《原子结构与元素周期表 第1课时》示范课教学设计【高中化学】_百度文

第二节 原子结构与元素周期表

第1课时

◆ 教学目标

1.通过问题讨论、活动探究等活动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，认识基态原子中核外电子的排布遵循能量最低原理、泡利不相容原理和

洪特规则，能用以上规则解释1—18号元素基态原子的核外电子排布。

2.通过交流研讨、练习巩固等活动，达成能根据基态原子的核外电子排布规则书写1—18

号元素基态原子的核外电子排布的目标。

3.通过探究基态原子的核外电子排布规则，达成体会微观世界的有序性与规律性、科学探

究的过程和方法、提高学习化学兴趣的目标。

◆ 教学重难点

1. 泡利原理、洪特规则、能量最低原理

2. 电子排布式与轨道表达式

◆ 教学过程

一、新课导入

【联想】基态原子的核外电子的排布规律有哪些(必修)？

【展示】1~18号元素的原子结构示意图。

【提问】通过化学必修课程的学习，你已经建立起电子在原子核外分层排布的概念。请回顾

1~18号元素的原子结构示意图，思考以下问题：

①为什么第一层最多只能容纳2个电子，第二层最多只能容纳8个电子？第三、四、五层呢？

①原子核外电子排布与上节课所学的原子轨道有什么关系？

【讲解】①各电子层最多能容纳2n个电子；①最外层电子数目不超过8个(K层为最外层时

2

不超过2个)；次外层电子数不超过18个；①核外电子在距核由近到远，能量由低到高的电

子层上依次排列。

基态原子：所有原子轨道中的电子还没有发生跃迁的原子，此时整个原子能量处于最低。

二、讲授新课

课堂活动1：讨论基态氢原子的核外电子排布，认识能量最低原理。

【提问】氢原子核外只有一个电子，请根据必修所学核外电子排布知识及原子轨道知识，讨

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论氢原子核外这一个电子的排布情况，并思考讨论核外电子在原子轨道上的排布应遵循什么

原则？

【讲解】观察元素周期表及原子结构示意图，根据“核外电子在距核由近到远，能量由低到

高的电子层上依次排列”的规律可知，当电子排满第一层的ls轨道后，即开始排布第二层的

2s和2p轨道，所以核外电子在排布时优先占据能量较低的电子层。由此可知，氢原子核外

的一个电子应该排布在1s轨道上。

1. 能量最低原理

核外电子在原子轨道上的排布遵循能量最低原理。

【讲解】

在构建基态原子时，电子将尽可能地占据能量最低的原子轨道，使整个原子的能量最低。

能量最低原理的普遍性：能量越低越稳定，它是自然界的一个普遍规律。

基态是能量最低的状态，所以基态原子的电子排布是能量最低的原子轨道原子轨道组合。

课堂活动2：讨论基态氦原子的核外电子排布认识泡利不相容原理

【讲述】基态氦原子核外有两个电子，根据元素周期表及原子结构示意图，结合能量最低原

理，两电子都应当排布在ls轨道上，电子排布式为ls请尝试画出基态氦原子核外电子排布

2

的轨道表示式。

【学生活动】尝试画出基态氦原子核外电子排布情况：。

【讲解】泡利通过总结光谱实验事实确定，基态氦原子的电子排布只能是。这就是核

外电子在原子轨道上排布必须严格遵循的第二个原则——泡利不相容原理：一个原子轨道最

多只能容纳两个电子，且这两个电子的自旋状态不同。

【提问】现在你能解释“为什么第一层最多只能容纳2个电子，第二层最多只能容纳8个电

子”了吗？

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【讲解】因为第一电子层只有ls轨道，第二电子层有2s和2p轨道，根据泡利不相容原理，

第一层最多只能容纳2个电子，第二层最多只能容纳8个电子。

2.泡利不相容原理

原理表述：在一个原子轨道里，最多只能容纳2个电子，他们的自旋相反。

泡利原理是核外电子在轨道上排布必须遵循的原则

【提问】泡利不相容解决了哪些科学问题？

【讲解】①只有1个最外层电子的碱金属原子光谱为什么会在光谱里呈双线

②只有1个最外层电子的Ag原子飞行通过一个不对称磁场时会分为两束

课堂活动3：认识电子排布式与轨道表达式

电子排布式：表示原子核外电子排布的一种方式。

在ns、np、nd等各能级符号的右上角用数字表示出该能级中的电子数目。

【讲解】书写电子排布式的方法

“三步法”书写电子排布式：

构造原理是书写基态原子电子排布式的依据。

第一步：按照构造原理写出电子填入能级的顺序，1s→2s→2p→3s→3p→4s→3d→4p→5s→

4d→5p→6s……

第二步：根据各能级容纳的电子数填充电子。

第三步：去掉空能级，并按照能层顺序排列即可得到电子排布式。如S的电子排布式是

1s2s2p3s3p

22626

。

简化电子排布式：

【讲解】Al的电子排布式为1s，红色部分我们可用[Ne]表示，因此Al的电子

22621

2s2p3s3p

排布就可以简化为[Ne] 3s

21

3p

V的电子排布式为1s2s2p3s3p3d4s

2262632

，红色部分我们可用[Ar]表示，因此V的电子排布

就可以简化为[Ar] 3d

32

4s

轨道表达式：用方框（或小圆圈、短线）表示一个原子轨道，用箭头“↑”或“↓”来区别

自旋状态不同的电子。

1.明确轨道表示式的要求：

【提问】轨道表示式如何表达轨道？如何表示简并轨道？如何表示单电子？

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如何表示成对电子？如何表示轨道所对应的能级？

【讲解】在轨道表示式中，用方框表示原子轨道

能量相同的原子轨道的方框相连

能量相同的原子轨道也称为简并轨道

箭头表示一种自旋状态的电子， 称电子对，或称单电子或未成对电子

箭头同向的单电子称自旋平行。

通常在方框下方或上方标记能级符号。

2.示例介绍

（1）以H和He的轨道表示式为例进行介绍，让学生进行模仿书写练习：

【课堂练习】例1. 依据示例写出3-7号元素基态原子的轨道表示式。

（2）分享展示学生书写成果，针对他们的书写结果重点讨论C、N的轨道表示式，可能会

出现几种情况。

【提问】C和N在2p能级的电子出现了至少3种排布方式，这三种方式的能量相同么？

哪种的能量最低？

能量最低的排布有规律可循么？

这种规律可以推广到其他元素的基态原子么？

【讲解】需要强调的是，原子中的核外电子是不可区分的，实际上人们并不能确定哪个电子

排布在哪个原子轨道上。给出核外电子排入各原子轨道的顺序及探讨基态原子的核外电子排

布，仅仅是为了给学习和研究提供方便。

课堂活动4：讨论基态碳原子的核外电子排布，总结出洪特规则。

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【提问】根据能量最低原理、泡利不相容原理，写出基态碳原子的电子排布式。

【学生书写】基态碳原子的电子排布式：1s

222

2s2p

【提问】由于三个p轨道的能量完全一样，那么，你认为2p能级上的两个电子应当采取以

下哪种排布方式呢？

【讲解】洪特在研究了大量原子光谱后确定，基态碳原子的核外电子排布为：

3.洪特规则

【讲解】

（1）洪特规则的表述：对于基态原子，核外电子在能量相同的原子轨道上排布时，将尽可

能分占不同的原子轨道并且自旋状态相同。

补充说明：洪特规则是洪特在诠释复杂原子光谱时，依据大量实验数据归纳出的经验规则。

强化学生的实验证据意识。

（2）洪特规则的运用

【提问】按照洪特规则，C、N基态原子的轨道表示式分别应为什么？

【讲解】对洪特规则中简并轨道的说明：

在轨道表示式中，简并轨道不做进一步区分；简并轨道上的电子自旋平行即可，即单电子全

部用用向下的箭头表示也可以。

（3）适用情形辨析

【提问】有同学认为，按照洪特规则，C基态原子的轨道表示式应该为

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请评价他的观点。

【讲解】洪特规则是针对电子填入简并轨道时如何“分占轨道”和“选择何种自旋状态”的

情况，并不适用于电子填入能量不同的轨道。电子填入轨道顺序由构造原理确定。（下节课

学习）

三、课堂小结

【提问】元素基态原子核外电子排布遵循什么规则？

【讲解】基态原子的核外电子在原子轨道上排布，要遵循能量最低原理、泡利不相容原理

和洪特规则。

其中能量最低原理可叙述为：在不违背泡利不相容原理的前提下，核外电子在各个原子轨

道上的排布方式应使整个原子体系的能量最低。

【小结】

1.构造原理解决了电子填入轨道顺序的问题，但是无法详细指出电子在不同轨道上的排布

状态，轨道容纳电子数量的问题。

2.泡利原理指出了每个轨道所能容纳的最大电子数

3.洪特规则指出了电子填入简并轨道时遵循的规则

基于上述3条规律，我们就可以用轨道表示式更精细的表达核外电子排布及每个能级中电

子的运动状态。

四、课堂练习

例1. 下列轨道表示式中哪个是氟的基态原子，为什么？

【答案】A

【解析】A表示的是氟的基态原子。B中同一个轨道里电子自旋平行，违反了泡利不相容原

理，不存在这种电子排布。

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例2. 下列轨道表示式中哪个是氧的基态原子，为什么？

【答案】A

【解析】A表示的是氧的基态原子。B中2p轨道的电子违反了洪特规则中的自旋平行，C

中2p轨道的电子违反了洪特规则中的优先分占简并轨道。

【深度思考】

【提问】（1）在从小到大书写1-20号元素的轨道表示式中，第一个需要用到泡利不相容原

理的原子所对应的元素的元素符号是？

【讲解】He

分析思路：在同一个轨道中填入两个电子时就需要满足泡利原理，让两个电子自旋相反，故

第一个需要用泡利原理的应该是在最低能级1s中填入两个电子，该元素为氦

【提问】（2）在从小到大书写1-20号元素的轨道表示式中，第一个需要用到洪特规则的原

子所对应的元素的元素符号是？

【讲解】C

分析思路：洪特规则是针对简并轨道的，按照构造原理，第一组简并轨道是2p能级，2p上

只有1个电子不涉及分占轨道和自旋平行问题，故2p上至少有2个电子。此时电子构型为

1s2s2p

222

，6个电子对应6号元素碳

【提问】（3）在1-20号元素的基态原子的轨道表示式中，单电子数量最多的的原子所对应

的元素的元素符号是？

【讲解】N和P

分析思路：单电子数量最多，一定是单电子占满了一组简并轨道中全部轨道，在1-20号元

素中填充的简并轨道有2p和3p，他们应满足2p和3p，结合构造原理可知，两个原子的电

33

子构型分别为1s和1s，二者分别是7电子和15电子，故对应氮和磷。

22322623

2s2p2s2p3s3p

【提问】（4）在1-20号元素的基态原子的轨道表示式中，哪些不涉及洪特规则？

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

分析思路：不涉及洪特规则可以分为三类

①电子填入轨道不是简并轨道，如H、He、Li、Be这类

②电子填入简并轨道但是只有1个单电子，如B、Al、F、Cl这类

③电子填入简并轨道无单电子，如Ne、Ar这类

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