量的激发态跃迁到较低能量的激发态乃至基态时，将以光的形式释放能量。

2．日常生活中看到的灯光、激光、焰火等可见光，都与原子核外电子发生跃迁释放能量有关。

[题组·冲关]题组1基态、激发态1．下列关于同一原子中的基态和激发态说法中，正确的是()A．基态时的能量比激发态时高B．激发态时比较稳定C．由基态转化为激发态过程中吸收能量D．电子仅在激发态跃迁到基态时才会产生原子光谱【解析】激发态时能量较高，较不稳定，A、B不正确。

第2课时原子的基态与激发态、电子云与原子轨道一．教学目标：知识与技能1．了解原子结构的构造原理，能用构造原理认识原子的核外电子排布2．能用电子排布式表示常见元素（1～36号）原子核外电子的排布3．知道原子核外电子的排布遵循能量最低原理4．知道原子的基态和激发态的涵义5．初步知道原子核外电子的跃迁及吸收或发射光谱，了解其简单应用过程与方法复习和沿伸、动画构造原理认识核外电子排布，亲自动手书写，体会原理情感、态度、价值观充分认识原子构造原理，培养学生的科学素养，有利于增强学生学习化学的兴趣。

二．教学重点：1．能根据构造原理写出1至36号元素原子的电子排布式。

2．知道原子核外电子的排布遵循能量最低原理。

三．教学难点：1．知道原子核外电子的排布遵循能量最低原理。

2．基态、激发态与光谱。

四．教学方法：讲授法、指导阅读法、讨论归纳法、讲练结合法等。

五．教学准备：图片多媒体六．教学过程：[复习]能层、能级、构造原理等上节课内容。

[过渡]通过上节课学习我们知道，电子排布都遵循能量最低原理，我们学习下一部分。

[板书]能量最低原理、基态与激发态、光谱1．能量最低原理—原子的电子排布遵循构造原理能使整个原子的能量处于最低状态。

[讨论]节日五颜六色的焰火是否是化学变化？若不是化学变化，与电子存在什么关系？（参阅课本）。

[讲解] 节日焰火与核外电子发生跃迁有关。

[板书]2．基态—处于最低能量的原子。

激发态—当基态原子的电子吸收能量后，电子会跃迁到较高能级，变成激发态原子。

[讲解] 各种焰色反应是由对应的各种元素决定的。

钙、锶、钡以及碱金属的挥发性化合物在高温火焰中，接受了能量，使原子外层的电子从基态激发到了高态，该电子处于激发态；处于激发态的电子是十分不稳定的，在极短的时间内（约10－８s）便跃迁到基态或较低的能级上，并在跃迁过程中将能量以一定波长的光能形式释放出来。

由于各种元素的能级是被限定的，因此在向基态跃迁时释放的能量也就不同。