高中化學選修三第一章第一節(jié)第一節(jié) 原子結構(第1、2、3課時)

1、第一節(jié)第一節(jié) 原子結構原子結構虎山中學虎山中學 陳元增陳元增2007年年8月月（第一課時）人類探索物質結構的歷史原子結構的衍變過程：原子結構的衍變過程：德謨克利特德謨克利特的古代原子學說的古代原子學說1803年，英國科學家年，英國科學家道爾頓道爾頓提出近代原子學說，他認提出近代原子學說，他認為原子是微小的不可分割的實心球體。為原子是微小的不可分割的實心球體。1904年，英國科學家年，英國科學家湯姆生湯姆生發(fā)現(xiàn)了電子發(fā)現(xiàn)了電子,湯姆生湯姆生原子模原子模型。型。1911年，英國物理學家年，英國物理學家盧瑟福盧瑟福電子繞核旋轉的原子電子繞核旋轉的原子結構模型結構模型1913年，丹麥科學家年，丹麥科學

2、家玻爾玻爾核外電子分層排布的原子核外電子分層排布的原子結構模型結構模型20世紀世紀20年代中期，奧地利物理學家年代中期，奧地利物理學家薛定諤薛定諤等人以等人以量量子力學子力學為基礎為基礎電子云模型電子云模型一、原子的誕生大爆炸大爆炸2h后后大量的氫、少量的氦大量的氫、少量的氦極少量的鋰極少量的鋰原子核的熔合反應原子核的熔合反應其他元素其他元素二、能層與能級二、能層與能級能層：能層：按電子能量的高低及離核遠近劃分。按電子能量的高低及離核遠近劃分。一一 二二 三三 四四 五五 六六 七七K K 、 L L、 M M、 N N、 O O、 P P、 Q Q離核由近到遠離核由近到遠電子能量從低到高電子

3、能量從低到高各電子層所能容納的最多電子數(shù)？各電子層所能容納的最多電子數(shù)？K K 、L L、 M M、 N N、 O O、 P P、 Q Q 2 8 18 32 50 2n2 能能 層層 K L M N OK L M N O 能能 級級 1S 2s 2p 3s3p3d 4s 4p 4d 4f 5s5p1S 2s 2p 3s3p3d 4s 4p 4d 4f 5s5p 最多電子數(shù)最多電子數(shù) 2 2 2 6 2 6 10 2 6 10 14 2 6 2 6 2 6 10 2 6 10 14 2 6 二、能層與能級二、能層與能級1、能級：、能級：同一能層的電子能量也有差別，按能量同一能層的電子能量也有差

4、別，按能量不同分成能級。不同分成能級。1 1、能級符號：、能級符號：nsns、npnp、ndnd、nfnf（n n代表能層）代表能層）2 2、不同的能層分別有多少個能級？、不同的能層分別有多少個能級？能級數(shù)能層序數(shù)（能級數(shù)能層序數(shù)（n n）3 3、各能級可容納的最多電子數(shù)是？、各能級可容納的最多電子數(shù)是？1 1、原子核外電子的每個能層最多能容納的電子數(shù)與、原子核外電子的每個能層最多能容納的電子數(shù)與能層的序數(shù)（能層的序數(shù)（n n）間存在什么關系？）間存在什么關系？2 2、不同的能層分別有多少個能級，與能層的序數(shù)、不同的能層分別有多少個能級，與能層的序數(shù)（n n）間存在什么關系？）間存在什么關系？

5、3 3、英文字母相同的不同能級能容納的最多電子數(shù)是、英文字母相同的不同能級能容納的最多電子數(shù)是否相同？否相同？各能級上所能容納的電子數(shù)分別是多少？各能級上所能容納的電子數(shù)分別是多少？最多容納電子數(shù)最多容納電子數(shù) = 2n= 2n2 2第第n n層就有層就有n n個能級個能級相同相同分別是分別是1 1、3 3、5 5、7 7 的的2 2倍倍學與問 原子的核外電子可以完全按能層次序排原子的核外電子可以完全按能層次序排布，填滿一個能層再開始下一個能層嗎？布，填滿一個能層再開始下一個能層嗎？ 鉀原子核外電子怎樣排布的？鉀原子核外電子怎樣排布的？ 為什么為什么是是2 2、8 8、8 8、1 1排布，而不

6、是排布，而不是怎怎樣樣2 2、8 8、9 9排布。排布。第二課時第二課時K：三、構造原理三、構造原理1 1、各能級的能量低高順序、各能級的能量低高順序ns (n-2)f (n-1)d np即：即：1s2s2p3s3p4s3d 4p5s4d5p6s4f-2 2、電子排布式、電子排布式依構造原理依構造原理用數(shù)字在能級用數(shù)字在能級符號右上角表明該能級上排布的電子數(shù)符號右上角表明該能級上排布的電子數(shù), ,再按能層再按能層高低排列的式子高低排列的式子. .根據(jù)構造原理，只要我們知道原子序數(shù)，就可以寫出幾乎所根據(jù)構造原理，只要我們知道原子序數(shù)，就可以寫出幾乎所有元素原子的電子排布，這樣的電子排布是基態(tài)原子

7、的。有元素原子的電子排布，這樣的電子排布是基態(tài)原子的。（能級交錯）（能級交錯）ns np nd nf 根據(jù)構造原理，寫出根據(jù)構造原理，寫出N、P、K 原子的電原子的電子排布式。（基態(tài)）子排布式。（基態(tài)）小結：從電子排布式可以看出電子盡先排在小結：從電子排布式可以看出電子盡先排在能量低的能層里。在同一能層中也是先排在能量低的能層里。在同一能層中也是先排在能量低的能級里。能量低的能級里。1s1s2 22s2s2 22p2p6 63s3s2 23p3p6 64s4s1 1N：P：1s1s2 22s2s2 22p2p3 31s1s2 22s2s2 22p2p6 63s3s2 23p3p3 3K：知識積

8、累不符合構造原理。不符合構造原理。 原因：在同一能級的電子排布全充滿或全空狀態(tài)、原因：在同一能級的電子排布全充滿或全空狀態(tài)、 或半充滿狀態(tài)具有較低的能量和較大的穩(wěn)定性或半充滿狀態(tài)具有較低的能量和較大的穩(wěn)定性如對于如對于CrCr原子而言，外圍電子呈原子而言，外圍電子呈3d3d5 54s4s1 1排布時，排布時，3d 3d 、4s4s軌道上的電子均為半滿狀態(tài)時，整個體軌道上的電子均為半滿狀態(tài)時，整個體系的能量最低。系的能量最低。全充滿：全充滿： s2 p6 d10 f14半充滿：半充滿： s1 p3 d5 f7全全 空：空： s0 p0 d0 f0相對相對穩(wěn)定穩(wěn)定狀態(tài)：狀態(tài)：原子實原子實：電子排布

9、式書寫過繁，可以把內(nèi)層電：電子排布式書寫過繁，可以把內(nèi)層電子已達到稀有氣體結構的部分寫成子已達到稀有氣體結構的部分寫成“原子實原子實”。以稀有氣體的元素符號外加方括號表示。以稀有氣體的元素符號外加方括號表示。鈉鈉NaNa的核外電子排布為：的核外電子排布為：1s1s2 22s2s2 22p2p6 63s3s1 1，其中第其中第1 1、2 2電子層與原子核組成原子實，電子層與原子核組成原子實，也可寫作也可寫作Ne3sNe3s1 1。 NeNe 是指與是指與氖氖 NeNe（1s1s2 22s2s2 22p2p6 6）的結構相同）的結構相同。鉀鉀K K的電子排布為：的電子排布為：1s1s2 22s2s

10、2 22p2p6 63s3s2 23p3p6 64s4s1 1，也可寫作也可寫作Ar4sAr4s1 1。( (簡化電子排布式簡化電子排布式) )銅銅CuCu為：為：1s1s2 22s2s2 22p2p6 63s3s2 23p3p6 63d3d10104s4s1 1，也可寫作也可寫作Ar3dAr3d10104s4s1 1。( (簡化電子排布式簡化電子排布式) )練習：試寫出練習：試寫出8 8O O、1414Si Si 、2626FeFe的簡化的簡化 電子排布式。電子排布式。說明：在化學反應中，原子的外圍電子發(fā)生變化說明：在化學反應中，原子的外圍電子發(fā)生變化而而“原子實原子實”不受影響，所以描述原

11、子核外電子不受影響，所以描述原子核外電子排布時，也可以省去排布時，也可以省去“原子實原子實”，僅寫出原子的，僅寫出原子的外圍電子排布式外圍電子排布式（對主族元素的原子，外圍電子（對主族元素的原子，外圍電子又稱價電子）又稱價電子）如：如：O O ： 2S2S2 22P2P4 4 Si Si: 3S: 3S2 23P3P2 2 Fe: 3d Fe: 3d6 64S4S2 2下列各原子或離子的電子排布式錯誤的下列各原子或離子的電子排布式錯誤的是（是（ ）A. Ca2+ 1s22s22p63s23p6B. O2- 1s22s23p4C. Cl- - 1s22s22p63s23p5D. Ar 1s22s

12、22p63s23p6BBC練習練習 1：練習練習2(1)電子排布式為電子排布式為1s22s22p63s23p6 某微粒，某微粒， 則該微粒符號是則該微粒符號是_(2)某元素原子的價電子構型為某元素原子的價電子構型為3s23p4, 則此則此元素在周期表的位置是元素在周期表的位置是_Cl- - 或或Ar第第3 3周期，第周期，第AA族族四、能量最低原理、基態(tài)與激發(fā)態(tài)、光譜四、能量最低原理、基態(tài)與激發(fā)態(tài)、光譜1.能量最低原理能量最低原理: 原子的電子排布遵循構造原理使整個原子的原子的電子排布遵循構造原理使整個原子的能量處于最低狀態(tài)能量處于最低狀態(tài).2.基態(tài)原子與激發(fā)態(tài)原子基態(tài)原子與激發(fā)態(tài)原子處于最低

13、能量的原子叫處于最低能量的原子叫基態(tài)原子基態(tài)原子;當基態(tài)原子的電子吸收能量后當基態(tài)原子的電子吸收能量后,電子會躍遷到較電子會躍遷到較高能級成為高能級成為激發(fā)態(tài)原子激發(fā)態(tài)原子。第三課時第三課時釋放能量釋放能量3.基態(tài)、激發(fā)態(tài)相互轉化與能量轉化的關系基態(tài)、激發(fā)態(tài)相互轉化與能量轉化的關系基態(tài)原子基態(tài)原子激發(fā)態(tài)原子激發(fā)態(tài)原子吸收能量吸收能量4.光譜與光譜分析光譜與光譜分析:（1）光譜：）光譜： 不同元素原子的電子發(fā)生躍遷時會吸收或釋不同元素原子的電子發(fā)生躍遷時會吸收或釋放不同的光，可以用光譜儀攝取各種元素的電子放不同的光，可以用光譜儀攝取各種元素的電子的吸收光譜或發(fā)射光譜，總稱原子光譜。的吸收光譜或發(fā)

14、射光譜，總稱原子光譜。（2）光譜分析：）光譜分析：利用原子光譜的特征譜線來鑒定元素利用原子光譜的特征譜線來鑒定元素如：如：1868年根據(jù)太陽光譜中有一條地球已知元年根據(jù)太陽光譜中有一條地球已知元素中所沒有的鮮黃色的明線，發(fā)現(xiàn)了元素氦。素中所沒有的鮮黃色的明線，發(fā)現(xiàn)了元素氦。宏觀物體的運動特征：宏觀物體的運動特征：n可以準確地測出它們在某一時刻所處的可以準確地測出它們在某一時刻所處的位置及運行的速度；位置及運行的速度；n可以描畫它們的運動軌跡?？梢悦璁嬎鼈兊倪\動軌跡。n核外電子質量小，運動空間小，運動速率大。核外電子質量小，運動空間小，運動速率大。n無確定的軌道，無法描述其運動軌跡。無確定的軌道

15、，無法描述其運動軌跡。n無法計算電子在某一刻所在的位置，只能指無法計算電子在某一刻所在的位置，只能指出其在核外空間某處出現(xiàn)的機會多少出其在核外空間某處出現(xiàn)的機會多少概率。概率。1、核外電子運動的特征、核外電子運動的特征五、電子云與原子軌道五、電子云與原子軌道2 2、核外電子運動狀態(tài)的描述、核外電子運動狀態(tài)的描述 電子云：電子在核外出現(xiàn)的概率圖。電子云：電子在核外出現(xiàn)的概率圖。l描述核外電子運動特征的圖象。描述核外電子運動特征的圖象。l電子云中的小黑點：并不是表示原子核外電子云中的小黑點：并不是表示原子核外的一個電子的一個電子, ,而是表示電子在此空間出現(xiàn)的而是表示電子在此空間出現(xiàn)的機率。小黑點

16、密度大的地方說明電子出現(xiàn)機率。小黑點密度大的地方說明電子出現(xiàn)的機會多，而小黑點密度小的地方說明電的機會多，而小黑點密度小的地方說明電子出現(xiàn)的機會少。子出現(xiàn)的機會少。S S能級的原子軌道能級的原子軌道S S能級的原子軌道是球形對稱的能級的原子軌道是球形對稱的. .3、原子軌道、原子軌道-把電子出現(xiàn)的概率約為把電子出現(xiàn)的概率約為90%的空間圈出來，人們把這種電子云輪廓圖稱為的空間圈出來，人們把這種電子云輪廓圖稱為原子軌道。原子軌道。P P能能級級的的原原子子軌軌道道P P能級的原子軌道是紡錘能級的原子軌道是紡錘形的形的, ,每個每個P P能級有能級有3 3個原個原子軌道子軌道, ,它們相互垂直它們

17、相互垂直, ,分分別以別以P P x x ,P,Py y ,P,PZ Z表示表示. . （1 1）s s原子軌道是原子軌道是球形球形對稱，對稱，ns ns 能級各有能級各有1 1個軌道個軌道 （只有一個伸展方向）（只有一個伸展方向）（2 2）p p原子軌道是是原子軌道是是紡錘形紡錘形的的，npnp能級各有能級各有3 3個軌道個軌道 （有三個伸展方向）（有三個伸展方向）（3 3）d d原子軌道是原子軌道是花瓣形花瓣形的，的，ndnd能級各有能級各有5 5個軌道個軌道 （有五個伸展方向）（有五個伸展方向）（4 4）f f原子軌道原子軌道形狀復雜形狀復雜，nfnf能級各有能級各有7 7個軌道個軌道

18、（有七個伸展方向）（有七個伸展方向）說明：說明：（1）隨）隨n越大，原子軌道的半徑越大。越大，原子軌道的半徑越大。 （2）不同能層的同種能級的原子軌道形狀）不同能層的同種能級的原子軌道形狀 相似，只是半徑不同。相似，只是半徑不同。 在多電子原子中，電子填充原子軌道在多電子原子中，電子填充原子軌道時，能量高低有如下規(guī)律：時，能量高低有如下規(guī)律：（1）相同能層上原子軌道能量高低：）相同能層上原子軌道能量高低： nsnpndnf（2）形狀相同的原子軌道能量高低：）形狀相同的原子軌道能量高低： 1s2s3s4s（3）能層和形狀都相同的原子軌道能量相）能層和形狀都相同的原子軌道能量相 等：如：等：如：2

19、Px=2Py=2Pz( (簡并軌道）簡并軌道）小結：小結：1 1、每個原子軌道里最多能容納幾個電子？其、每個原子軌道里最多能容納幾個電子？其自旋方向怎樣？自旋方向怎樣？科學探究科學探究 每個軌道最多能容納的電子數(shù)為每個軌道最多能容納的電子數(shù)為2 2個，個，且自旋方向相反。且自旋方向相反。第四課時第四課時總是優(yōu)先單獨占一個軌道（即分占不同的總是優(yōu)先單獨占一個軌道（即分占不同的軌道），而且自旋方向相同。軌道），而且自旋方向相同。-泡利原理泡利原理-洪特規(guī)則洪特規(guī)則 認真觀察第二周期元素基態(tài)原子認真觀察第二周期元素基態(tài)原子的原子軌道式，思考問題：的原子軌道式，思考問題：2 2、當電子排布在同一能級時

20、，有什么規(guī)律？、當電子排布在同一能級時，有什么規(guī)律？課堂練習用軌道表示式表示出用軌道表示式表示出2626FeFe原子的核外電子排布原子的核外電子排布洪特規(guī)則洪特規(guī)則泡利原理能量最低原理能量最低原理練習：練習：1、下列有關電子云和原子軌道的說法正確的是（、下列有關電子云和原子軌道的說法正確的是（ ）A原子核外的電子象云霧一樣籠罩在原子核周圍，故稱電原子核外的電子象云霧一樣籠罩在原子核周圍，故稱電 子云子云Bs能級的原子軌道呈球形，處在該軌道上的電子只能在球能級的原子軌道呈球形，處在該軌道上的電子只能在球 殼內(nèi)運動殼內(nèi)運動Cp能級的原子軌道呈紡錘形，隨著能層的增加，能級的原子軌道呈紡錘形，隨著能層

21、的增加，p能級原能級原 子軌道也在增多子軌道也在增多D與與s電子原子軌道相同，電子原子軌道相同，p電子原子軌道的平均半徑隨能電子原子軌道的平均半徑隨能 層的增大而增大層的增大而增大 D分析：電子云是對電子運動的形象化描述，它僅表示電子分析：電子云是對電子運動的形象化描述，它僅表示電子在某一區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)的概率，并非原子核真被電子云霧所包在某一區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)的概率，并非原子核真被電子云霧所包裹，故裹，故選項選項A錯誤錯誤。電子在核外空間一定范圍內(nèi)出現(xiàn)，好。電子在核外空間一定范圍內(nèi)出現(xiàn)，好象帶負電荷的云霧籠罩在原子核周圍，象帶負電荷的云霧籠罩在原子核周圍，故形象地稱它為故形象地稱它為“電子云電子云”2 若

22、某基態(tài)原子的外圍電子排布為若某基態(tài)原子的外圍電子排布為4d15s2，則，則 下列說法正確的（下列說法正確的（ ）A該元素基態(tài)原子中共有該元素基態(tài)原子中共有3個電子個電子 B該元素原子核外有該元素原子核外有5個電子層個電子層C該元素原子最外層共有該元素原子最外層共有3個電子個電子D該元素原子該元素原子M能層共有能層共有8個電子個電子B3下列圖象中所發(fā)生的現(xiàn)象與電子的躍遷下列圖象中所發(fā)生的現(xiàn)象與電子的躍遷無關的是（無關的是（ ）A B C DD5電子由電子由3d能級躍遷至能級躍遷至4p能級時，可通過光譜儀直接能級時，可通過光譜儀直接 攝?。〝z?。?）A電子的運動軌跡圖像電子的運動軌跡圖像 B原子的

23、吸收光譜原子的吸收光譜C電子體積大小的圖像電子體積大小的圖像 D原子的發(fā)射光譜原子的發(fā)射光譜B4對充有氖氣的霓虹燈管通電，燈管發(fā)出紅色對充有氖氣的霓虹燈管通電，燈管發(fā)出紅色 光。產(chǎn)生這一現(xiàn)象的主要原因光。產(chǎn)生這一現(xiàn)象的主要原因 （ ）A電子由激發(fā)態(tài)向基態(tài)躍遷時以光的形式釋放能量電子由激發(fā)態(tài)向基態(tài)躍遷時以光的形式釋放能量 B電子由基態(tài)向激發(fā)態(tài)躍遷時吸收除紅光以外的光線電子由基態(tài)向激發(fā)態(tài)躍遷時吸收除紅光以外的光線C氖原子獲得電子后轉變成發(fā)出紅光的物質氖原子獲得電子后轉變成發(fā)出紅光的物質D在電流的作用下，氖原子與構成燈管的物質發(fā)生反應在電流的作用下，氖原子與構成燈管的物質發(fā)生反應 A A6 6、下圖

24、中，能正確表示基態(tài)硅原子的是（、下圖中，能正確表示基態(tài)硅原子的是（ ） A B C DA A7人們常將在同一原子軌道上運動的，自旋方人們常將在同一原子軌道上運動的，自旋方向相反的向相反的2個電子，稱為個電子，稱為“電子對電子對”；將在同一；將在同一原子軌道上運動的單個電子，稱為原子軌道上運動的單個電子，稱為“未成對電未成對電子子”。以下有關主族元素原子的。以下有關主族元素原子的“未成對電子未成對電子”的說法，錯誤的是（的說法，錯誤的是（ ）A核外電子數(shù)為奇數(shù)的基態(tài)原子核外電子數(shù)為奇數(shù)的基態(tài)原子,其原子軌道中其原子軌道中一定含有一定含有“未成對電子未成對電子” B核外電子數(shù)為偶數(shù)的基態(tài)原子核外電子數(shù)為偶數(shù)的基態(tài)原子,其原子軌道中其原子軌道中一定不含一定不含“未成對電子未成對電子” C核外電子數(shù)為偶數(shù)的基態(tài)原子核外電子數(shù)為偶數(shù)的基態(tài)原子,其原子軌道中其原子軌道中可能含有可能含有“未成對電子未成對電子”D核外電子數(shù)為奇數(shù)的基態(tài)原子核外電子數(shù)為奇數(shù)的基態(tài)原子,其原子軌道中其原子軌道中可能不含可能不含“未成對電子未成對電子”B D8當碳原子的核外電子排布由當碳原子的核外電子排布由 轉變?yōu)檗D變?yōu)?時，下列說法正確的是（時，下列說法正確的