资源简介

《泡利原理、洪特规则、能量最低原理》教学设计
课题 1.1.4泡利原理、洪特规则、能量最低原理（第4课时） 课 型 新课
学情分析 学生具备接受能力较强、好奇心强、探究的意识强等特点，在该阶段学生对原子结构以及核外电子排布等已有一定的理解，为这节课的学习也奠定了一定的基础。但对核外电子的运动规律以及原子轨道非常陌生，因此本课时教学的重点是如何让学生利用已有的探究必备相关知识，如原子的组成，物质的远动是有规律的等，将泡利原理和洪特规则熟练地运用于原子轨道的理解中。
教材分析 本节内容的功能价值是提高学生的宏观辨识与微观探析、证据推理与模型认知素养，以原子光谱学事实与依据，理解原子核外电子排布的规律和规则的提出背景，并以此为模型，学会利用轨道表示式表示基态原子核外电子的排布。 本课时是人教版选择性必修2第一章第一节《原子结构》第4课时内容，是在学习了能层和能级及电子排布式、价电子排布式、电子云等等概念的基础上，更加深入、直观地走进物质的微观世界—原子轨道，并进一步探索核外电子运动的特点和规律。因此，本课时内容是核外电子排布规律的延续，虽内容仍然有些抽象，学生学起来有困难，但教科书在内容编排上注重了由易到难层层深入，形式上图文并茂帮助其理解，这样能够激发和保持学生的学习兴趣。同时。课标要求是“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等”，起点高，落点低。
设计理念 设置“同一轨道中的两个电子运动状态有什么差异呢？”引导学生对金属电子自旋、泡利原理的认识，“哪一种轨道表示式正确表达了基态碳原子核外电子的排布？”“哪一种轨道表示式正确表达了基态铬原子核外电子的排布？”等问题引起学生认知冲突并引导学生认识洪特规则及其特例。
教学目标 【教学目标】 1.通过对“电子自旋”概念的认识，理解基态原子中核外电子排布规律的泡利不相容原理； 2.能利用轨道表示式书写1～36号元素基态原子的核外电子排布的轨道表示式，并通过书写逐步认识洪特规则及其特例； 3.能结合能量最低原理理解基态原子核外电子排布的构造原理、洪特规则及其特例等其它具有特殊价电子排布的现象。 【评价目标】 1.通过对“电子自旋”“泡利原理”的学习，诊断并发展学生宏观辨识与微观探析、证据推理与模型认知的能力； 2.通过对1～36号元素基态原子的核外电子排布的轨道表示式的书写练习，诊断并发展学生利用已有模型解决问题的能力，以及在书写过程中发现问题的能力； 3.通过对洪特规则特例等特殊电子排布的认识，诊断并发展学生基于事实辩证的理解科学原理的科学态度与素养。
教学重点 理解并应用泡利原理、洪特规则、能量最低原理；表示1～36号元素基态原子的核外电子排布的轨道表示式。
教学难点 洪特规则的特例；能量最低原理。
教学方法 1.教法： ①问题导学②习题测学③活动助学 2.学法： ①观察思考②书写练习③交流讨论
课前准备 实验视频、PPT、相关习题等。
教 学 过 程 教师主导活动 学生主体活动 设计意图
任务一：了解电子自旋、泡利原理 设问：为什么一个原子轨道里能容纳两个电子？ [过渡］原子光谱、构造原理都无法解释上述问题，带着这个问题，我们进入本节可的学习。 [追问］这2个电子容纳在同一原子轨道，也就意味着它们的空间运动状态相同。为什么一个轨道允许容纳两个电子？ 思考回答：ns能级各有一个轨道，np能级各有3个轨道，nd能级各有5个轨道，nf能级各有7个轨道。每个能级最多可容纳的电子数: ns、np、nd、nf……分别最多可容纳的电子数2x1、2x3、2x5、2x7……，由此可知，每个轨道里最多能容纳2个电子。 引入新课
1、泡利原理 每个原子轨道里最多只能容纳2个电子，且自旋状态相反。 依据泡利原理，每个轨道里最多容纳的2个电子，且自旋方向相反，电子排布的轨道表示式可以表示同一原子轨道内电子的运动状态。 引出轨道表示式（电子排布图）的表达方式 借助有关“电子自旋”理论化学史料展示，认识电子自旋、泡利原理。
任务二：正确表示原子核外电子排布 如何表示基态原子核外电子在轨道中的排布呢？ 阅读课本，回答下列问题： 1.电子排布的轨道表示式的定义 2.Li、Be、B的基态原子的轨道表示式 3.电子排布的轨道表示式的书写方法 阅读课本，回答相关问题： 1.电子排布的轨道表示式（电子排布图）：表示电子排布的一种图式。 2.基于泡利原理和轨道表示式，书写Li、Be、B基态原子核外电子的轨道表示式。在书写至碳元素时，发现问题电子排布的轨道表示式的书写3.书写方法 （1）用□或○代表一个原子轨道，能量相同的原子轨道（简并轨道）的方框相连 （2）不同能级中的□或○要相互分开，同一能级中的□或○要相互连接 （3）整个电子排布图中各能级的排列顺序要与相应的电子排布式一致 （4）通常在方框下方或者上方标记能级符号 （5）箭头表示一种自旋状态的电子，一个箭头表示一个电子，↓↑”称电子对 ，“↓”或“↑”表示单电子，箭头同向，自旋平行，箭头相反，自旋相反 （6）电子排布式给出了基态原子核外电子在能层和能级中的排布，而电子排布图还给出了电子在原子轨道中的自旋状态 简并轨道：能量相同的原子轨道 单电子：“↓”或“↑” 电子对：↓↑ 自旋平行：箭头同向 自旋相反：箭头相反
任务三：了解洪特规则 观察O的电子排布图， 分析电子排布过程中还有什么规律？ 2、洪特规则 (1)定义：基态原子中，填入简并轨道的电子总是先单独分占，且自旋平行。 哪一种轨道表示式正确表达了基态N原子核外电子的排布？ 写出第7号N元素时，发现问题，如：2p3的电子排布为，不能表示为或。 理解洪特规则
任务四： 了解洪特规则特例 “哪一种轨道表示式正确表达了基态铬原子核外电子的排布？”“如何利用洪特规则特例书写基态铜原子的核外电子排布的轨道表示式” 学生书写7-24号元素基态原子核外电子排布轨道表示式至第24号Cr元素时，发现问题，理解洪特规则特例，并应用该规则书写Cu的轨道表示式
(2) 洪特规则特例 当能量相同的原子轨道在全满(p6、d10、f14)、半满(p3、d5、f7)和全空(p0、d0、f0)状态时，体系的能量最低，如：24Cr的电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s1或[Ar]3d54s1。 (3) 洪特规则适用范围 基态原子 基态离子 电子填入简并轨道 在练习中发现问题，尝试解决问题 理解洪特规则特例
任务五：理解能量最低原理 原子整体能量由哪些因素决定？[思考与讨论] (1)为什么基态氦原子的电子排布式时1s2而不是1s12s1？ (2)为什么基态K和Ca的价电子是4s1和4s2，而不是3d1和3d2？ 讲解：能量最低原理：在构建基态原子时，电子尽可能地先占有能量低的轨道，然后进入能量高的轨道，使整个原子的能量处于最低状态 分析，讨论 理解能量最低原理
1.忽视能量最低原理 如B：错写成 2.忽略泡利原理 如C：错写成 3.忽略洪特规则 如N：错写成或 观看几种元素基态原子的价电子排布，发现问题（不符合构造原理、洪特规则特特例），基于事实规避思维误区，深入认识能量最低原理 易错点总结，辨析 通过题目对所学知识进行梳理巩固
小结：[本节小结]核外电子排布规则 (1)能量最低原理：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。 (2)泡利原理（填多少）：在一个原子轨道里，最多只能容纳2个电子，且它们的自旋状态相反。这两个电子称为电子对。 (3)洪特规则（怎么填）：基态原子中，填入简并轨道的电子总是先单独分占，且自旋平行。 (4)洪特规则的特例：在能量相同的轨道(同一能级)上的电子排布处于全充满(p6、d10、f14)、半充满(p3、d5、f7)和全空状态(p0、d0、f0)时，具有较低的能量和较高的稳定性。如24Cr的价电子排布式为3d54s1(3d、4s能级均为半充满)，易错写为3d44s2；29Cu的价电子排布式为3d104s1(3d全充满、4s半充满)，易错写为3d94s2。
教学评价 本节课先从前3节所学原子核外电子的运动状态的三个决定因素即能层、能级、原子轨道，引出第四个因素——“电子自旋”，并介绍泡利原理；在明确了决定核外电子运动状态的4个因素后，提出问题：“如何表示原子核外电子在轨道中的排布呢？”，介绍轨道表示式的书写方法。在此基础上，让学生书写3-24号元素基态原子核外电子排布的轨道表示式。在书写过程中逐步发现问题，并依次引出洪特规则及其特例。最后在介绍能量最低原理时，引导学生回顾所学核外电子排入不同能级顺序的构造原理，结合特例培养学生基于事实理解能力最低原理。
作业设计 1.在d轨道中电子排布成，而不排布成，其直接根据是（ ） A．能量最低原理 B．泡利不相容原理 C．原子轨道能级图 D．洪特规则 2. 以下原子属于基态原子的是（ ） 3．下列有关锂原子轨道表示式表示的状态中，能量最低的是(　　)，能量最高的是（ ） 4.下列电子排布式或轨道表示式正确的是(　　) A．C的轨道表示式： B．Ca的电子排布式：1s22s22p63s23p63d2 C．N的轨道表示式： D．Br－的电子排布式：[Ar]3d104s24p6
板书设计
教学反思 核外电子排布遵循泡利原理、能量最低原理和洪特规则．能量最低原理就是在不违背泡利原理的前提下，核外电子总是尽先占有能量最低的轨道，只有当能量最低的轨道占满后，电子才依次进入能量较高的轨道，也就是尽可能使体系能量最低．洪特规则是在等价轨道(相同电子层、电子亚层上的各个轨道)上排布的电子将尽可能分占不同的轨道，且自旋方向相同．后来量子力学证明，电子这样排布可使能量最低，所以洪特规则可以包括在能量最低原理中，作为能量最低原理的一个补充。通过本节课的学习，提升学生对原子核外电子排布的认识，准确书写1～36号元素的原子核外电子排布图，进而提升学生微观辨析的能力。

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