原子结构与性质教学出现的问题与解决方法

《原子结构与元素的性质》在整个中学化学体系中的地位与作用

《物质结构与性质》从三个层次研究物质结构与物质性质的关系：原子结构与元素显著关系、分子结构与物质性质的关系、晶体结构与物质性质的关系。“原子结构与元素的性质”是研究物质结构与性质关系的最基本的问题。通过学习，学生可以清晰地认识元素的性质决定于原子结构，全面地认识元素的多样性与同一性，认识元素间的内在关系和性质递变规律，体会量变与质变的关系。在本单元的学习中，学生在了解人类对物质结构、原子结构探究的历程中，可以体会到物质结构是复杂的但是是可以认识的，可以体会到科学探究的乐趣，了解物质结构研究的基本方法，培养崇尚科学、崇敬科学家的情感和严谨的科学态度。

“原子结构与元素的性质”是有关原子结构、元素性质内容的延伸和扩展。本主题的学习可以为（化学键与物质的性质）、（分子间作用力与物质的性质）、（研究物质结构的价值）的学习奠定基础。

这部分内容在教学中存在的问题以及解决方法

核外电子运动状态和核外电子的排布规律的学习是一个难点。可以从介绍原子结构的卢瑟福摸型到玻尔模型和量子力学模型入手，介绍核外电子运动的特征，再由电子云到原子轨道、电子填充原子轨道的顺序到核外电子排布的三个规则，最后学习核外电子排布式和原子轨道表达式。帮助学生理解3d 、4s 轨道的能级交错现象，是理解第4周期元素原子核外电子填充规律的关键。要通过分析，帮助学生认识，由于存在原子轨道能级交错的现象，按能量最低原理，电子在原子轨道上填充时，不会在3p 轨道全充满后填入3d 轨道，而是先填充入4s 轨道，在4s 轨道排满2个电子后，再填充到3d 轨道上。

另外，要帮助学生掌握稀有气体元素、非金属元素、过渡金属元素(副族和Ⅷ族) 原子的外围电子排布的特点。稀有气体元素原子各轨道全充满；非金属元素原子除氢外，S 轨道全充满，P 轨道未充满；第4周期过渡金属元素，ⅢB 到Ⅷ族，最外层的nS 的电子数为2个，次外层3d 轨道上电子数在1～8之间，IB 和ⅡB 的电子构型是3d 104s 1和3d 104s 2。

对于元素电离能的变化规律及其影响因素的讲解，可以简要地说明元素原子电离能的数值大小主要取决于原子的核电荷数、原子半径以及原子的电子构型。随核电荷数递增，元素的第一电离能呈周期性变化。同一周期随着原子序数的增加，原子半径逐渐变小(稀有气体除外) ，

原子核对核外电子的吸引越来越强，元素的原子越来越难失电子，元素的第一电离能呈增大的趋势，碱金属的第一电离能最小，稀有气体的第一电离能最大。同主族，从上到下，随着核电荷数的增加，电子层数逐渐增多，原子半径逐渐增大，原子核对外层电子吸引越来越弱，元素的原子越来越易失电子，元素的第一电离能逐渐减小。各周期中稀有气体元素的电离能最大，原因是由于稀有气体元素的原子具有相对稳定的8电子(He为2电子) 外层构型。某些元素具有全充满和半充满的电子构型。稳定性也较高。如Zn(3d104s 2) 、

Cr(3d54s 1).Cu(3d104s 1).Be 、Mg 、N 、P 等元素也比左右邻居的电离能大，也是因为它们都具有全充满的S 轨道和半满的p 轨道。

本主题的教学要注意做到：

①采用以学科知识为主线来组织教学内容，紧密联系学生己有的经验与知识；讲解力求通俗易懂、深入浅出，不要随意提高教学要求。如，讨论元素周期表中各区、各周期、各族元素的核外电子排布特征，没有要求全面介绍原子结构的量子力学模型，但阐述了主要的观点，介绍了电子云、电子层、原子轨道和电子自旋的概念；不要求引入“四个量子数”的概念、不解释能级交错的现象，但简单介绍了核外电子排布的“能量最低原理”、“泡利不相容原理”和“洪特规则”。“原子核外电子的排布”内容的编写采取了“给出原理，实践应用，发现问题、补充规则”的顺序，有利于学生学习活动的组织。

②在呈现方式上要重视直观模型的运用，注意使用多媒体教学手段，充分利用图表、数据来说明问题，增进学生对概念的理解。

例如，通过问题情景创设，激发学生的学习动机。如让学生观看阴极射线发射、卢瑟福“a粒子的散射实验”录像创设学习情境，帮助学生了解人类探究原子结构的方法与历史过程。要合理运用图形、模型或电教等直观教学手段以帮助学生了解电子层、原子轨道、电子自旋等抽象概念。教学中要注意通过对图表、数据的分析，让学生从中找出事物变化的规律。如，分析同周期、同主族元素电离能的变化与核外电子排布的关系；查阅有关元素的电负性资料，解释元素的“对角线”规则，列举实例予以说明。

③注意设计与组织交流、讨论与探究学习活动。

如引导学生利用典型的原子核外电子的排布特点，帮助学生理解能量最低原理、泡利不相容原理和洪特规则。要求学生能用电子排布式表示1--36号元素原子核外电子的排布；组织学生讨论同一周期、同一主族元素第一电离能和电负性的变化规律，并分析其与核外电子排布的关系，解释元素主要化合价等性质的周期性变化；引导学生学习依据元素电离能、电负性来分析化学键的形成与类型。

“元素第一电离能的周期性变化”的教学，教师在引导学生从原子失去电子需要吸收热量，进而得出原子的第一电离能的概念，接着教师提供或学生查阅l ～18号元素原子的第一电离能，要求以电离能为纵坐标、以原子序数为横坐标作图，并在所作的图中发现元素原子的第一电离能周期性变化的规律，然后组织学生交流、讨论，运用原子结构知识解释电离能的变化和

大小的原因。还可以组织学生复习离子键和共价键的形成过程，从中分析原子间结合时的电子得失或共用电子对的偏向与原子性质的关系，引入电负性的概念，接着让学生阅读电负性数据，从中找出电负性随原子序数递增的变化规律(同周期、同主族的变化情况) ，以及电负性的大小与元素金属性、非金属性强弱的关系，并用原子结构理论给予解释。

总之，要依据本主题教学内容与所承载的教育功能来选择和适当的教学策略。

①注意在必修化学已学的知识基础上、按本主题各个知识之间的逻辑顺序设计教学；

②把原子结构的探索历程的介绍与人类探索原子结构的方法体会紧密结合；把核外电子运动状态、电子排布规律有关概念、知识点的教学与原子核外电子层结构的描述与表示方法的技能得以有机地结合；

③注意引导学生改进学习方式，倡导自主学习、合作学习和探究学习，提高学生的问题意识，进行高级思维能力的培养。

如“原子核外电子的运动”可以化学史为主线，通过“问题情境-----自主学习教材和课程素材----教师引导学生发现问题-----学生进行合作学习和自主探究-----总结归纳评价”的思路来组织教学；注意在已学的原子核外电子排布规律的初步认识引申，引导学生认识在多电子原子中，核外电子是分层排布。关于元素第一电离能、元素电负性与元素性质关系的教学要注意复习并结合已学的元素周期表中元素性质递变规律的知识，帮助学生更深刻理解元素性质的周期性变化规律。

元素周期表的分区由外围电子排布特点的归纳得出，不必对电子排布式的书写提出过高的要求。元素第一电离能和元素电负性的周期性变化，应与原子结构的周期性变化紧密联系，并用原子结构理论解释。一般不要补充元素的第一电子亲和能的周期性变化，以避免增加学生的负担。

④本单元教学时，要采用多种教学方法相结合组织好教材中的两个“交流与讨论”，引导学生活动与探究教学，要充分利用教材中的图表、数据，组织学生进行分析、推理、讨论，从而归纳得出结论，培养学生科学的推理能力和综合运用知识解决问题的能力。要注意把握好教学的深度和难度, 结合教材做分析，对比加深理解。