师:好,各位同学,大家好!今天由我带领同学们学习原子结构第二课时内容——核外电子排布。首先,我们来看本节课的学习目标:一、了解原子核外电子排布规律,能画出1 - 18号的原子结构示意图;二、了解原子的最外层电子排布与元素原子得失电子能力和化合价的关系。
通过上一节课的学习,同学们已经知道原子是由原子核和核外电子构成,原子核体积很小,约占原子体积的1/100,000,000,000 。电子在原子内有广阔的运动空间,那么电子的运动有什么规律呢?下面我们一起来看一段视频。
电子绕着原子核运动有什么规律吗?假设有一台特殊的照相机,能抓拍到电子在某一瞬间的位置。下面我们就用这台照相机来给氢原子持续不断地拍照。
从照片看,电子就像神奇的小精灵,瞬间从一个地方到另一个地方,杂乱无章。这与火车在轨道上奔驰、人造卫星按一定轨道围绕地球旋转完全不同,电子根本没有固定的轨道。不过,当我们将很多张照片按原子核重叠在一起时,就得到这样一个图像,可以看出,核外电子绕着原子核旋转,虽然没有固定的轨道,但却有一定的运动区域。白点越密集,说明电子在这个地方出现得越频繁;越稀疏,说明出现的概率越小。同学们,通过观看视频,你们有什么发现吗?
生:(思考、讨论)
师:好,通过观看视频,我们不难发现,电子在原子内是分区域运动的,科学家将这种分区域运动称为分层运动,也就是电子能量不同,运动区域离核远近不同。我们将电子层分为一、二、三、四、五、六、七层,用符号K、L、M、N、O、P、Q来表示,同学们一定要注意,是大写的英文字母。
电子离核的距离由近及远,电子离原子核越近,原子核对电子的引力就越强,电子具有的能量就越低;电子离核越远,原子核对电子的吸引力就越弱,电子的能量就越高,所以能量是由低到高。同学们知道了核外电子是围绕原子核分层排布的,那么这种分层排布有什么规律吗?我想通过同学们的课前预习,再结合课本中第6页第三自然段的内容,以及观察老师课件中给出的1 - 18号元素核外电子排布和稀有气体元素原子电子层排布,试着总结一下核外电子排布规律。
生:(思考、总结)
师:好,我想同学们的答案已经出来了。下面我们一起具体学习一下核外电子排布规律。第一点,核外电子总是先排布在能量较低的电子层,然后由里向外,依次排布在能量逐步升高的电子层,这就是我们所说的能量最低原理。第二点,原子核外各电子层最多容纳2N2个电子,同学们注意,N代表电子层序数。老师给大家举个例子,K层,根据公式最多容纳2×12 = 2个电子;L层,2×22 = 8个电子;M层,2×32 = 18个电子,依次类推。第三点,原子的最外层不能超过8个电子,但同学们注意,当K层为最外层时不能超过2个;次外层电子数不能超过18个,当K层或L层为次外层时,不能超过2个和8个;倒数第三层电子数最多不能超过32个。第四点,同学们尤其要注意,核外电子排布规律是相互联系的,要同时满足,也就是说每一条规律不是独立存在的。比如说,我们讲M层,当M层为最外层时,最多容纳电子8个,即当M层为最外层时,容纳的电子数要小于等于8;当M层不是最外层的时候,最多可容纳18个电子。请同学们课下把核外电子排布规律熟记并掌握。
我们掌握了核外电子排布规律,为了更加简单明了地表示核外电子排布,又引入了原子结构示意图。下面我们以十一号元素钠元素为例,具体学习一下原子结构示意图。首先,看钠原子,圆圈代表原子核,11代表核电荷数或者质子数,正号代表原子核带正电,同学们一定要注意,正号不能省略;弧线代表电子层,弧线上的数字代表该电子层上的电子数。除了有原子结构示意图,我们还有离子结构示意图,下面我们以镁离子和氯离子为例来看一下。
先看镁离子,符号为Mg2?,圆圈表示原子核,12是核电荷数,正号说明原子核带正电。镁离子是在镁原子的基础上失去两个电子,所以离子电子层排布为2、8。再看氯离子,符号为Cl?,圆圈表示原子核,17是核电核数,正号表示原子核带正电。氯离子是氯原子得到一个电子,所以它的外层电子排布为2、8、8。
下面我们来做一个练习。第一题,有下列6种离子,同学们先看一下,与氖电子层结构相同的是哪些,与氩电子层结构相同的是哪些。同学们动手完成一下。
生:(做题)
师:我想同学们的答案已经出来了。要想解决这个问题,首先我们要画出氖和氩的原子结构示意图。氖是10号元素,第一层2个电子,第二层8个电子。同学们看我画得是否正确,对,正号不能省略。氩是18号元素,第一层2个电子,第二层8个电子,第三层8个电子。
我们逐一来分析这6种离子结构示意图。第一种钠离子,是钠原子失去最外层一个电子,所以它的外层电子排布为2、8;镁离子是镁原子失去最外层两个电子,所以它外层电子排布也为2、8;第三个硫离子,是硫原子最外层再得两个电子,所以它的外层电子排布为2、8、8;氯离子是氯原子最外层得一个电子,所以它的外层电子排布为2、8、8;第五个钾离子,我们一起来排一下钾原子的结构示意图。钾是19号元素,第一层2个电子,第二层8个电子,第三层8个电子,还有一个电子放在第四层,这是钾的原子结构示意图。那么钾离子呢,是失去最外层一个电子,所以钾离子的结构示意图就是抹掉最外层一个电子,它的外层电子排布和氩是相同的;氟离子是在氟原子的基础上外层得一个电子,所以它电子外层电子排布为2、8。答案很显而易见了。
我们知道结构决定性质,原子核外电子排布与元素性质之间又有着怎样的关系呢?请同学们完成交流与思考中的第一个问题。金属钠、金属镁在化学反应中易失去电子,表现出还原性;而氧气、氯气在化学反应中易得电子,表现出氧化性。你能用原子结构的知识对这一事实进行解释吗?同学们先思考一下。
生:(思考、讨论)
师:我相信同学们已经有答案了,我们一起来看一下。首先看钠的原子结构示意图,发现钠最外层有一个电子,要想达到稳定结构,要失去最外层一个电子,达到最外层8电子稳定结构,所以表现出还原性。同理,镁的最外层有两个电子,要想达到最外层8电子稳定结构,也是易失去两个电子,从而表现出还原性。我们看氧气,氧原子电子排布为2、6,对于氧原子而言,要想达到最外层8电子稳定结构,易于从外界得到两个电子,得电子体现它的氧化性。同理,氯原子最外层有7个电子,要想达到最外层8电子稳定结构,易于从外界得一个电子,从而也体现出氯的氧化性。
