2019-2020年高中化學 1.2.3原子結構與元素周期表教案 魯教版選修3 【教學目標】 1. 了解原子半徑的周期性變化，能用原子結構的知識解釋主族元素原子半徑周期性變化的原因； 2. 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(jù)。 【教學重難點】了解原子半徑的周期性變化，能用原子結構的知識解釋主族元素原子半徑周期性變化的原因； 【教師具備】多媒體課件 【教學方法】討論式 啟發(fā)式 【教學過程】 【學生活動，教師可適當引導】 先復習回顧了有關元素周期表的知識，然后利用鮑林近似能級圖在交流研討中我們知道了周期的劃分與能級組有關，而且每個周期所含元素總數(shù)恰好是原子軌道總數(shù)的2倍，主量子數(shù)（n）對應周期序數(shù)。在族的劃分討論中我們又知道了族的劃分與原子的價電子數(shù)目和價電子排布密切相關；主族元素中有這樣的關系：族的序數(shù)等于價電子數(shù)，最外層電子即為價電子；過渡元素則也有一些關系：價電子排布卻基本相同，（n－1）d1～10ns1～2；ⅢB～ⅦB副族：價電子數(shù)等于族序數(shù)。最后還了解了s區(qū)、p區(qū)、d區(qū)、ds區(qū)、f區(qū)元素的價電子排布特點。 【聯(lián)想質疑】我們知道，原子是一種客觀實體，它的大小對其性質有著重要的影響。那么，人們常用來描述原子大小的“半徑”是怎樣測得的？元素的原子半徑與原子的核外電子排布有關嗎？在元素周期表中，原子半徑的變化是否有規(guī)律可循？ 【復習回顧】讓學生活動回憶必修課本中學過的對應的知識。 在周期表中，同一周期從左到右，隨著核電荷數(shù)的遞增原子半徑逐漸減小；同一主族從上而下，隨著核電荷數(shù)的遞增原子半徑逐漸增大。 其中影響原子半徑的因素：電子層數(shù)相同，質子數(shù)越多，吸引力越大，半徑越??；最外層電子數(shù)相同，電子層數(shù)越多，電子數(shù)越多，半徑越大。 還有一個比較半徑大小的方法：首先比較電子層數(shù)，電子層數(shù)越多，半徑越大；如果電子層數(shù)一樣，則比較核電荷數(shù)，核電荷數(shù)越大，半徑越??；如果電子層數(shù)和核電荷數(shù)都一樣，那就比較最外層電子數(shù)，最外層電子數(shù)越多，半徑越大。 【過渡】從現(xiàn)代量子力學理論中，我們知道核外電子是在具有一定空間范圍的軌道上運動，而且是無規(guī)則的，我們只知道電子存在的概率，那整個原子的半徑又是如何得到的呢？ 【學生閱讀】課本P17的原子半徑和追根尋源。 【學生歸納，教師可適當引導】 首先將原子假定為一個球體，然后采用一些方法進行測定。常用的一種方法是根據(jù)固態(tài)單質的密度算出1mol原子的體積，再除以阿伏加得羅常數(shù)，得到一個原子在固態(tài)單質中平均占有的體積，再應用球體的體積公式得到原子半徑。還有一種方法是指定化合物中兩個相鄰原子的核間距為兩個原子的半徑之和，再通過實驗來測定分子或固體中原子的核間距，從而求得相關原子的原子半徑。有三種半徑，分別為共價半徑、金屬半徑和范德華半徑。 【講解】共價半徑由共用電子對結合（共價鍵）結合的兩個原子核之間距離的一半，比如氫氣(H2)，兩個氫原子共用一對電子形成，測得兩原子間原子核距離，然后除以2就得到一個半徑，我們稱之為共價半徑。金屬半徑是金屬晶體中兩個相鄰金屬原子原子核距離的一半，這種半徑比共價半徑要大，因為金屬原子與金屬原子之間未共用電子，也就是兩原子間沒有重疊。（可以畫圖來講解）范德華半徑或者簡稱范氏半徑，主要針對的是那些單原子分子（稀有氣體），也就是相鄰兩原子間距離的一半，所以范德華半徑都比較大。 【板書】三、核外電子排布與原子半徑 1. 原子半徑 共價半徑 金屬半徑 范德華半徑 【過渡】了解完原子半徑之后，我們接下來要討論元素的原子半徑與原子的核外電子排布是否有關，并且得出結論。 【指導分析圖1-2-10主族元素的原子半徑變化示意圖】 1.觀察同一周期元素原子半徑的變化. 2.觀察同一主族元素原子半徑的變化. 【師生共同分析歸納】 1.同一周期主族元素原子半徑從左到右逐漸變小,而且減小的趨勢越來越弱。這是因為每增加一個電子，核電荷相應增加一個正電荷，正電荷數(shù)增大，對外層電子的吸引力增大，使外層的電子更靠近原子核，所以同一周期除了稀有氣體外原子半徑是逐漸減小的。但由于增加的電子都在同一層，電子之間也產生了相互排斥，就使得核電荷對電子的吸引力有所減弱。所以半徑變化的趨勢越來越小。 2.同一主族元素原子半徑從上而下逐漸變小。這是因為沒增加一個電子層，就使得核電荷對外層的電子的吸引力變小，而距離增加得更大，所以導致核對外層電子的吸引作用處于次要地位，原子半徑當然逐漸變小。 【指導分析圖1-2-11】 【歸納】從總的變化趨勢來看，同一周期的過渡元素，從左到右原子半徑的減小幅度越來越小。 【思考】為什么會有這種情況產生？ 【講解】以第四周期為例，這是因為增加的電子都分布在d的軌道上，從鈧到釩半徑是逐漸減小的，由于d軌道的電子未充滿，電子間的作用較小，而核電荷卻依次增加，對外層電子云的吸引力增大，所以原子半徑依次減小。到鉻原子時，d軌道處于半充滿狀態(tài)，這種情況會使能量達到較低，核電荷雖然仍在增加，但對外層電子云的吸引力增大得并不多，所以使半徑有些增大。到錳時，4s軌道電子增加，電子間的作用，核電荷增加帶來的核對電子的吸引作用減緩。鐵、鈷、鎳d軌道未處于半充滿或全充滿狀態(tài)，核電荷增加帶來的核對電子的吸引作用緩緩增加，所以半徑又有所下降。而銅、鋅d軌道處于全充滿狀態(tài)，處于能量較低狀態(tài)所以又使半徑增大。總之，在過渡元素中，外層電子對外層電子的排斥作用與核電荷增加帶來的核對電子的吸引作用大致相當，使有效核電荷的變化幅度不大。 【板書】2.原子半徑的周期性變化 主族元素：同一周期從左到右逐漸減小，同一主族從上而下逐漸增大 過渡元素：同一周期呈波浪式變化，同一族仍是從上而下遞增 【板書設計】 三、核外電子排布與原子半徑 1．原子半徑 共價半徑 金屬半徑 范德華半徑 2.原子半徑的周期性變化 主族元素：同一周期從左到右逐漸減小，同一主族從上而下逐漸增大 過渡元素：同一周期呈波浪式變化，同一族仍是從上而下遞增