Электронные конфигурации атомов элементов в основном и возбуждённом состоянии
Цели и задачи
- Цель: К концу урока учащиеся смогут составлять полные и сокращенные электронные формулы атомов элементов 1–4 периодов в основном и возбужденном состояниях, объясняя механизм перехода электронов на свободные орбитали.
- Образовательная задача: Сформировать умение определять валентные возможности атомов на основе строения их электронных оболочек.
- Развивающая задача: Развивать навыки аналитического мышления через сопоставление энергетических уровней и подпоров.
- Воспитательная задача: Формировать ответственное отношение к обучению через осознание связи теоретических основ химии с требованиями государственной итоговой аттестации (ЕГЭ).
Планируемые результаты
Личностные
- Готовность к осознанному выбору дальнейшей образовательной траектории с учетом профессиональных интересов в области естественных наук.
- Понимание ценности научного познания как инструмента для объяснения свойств окружающего мира.
Метапредметные
- Познавательные: умение классифицировать состояния атомов, строить логические рассуждения о возможности перехода атома в возбужденное состояние.
- Регулятивные: способность планировать алгоритм составления электронной конфигурации и осуществлять самоконтроль при выполнении заданий.
- Коммуникативные: умение эффективно взаимодействовать в паре, аргументировать свою позицию при обсуждении проблемных вопросов.
Предметные
- Знать принципы заполнения электронных оболочек (Паули, Хунда, Клечковского).
- Уметь записывать электронные и графические формулы атомов в основном и возбужденном состояниях.
- Понимать условия перехода атома в возбужденное состояние (распаривание электронов в пределах одного энергетического уровня).
Универсальные учебные действия (УУД)
Личностные УУД
- Смыслообразование (связь между строением атома и химическими свойствами веществ).
- Самоопределение в уровне сложности выполняемых задач.
Регулятивные УУД
- Целеполагание как постановка учебной задачи на основе соотнесения того, что уже известно, и того, что еще неизвестно.
- Оценка качества и уровня усвоения материала.
Познавательные УУД
- Моделирование строения атома с помощью графических формул.
- Установление причинно-следственных связей между числом неспаренных электронов и валентностью.
Коммуникативные УУД
- Управление поведением партнера (контроль, коррекция действий партнера при работе в парах).
- Владение монологической и диалогической формами речи.
Подготовка учителя к уроку
- Подготовить карточки для работы в парах с заданиями на составление конфигураций (15 комплектов).
- Распечатать листы самооценки «Билет на выход» по количеству учеников.
- Подготовить презентацию с динамическими схемами «распаривания» электронов для элементов 2-го и 3-го периодов.
- Проверить наличие Периодической системы химических элементов на каждом столе.
- Подготовить на доске шаблоны энергетических диаграмм (квантовых ячеек) для ускорения работы.
Ход урока
Этап 1. Мотивация и самоопределение (3 мин)
Цель этапа: создать условия для возникновения внутренней потребности включения в учебную деятельность через создание проблемной ситуации.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
3 мин | "Здравствуйте, коллеги! Сегодня мы продолжаем погружение в микромир атома. Посмотрите на доску. Перед вами два факта: электронная конфигурация углерода в основном состоянии — 1s² 2s² 2p², что подразумевает наличие всего двух неспаренных электронов. Однако из курса органической химии мы знаем, что углерод в органических соединениях всегда четырёхвалентен. Как вы можете объяснить это противоречие? Откуда берутся еще две свободные связи?" | Ученики слушают вопрос, анализируют графическую формулу углерода в тетрадях. Выдвигают гипотезы: «Возможно, электроны могут переходить на другие орбитали», «Может быть, при сообщении энергии атом меняется». |
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Ваши догадки верны. Чтобы понять, как это происходит, нам нужно изучить 'возбужденное состояние' атома. Это и станет темой нашего сегодняшнего исследования."
Этап 2. Актуализация знаний (5 мин)
Цель этапа: повторить базовые принципы распределения электронов по орбиталям, необходимые для понимания новой темы.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
5 мин | "Прежде чем идти вперед, проверим наш фундамент. Проведем блиц-опрос. Вспомните: 1. Сколько электронов максимально может находиться на одной орбитали? 2. В каком порядке заполняются p-орбитали одного подуровня? 3. Что такое валентные электроны? Давайте запишем на доске электронную конфигурацию азота (Z=7) и серы (Z=16) в основном состоянии. Кто желает выйти к доске?" | Ученики отвечают с места: «Два электрона с противоположными спинами», «Сначала по одному в каждую ячейку, потом спариваются», «Электроны внешнего слоя». Двое учеников у доски записывают конфигурации: N: 1s² 2s² 2p³; S: 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁴. Остальные проверяют в тетрадях. |
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Отлично, правила Паули и Хунда мы помним. Теперь посмотрим, что произойдет, если эти правила будут дополнены внешним воздействием энергии."
Этап 3. Выявление места и причины затруднения (4 мин)
Цель этапа: зафиксировать ситуацию, в которой имеющихся знаний недостаточно для объяснения свойств элементов.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
4 мин | "Обратимся к фосфору. Его конфигурация внешнего слоя 3s² 3p³. Сколько у него неспаренных электронов? (Три). Значит, типичная валентность — III. Но мы знаем вещество PCl₅, где фосфор пятивалентен. Посмотрите на 3-й энергетический уровень. Есть ли там пустые 'квартиры' для электронов?" | Ученики смотрят на схему 3-го уровня, замечают, что кроме 3s и 3p существует еще 3d-подуровень, который у фосфора пуст. Формулируют затруднение: «У фосфора есть пустые d-орбитали, но мы не знаем, могут ли туда переходить электроны с 3s-подуровня». |
Посмотрите план целиком
Зарегистрируйтесь — и откройте план урока по этой теме полностью: цели, ход урока и рефлексия по ФГОС.
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Именно наличие свободных орбиталей в пределах одного уровня позволяет атому 'расширять' свои валентные возможности. Давайте сформулируем условия этого процесса."
Этап 4. Открытие нового знания (12 мин)
Цель этапа: сформировать понятие о возбужденном состоянии атома и алгоритм его графического изображения.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
6 мин | "Запишем определение: Возбужденное состояние атома — это состояние с более высокой энергией, возникающее при переходе электрона с одной орбитали на другую в пределах того же энергетического уровня. Учитель рисует схему для углерода: 2s² 2p² (основное) → энергия → 2s¹ 2p³ (возбужденное, обозначается C*). Теперь у углерода 4 неспаренных электрона. Обратите внимание: распаривание возможно только если есть свободная орбиталь и затрачена энергия.", "Почему у азота нет возбужденного состояния с 5 неспаренными электронами? Посмотрите на 2-й уровень азота." | Ученики записывают определение и схемы в тетрадь. Анализируют азот: «На втором уровне нет d-подуровня, а p-подуровень уже занят одиночными электронами. Распаривать 2s-электроны некуда». Делают вывод: валентность азота не может быть равна 5. |
6 мин | "Теперь рассмотрим серу. У нее на 3-м уровне есть 3s, 3p и пустой 3d. Сколько ступеней возбуждения может быть у серы? Давайте проследим: сначала распариваются электроны с 3p-подуровня, затем — с 3s. Учитель демонстрирует на слайде последовательное заполнение 3d-ячеек электронами серы." | Ученики зарисовывают в тетрадях три состояния серы: основное (2 неспаренных e⁻), первое возбужденное S* (4 неспаренных e⁻) и второе возбужденное S** (6 неспаренных e⁻). Соотносят это с валентностями II, IV, VI. |
Запись в тетрадях
- Основное состояние — минимальная энергия.
- Возбужденное состояние (*) — результат поглощения энергии и распаривания электронов.
- Условие: наличие свободных орбиталей на том же уровне.
- Схемы: C (2s² 2p²) → C* (2s¹ 2p³); P (3s² 3p³) → P* (3s¹ 3p³ 3d¹).
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Мы вывели правило: атом может проявлять переменную валентность, если у него есть возможность перейти в возбужденное состояние. Теперь проверим это на практике."
Этап 5. Первичное закрепление. Работа в парах (7 мин)
Цель этапа: отработать умение составлять конфигурации в парах, используя приём «Think-Pair-Share».
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
7 мин | "Применим приём 'Подумай — обсуди в паре — поделись'. У вас на столах карточки. Задание: 1. Составьте графическую формулу внешнего слоя хлора в основном и всех возможных возбужденных состояниях. 2. Объясните соседу, почему хлор может проявлять валентности I, III, V и VII. У вас 5 минут на работу, затем одна пара представит решение классу." | Ученики работают индивидуально 2 минуты, затем 3 минуты обсуждают в парах, рисуя ячейки 3s, 3p и 3d. Аргументируют: «В первом возбужденном состоянии один p-электрон уходит на d-орбиталь, получается 3 неспаренных электрона...». Одна пара выходит к доске и рисует схемы. |
Эталон решения
Cl (основное): $3s^2 3p^5$ (1 неспаренный $e^-$); Cl* (1-е возб.): $3s^2 3p^4 3d^1$ (3 неспаренных $e^-$); Cl** (2-е возб.): $3s^2 3p^3 3d^2$ (5 неспаренных $e^-$); Cl*** (3-е возб.): $3s^1 3p^3 3d^3$ (7 неспаренных $e^-$).
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Вы отлично справились с хлором. Теперь вы видите, как логика строения атома объясняет многообразие химических соединений."
Этап 6. Самостоятельная работа с самопроверкой (7 мин)
Цель этапа: интериоризация знаний и индивидуальный контроль навыка.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
7 мин | "А теперь — индивидуальный вызов. Представьте, что вы на ЕГЭ. Задание: определите, атомы каких из указанных элементов в возбужденном состоянии имеют электронную конфигурацию внешнего слоя $ns^1 np^3$. Варианты: Бериллий, Бор, Углерод, Магний, Алюминий. Выберите два верных ответа и запишите обоснование графически. На экране появится эталон через 4 минуты." | Ученики самостоятельно решают задачу. Записывают: Be: $2s^2 \to 2s^1 2p^1$ (не подходит); C: $2s^2 2p^2 \to 2s^1 2p^3$ (подходит); Mg: $3s^2 \to 3s^1 3p^1$ (не подходит). Выбирают Углерод и Кремний (если бы он был) или анализируют предложенный список. В данном случае: Углерод и Кремний (аналог). Сверяются с эталоном на экране, ставят себе плюс или вопрос. |
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Если вы выбрали углерод и понимаете, почему алюминий не подходит (у него $3s^2 3p^1 \to 3s^1 3p^2$), значит, вы уловили суть."
Этап 7. Рефлексия и домашнее задание (7 мин)
Цель этапа: осознание метода преодоления затруднений и самооценка результатов деятельности.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
4 мин | "Наш урок подходит к концу. Заполните, пожалуйста, 'Билет на выход'. В нем всего три вопроса: 1. Что было самым понятным? 2. В чем возникла трудность? 3. Могу ли я объяснить тему товарищу? Пока вы заполняете, я прокомментирую домашнее задание." | Ученики заполняют листки рефлексии, анализируют свою работу на уроке. Сдают учителю на выходе из класса. |
3 мин | "Домашнее задание будет дифференцированным. Обратите внимание на таблицу на доске. Выберите тот уровень, который вам сейчас по силам, но помните о подготовке к экзаменам." | Ученики записывают домашнее задание в дневники, задают уточняющие вопросы. |
Критерии оценивания практической работы
- "5" — безошибочно составлены графические формулы для всех состояний атома, верно указано число неспаренных электронов, дано логичное объяснение возможности возбуждения.
- "4" — допущена одна неточность в распределении электронов по d-орбиталям или в записи электронной формулы, но принцип распаривания понят верно.
- "3" — ученик умеет составлять конфигурации в основном состоянии, но испытывает затруднения при переходе в возбужденное, требуется помощь учителя.
Рефлексия
Вопрос для ученика | Цель вопроса |
|---|---|
Какое условие необходимо для 'прыжка' электрона на другой подуровень? | Проверка усвоения ключевого теоретического условия темы. |
Сможете ли вы теперь объяснить, почему инертные газы (кроме гелия) могут образовывать соединения? | Проверка умения применять знания в нестандартной ситуации (перенос знаний). |
Оцените свою работу сегодня по шкале от 1 до 10. | Субъективная оценка вовлеченности и понимания. |
Завершающее слово учителя
"Сегодня мы сделали важный шаг в понимании природы химической связи. Мы увидели, что атом — это не статичная картинка из учебника, а динамическая система, способная меняться под действием энергии. Эти знания — ключ к первому заданию ЕГЭ и, что более важно, к пониманию того, как строится всё многообразие веществ во Вселенной. На следующем уроке мы разберем 'провал' электрона у d-элементов. Спасибо за работу!"
Домашнее задание
Уровень | Что задать | Зачем |
|---|---|---|
Базовый (обязательный) | Составить электронные и графические формулы атомов кремния и брома в основном и первом возбужденном состоянии. | Закрепление базового алгоритма для элементов разных периодов. |
Средний (повышающий) | Найти в справочниках или интернете информацию о валентных возможностях ксенона. Зарисовать схему возбужденных состояний его атома. | Развитие навыка работы с информацией и применение знаний к благородным газам. |
Продвинутый (дополнительный) | Решить 5 задач из открытого банка заданий ЕГЭ (Задание №1) по теме 'Строение электронных оболочек'. | Подготовка к формату экзамена и отработка навыка на реальных примерах. |
