高中化学 2.1 原子核外电子的运动课件 苏教版选修3.ppt

第一单元原子核外电子的运动 1 进一步认识卢瑟福和玻尔的原子结构模型 2 了解原子核外电子的运动状态 3 了解原子核外电子排布所遵循的原理 知道原子轨道能量顺序 4 能用电子排布式表示1号 36号元素原子的核外电子排布 5 知道原子核外电子在一定条件下会发生跃迁 了解其简单应用 一 人类对原子结构的认识哪一种理论能够成功地解释氢原子的发光问题 如何形象地描述原子核外电子的运动状态 1 原子结构模型的演变 原子结构模型 科学家 主要内容及含义 科研手段 有核模型 卢瑟福英国 1911 粒子散射实验 原子的质量主要集中在原子核上 电子在原子核外空间做高速运动 玻尔原子结构模型 玻尔丹麦 1913 氢原子光谱 1 原子核外电子在一系列稳定的轨道上运动 既不放出能量 也不吸收能量 2 不同的原子轨道具有不同的能量 原子轨道的能量变化是不连续的 3 原子核外电子可以在能量不同的轨道上发生跃迁 2 电子云 1 含义 用小黑点代表电子在核外空间区域内出现的 用小黑点的 描述电子在原子核外某一区域 的大小所得到的图形 2 规律 运动区域距离核近 电子出现的机会 运动区域距离核远 电子出现的机会 机会 疏密 出现机会 大 小 二 核外电子运动的特征原子核外同一个电子层上的电子的能量都相同吗 怎样描述电子在核外的运动状态 1 电子层 划分标准 电子的能量差异和主要运动区域不同 取值 符号 能量高低 离核远近 1 2 3 4 5 6 7 k l m n o p q 低 高 近 远 2 原子轨道 含义 用量子力学描述电子在原子核外空间运动的主要区域 符号 数目 形状 s p d f 1 3 5 7 球形 纺锤形 形状较复杂 3 自旋运动原子核外电子有 种不同的自旋状态 通常用 和 表示 两 三 原子核外电子的排布氮原子的2p轨道上有3个电子 它们3个在2p轨道上如何排布 钙原子的核外电子排布为什么是2 8 8 2 而不是2 8 9 1呢 1 核外电子排布遵循的三个原理 能量最低原理 原子核外电子先占据能量低的轨道 然后依次进入能量较高的轨道 这样使整个原子处于最低的能量状态 泡利不相容原理 每个原子轨道上最多只能容纳两个自旋状态不同的电子 洪特规则 原子核外电子在能量相同的各个轨道上排布时 电子尽可能分占不同的原子轨道 且自旋状态相同 2 两种表示方法 1 电子排布式 以氢为例 电子数 电子层 原子轨道 2 轨道表示式 自旋状态相反 轨道 电子 轨道 1 电子云中的每一个小黑点都表示一个电子 分析 电子云中的小黑点的疏密代表电子在此区域出现的几率的大小 不代表真实的电子 2 原子轨道是原子核外的具有确定半径的圆 分析 原子轨道只是核外电子运动的一个区域 3 电子层数n值越大 原子轨道的能量越高 分析 n值越大 原子轨道的能量越高 但是从第3层开始出现原子轨道交错现象 比如e 3d e 4s 4 24号元素铬原子的电子排布式为 1s22s22p63s23p64s13d5 分析 电子进入原子轨道的顺序符合能量最低原理 排满3p轨道后先填充4s轨道 排满4s轨道再填充3d轨道 但是在书写电子排布式时却要将电子层数相同的轨道书写在一起 正确的是1s22s22p63s23p63d54s1 5 轨道表示式比电子排布式更能准确地表示核外电子的运动状态 分析 轨道表示式不仅能表示电子在核外各电子层上的排布规律 还能表示出电子在原子轨道上的排布情况 6 钾元素原子的轨道表示式为 分析 根据能量最低原理 钾原子的电子排布式应为1s22s22p63s23p64s1 根据洪特规则知同一轨道中的两个电子的自旋状态相反 故钾原子的轨道表示式应为 一 电子层和原子轨道1 电子层和原子轨道的关系 2 不同原子轨道的能量大小关系 特别提醒 1 电子层和原子轨道共同决定了轨道的能量 判断原子轨道的能量大小时既要考虑电子层又要考虑轨道类型 2 第n电子层上的原子轨道数为n 因此最多容纳的电子数为2n2 典例1 下列有关认识正确的是 a 各原子轨道中的轨道数按s p d f的顺序依次为1 3 5 7b 各电子层的原子轨道都是从s轨道开始至f轨道结束c 各电子层含有的轨道数为n 1d 各电子层含有的电子数为2n2个 思路点拨 解答本题时要注意以下两点 1 同一电子层根据能量的不同可分成不同的轨道 2 每一电子层中轨道个数等于该电子层的电子层序数 第一电子层只有s轨道 第二电子层只有s和p轨道 依次类推 解析 选a 各电子层的轨道数等于其所处的电子层序数 即当n 1时 它只有一个s轨道 当n 2时 它有两个轨道 s轨道和p轨道 所以b c均错误 每个电子层最多容纳的电子数为2n2个 而不是每个电子层含有的电子数一定为2n2个 d错误 变式备选 下列电子层中 原子轨道的数目为4的是 a k层b l层c m层d n层 解析 选b 第n电子层中 原子轨道的数目为n2 因此原子轨道数目是4的电子层序数为2 为l层 二 基态原子核外电子排布规律1 能量最低原理能量最低原理即电子尽量先占据能量低的轨道 然后进入能量较高的轨道 使整个原子的能量处于最低状态 1 基态原子核外电子进入原子轨道的顺序 2 能量交错现象 原子中的价电子在外层排布时存在原子轨道能量交错现象 如e4s e3d e4p e5s e4d e5p 2 泡利不相容原理一个原子轨道中最多只能容纳两个电子 且这两个电子的自旋状态相反 3 洪特规则 1 原子核外电子在能量相同的各个轨道上排布时 将尽可能分占不同的原子轨道 且自旋状态相同 这样整个原子的能量最低 2 洪特规则特例 能量相同的原子轨道在全充满 如p6和d10 半充满 如p3和d5 和全空 如p0和d0 状态时 体系的能量较低 原子较稳定 特别提醒 1 比较不同轨道的能量时 要注意轨道能量交错现象 2 核外电子在排布时三条原理要兼顾 不可顾此失彼 同时要注意洪特规则特例 当原子轨道为全空 半充满或全充满时 这些状态下总的电子云的分布是空间对称的 原子体系的能量低 原子的电子排布最稳定 3 在书写电子排布式时直接写电子排布式若有困难 可先写出原子的原子结构示意图 再据此写出电子排布式 如 典例2 根据原子核外电子排布的轨道能量顺序图 写出下列原子或离子的核外电子排布式 1 o 2 ca 3 s2 4 cr 5 al3 思路点拨 解答本题时要注意以下三点 1 s p d f 依次有1 3 5 7 个轨道 最多容纳电子数为2 6 10 14 2 明确核外电子排布式要遵循能量最低原理 泡利不相容原理 洪特规则 3 注意1号 36号元素中的洪特规则的两个特例 和 解析 氧原子有8个电子 按1s 2s 2p顺序填充电子 1s22s22p4 钙原子有20个电子 由于e 4s e 3d 出现轨道能量交错 按1s 2s 2p 3s 3p 4s顺序填充为1s22s22p63s23p64s2 硫原子有16个电子 按1s 2s 2p 3s 3p顺序填充为1s22s22p63s23p4 s2 为硫原子得到2个电子后形成 故3p轨道上填充6个电子 即其核外电子排布式 为1s22s22p63s23p6 铬原子有24个电子 3d与4s轨道产生交错 按1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d顺序填充为1s22s22p63s23p63d54s1 al共有三个电子层 失去三个电子形成al3 其电子排布式为1s22s22p6 答案 1 1s22s22p4 2 1s22s22p63s23p64s2 3 1s22s22p63s23p6 4 1s22s22p63s23p63d54s1 5 1s22s22p6 解题流程 离子的电子排布式的书写流程离子的电子排布式在书写时应以原子的电子排布式为基础 首先根据构造原理 写出相应原子的电子排布式 再根据原子得失电子的情况作出相应的调整 写出相应离子的电子排布式 比如 钠原子的电子排布式为1s22s22p63s1 当它失去1个电子时就变成钠离子 其电子排布式就变成1s22s22p6 变式训练 下列原子或离子的电子排布式正确的是 违反能量最低原理的是 违反洪特规则的是 违反泡利不相容原理的是 ca2 1s22s22p63s23p6 f 1s22s23p6 p cr 1s22s22p63s23p63d44s2 fe 1s22s22p63s23p63d64s2 mg2 1s22s22p6 c 解析 根据核外电子排布规律 中错误在于电子排完2s轨道后应排2p轨道而不是3p轨道 正确的应为1s22s22p6 中没有遵循洪特规则 电子在能量相同的轨道上排布时 应尽可能分占不同的轨道并且自旋状态相同 正确的应为 中忽略了能量相同的原子轨道在半充满状态时 体系的能量较低 原子较稳定 正确的应为 1s22s22p63s23p63d54s1 和 正确 违反泡利不相容原理 所以应为c 答案 三 核外电子排布的表示方法 原子结构示意图 意义 将每个电子层上的电子总数表示在原子核外的式子 实例 s 电子排布式 意义 用数字在轨道符号右上角标明该轨道上排布的电子数 这就是电子排布式 实例 s 1s22s22p63s23p4 简化电子排布式 意义 为了避免电子排布式书写过于繁琐 把内层电子达到稀有气体结构的部分用相应稀有气体的元素符号外加方括号表示 实例 s ne 3s23p4 外围电子排布式 意义 实例 主族元素的外围电子指最外层电子 最外层电子排布式即外围电子排布式 s 3s23p4 轨道表示式 意义 实例 每个方框代表一个原子轨道 每个箭头代表一个电子 s 特别提醒 1 上述五种表示核外电子排布的方法中 轨道表示式最能反映电子的排布情况 2 要注意五种核外电子排布方法的联系 特别是与比较熟悉的原子结构示意图去相互印证 3 核外电子排布可以用核外电子排布式 简化电子排布式 轨道表示式 外围电子排布式来表示 其中电子排布式是书写其他几种表示式的前提 典例3 按要求填空 1 cu的原子结构示意图为 2 p的外围电子排布式为 3 fe的电子排布式为 4 n的轨道表示式为 5 x元素的外围电子排布式是4s24p5 x的元素符号是 思路点拨 解答本题时要注意以下两点 1 根据核外电子排布式快速地转化为原子结构示意图 2 主族元素的外围电子即为最外层电子 解析 本题主要考查核外电子排布的常用表示方法 电子排布式应是这些方法的基础 cu的电子排布式是1s22s22p63s23p63d104s1 所以其原子结构示意图是 p的外围电子排布式为3s23p3 fe的电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2 n的电子排布式为1s22s22p3 所以其轨道表示式是 x元素出现了4p层 说明3d层已经排满 其电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p5 原子序数是35 为br 答案 1 2 3s23p3 3 1s22s22p63s23p63d64s2 4 5 br 延伸探究 1 题干 2 中p的未成对电子有几个 提示 3个 3p轨道中有3个电子 根据洪特规则 电子要分占尽可能多的轨道 所以这3个电子都未成对 2 为什么fe3 的稳定性强于fe2 提示 当铁原子失去3个电子后 3d轨道有5个电子 是半充满状态 体系能量低 比较稳定 警示钟 cu的电子排布规律铜的核外电子排布遵循洪特