化学选修《原子结构》PPT课件.ppt

第一章原子结构与性质 第一节原子结构 新课标人教版高中化学选修3 重庆市巫溪县中学校高2015级化学备课组 1 1 进一步认识原子核外电子的分层排布2 知道原子核外电子的能层分布及其能量关系3 知道原子核外电子的能级分布及其能量关系4 能用符号表示原子核外的不同能级 初步知道量子数的涵义5 了解原子结构的构造原理 能用构造原理认识原子的核外电子排布6 能用电子排布式表示常见元素 1 36号 原子核外电子的排布 知识与技能 过程与方法 复习和延伸 类比和归纳 能层类比楼层 能级类比楼梯 情感和价值观 充分认识原子结构理论发展的过程是一个逐步深入完美的过程 2 一 原子概念和原子结构模型演变简介 1 公元前5世纪 希腊哲学家德谟克利特等人认为 万物是由大量的不可分割的微粒构成的 即原子 2 19世纪初 英国科学家道尔顿提出近代原子学说 他认为原子是微小的不可分割的实心球体 近代原子学说的创立 3 道尔顿原子学说 1 一切物质都是由不可见的 不可分割的原子组成 原子不可自生自灭 2 同种类的原子在质量 形状和性质上完全相同 不同种类的原子则不同 3 每一种物质都是由它自己的原子构成 单质是由简单原子组成 化合物是由复杂原子组成 复杂原子的质量等于组成它的简单原子的质量总和 4 1897年 英国科学家汤姆生发现了电子 1904年他提出 原子好像一个带正电荷的球 电子作为点电荷镶嵌在球中间 这是他解释元素化学性质发生规律性变化而反复思考得出的 5 英籍新西兰科学家卢瑟福E Rutherford 1871 1937 4 原子核的发现 6 1911年前后 新西兰物理学家卢瑟福把一束高速运动的 粒子 质量数为4带2个正电荷的氦原子 射向一片极薄的金箔 他惊奇的发现 过去一直认为原子是 实心球 由这些实心球紧密排列而成的金箔 竟有大多数 粒子没有改变方向 如入无人之境畅通无阻 就像金箔不存在一样 只有很少部分 粒子通过时发生偏移或直线弹回 根据以上现象讨论 大多数 粒子通过说明了什么 少数 粒子偏移或直线弹回说明了什么 原子不是实心球 原子内部是 空旷 的 金箔内部有带正电荷的粒子存在 且集中在一个很小的核心上 称作原子核 所带的正电荷数大于 粒子 质量大于 粒子 7 8 1913年 丹麦科学家玻尔 核外电子分层排布的原子结构模型 5 波尔原子模型 9 6 20世纪20年代中期 奥地利物理学家薛定谔等人以量子力学为基础 电子云模型 10 近代原子论 发现电子 带核原子结构模型 原子轨道结构模型 电子云模型 科学家们经过近一个世纪的研究 已经基本揭开了原子结构的面纱 11 小结 人类探索物质结构的历史 德谟克利特的古代原子学说 道尔顿的近代原子学说 模型 汤姆生原子模型 卢瑟福原子模型 玻尔原子模型 薛定谔电子云模型 原子结构的衍变过程 12 二 开天辟地 原子的诞生 现代大爆炸宇宙学理论 宇宙诞生于约140亿年前的一次大爆炸 大爆炸后约2小时 诞生了大量的H 少量的He和极少量的Li 我们今天熟悉的各种元素 原子 都是从那时起经历了漫长复杂的物理化学变化 分批分期合成而来的 1氢元素是宇宙中最丰富的元素 2宇宙年龄距今约140亿年 地球年龄已有46亿年3地球上的元素绝大多数是金属 非金属仅有22种 13 数量关系 核电荷数 Z 核内质子数 核外电子数 质量关系 质量数 A 质子数 Z 中子数 N 三 原子结构 质量数 对质子和中子的相对质量取整数相加的数值 即近似原子量 电性关系 原子 质子数 核外电子数 几乎集中原子的全部质量 其运动空间几乎占据了原子的整个体积 14 原子构成的粒子及其性质 15 原子质量主要集中在原子核上 原子核体积很小 只占原子体积的几亿分之一 16 说明 原子不是实心球体 在原子核外有一个 很大 的空间供电子作高速运动 原子核与电子之间既存在吸引力 又存在排斥力 当达到平衡时 电子既不会飞离出去 又不会紧贴在原子核上 不是任何原子都由质子 中子和电子构成 如 氢原子 在原子中 质子数一定等于核外电子总数 但不一定等于中子数 一般质子数 中子数 17 在多电子的原子中 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 四 能层与能级 每一个能层最多可容纳的电子数 2n2 能层 电子层 18 1 先排能量低的电子层 再排能量高的电子层 由里往外 2 每一层最多容纳电子数 2n2个 3 最外层电子数不超过8个 K层为最外层时不超过2个 4 次外层电子数不超过18个 倒数第三层不超过32个 核外电子的排布规律 一低四不超 19 KLMNO 能级 1s 2s2p 3s3p3d 4s4p4d4f 最多容纳电子数 2 2 6 2 6 10 2 6 10 14 规定 任一能层的能级总是从s能级开始 依次称p d f g能级 在多电子原子中 同一能层的电子的能量也可能不同 可以将它们分为不同的能级 即电子亚层 能级 电子亚层 20 学与问 教材p5 1 原子核外电子的每一个能层最多可容纳的电子数与能层的序数 n 间存在什么关系 2 不同能层分别有多少个能级 与能层的序数间存在什么关系 3 英文字母相同的不同能级中所能容纳的最多电子数是否相同 不同能层中的s p d f g能级最多能容纳的电子数是相同的 各为 s1 2 2 p3 2 6 d5 2 10 f7 2 14 g9 2 18 2n2 所含能级个数 能层序数n 21 任一能层的能级数等于该能层的序数 依次用ns np nd nf等表示 不同能层中 能级的能量高低是1s 2s 3s 4s 2p 3p 4p 不同能层中 符号相同的能级中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2 6 10 14 1 3 5 7 的二倍 在同一能层中 能级的能量高低是ns np nd nf 能级分裂 特别提醒 22 练习 1 比较下列多电子原子的不同能层中能级的能量高低 1 1s 3d 2 3s 3p 3d 3 2p 3p 4p 1s 3d 3s 3p 3d 2p 3p 4p 2 将下列多电子原子的能级按照能量由高到低的顺序排列1s 4p 2s 3s 5f 4s 5f 4p 4s 3s 2s 1s 23 随原子核电荷数递增 绝大多数原子核外电子的排布遵循如下图的排布顺序 这个排布顺序被称为构造原理 五 多电子原子的核外电子排布 构造原理 24 能量升高 能级交错 能级能量高低的顺序 能量升高 4s 3d 4p 5s 4d 5p 各圆圈间连接线的方向表示随核电荷数增加而增加的电子填入能级的顺序 25 电子排布式 表示该能级填充的电子数目 能级 虽先排4s后排3d 但电子排布式中先写3d 后写4s 26Fe 铁 电子排布式中最后2个能级应写为3d64s2 而不能写成4s23d6 在书写电子排布式时 能层低的能级要写在左边 不能按填充顺序写 失电子的顺序 从外层到内层逐渐失去 能层 Fe 1s22s22p63s23p63d64s2 Fe2 1s22s22p63s23p63d6 Fe3 1s22s22p63s23p63d5 26 在书写电子排布式时 要从左向右 根据构造原理 按能层能量递增的顺序排列 每个能层中的能级是按spdf能量递增的顺序排列 各能级上的电子数标在能级符号的右上角 能层低的能级要写在左边 不能按填充顺序写 失电子的顺序 从外层到内层逐渐失去 Fe2 1s22s22p63s23p63d6 Fe3 1s22s22p63s23p63d5 电子排布式的书写 27 试书写7N 17Cl 19K 26Fe 21Sc 35Br原子的核外电子排布式 练习 N 1s22s22p3 Cl 1s22s22p63s23p5 K 1s22s22p63s23p64s1 Fe 1s22s22p63s23p63d64s2 Sc 1s22s22p63s23p63d14s2 Br 1s22s22p63s23p63d104s24p5 根据构造原理只要我们知道原子序数就可以写出元素原子的电子排布式 这样的电子排布是基态原子的 28 1s1 1s22s1 1s2 1s22s2 1s22s22p1 1s22s22p2 1s22s22p3 1s22s22p4 1s22s22p5 1s22s22p6 要求熟练书写1 36号元素原子的电子排布式 29 1s22s22p63s1 1s22s22p63s2 1s22s22p63s23p1 1s22s22p63s23p2 1s22s22p63s23p3 1s22s22p63s23p4 1s22s22p63s23p5 1s22s22p63s23p6 30 1s22s22p63s23p64s1 1s22s22p63s23p64s2 1s22s22p63s23p63d14s2 1s22s22p63s23p63d24s2 1s22s22p63s23p63d34s2 1s22s22p63s23p63d54s1 1s22s22p63s23p63d54s2 1s22s22p63s23p63d64s2 1s22s22p63s23p63d74s2 1s22s22p63s23p63d84s2 31 1s22s22p63s23p63d104s24p1 1s22s22p63s23p63d104s24p2 1s22s22p63s23p63d104s24p3 1s22s22p63s23p63d104s24p4 1s22s22p63s23p63d104s24p5 1s22s22p63s23p63d104s24p6 1s22s22p63s23p63d104s1 1s22s22p63s23p63d104s2 思考 是否所有元素的基态原子的电子排布都遵循构造原理 铬 铜 银 金等 32 练习 请写出K S2 Cu2 离子的电子排布式 K 1s22s22p63s23p6 S2 1s22s22p63s23p6 Cu2 1s22s22p63s23p63d9 33 练习 请写出14 24 26 31号元素的简化电子排布式 K的简化电子排布式 Ar 4s1 简化电子排布式 表示Ar 前一周期的稀有气体 的电子排布 原子实 K的电子排布式 1s22s22p63s23p64s1 14Si Ne 3s23p2 24Cr Ar 3d54s1 26Fe Ar 3d64s2 31Ga Ar 3d104s24p1 34 2020 1 3 35 思考与交流 教材P7 电子排布式可以简化 如可以把钠的电子排布式写成 Ne 3s1 试问 上式方括号中的符号的意义是什么 你能仿照钠原子的简化电子排布式写出O Si Fe的简化电子排布式吗 O He 2s22p4 Si Ne 3s23p2 Fe Ar 3d64s2 符号 Ne 表示Na的内层电子排布与稀有气体元素Ne的核外电子排布相同 36 外围电子排布式 化学反应中 原子的外围电子发生变化 而 原子实 不受影响 所以描述原子核外电子排布式时可省去 原子实 仅写出原子的外围电子排布式 对于主族元素的原子 外围电子又称价层电子或价电子 K原子的外围电子排布式 4s1 Fe原子的外围电子排布式 3d64s2 37 六 能量最低原理 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低状态 基态与激发态 基态原子 处于最低能量状态的原子 激发态原子 一般是指电子激发态 当基态原子的电子吸收一定能量后 电子被激发跃迁到较高能级 变成激发态原子 38 基态 激发态 吸收能量 释放能量 光 辐射 是电子释放能量的重要形式之一 吸收光谱 发射光谱 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能量 表现为光的形式 用光谱仪摄取 得到各种元素的电子的吸收光谱或发射光谱 总称原子光谱 核外电子的跃迁 39 思考 下面是部分元素的发射光谱和吸收光谱 2 为什么不同元素原子具有不同的特征光谱 不同原子的能级结构不同 发出的谱线的特征不同 1 同一元素发射光谱和吸收光谱有什么差异 40 一些元素的线状光谱 光谱分析 利用原子光谱上的特征谱线鉴定元素 41 光谱分析方法的建立 1853年发明本生灯 温度达2300 且没有颜色 本生利用本生灯研究各种金属盐类在火焰中呈现不同颜色的现象 42 节日燃放的焰火与金属内层的电子跃迁有关 激光的产生与电子受激跃迁有关 43 判断下列表达是正确还是错误1 1s22p1属于基态 2 1s22s22p63s23p63d54s1属于激发态 3 1s22s22p63d1属于激发态 4 1s22s22p63p1属于基态 答案 1 x 2 x 3 4 x 练习 44 七 电子云与原子轨道 思考 宏观物体与微观物体 电子 的运动有什么区别 宏观物体的运动特征 可以准确地测出它们在某一时刻所处的位置及运行的速度可以描画它们的运动轨迹 微观物体的运动特征 电子的质量很小 只有9 11 10 31千克 核外电子的运动范围很小 相对于宏观物体而言 电子的运动速度很大 测不准 45 图中表示原子核 一个小黑点代表电子在这里出现过一次 46 小黑点的疏密表示电子在核外空间单位体积内出现的概率的大小 47 原子核外电子的运动特征 如何描述核外电子的运动 1 电子云 核外电子运动的形象描述 小黑点表示在该核外空间的单位体积内电子出现的概率 运动区域距离核近 电子出现机会大 运动区域距离核远 电子出现机会小 48 2 原子轨道 50 90 绘制电子云的轮廓图的方法 等密度面 电子云轮廓图 表示电子在核外空间经常出现的区域 常把电子出现的概率约为90 的空间圈出来 把这种电子云轮廓图称为原子轨道 49 s能级的原子轨道图 球形 ns能级只有一个原子轨道 球形 n越大 原子轨道半径越大 s电子的原子轨道 电子云 形状是以原子核为中心的球体 只有一个伸展方向 50 p能级的原子轨道图 纺锤形 np能级有三个能量相等的原子轨道 px py pz 纺锤形 相互垂直 n越大 原子轨道半径越大 p电子的原子轨道 电子云 的形状是纺锤形 或称哑铃形 其伸展方向是互相垂直的三个方向 Px Py Pz 51 d能级的原子轨道图 nd能级有5个能量相等的原子轨道 52 现代原子结构模型 原子轨道 1s 2s 3s 4s 5s 2p 3p 4p 5p 3d 4d 5d 4f 5f 5g 53 能级组 6s4f5d6p5s4d5p4s3d4p3s3p2s2p1s 1s 2s 3s 4s 5s 6s 能量接近的原子轨道划分为一个 能级组 54 八 核外电子的排布原则 能量最低原理 多电子原子在基态时核外电子优先占据能量最低的轨道 自然界的普适规律 泡利原理 每个原子轨道最多只能容纳2个自旋方向相反的电子 用 表示自旋方向 自旋 顺时针 逆时针 55 原子核外电子的排布 56 洪特规则 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 总能量最低 能量最低原理的特例 推论 当轨道被电子半充满或全充满时最稳定 相对稳定的状态 全充满 p6 d10 f14 全空时 p0 d0 f0 半充满 p3 d5 f7 思考 从洪特规则解释Cr和Cu的核外电子排布 57 注意 58 24Cr原子的电子排布图 1s22s22p63s23p63d54s1 不是3d44s2 1s22s22p63s23p63d104s1 29Cu原子的电子排布图 不是3d94s2 59 4 电子排布图 轨道表示式 核外电子运动状态的描述 能层 能级 原子轨道 自旋方向 D 在电子排布图中 用方框表示原子轨道 用箭头表示电子 60 Li Be B C 1s 2s 1s 2s 2p 1s 2s 2p 1s 2s N O 1s 2s 2p 1s 2s 2p F Ne 1s 2s 2p 1s 2s 2p 思考 请写出第二周期元素原子的电子排布图 即轨道表示式 61 练习 某元素原子的最外层2p轨道上有2个未成对电子 请写出该元素原子的价层电子的轨道表示式 O 2s 2p F 2s 2p 练习 某元素原子的L层上有3对成对电子 请写出该元素原子的价层电子的轨道表示式 C 2s 2p 62 区别原子的电子式 原子结构示意图 核外电子排布式 电子排布图 轨道表示式 轨道表示式 电子排布式 原子结构示意图 电子式 1s 2s 2p 1s22s22p2 以C为例 简化电子排布式 He 2s2