原子结构和元素的性质ppt课件.ppt

原子结构和元素的性质 1 能层与能级1 能层 1 定义 在多电子的原子核外电子的能量是不同的 按电子的能量差异 可以将核外电子分成不同的能层 2 表示方法及各能层所容纳的最多电子数 每一个能层最多可容纳的电子数为2n2个 2 2 能级 1 定义 在多电子原子中 同一能层的电子 能量可以不同 还可以把它们分成能级 2 表示方法及各能级所容纳的最多电子数 小结 1 任一能层的能级数等于该能层的序数 2 在同一能层中 原子的序号的顺序是Ens Enp End Enf 不同层中 符号相同的能级中所容纳的最多电子数相同 以s p d f 排序的各能级可容纳的的最多电子数依次为1 3 5 7 的二倍 即2 6 10 14 3 基态与激发态 光谱1 基态原子与激发态原子 1 基态原子 处于最低能量的原子叫基态原子 2 激发态原子 当基态原子的电子吸收能量后 电子会跃迁到较高的能级 变成激发态原子 4 2 原子光谱 不同元素的原子发生跃迁时会吸收或释放不同的光 可以用光谱仪摄取各种元素的电子的吸收光谱或发射光谱 总称为原子光谱 3 原子光谱的应用 在现代化学中 常利用原子光谱的特征谱线 通过光谱分析从而来鉴定元素 锂 氦 汞的吸收光谱 5 图1 2构造原理 6 1 电子在原子核外空间一定范围内出现 可以想象为一团带负电的云雾笼罩在原子核周围 所以 人们形象地把它叫做 电子云 电子云与原子轨道 2 原子轨道 电子云轮廓图称为原子轨道 7 3 原子轨道的特点 s能级的原子轨道图 p能级的原子轨道图 8 原子轨道的特点 9 4 各能级包含的原子轨道数 10 第二周期元素基态原子的电子排布如下图所示 在图中每个方框代表一个原子轨道 每个箭头代表一个电子 由图总结 每个原子轨道里最多只能容纳几个电子 方向如何 当电子排布在同一能级时 又什么规律 第二周期元素基态原子的电子排布图 11 1 每个原子轨道里最多只能容纳2个电子 而且自旋方向相反 用 表示 泡利原理2 当电子排布在同一能级的不同轨道时 总是优先单独占据一个轨道 而且自旋方向相同 洪特规则 12 3 各电子层包含的原子轨道和可容纳的电子数目 13 4 各原子轨道的能量高低 多电子原子中 电子填充电子轨道时 原子轨道能量的高低存在以下规律 1 相同电子层上原子轨道能量的高低 ns np nd nf 2 形状相同的原子轨道能量的高低 1s 2s 3s 4s 3 电子层和形状相同的原子轨道的能量相等 如2px 2py 2pz轨道的能量相等 14 小结 电子在排布时必须遵循的规律 1 能量最低原理 2 泡利原理 3 洪特规则 15 四 构造原理和能量最低原理1 构造原理 随着原子核电荷数的递增 绝大多数元素的原子核外电子排布将遵循图1 2的排布顺序 其实质是各能级的能量高低顺序 可由下列公式得出ns n 2 f n 1 d np n表示能层序数 16 从元素周期表中查出铜 银 金的外围电子层排布 它们是否符合构造原理 思考与交流 3d104s1 4d105s1 5d106s1 3d94s2 4d95s2 5d96s2 有少数元素的基态原子的电子排布对于构造原理有一个电子的偏差 如Cu Ag Au等 17 交流讨论 1 元素原子核外电子排步的周期性变化有什么特点 2 元素周期表结构如何 3 元素的原子结构与元素在周期表中位置有什么关系 18 请根据构造原理 写出F Cl BrLi Na K简化电子排布式 复习 19 一 原子结构与元素周期表 20 结论 随着原子序数的增加 元素原子的外围电子层排布呈现周期性的变化 每隔一定数目的元素 元素原子的外围电子层排布重复出现从ns1到ns2np6的周期性变化 最外层电子数 从1到8元素周期系的形成是由于元素的原子核外电子的排布发生周期性的重复 21 1 横行七个周期 2 8 8 18 18 32种 每一周期开头第一个元素的最外层的排布通式为ns1 结尾元素的电子排布式为ns2np6 第一周期只有一个1s能级 其结尾元素的电子排布式为1s2 跟其他周期的结尾元素的原子电子排布式不同 科学探究 教材p14 22 2 纵列 18个纵列 除零族元素中He 2s2 与其它稀有气体ns2np6不同外 其余相等 每个纵列的价电子构型和它们的族序数有什么联系 主族 价电子层为ns或nsnp型副族 价电子层一般出现d原子轨道等 23 3 周期表的区域划分s区 p区 d区 ds区 f区共5个区从元素的价电子层结构可以看出 s区 d区 ds区的元素在发生化学反应时容易失去最外层及倒数第二层的电子 表现金属性 属于金属 24 4 族元素周期表可分为7主族 7副族 0族和一个第 族 副族元素介于s区元素 主要是金属元素 和p区 主要是非金属 元素之间 处于由金属向非金属过渡的区域 因此 把副族元素又称为过渡元素 25 5 这是由元素的价电子层结构和元素周期表中元素性质的递变规律决定的 同周期元素从左到右非金属性增强 同主族从上到下非金属性减弱 结果使元素周期表右上方三角区内的元素主要呈现出非金属性 6 由于元素的金属性和非金属性没有严格的界限 处于非金属三角区边缘的元素既能表现出一定的非金属性 又能表现出一定的金属性 因此这些元素常被称为半金属或准金属 26 原子核外电子排布与元素周期表结构有什么内在联系 周期序数 最大能层数主族元素 族序数 最外层电子数 ns np或ns 27 副族 B B 价电子总数11 12 族序数 最外层电子数ns1 2副族 B B 价电子总数3 7 族序数 nS2 n 1 d1 5 族价电子总数为8 9 10 分别对应于 族1 2 3列 3 10 28 根据元素原子的外围电子排布的特征 可将元素周期表分成五个区域 s区 p区 d区 ds区和f区 金属区域 非金属区域 29 30 1 下列元素是主族元素还是副族元素 第几周期 第几族 1 1s22s22p63s23p5 2 Ar 3d104s1 2 由下列元素在周期表中的位置 给出其原子的价电子层构型 3 第四周期第 B族 4 第六周期第 A族 练习1 31 练习2 已知某元素的原子序数是25 写出该元素原子的电子排布式 并指出该元素的名称 符号以及所属的周期和族 熟记1 36号元素名称 顺序 32 练习3 已知某元素在周期表中位于第五周期 A族 试写出该元素的基态原子的电子排布式 元素名称 符号和原子序数 33 小结 原子的电子层结构与元素的分区 s区元素 最后一个电子填充在s能级上的元素 结构特点 ns1和ns2 包括 A族和 A族 除氢外均为金属 P区元素 最后一个电子填充在p能级上的元素 结构特点 ns2np1 6 包括 A族 A族和0族 绝大多数为非金属 34 d区元素 最后一个电子填充在d能级上的元素 结构特点 n 1 d1 9ns1 2 包括 B族 B族和第 族 ds区元素 d能级填满并且最后一个电子填充在s能级上的元素 结构特点 n 1 d10ns1 2 包括 B族和 B族 f区元素 最后一个电子填充在f能级上的元素 包括镧系和锕系 d区 ds区和f区元素称过渡元素 35 36 二 元素周期律 包括 定义 元素化合价 金属性和非金属性 原子半径 电离能和电负性等的周期性的变化 中学化学资料网http www e 37 还原性减弱 氧化性增强 稳定性增强 碱性减弱 酸性增强 逐渐缩小 同周期主族元素性质递变规律 38 同主族元素性质递变规律 原子半径离子半径增大 单质还原性增强 单质氧化性减弱 气态氢化物稳定性减弱 最高价氧化物的水化物的酸性减弱 碱性增强 阳离子的氧化性减弱 阴离子的还原性增强 39 1 原子半径的周期性变化 40 原子半径的大小取决于 两个因素 电子的能层越多 电子之间的负电排斥使原子半径 核电荷数越大 核对电子的引力越大 将使原子半径 能层数 核电荷数 增大 缩小 41 思维拓展 微粒半径的比较方法 首先看微粒的电子层数 电子层越多则微粒半径越大 电子层数相同时再看微粒的核电荷数 核电荷数越大则微粒的半径越小 电子层数和核电荷数都相同 则看最外层电子数 最外层电子数多 半径大 反之 半径小 42 下列微粒中 半径大小的次序正确的是A K Ca2 Cl S2 B Ca2 K S2 Cl C Ca2 K Cl S2 D S2 Cl K Ca2 练习4 C 43 2 元素电离能及其周期性变化 第一电离能 P18M g e M g 意义 可以衡量元素的原子失去一个电子的难易程度 第一电离能数值越小 原子越容易失去一个电子 44 元素的第一电离能大致有何周期性 同一周期 由左至右大致增大 同一主族 由上至下大致减小 45 学与问 1 碱金属的电离能与碱金属的活泼性存在什么联系 第一电离能越小 越容易失去电子 金属的活泼性越强 因此 碱金属的第一电离能越小 金属的活泼性越强 46 2 钠 镁 铝逐级失去电子的电离能为什么越来越大 这些数据跟钠 镁 铝的化合价有什么联系 学与问 阳离子所带正电荷数增大 再失去1个电子需克服的电性引力越来越大 消耗的能量越来越大 47 2 问 元素第一电离能大小与原子失电子能力有何关系 1 元素第一电离能定义 元素第一电离能是指气态原子失去一个电子形成 1价气态阳离子所需的最低能量 元素第一电离能的周期性变化 第一电离能越小 原子越易失去第一个电子 第一电离能越大 原子越难失去第一个电子 思维拓宽 你能说出什么是第二电离能 第三电离能 吗 讨论后回答 48 第二电离能 是指 1价气态离子失去一个电子形成 2价气态离子所需的最低能量称该元素的第二电离能 用I2表示 类似用I3 I4 表示元素的第三 四 电离能等 观察分析下表电离能数据回答问题 问题 解释为什么锂元素易形成Li 而不易形成Li2 镁元素易形成Mg2 而不易形成Mg3 参考答案 从表中数据可知 Li元素的I2远大于I1 因此Li容易失去第一个电子 而不易失去第二个电子 即Li易形成Li 而不易形成Li2 镁元素的I1 I2相差不大 I3远大于它们 说明镁容易失去两个电子 而不易失去第三个电子 因此镁易形成Mg2 而不易形成Mg3 49 观察分析下图元素第一电离能的变化情况 寻找它们的变化有哪些规律 同时你是否还能发现一些问题 请讨论总结 3 元素第一电离能的变化规律 50 规律和问题 1 总体上 金属元素的第一电离能都 非金属元素和稀有气体元素的第一电离能都 较大 较小 2 同一周期元素的第一电离能从左到右呈增大趋势 3 同一主族元素的第一电离能从上到下逐渐减小 4 在同一周期中第一电离能最小的是碱金属元素 最大的是稀有气体元素 5 在第二周期中Be和N元素及第三周期中Mg和P的第一电离能大于相邻的元素的第一电离能 总结一下 为什么 为什么 为什么 为什么 为什么 51 第二周期元素的第一电离能 第三周期元素的第一电离能 52 注意观察第二 第三周期中的Be N和Mg P元素第一电离能与相邻元素的第一电离能的大小关系 53 1 总体上 金属元素的第一电离能都较小 非金属元素和稀有气体元素的第一电离能都较大 为什么 参考解答 因为金属元素原子的最外层电子数都比较少 容易失去电子 所以金属元素的第一电离能都比较小 而非金属元素原子的最外层电子比较多 不容易失去电子 稀有气体元素原子外围电子排布式为nS2nP6 He为1S2 是稳定结构 更难失去电子 因此它们的第一电离能都比较大 友情提示 从比较金属元素 非金属元素及稀有气体元素的最外层电子数多少入手 54 2 同一周期元素的第一电离能从左到右元素的第一电离能总体上是呈增大趋势 为什么 提示 从原子结构的变化来解释 参考答案 因为同一周期从左到右随着核电荷数的增加 元素原子半径减少 核对外层电子引力逐渐增大 失电子所需的能量呈增加趋势 即元素的第一电离能呈增大趋势 55 3 同一主族元素的第一电离能从上到下 元素第一电离能逐渐减小 为什么 提示 从同主族的原子结构变化来回答 参考答案 因为同一主族从上到下 随着核电荷数的增加 电子层数增加 原子半径增大 核对外层电子的引力减小 失电子所需的能量减小 元素第一电离能逐渐减小 56 4 在同一周期中第一电离能最小的是碱金属元素 最大的是稀有气体元素 为什么 参考答案 因为碱金属元素原子的外围电子排布式为nS1 在同周期中 除稀有气体 原子半径最大 核对外层电子引力最小 最容易失去最外层的一个电子 所以碱金属元素的第一电离能在同一周期中最小 而稀有气体元素原子的外围电子排布式为nS2nP6 He为1S2 是稳定结构 在同一周期中最难失去电子 所以在同一周期中稀有气体的第一电离能最大 提示 从它们的原子的外围电子排布式和原子结构的特点来思考 57 5 在第二周期中Be和N元素及第三周期中Mg和P的第一电离能大于它们相邻的元素的第一电离能 为什么 提示 请同学们先写出Be B N O Mg Al P S的电子排布式 并作比较 Be 1S22S22P0 B 1S22S22P1 N 1S22S22P3 O 1S22S22P4 Mg 1S22S22P63S23P0 Al 1S22S22P63S23P1 P 1S22S22P63S23P3 S 1S22S22P63S23P4 我们知道 当原子核外电子排布在能量相等的轨道上形成全空 P0 d0 f0 或半充满 p3 d5 f7 或全充满 p6 d10 f14 结构时原子处于能量较低状态 即洪特规则特例 所以失电子所需能量较大 即I1较大 而Be N Mg P元素的原子结构恰好满足这一点 所以导致它们的第一电离能大于它们相邻元素 58 3 元素第一电离能的变化规律 同一周期从左到右元素的第一电离能总体上是呈逐渐增大趋势 同一主族从上到下 元素第一电离能逐渐减小 即元素第一电离能随着元素核电荷数的递增呈现周期性变化 4 电离能知识的应用 问题1 为什么锂元素的I2远大于I1 而镁元素的I3远大于I1 I2 用所学的原子结构或离子结构知识解释 提示 锂离子和镁离子的电子排布式为 Li 1S2是稳定结构 Mg2 1S22S22P6 它的P轨道为全充满 结构稳定 如果它们再要失去电子 所需的能量就很大 59 问题2 判断下列元素间的第一电离能的大小 NaK ON NP FNe MgAl SP ClS ClAr 问题3 将下列元素按第一电离能由大到小的顺序排列 1 KNaLi 2 BCBeN 3 HeNeAr 4 NaAlSP 答案 1 LiNaK 2 NCBeB 3 HeNeAr 4 PSAlNa 60 问题4 短周期元素A B A元素的最外层电子数等于最内层上的电子数 B元素最外层电子数是最内层上电子数的3倍 试判断A B可能有的元素并写出它们的原子电子排布式 比较当A B在同一周期时它们的第一电离能数值大小关系 提示 A元素有 Be 1S22S2或Mg 1S22S22P63S2B元素有 O 1S22S22P4或S 1S22S22P63S23P4第一电离能 BeO MgS 61 问题5 有短周期两种金属元素A B 已知MA MB 9 8 分别取A B金属与盐酸反应 当放出等物质的量氢气时 耗A B的物质的量比时nA nB 2 3 试推断A B元素的名称 写出各原子核外电子的电子排布式和轨道表示式 并比较它们的第一电离能的大小 提示 由题中条件可推出A元素的化合价为 3价 B元素的化合价为 2价 再根据条件可算出A B的摩尔质量分别为27g mol 24g mol A为Al元素 B为Mg元素 62 拓展思考题 1 用表中提供的数据解释 为什么钠原子的最外层电子数是1而镁原子的最外层电子数为2 参考答案 钠元素I1远小于I2 I3 说明钠原子核外有一个电子离核远 受核的引力小 易失去 同时也说明I2 I3代表的电子与I1代表的电子不在同一电子层 所以钠原子的最外层电子数为1 而镁元素的I1和I2相差不大 说明它们代表的电子是在同一电子层 I3远大于I1 I2 说明I3代表的电子与I1 I2代表的电子不在同一电子层 所以镁原子最外层的电子数为2 63 2 从下表的电离能数据中你能发现一些问题吗 如 电离能的数值大小与原子核外电子排布的关系 金属元素与非金属元素的区别等 请提出并作适当的解释 64 第三课时 电负性 对角线规则 65 电负性是用来描述不同元素的原子对键合电子的吸引能力大小的一个量 1 电负性的概念 三 电负性 键合电子 原子通过化学键形成物质 我们把原子里用于形成化学键的电子称为键合电子 66 为了比较元素的原子吸引电子能力的大小 美国化学家鲍林于1932年首先提出了用电负性来衡量元素在化合物中吸引电子的能力 经计算确定氟的电负性为4 0 锂的为1 0 并以此为标准确定其它与元素的电负性 67 2 电负性的意义电负性数值的大小衡量元素在化合物里吸引电子的大小 元素的电负性越大 表示该原子对键合电子的吸引能力越大 生成阴离子的倾向越大 反之 吸引能力越小 生成阳离子的倾向越大 3 电负性大小的标准分别以氟 锂的电负性为标准 F 4 0Li 1 0 68 请同学们仔细阅读电负性数值的表格 并分析电负性的周期性递变 说出同周期 同主族元素电负性的递变规律 69 增大 减小 4 电负性的递变规律 原因 70 原因解释 1 同周期从左至右元素的电负性逐渐增大原因 同周期从左至右 电子层数相同 核电荷数增大 原子半径递减 有效核电荷递增 对外层电子的吸引能力逐渐增强 因而电负性只增加2 同一主族中 从上到下 元素的电负性逐渐减小原因 同主族元素从上到下 虽然核电荷数也增多 但电子层数增多引起原子半径增大比较明显 原子和对外层电子的吸引能力逐渐减弱 元素的电负性值递减 71 5 电负性的应用 1 判断元素金属性和非金属性的强弱 一般认为 电负性1 8的元素为非金属元素 电负性数值越大 元素的非金属性越强 电负性1 8的元素为金属元素 电负性数值越小 元素的金属性越强 电负性等于1 8的元素为半金属或准金属元素 大于 小于 72 一般认为 如果两个成键元素间的电负性差值大于1 7 他们之间通常形成键 如果两个成键元素间的电负性差值小于1 7 他们之间通常形成键 离子 共价 2 判断化合物的成键类型 并不是所有电负性差值大于1 7的都形成离子化合物 如 HFH 2 1F 4 0 73 对角线规则 某些主族元素与其右下方的主族元素的有些性质是相似的 试从电负性的角度分析对角线规则 LiBeBCNaMgAlSi 74 1 锂和镁在空气里燃烧 不生成过氧化物 只生成正常的氧化物 白色 不易溶于水 2 铍和铝的氢氧化物都呈两性 3 硼和硅的含氧酸盐都能形成玻璃 且互溶 硼酸和硅酸都难溶于水 75 3 判断化合物中各元素化合价的正负 电负性数值小的元素在化合物里吸引电子的能力弱 元素的化合价为正值 电负性数值大的元素在化合物里吸引电子的能力强 元素的化合价为负值 NaHSO2ICl 76 判断他们哪些是离子化合物 哪些是共价化合物NaFHClNOMgOKClCH4离子化合物 共价化合物 NaF MgO KCl HCl NO CH4 练习 77 请查阅下列化合物中元素的电负性值 指出化合物中化合价为正值的元素NaHIClNF3 练习 78 1 下列各组元素按电负性由大到小顺序排列的是 A FNOB OClFC AsPHD ClSAs D 2 下列哪个系列的排列顺序正好是电负性减小的顺序 A KNaLiB OClHC AsPHD 三者都是 B 巩固练习 79 4 下列不是元素电负性的应用的是 A 判断一种元素是金属还是非金属B 判断化合物中元素化合价的正负C 判断化学键的类型D 判断化合物的溶解度 D 3 电负性差值大的元素之间形成的化学键主要为 A 共价键B 离子键 B 80 6 在下列空格中 填上适当的元素符号 1 在第3周期中 第一电离