高中化学：第一章《原子结构与性质》课件（新人教版选修3）.ppt

高中 化学 新人教版选修3系列课件 物质结构与性质 第一章 原子结构与性质 教学目标 1 了解原子结构的构造原理 知道原子核外电子的能级分布 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 2 了解能量最低原理 知道基态与激发态 知道原子核外电子在一定条件下会发生跃迁产生原子光谱 3 了解原子核外电子的运动状态 知道电子云和原子轨道 4 认识原子结构与元素周期系的关系 了解元素周期系的应用价值 5 能说出元素电离能 电负性的涵义 能应用元素的电离能说明元素的某些性质 6 从科学家探索物质构成奥秘的史实中体会科学探究的过程和方法 在抽象思维 理论分析的过程中逐步形成科学的价值观 第一章原子结构与性质 第一节 原子结构 宇宙大爆炸 大量的氢大量的氦极少量的锂 其他元素 一 开天辟地 原子的诞生 1932年勒梅特首次提出了现代宇宙大爆炸理论 1 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 3 原子的构成 原子 原子核 核外电子 质子 中子 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 2 能层与能级 1 能层 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 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 2 能级 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 思考 1 不同的能层分别有多少个能级 与能层的序数 n 间存在什么关系 思考 2 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 以s p d f 排序的各能级可容纳的最多电子数是多少 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 构造原理中排布顺序的实质 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 各能级的能量高低顺序 构造原理中排布顺序的实质 4 不同层不同能级可由下面的公式得出 各能级的能量高低顺序 n l数值大的能量高 数值相同的由n决定 1234567klmnopq n l 0123spdf 4 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 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 1 一个电子排布为1s22s22p63s23p1的元素最可能的价态是 a 1b 2c 3d 1 3 下列各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 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 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 3 基态与激发态的关系 8 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 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 吸收能量 释放能量 1s22s22p63s2 1s22s22p63s13p1 吸收能量 释放能量 4 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 5 光谱分析 在现代化学中 常利用原子光谱上的特征谱线来鉴定元素 称为光谱分析 化学研究中利用光谱分析检测一些物质的存在与含量等 6 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 能层 能级 电子云 原子轨道 自旋 构造原理 能量最低原理 泡利原理 洪特规则 电子排布式 轨道表示式 价电子 未成对电子 基态 激发态 吸收光谱 发射光谱 关键词 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光谱 图 是原子由激发态转化为基态时的光谱 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 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 b c d中的三种元素组成的化合物的化学式 至少写出5个 2 写出用上述元素组成的物质制得a的单质的化学方程式 至少写出2个 3 检验某溶液中是否含有d 的离子 可通过 反应来实现 检验某溶液中是否含有b 的离子 通常所用的试是 和 4 写出e的元素符号 要证明太阳上是否含有e元素 可采用的方法是 x原子在第二电子层上只有一个空轨道 则x是 其轨道表示式为 r原子的3p轨道上只有一个未成对电子 则r原子可能是 y原子的核电荷数为33 其外围电子排布是 其在元素周期表中的位置是 有a b c d e5种元素 它们的核电荷数依次增大 且都小于20 其中c e是金属元素 a和e属同一族 它们原子的最外层电子排布为ns1 b和d也属同一族 它们原子最外层的p能级电子数是s能级电子数的两倍 c原子最外层上电子数等于d原子最外层上电子数的一半 请回答下列问题 1 由这五种元素组成的一种化合物是 写化学式 2 写出c元素基态原子的电子排布式 3 用轨道表示式表示d元素原子的价电子构型 下列原子或离子核外未成对电子数目为5的是a pb fe3 c crd cu 下列分别用电子排布式或轨道表示式表示的原子基态 能量最低状态 核外电子排布是否正确 并说明理由 o1s22s12p5ca1s22s22p63s23p63d2 下列情况下的两个电子的能量是否相等 1 分别处于3px和3py轨道上的两个电子 2 分别处于2px和3py轨道上的两个电子 3 分别处于3px轨道上的两个自旋相反的电子 写出下列元素的名称和原子序数 写出它们的原子的电子排布式 1 地壳中含量最高的金属元素 2 单质在常温下为液态的非金属元素 3 最外层为l层 基态原子中未成对电子数最多的元素 4 原子序数最小 基态原子具有1个3d电子的元素 5 基态原子中次外层有5个未成对电子而最外层只有成对电子的元素 6 原子基态时被电子占据的轨道有9个 其中6个被电子占满的元素 第一章原子结构与性质 第二节 原子结构与元素的性质 一 原子结构与元素周期表 知识回顾 1 回忆元素周期表的基本结构 2 什么叫周期 共有几个周期 每一周期的元素原子结构有何共同特点 3 什么叫族 共有几族 每一族的元素原子结构有何共同特点 科学探究 根据核外电子构造原理 分析 1 每周期的元素种类有多少 为什么 2 观察周期表中各族元素的价电子 即外围电子 排布 从中找出核外电子排布与族划分之间的内在联系 1 除第一周期外 各周期均以填充s轨道的元素开始 并以填充满p轨道的元素告终 第一周期除外 2 周期元素数目 相应能级组中原子轨道所能容纳的电子总数 3 元素所在周期的判断 周期数 电子层数 主族元素 a 1 价电子全部排布在最外层的s或p轨道上 2 内层d轨道全空或者全满 3 族序数 价电子数 最外层电子数 副族元素 b 1 价电子排布为 n 1 d1 10ns1 2 2 价电子不再是最外层电子 3 族序数 ns电子数 n 1 d电子数 第 族元素 价电子排布为 n 1 d6 8ns2 第零族元素 价电子排布为ns2np6或1s2 分析探索 1 每个纵列的价电子层的电子总数是否相等 2 按电子排布 可把周期表里的元素划分成5个区 除ds区外 区的名称来自按构造原理最后填入电子的能级的符号 s区 d区和p区分别有几个纵列 3 为什么s区 d区和ds区的元素都是金属 区的划分 1 s区元素 ia族 a族 2 p区元素 a a和0族 ns2np1 6 除ds区外 区的名称来自按构造原理最后填入电子的能级的符号 4 ds区元素 b和 b n 1 d10ns1 2 3 d区元素 过渡元素 b b和 n 1 d1 10ns1 2 5 f区元素 镧系和锕系 1 为什么副族元素又称为过渡元素 2 为什么在元素周期表中非金属元素主要集中在右上角三角区内 如图 3 处于非金属三角区边缘的元素常被称为半金属或准金属 为什么 思考题 1 原子半径 观察下列图表回忆总结 二 元素周期律 知识回顾 元素周期表中 同周期主族元素从左到右 原子半径的变化趋势如何 应如何理解这种趋势 元素周期表中 同主族元素从上到下 原子半径的变化趋势如何 应如何理解这种趋势 原子半径的大小取决于两个相反的因素 1 电子的能层数2 核电荷数 2 主要化合价 主族元素 最高正价 最外层电子数 负价的绝对值 8 最外层电子数 同周期 副族元素 价电子处于最外层和倒数第二层 化合价比较复杂 3 元素的金属性与非金属性 金属性的具体表现 1 与酸反应或与水反应 2 最高价氧化物的水化物的碱性 3 阳离子的氧化性 非金属性的具体表现 1 与氢气的化合能力 2 最高价氧化物的水化物的酸性 3 气态氢化物的稳定性 4 阴离子的还原性 4 电离能 基础要点 概念1 第一电离能i1 态电性基态原子失去个电子 转化为气态基态正离子所需要的叫做第一电离能 第一电离能越大 金属活动性越 同一元素的第二电离能第一电离能 气 中 一 最低能量 弱 大于 2 如何理解第二电离能i2 第三电离能i3 i4 i5 从一价气态基态正离子中再失去一个电子所需消耗的能量叫做第二电离能 用i2表示 依次类推 可得到i3 i4 i5 同一种元素的逐级电离能的大小关系 i1 i2 i3 i4 i5 即一个原子的逐级电离能是逐渐增大的 这是因为随着电子的逐个失去 阳离子所带的正电荷数越来越大 再要失去一个电子需克服的电性引力也越来越大 消耗的能量也越来越多 分析下表 科学探究 原子的第一电离能有什么变化规律呢 第一电离能 周一周期 同一族 从左往右 第一电离能呈增大的趋势 从上到下 第一电离能呈减小趋势 碱金属元素的第一电离能有什么变化规律呢 碱金属的电离能与金属活泼性有什么关系为什么 碱金属元素从上到下 第一电离能变小 第一电离能越小 越易失电子 金属的活泼性就越强 因此碱金属元素的第一电离能越小 金属