高中化学 原子结构与性质 第一节原子结构完全课件 新人教版选修3.ppt

化学人教版选修 三 原子结构课件 化学研究的是构成宏观物体的物质 一 研究物质的组成与结构 二 研究物质的性质 变化 合成 二者的关系如何 结构决定性质 性质反映结构 分子结构 原子结构 晶体结构 物质结构 性质 决定 应用 原子结构 回忆 1 化学变化中最小的微粒是什么 2 原子能否再分呢 原子如何构成 3 原子核的构成如何 回顾 原子的构成 原子 原子核 核外电子 质子 中子 宇宙大爆炸 宇宙大爆炸 宇宙大爆炸 大量的氢大量的氦极少量的锂 其他元素 一 原子结构模型 人类对原子结构的认识历史 第一节原子结构 1932年勒梅特首次提出了现代大爆炸宇宙理论 1 开天辟地 原子的诞生 宇宙中最丰富的元素是那一种 宇宙年龄有多大 地球年龄有多大 氢元素宇宙中最丰富的元素占88 6 氦1 8 另外还有90多种元素 宇宙年龄距近约140亿年 地球年龄已有46亿年 2 人类认识原子的过程 人类在认识自然的过程中 经历了无数的艰辛 正是因为有了无数的探索者 才使人类对事物的认识一步步地走向深入 也越来越接近事物的本质 随着现代科学技术的发展 我们现在所学习的科学理论 还会随着人类对客观事物的认识而不断地深入和发展 近代原子论 发现电子 带核原子结构模型 轨道原子结构模型 电子云模型 近代科学原子论 1803年 一切物质都是由最小的不能再分的粒子 原子构成 原子模型 原子是坚实的 不可再分的实心球 英国化学家道尔顿 j dalton 1766 1844 道尔顿原子模型 原子并不是构成物质的最小微粒 汤姆生发现了电子 1897年 电子是种带负电 有一定质量的微粒 普遍存在于各种原子之中 汤姆生原子模型 原子是一个平均分布着正电荷的粒子 其中镶嵌着许多电子 中和了电荷 从而形成了中性原子 原子是一个球体 正电荷均匀分布在整个球体内 电子像面包里的葡萄干镶嵌其中 英国物理学家汤姆生 j j thomson 1856 1940 汤姆生原子模型 汤姆生原子模型 粒子散射实验 1909年 原子有核 卢瑟福和他的助手做了著名 粒子散射实验 根据实验 卢瑟福在1911年提出原子有核模型 卢瑟福原子模型 又称行星原子模型 原子是由居于原子中心的带正电的原子核和核外带负电的电子构成 原子核的质量几乎等于原子的全部质量 电子在原子核外空间绕核做高速运动 英国科学家卢瑟福 e rutherford 1871 1937 卢瑟福原子模型 卢瑟福原子模型 玻尔原子模型 1913年 玻尔借助诞生不久的量子理论改进了卢瑟福的模型 玻尔原子模型 又称分层模型 当原子只有一个电子时 电子沿特定球形轨道运转 当原子有多个电子时 它们将分布在多个球壳中绕核运动 不同的电子运转轨道是具有一定级差的稳定轨道 丹麦物理学家玻尔 n bohr 1885 1962 玻尔原子模型 玻尔原子模型 电子云模型 电子云模型 现代物质结构学说 现代科学家们在实验中发现 电子在原子核周围有的区域出现的次数多 有的区域出现的次数少 电子在核外空间的概率分布图就像 云雾 笼罩在原子核周围 因而提出了 电子云模型 电子云密度大的地方 表明电子在核外单位体积内出现的机会多 反之 出现的机会少 如 氢原子的电子云 电子云 现代物质结构学说 人类在认识自然的过程中 经历了无数的艰辛 正是因为有了无数的探索者 才使人类对事物的认识一步步地走向深入 也越来越接近事物的本质 随着现代科学技术的发展 我们现在所学习的科学理论 还会随着人类对客观事物的认识而不断地深入和发展 2 人类认识原子的过程 人类在认识自然的过程中 经历了无数的艰辛 正是因为有了无数的探索者 才使人类对事物的认识一步步地走向深入 也越来越接近事物的本质 随着现代科学技术的发展 我们现在所学习的科学理论 还会随着人类对客观事物的认识而不断地深入和发展 二 核外电子排布规律 1 核外电子的运动特征 电子具有波粒二象性 不遵循经典的力学理论 遵循量子力学规律 没有固定的运动轨迹 也无法测出某一时刻具体位置 遵循概率率分布统计规律 电子在核外空间的概率分布图就像 云雾 笼罩在原子核周围 用 电子云模型 描述 2 能层与能级 1 能层 即电子层 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 能层的表示 依据核外电子的能量不同 离核远近 近远能量高低 低高 核外电子分层排布结果 1 各能层最多能容纳2n2个电子 即 能层序号1234567符号klmnopq最多电子数281832507298 2 最外层电子数目不超过8个 k层为最外层时不超过2个 次外层电子数最多不超过18个 倒数第三层不超过32个 原子核外电子分层排布规律 3 核外电子总是尽先排满能量最低 离核最近的能层 然后才由里往外 依次排在能量较高能层 而失电子总是先失最外层电子 注意 以上几点是相互联系的 不能孤立地理解 必须同时满足各项要求 巩固练习 根据核外电子排布规律 写出16s 18ar 19k 26fe的原子结构示意图答案 2 能级 能级的表示方法及各能级所容纳的最多电子数 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 表示第4能层f能级上排布8个电子 1 每一个能层所包含能级的个数与能层的序数有什么样的关系 2 每一个能层所包含能级从哪个能级开始的 依次是什么能级 3 不同能层中 符号相同的能级中所容纳的最多电子数是否相同 s p d f 能级所容纳最多电子数分别是多少 4 4f8 的含义是什么 问题思考 小结 1 每一能层中所含能级个数与能层序数n相等即能级数 能层序数 2 每一能层中的能级都从s能级开始依次ns np nd nf 3 同一能层中ens enp end enf 4 s p d f 各能级最多可容纳的电子数依次为1 3 5 7 的二倍 5 不同能层中符号相同的能级最多容纳的电子数相同 三 构造原理与电子排布式1 构造原理 1 含义在多电子原子中 电子在能级上的排布顺序是 电子先排在能量 的能级上 然后依次排在能量 的能级上 低 较高 2 思考感悟 1 能层越大 能级的能量越高 对吗 2 为什么k原子的原子结构示意图不是 3 构造原理与能量最低原理 构造原理 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右图的排布顺序 这个排布顺序被称为构造原理 核外电子总是尽量先排布在能量较低的能级 然后由里向外 依次排布在能量逐步升高的能级 提示 1 从构造原理图中可以看出能级的能量高低除了符合e ns e 4s e 4d e 5s e 5d e 6s e 6d e 7s e 4f e 5p e 4f e 6s 等 2 由于出现能级交错现象 k原子排满第一层和第二层后 在排第三层时 先排满3s能级 3p能级 最后一个电子进入4s能级而不是3d能级 所以它的原子结构示意图为 构造原理中排布顺序的结果 1 相同能层的不同能级的能量高低顺序 ns np nd nf2 英文字母相同的不同能级的能量高低顺序 1s 2s 3s 4s 2p 3p 4p 3d 4d3 不同层不同能级可由下面的公式得出 ns n 2 f n 1 d np n为能层序数 称为能级交错现象 各能级的能量高低顺序 4 不同层不同能级能量由低到高顺序 1s2s2p3s3p4s3d4p5s4d5p6s4f5d6p7s5f6d7p 2 电子排布式 氢h钠na钾k 1s22s22p63s1 1s22s22p63s23p64s1 1s1 用数字在能级符号右上角表明该能级上的排布的电子数 巩固练习 写出第四周期元素的原子核外电子排布式 请根据构造原理 写出下列元素基态原子的电子排布式 1 n 2 ne 3 s 4 ca 5 29cu 6 32ge 原子的简化电子排布 ne 3s1 写出第8号元素氧 第14号元素硅和第26号元素铁的简化电子排布式吗 上式方括号里的符号的意义是 该元素前一个周期的惰性气体电子排布结构 o he 2s22p4si ne 3s23p2fe ar 3d64s2 钠na的简化电子排布 2 构造原理揭示的电子排布能级顺序 实质是各能级能量高低 若以e表示某能级的能量 下列能量大小顺序中正确的是 a e 3s e 2s e 1s b e 3s e 3p e 3d c e 4f e 4s e 3d d e 5s e 4s e 4f 练习 1 一个电子排布为1s22s22p63s23p1的元素最可能的价态是 a 1b 2c 3d 1 c a 3 下列原子或离子的电子排布式错误的是 a al1s22s22p63s23p1b o2 1s22s22p6c na 1s22s22p6d si1s22s22p24 下列表达方式错误的是 a甲烷的电子式b氟化钠的电子式c硫离子的核外电子排布式1s22s22p63s23p4d碳 12原子126c d c 5 电子云与原子轨道 1 电子云 电子在原子核外出现的概率密度分布图 电子云是核外电子运动状态的形象化描述 2 原子轨道 电子云的轮廓图称为原子轨道 概率分布图 电子云 电子云轮廓图的制作过程 原子轨道 s能级的原子轨道图 ns能级的各有1个轨道 呈球形 p能级的原子轨道图 np能级的各有3个轨道 呈纺锤形 3个轨道相互垂直 五 电子云与原子轨道 2 原子轨道 d能级的原子轨道图 五 电子云与原子轨道 2 原子轨道 f能级的原子轨道图 6 原子核外电子排布规律 1 能量最低原理 2 泡利不相容原理 在同一个原子里 不存在四个方面的运动状态完全相同的电子 电子优先占据能量较低的轨道 1个原子轨道里最多只能容纳2个电子 且自旋方向相反 6 原子核外电子排布规律 1 能量最低原理 2 泡利不相容原理 3 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 当同一能级的电子排布为全充满 半充满状态时具有较低的能量和较大的稳定性 7 轨道表示式 写出基态铜原子的电子排布式 轨道表示式 写出fe fe2 fe3 的电子排布式 写出br i电子排布式 轨道表示式 价电子排布式 价电子轨道表示式 以下是表示铁原子和铁离子的3种不同化学用语 1s22s22p63s23p63d64s2 1s22s22p63s23p63d5 3种不同化学用语所能反映的粒子结构信息 判断下列原子的电子排布式是否正确 如不正确 说明它违反了什么原理 1 al 1s22s22p63s13p2 2 cl 1s22s22p63s23p5 3 s 1s22s22p63s33p3 4 k 1s22s22p63s23p63d1 5 24cr 1s22s22p63s23p63d44s2 基态碳原子的最外能层的各能级中 电子排布的方式正确的是 abcd 基态原子的4s能级中只有1个电子的元素共有a 1种b 2种c 3种d 8种 已知锰的核电荷数为25 以下是一些同学绘制的基态锰原子核外电子的轨道表示式 即电子排布图 其中最能准确表示基态锰原子核外电子运动状态的是 abcd 若某原子在处于能量最低状态时 外围电子排布为4d15s2 则下列说法正确的是a 该元素原子处于能量最低状态时 原子中共有3个未成对电子b 该元素原子核外共有5个电子层c 该元素原子的m能层共有8个电子d 该元素原子最外层共有3个电子 复习 电子填入轨道次序图 1s2s2p3s3p4s3d4p5s4d5p6s4f5d6p7s5f6d7p 能量相近的能级划为一组 称为能级组 第一能级组第二能级组第三能级组第四能级组第五能级组第六能级组第七能级组 通式 ns n 2 f n 1 d np 电子排布式 钠na铝al 1s22s22p63s1 1s22s22p63s23p1 用数字在能级符号右上角表明该能级上的排布的电子数 能层序数 该能级上排布的电子数 能级符号 练习 试书写cl k 26fe原子的核外电子排布式 cl k 26fe 1s22s22p63s23p5 1s22s22p63s23p64s1 1s22s22p63s23p63d64s2 注意 在书写电子排布式时 能层低的能级要写在左边 按照能层顺序写 强调 最高能级组电子数为价电子数 原子的简化电子排布 原子实 ne 3s1 练习 写出第8号元素氧 第14号元素硅和第26号元素铁的简化电子排布式吗 上式方括号里的符号的意义是 该元素前一个周期的惰性气体电子排布结构 na的简化电子排布 he 2s22p4 ne 3s23p2 ar 3d64s2 四 能量最低原理 基态与激发态 光谱1 能量最低原理现代物质结构理论证实 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 简称 能量最低原理 3 基态与激发态相互转化的关系 2 基态与激发态 光谱 1 基态原子 处于最低能量的原子叫基态原子 基态原子稳定 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 激发态原子不稳定 又跃迁回较低能级 并释放能量 吸收能量 释放能量 1s22s22p63s2基态鎂原子 1s22s22p63s13p1激发态鎂原子 吸收能量 释放能量 4 要点提示 光辐射是电子释放能量的重要形式之一 日常生活中 我们看到的许多可见光 如灯光 霓虹灯光 激光 焰火等都和核外电子发生跃迁后释放能量有关 3 原子光谱 不同元素的原子的核外电子发生跃迁时会吸收或释放不同频率的光 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 光谱与光谱分析 1 光谱形成原因不同元素的原子发生 时会吸收或释放不同的光 2 光谱分类根据光是被吸收或释放 可将光谱分为 和 总称 跃迁 吸收光谱 发射光谱 原子光谱 锂 氦 汞的发射光谱 锂 氦 汞的吸收光谱 特征 暗背景 亮线 线状不连续 特征 亮背景 暗线 线状不连续 发射光谱 吸收光谱 3 光谱分析在现代化学中 利用 上的特征谱线来鉴定元素的分析方法 原子光谱 化学研究中利用光谱分析检测一些物质的存在与含量等 4 光谱分析的应用 通过原子光谱发现许多元素 如 铯 1860年 和铷 1861年 其光谱中有特征的篮光和红光 又如 1868年科学家们通过太阳光谱的分析发现了稀有气体氦 下列图象中所发生的现象与电子的跃迁无关的 下图是锂 氦 汞的吸收光谱和发射光谱 其中图 是原子由基态转化为激发态时的吸收光谱 图 是原子由激发态转化为基态时的发射光谱 不同元素的原子光谱上的特征谱线不同 请在下图中用线段将同种元素的吸收光谱和发射光谱连接 四 能量最低原理 基态与激发态 光谱 基态与激发态相互转化的应用 焰色反应 焰色反应就是某些金属原子的电子在高温火焰中 接受了能量 使原子外层的电子从基态激跃迁到激发态 处于激发态的电子是十分不稳定的 在极短的时间内 约10 s 便跃迁到基态或较低的能级上 并在跃迁过程中将能量以一定波长 颜色 的光释放出来 由于各种元素的能级是被限定的 因此在向基态跃迁时释放的能量也就不同 碱金属及碱土金属的能级差正好对应于可见光范围 于是我们就看到了各种色彩 焰火呈现五颜六色的原因 现代原子结构理论认为 在同一电子层上 可有s p d f g h 等亚层 各亚层分别有1 3 5 个轨道 试根据电子填入轨道的顺序预测 1 第8周期共有种元素 2 原子核外出现第一个6f电子的元素的原子序数是 3 根据 稳定岛 假说 第114号元素是一种稳定同位素 半衰期很长 可能在自然界都可以找到 试推测第114号元素属于周期 族元素 原子的外围电子构型是 下列有几元素的核外电荷数 其中最外层电子数目最多的是 a 8b 14c 18d 20由下列微粒的最外层电子排布 能确定形成该微粒的元素在周期表中的位置的是 a 1s2b 3s23p1c 2s22p6d ns2np3 简称能量最低原理 叫做基态原子 当基态原子的电子吸收能量后 电子会 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 能量 光 辐射 是电子 能量的重要形式之一 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 处于最低能量的原子 跃迁到较高能级 释放 释放 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 光谱或 光谱 总称 光谱 许多元素是通过原子光谱发现的 在现代化学中 常利用原子光谱上的特征谱线来鉴定元素 称为 吸收 发射 原子 光谱分析 1 以下能级符号正确的是a 6sb 2dc 3fd 7p 2 下列各能层中不包含p能级的是a nb mc ld k 3 原子核外p能层和p能级可容纳的最多电子数分别为a 32和2b 50和6c 72和6d 86和10 4 下列有关认识正确的是a 各能级上最多的电子按s p d f的顺序分别为2 6 10 14b 各能层的能级都是从s能级开始至f能级结束c 各能层含有的能级数为n 1d 各能层含有的电子数为2n2 5 下列各组微粒中 各能层电子数均达到2n2个的是a ne和arb h 和na c ne和cl d f 和s2 科学研究证明 核外电子的能量不仅与电子所处的能层 能级有关 还与核外电子的数目及核电荷的数目有关 氩原子与硫离子的核外电子排布相同 都是1s22s22p63s23p6 下列说法正确的是 a 两粒子的1s能级上电子的能量相同b 两粒子的3p能级上的电子离核的距离相同c 两粒子的电子发生跃迁时 产生的光谱不同d 两粒子都达8电子稳定结构 化学性质相同 按所示格式填写下表有序号的表格 按照下列元素基态原子的电子排布特征判断元素 并回答问题 a的原子中只有一个能层且只含1个电子 b的原子3p轨道上得到1个电子后不能再容纳外来电子 c的原子的2p轨道上有1个电子的自旋方向与其它电子的自旋方向相反 d的原子第三能层上有8个电子 第四能层上只有1个电子 e原子的外围电子排布为3s23p6 1 写出由a