鲁科版化学选修31.2.1 基态原子的核外电子排布 教学精编课件.ppt

第二节原子结构与元素周期表 用相应的符号描述主量子数n 2的所有的原子轨道 答案主量子数n 2的原子轨道有2s 2px 2py 2pz 1 比较下列多电子原子的原子轨道的能量高低 1 1s 3d 2 3s 3p 3d 3 2p 3p 4p 4 3px 3py 3pz解析在多电子原子中 电子填充原子轨道时 原子轨道能量的高低存在如下规律 相同电子层上原子轨道能量的高低 ns np nd nf 形状相同的原子轨道能量的高低 1s 2s 3s 4s 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 答案 1 1s 3d 2 3s 3p 3d 3 2p 3p 4p 4 3px 3py 3pz 2 为什么第一电子层最多只能容纳2个电子 第二层最多只能容纳8个电子 为什么每层最多只能容纳2n2个电子 最外层最多容纳8个电子 次外层不超过18个电子 倒数第三层不超过32个电子呢 同一层的电子能量是否相等 为什么钾的电子排布是2 8 8 1而不是2 8 9呢 答案依据能量最低原理以及核外电子排布规律 将二者有机结合 不能单一片面理解和应用 3 能够理解能量最低原理 泡利不相容原理 洪特规则并在其指导下熟练书写1 36号元素基态原子的核外电子排布和价电子排布 能够从原子结构的量子力学模型理解元素周期律和元素周期表的建立依据 1 2 第1课时基态原子的核外电子排布 基态原子核外电子排布规则 1 能量最低原理在多电子原子中 核外电子总是尽先占有能量 的轨道 然后再依次进入能量 的原子轨道 以使整个原子的能量最低 这就是能量最低原理 2 泡利不相容原理一个原子轨道只能容纳2个电子 且自旋方向 或者说一个原子中不会存在四个量子数完全相同的电子 氦原 笃学一基态原子核外电子排布原则 1 最低 较高 相反 子的轨道表示式为 电子排布式为 原子结构示意图为 电子式为 3 洪特规则对于基态原子 电子在能量相同的轨道上排布时 应尽可能分占 并且自旋 即自旋方向 1s2 He 不同轨道 方向平行 相同 基态原子核外电子排布的表示方法 1 电子排布式 可简单写为nlx 其中n为主量子数 x为电子数 角量子数l用其所对应的符号表示 如Li原子的电子排布式为 Al原子的电子排布式为 2 轨道表示式 用小圆圈 或方框 短线 表示一个给定量子数n l m的原子轨道 并用 或 区别ms不同的电子 如 S原子的轨道表示式 或 2 1s22s1 1s22s22p63s23p1 Ne 基态铬原子的电子排布式为 基态铜原子的电子排布式为 有少数元素的基态原子的电子排布对于构造原理有1个电子的偏差 因为能量相同的原子轨道在 如p6和d10 如p3和d5 和 如p0和d0 状态时 体系的能量较低 原子较稳定 笃学二 19 36 号元素的基态原子的核外电子排布 1 Cr 1s22s22p63s23p63d54s1 2 Cu 1s22s22p63s23p63d104s1 3 全充满 半充满 全空 在原子中 每个电子层最多能容纳 个电子 每个能级最多能容纳 个电子 在内层原子轨道上运动的电子能量 在外层原子轨道上运动的电子能量 因此一般化学反应只涉及最外层原子轨道上的电子 人们称这些电子为 基态铁原子的价电子排布式为 氯原子的价电子排布式为 4 5 6 2n2 2 2l 1 较低 较高 价电子 3d64s2 3s23p5 基态原子核外电子在原子轨道上的排布顺序是什么 有什么规律吗 提示基态原子核外电子排布的顺序是 1s2s2p3s3p4s3d4p5s4d5p6s4f5d6p7s5f6d7p 有规律 各能级的能量高低顺序列公式得出ns n 2 f n 1 d np 慎思1 为什么原子最外层不超过8电子 次外层不超过18电子 倒数第三层最多容纳32个电子 提示依据电子排布顺序 电子排满np能级后接着进入的是 n 1 s能级而不是nd能级 即 最外层由ns np组成 电子数不大于2 6 8 次外层由 n 1 s n 1 p n 1 d组成 所容纳的电子数不大于2 6 10 18 倒数第三层由 n 2 s n 2 p n 2 d n 2 f组成 电子数不大于2 6 10 14 32 慎思2 基态原子的电子排布原则 1 能量最低原则 这个原则是比较抽象的 如果我们打这样个比方就可以理解了 也易于记忆了 把地球比作原子核 把能力高的大雁 老鹰等鸟比作能量高的电子 把能力低的麻雀 小燕子等鸟比作能量低的电子 能力高的鸟常在离地面较高的天空飞翔 能力低的鸟常在离地面很低的地方活动 原子的电子排布遵循构造原理能使整个原子的能量处于最 要点一基态原子的电子排布原则 1 低状态 简称能量最低原理 处于最低能量的原子叫做基态原子 当基态原子的电子吸收能量后 电子会跃迁到较高能级 变成激发态原子 电子从较高能量的激发态跃迁到较低能量的激发态乃至基态时 将释放能量 2 泡利不相容原理在同一个原子轨道里的电子的自旋方向是不同的 电子自旋可以比喻成地球的自转 自旋只有两种方向 顺时针方向和逆时针方向 在一个原子中没有两个电子具有完全相同的四个量子数 因此一个s轨道最多只能有2个电子 p轨道最多可以容纳6个电子 按照这个原理 可得出第n电子层能容纳的电子总数为2n2个 3 洪特规则对于基态原子 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方向相同 即自旋方向平行 这就是核外电子在原子轨道上排布所遵循的第三个原则 即洪特规则 基态原子核外电子排布的表示方法结构示意图 能直观地反映核内的质子数和核外的电子层数及各能层上的电子数 电子排布式 能直观地反映核外电子的能层 能级和各能级上的电子数 2 轨道表示式 能反映各轨道的能量的高低及各轨道上的电子分布情况 自旋方向 当基态原子的电子吸收能量后 电子会跃迁到较高能级时 就变成了激发态原子 在下列各组电子构型中 属于基态原子 属于激发态原子 是错误的排布 A 1s22s2B 1s22s23s2C 1s22s22p63s23px13py13pz14s1D 1s22s22p63s23p54s1E 1s22s22p63s23px13py23pz1F 1s22s22p62d53s2 例1 解析基态原子是指电子填充顺序符合能量最低原理 各轨道电子排布不违背泡利不相容原理和洪特规则的原子 激发态原子是指电子未按轨道能量顺序填充 但各轨道电子排布不违背泡利不相容原理和洪特规则的原子 A项表示铍原子的基态 E项表示硫原子的基态 还可以写作3px23py13px1或3px13py13pz2 C项相当于1个3p电子激发到4s轨道上 属于激发态原子 同理 D项中1个3p电子激发到了4s能级上 属于激发态原子 B项不符合能量最低原理 也不可能是1s22s22p2中2p电子跃迁的结果 是错误的 F项中的2d能级是不存在的 也是错误的 答案A EC DB F 遵循电子排布三个原理的电子排布式就是基态原子的电子排布 部分价电子跃迁到能量更高的能级上的电子排布就是激发态原子的电子排布 电子排布的能量最低原理 泡利不相容原理和洪特规则是书写和判断电子排布式的依据 下列轨道表示式能表示最低能量状态的氮原子的是 解析书写三原理 才是基态原子 答案B 体验1 下列轨道表示式能表示最低能量状态的氮原子的是 根据构造原理 核外电子排布的能级顺序为 1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p 5s 4d 5p 6s 4f 5d 6p 7s 只要我们知道原子序数 就可以写出几乎所有元素原子的电子排布 如 元素原子的电子排布 1 19号 氢H1s1钠Na1s22s22p63s1钾K1s22s22p63s23p64s1 要点二 19 36号元素的基态原子的核外电子排布 1 第四周期19 36号元素原子的基态电子排布式钾K 1s22s22p63s23p64s1 钙Ca 1s22s22p63s23p64s2 铬Cr 1s22s22p63s23p63d54s1 铁Fe 1s22s22p63s23p63d64s2 钴Co 1s22s22p63s23p63d74s2 铜Cu 1s22s22p63s23p63d104s1 锌Zn 1s22s22p63s23p63d104s2 溴Br 1s22s22p63s23p63d104s24p5 氪Kr 1s22s22p63s23p63d104s24p6 2 注意 大多数元素的原子核外电子排布符合构造原理 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 K原子的可能电子排布式与原子结构示意图 按能层能级顺序 应为1s22s22p63s23p63d1 素 但按初中已有知识 应为1s22s22p63s23p64s1 事实上 在多电子原子中 原子的核外电子并不完全按能层次序排布 再如 24号铬Cr 1s22s22p63s23p63d54s1 29号铜Cu 1s22s22p63s23p63d104s1 这是因为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 有A B C D四种元素且原子序数 均不超过36 依次递增 它们原子核外的电子层数各不相同 A元素原子核外是仅有一种原子轨道的元素 B元素原子核外的p电子数与s电子数相等 C元素原子的价电子排布式为3s23p5 D元素原子最外层只有1个电子 次外层有13个电子 1 写出四种元素的元素符号 A B C D 2 写出C D两种元素基态原子核外电子轨道表示式 C 例2 D 3 写出B A两种元素单质在一定条件下反应的化学方程式 4 写出B元素单质和氢化物的电子式 单质 氢化物 解析A可能是H或He 但由问题 3 说明A只能是H元素 B是O或Mg 但C是Cl 因它们原子核外电子层数均不相同 所以B是O元素 D的次外层有13个电子 最外层有1个电子且原子序数不超过36 说明D为Cr 答案 1 HOClCr 2 Cl Ne Cr Ar 3 O2 2H2 2H2O 点燃 24Cr原子处于基态时 价电子排布可用电子排布式表示成3d54s1 而不是3d44s2 下列说法中 正确的是 A 这两种排布方式都符合能量最低原则B 这两种排布方式都符合泡利不相容原理C 这两种排布方式都符合洪特规则D 这个实例说明洪特规则有时候和能量最低原则是矛盾的 体验2 解析洪特规则实际上是能量最低原则的一个特例 电子排布满足洪