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2019-2020年高中化學(xué) 1.2.3原子結(jié)構(gòu)與元素周期表教案 魯教版選修3 【教學(xué)目標(biāo)】 1. 了解原子半徑的周期性變化，能用原子結(jié)構(gòu)的知識(shí)解釋主族元素原子半徑周期性變化的原因； 2. 明確原子結(jié)構(gòu)的量子力學(xué)模型的建立使元素周期表的建立有了理論依據(jù)。 【教學(xué)重難點(diǎn)】了解原子半徑的周期性變化，能用原子結(jié)構(gòu)的知識(shí)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(xué)方法】討論式 啟發(fā)式 【教學(xué)過(guò)程】 【學(xué)生活動(dòng)，教師可適當(dāng)引導(dǎo)】 先復(fù)習(xí)回顧了有關(guān)元素周期表的知識(shí)，然后利用鮑林近似能級(jí)圖在交流研討中我們知道了周期的劃分與能級(jí)組有關(guān)，而且每個(gè)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(duì)應(yīng)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(jià)電子數(shù)目和價(jià)電子排布密切相關(guān)；主族元素中有這樣的關(guān)系：族的序數(shù)等于價(jià)電子數(shù)，最外層電子即為價(jià)電子；過(guò)渡元素則也有一些關(guān)系：價(jià)電子排布卻基本相同，（n－1）d1～10ns1～2；ⅢB～ⅦB副族：價(jià)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(jià)電子排布特點(diǎn)。 【聯(lián)想質(zhì)疑】我們知道，原子是一種客觀實(shí)體，它的大小對(duì)其性質(zhì)有著重要的影響。那么，人們常用來(lái)描述原子大小的“半徑”是怎樣測(cè)得的？元素的原子半徑與原子的核外電子排布有關(guān)嗎？在元素周期表中，原子半徑的變化是否有規(guī)律可循？ 【復(fù)習(xí)回顧】讓學(xué)生活動(dòng)回憶必修課本中學(xué)過(guò)的對(duì)應(yīng)的知識(shí)。 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?。煌恢髯鍙纳隙?，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(zhì)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(gè)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(guò)渡】從現(xiàn)代量子力學(xué)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(yùn)動(dòng)，而且是無(wú)規(guī)則的，我們只知道電子存在的概率，那整個(gè)原子的半徑又是如何得到的呢？ 【學(xué)生閱讀】課本P17的原子半徑和追根尋源。 【學(xué)生歸納，教師可適當(dāng)引導(dǎo)】 首先將原子假定為一個(gè)球體，然后采用一些方法進(jìn)行測(cè)定。常用的一種方法是根據(jù)固態(tài)單質(zhì)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(gè)原子在固態(tài)單質(zhì)中平均占有的體積，再應(yīng)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(gè)相鄰原子的核間距為兩個(gè)原子的半徑之和，再通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)測(cè)定分子或固體中原子的核間距，從而求得相關(guān)原子的原子半徑。有三種半徑，分別為共價(jià)半徑、金屬半徑和范德華半徑。 【講解】共價(jià)半徑由共用電子對(duì)結(jié)合（共價(jià)鍵）結(jié)合的兩個(gè)原子核之間距離的一半，比如氫氣(H2)，兩個(gè)氫原子共用一對(duì)電子形成，測(cè)得兩原子間原子核距離，然后除以2就得到一個(gè)半徑，我們稱之為共價(jià)半徑。金屬半徑是金屬晶體中兩個(gè)相鄰金屬原子原子核距離的一半，這種半徑比共價(jià)半徑要大，因?yàn)榻饘僭优c金屬原子之間未共用電子，也就是兩原子間沒(méi)有重疊。（可以畫圖來(lái)講解）范德華半徑或者簡(jiǎn)稱范氏半徑，主要針對(duì)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(jià)半徑 金屬半徑 范德華半徑 【過(guò)渡】了解完原子半徑之后，我們接下來(lái)要討論元素的原子半徑與原子的核外電子排布是否有關(guān)，并且得出結(jié)論。 【指導(dǎo)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(shì)越來(lái)越弱。這是因?yàn)槊吭黾右粋€(gè)電子，核電荷相應(yīng)增加一個(gè)正電荷，正電荷數(shù)增大，對(duì)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(chǎn)生了相互排斥，就使得核電荷對(duì)電子的吸引力有所減弱。所以半徑變化的趨勢(shì)越來(lái)越小。 2.同一主族元素原子半徑從上而下逐漸變小。這是因?yàn)闆](méi)增加一個(gè)電子層，就使得核電荷對(duì)外層的電子的吸引力變小，而距離增加得更大，所以導(dǎo)致核對(duì)外層電子的吸引作用處于次要地位，原子半徑當(dāng)然逐漸變小。 【指導(dǎo)分析圖1-2-11】 【歸納】從總的變化趨勢(shì)來(lái)看，同一周期的過(guò)渡元素，從左到右原子半徑的減小幅度越來(lái)越小。 【思考】為什么會(huì)有這種情況產(chǎn)生？ 【講解】以第四周期為例，這是因?yàn)樵黾拥碾娮佣挤植荚赿的軌道上，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(duì)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(shí)，d軌道處于半充滿狀態(tài)，這種情況會(huì)使能量達(dá)到較低，核電荷雖然仍在增加，但對(duì)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(shí)，4s軌道電子增加，電子間的作用，核電荷增加帶來(lái)的核對(duì)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(lái)的核對(duì)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?？傊?，在過(guò)渡元素中，外層電子對(duì)外層電子的排斥作用與核電荷增加帶來(lái)的核對(duì)電子的吸引作用大致相當(dāng)，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(guò)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(shè)計(jì)】 三、核外電子排布與原子半徑 1．原子半徑 共價(jià)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(guò)渡元素：同一周期呈波浪式變化，同一族仍是從上而下遞增