人教版选修3 第1单元第1节原子结构 教案.doc

原子结构教学目的1 知道原子结构的构造原理，进一步认识原子核外电子的分层排布，掌握用电子排布式表示出常见元素（136号）原子核外电子的排布； 2 理解能量最低原理，知道基态与激发态；3 了解核外电子的运动状态，知道电子云和原子轨道；4 掌握原子核外电子的能层和能级的分布及其能量关系。教学内容【考纲要求】1知道原子结构的构造原理，进一步认识原子核外电子的分层排布，能用电子排布式表示出常见元素（136号）原子核外电子的排布；2了解原子核外电子在一定条件下会发生跃迁，了解其简单应用。一、知识点讲解（一）原子结构的理论发展原子核外电子排布规律1能量最低原理：核外电子总是尽量先排布在能量较低的电子层，然后由里向外，依次排在能量逐步升高的电子层；2原子核外各电子层最多容纳2n2个电子；3原于最外层电子数目不能超过8个（k层为最外层时不能超过2个电子）；4次外层电子数目不能超过18个（k层为次外层时不能超过2个），倒数第三层电子数目不能超过32个。说明：以上规律是互相联系的，不能孤立地理解。例如，当m层是最外层时，最多可排8个电子；当m层不是最外层时，最多可排18个电子。（二）能层与能级理论研究证明，原子核外每一层所能容纳的最多电子数如下：能级：在多电子原子中，同一能层的电子，能量也可能不同，还可以把它们分成能级，按能量由低到高排布。能级的符号和所能容纳的最多电子数如下：各能层电子数分别为2，8，18，32，50 （最外电子层除外）1每个能层中，能级符号的顺序是ns、np、nd、nf2任一能层，能级数=能层序数3s、p、d、f可容纳的电子数依次是1、3、5、7的两倍【典例1】下列电子层中，包含有f能级的是（ ）ak电子层 bl电子层 cm电子层 dn电子层答案 d解析 k电子层（n=1）中，l的取值只能为0，对应的是1s能级；l电子层（n=2）中的取值只能为0或1，对应的是s、p能级（即2s和2p）；m电子层（n=3）中，l的取值有0、1、2,对应的是s、p、d能级（即3s、3p、3d）；n电子层（n=4）中，l的取值有0、1、2、3，对应的能级是s、p、d、f（即4s、4p、4d、4f）。而根据l与n的关系规律，l=3时，n的最小取值是l+1=3+1=4。即只有n4的电子层中才有f能级。所以，当n的取值分别是1、2、3时对应的k电子层、l电子层和m电子层中均无f能级。【典例2】若某基态原子的外围电子排布为4d15s2，则下列说法正确的是（ ）a该元素基态原子中共有3个电子 b该元素原子核外有5个电子层c该元素原子最外层共有3个电子 d该元素原子m能层共有8个电子答案 b解析 根据核外电子排布规律，该元素基态原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p64d15s2。由此可见：该元素原子中共有39个电子，分5个电子层，其中m能层上有18个电子，最外层上有2个电子。（三）构造原理1根据构造原理，只要知道原子序数，就可以写出几乎所有元素原子的电子排布。2电子所排的能级顺序：1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p 5s 4d 5p 6s 4f 5d 6p 7s3掌握136号元素原子的电子排布，特殊掌握铜、铁、锰、钪、铬等少数元素的基态原子的电子排布；4这些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：铬 24cr ar3d54s1 锰 25m n ar3d54s2 铁 26fe ar3d64s2 铜 29cu ar3d104s1【典例3】写出17cl（氯）、21sc（钪）、35br（溴）的电子排布。答案 氯cl：1s22s22p63s23p5； 钪sc：1s22s22p63s23p63d14s2； 溴br：1s22s22p63s23p63d104s24p5。解析 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，这样的电子排布是基态原子的。【典例4】下列各原子或离子的电子排布式错误的是（ ）aal 1s22s22p63s23p1 bo2 1s22s22p6 cna+ 1s22s22p6 dsi 1s22s22p2答案 d解析 根据构造原理。【典例5】下列符号代表一些能层或能级的能量，请将它们按能量由低到高的顺序排列：（1）e3s e2s e4s e1s （2）e3s e3d e2p e4f 答案 （1）e1se2s e3se4s （2）e2p e3se3d e4f 解析 根据构造原理。（四）能量最低原理、基态与激发态、光谱【思考】在日常生活中，我们看到许多可见光如灯光、霓虹灯光、激光、焰火与原子结构有什么关系呢？提出问题：这些光现象是怎样产生的?问题探究：指导学生阅读教科书，引导学生从原子中电子能量变化的角度去认识光产生的原因。问题解决：联系原子的电子排布所遵循的构造原理，理解原子基态、激发态与电子跃迁等概念，并利用这些概念解释光谱产生的原因。应用反馈：举例说明光谱分析的应用，如科学家们通过太阳光谱的分析发现了稀有气体氦，化学研究中利用光谱分析检测一些物质的存在与含量，还可以让学生在课后查阅光谱分析方法及应用的有关资料以扩展他们的知识面。【典例6】为揭示原子光谱是线状光谱这一事实，玻尔提出了核外电子的分层排布理论。下列说法中，不符合这一理论的是（ ）a电子绕核运动具有特定的半径和能量 b电子在特定半径的轨道上运动时不辐射能量c电子跃迁时，会吸收或放出特定的能量 d揭示了氢原子光谱存在多条谱线答案 d 解析 d选项的内容无法用玻尔理论解释。要解释氢原子光谱的多重谱线，需用量子力学所建立的四个量子数来描述核外电子的动动状态。【典例7】某基态原子第四电子层只有2个电子，该原子的第三电子层电子数可能有（ ）a8 b18 c818 d1832答案 c 解析 第三电子层为原子的此外层时，对应原子轨道分别为3s、3p、3d，因为此时4s已填充电子，3s、3p肯定填满，3d可能填充，也可能未填充电子，其电子数一定在818之间。【典例8】生活中的下列现象与原子核外电子发生跃迁有关的是（ ） a钢铁长期使用后生锈 b节日里燃放的焰火c金属导线可以导电 d夜空中的激光答案 b 【典例9】当碳原子的核外电子排布由转变为时，下列说法正确的是（ ）a碳原子由基态变为激发态 b碳原子由激发态变为基态c碳原子要从外界环境中吸收能量 d碳原子要向外界环境释放能量答案 ac （五）电子云与原子轨道1电子运动的特点：质量极小 运动空间极小 极高速运动。注意：电子运动不能用牛顿运动定律来描述，只能用统计的观点来描述。我们不可能像描述宏观运动物体那样，确定一定状态的核外电子在某个时刻处于原子核外空间如何，而只能确定它在原子核外各处出现的概率。（1）电子云：概率分布图看起来像一片云雾，因而被形象地称作电子云。（2）s的原子轨道是球形的，能层序数越大，原子轨道的半径越大。这是由于1s，2s，3s电子的能量依次增高，电子在离核更远的区域出现的概率逐渐增大，电子云越来越向更大的空间扩展。2s电子比1s电子能量高，克服原子核的吸引在离核更远的空间出现的概率就比1s大，因而2s电子云必然比1s电子云更扩散。（3）p的原子轨道是纺锤形的，每个p能级有3个轨道，它们互相垂直，分别以px、py、pz为符号。p原子轨道的平均半径也随能层序数增大而增大。2泡利原理和洪特规则（1）量子力学告诉我们：ns能级各有一个轨道，np能级各有3个轨道，nd能级各有5个轨道，nf能级各有7个轨道；而每个轨道里最多能容纳2个电子，通常称为电子对，用方向相反的箭头“”来表示。（2）泡利原理：一个原子轨道里最多只能容纳2个电子，而且自旋方向相反。（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，且自旋方向相同。洪特规则的特例：对于同一个能级，当电子排布为全充满、半充满或全空时，是比较稳定的。【典例10】下列有关电子云的叙述中，正确的是（ ）a电子云形象地表示了电子在核外某处单位微体积内出现的概率b电子云直观地表示了核外电子的数目c1s电子云界面图是一个球面，表示在这个球面以外，电子出现的概率为零d电子云是电子绕核运动形成了一团带负电荷的云雾答案 a解析 为了形象地表示电子在原子核外空间的分布状况，人们常用小黑点的疏密程度来表示电子在原子核外出现几率的大小：点密集的地方，表示电子出现的几率大；点稀疏的地方，表示电子出现的几率小，这就是电子云。1s电子云界面以外，电子出现的概率（几率）不为零，只是出现的几率很小。【典例11】在1s、2px、2py、2pz轨道中，具有球对称性的是（ ）a1s b2px c2py d2pz答案： a解析 1s轨道和2p轨道的图像分别为： 由图像可看出，呈球对称性的为1s原子轨道。【典例12】以下列出的是一些原子的2p能级和3d能级中电子排布的情况。试判断，哪些违反了泡利不相容原理，哪些违反了洪特规则。（1） （2） （3）（4） （5） （6）违反泡利不相容原理的有 ，违反洪特规则的有 。答案 （1）； （2）、（5）。解析 一个原子轨道里最多只能容纳2个电子，而且自旋方向相反，这个原理成为泡利原理。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，这个规则是洪特规则。洪特规则的特例：对于同一个能级，当电子排布为全充满、半充满或全空时，是比较稳定的。二、课堂练习1下列能级中轨道数为5的是（ ）as能级 bp能级 cd能级 df能级答案d2下列说法正确的是 （ ） a原子的种类由原子核内质子数、核外电子数决定 b分子的种类由分子组成决定c代表原子核内有11个质子和23个中子 d和 原子的核外电子数是前者大答案b3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（ ）a b c d答案b4按能量由低到高的顺序排列，正确的一组是（ ）a1s、2p、3d、4s b1s、2s、3s、2p c2s、2p、3s、3p d4p、3d、4s、3p答案c5同一原子的基态和激发态相比较（ ） a基态时的能量比激发态时高 b基态时比较稳定c基态时的能量比激发态时低 d激发态时比较稳定答案bc6下列各原子或离子的电子排布式错误的是（ ）aca2+： 1s22s22p63s23p6 bo： 1s22s22p6cp： 1s22s22p63s23p3 dbr：1s22s22p63s23p63d104s24p5答案b7下列原子或离子原子核外电子排布不属于基态排布的是（ ）a n： 1s22s22p3 bs2-：1s22s22p63s23p6c na：1s22s22p53s2 dsi：1s22s22p63s23p2答案c8某元素正二价离子的最外层电子排布为3d9，则该元素的原子序数为（ ）a29 b30 c31 d32答案a9当镁原子由1s22s22p63s2 1s22s22p63p2时，以下认识正确的是（ ）a镁原子由基态转化成激发态，这一过程中吸收能量b镁原子由激发态转化成基态，这一过程中释放能量c转化后位于p能级上的两个电子处于同一轨道，且自旋方向相同 d转化后镁原子与硅原子电子层结构相同，化学性质相似答案a10气态中性基态原子的原子核外电子排布发生如下变化，吸收能量最多的是（ ）a1s22s22p63s23p21s22s22p63s23p1 b1s22s22p63s23p31s22s22p63s23p2 c1s22s22p63s23p41s22s22p63s23p3 d1s22s22p63s23p64s24p21s22s22p63s23p64s24p1答案b11下列图象中所发生的现象与电子的跃迁无关的是（ ）a b c d答案d12某元素原子的核电荷数是电子层数的5倍，其质子数是最外层电子数的3倍，该元素原子的最外层电子排布是 （ ）a2s22p3 b2s22p5 c3s23p3 d3s23p5答案c13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 答案（1）1s 3d （2） 3s 3p 3d （3）2p 3p 4p14下面是s能级p能级的原子轨道图，试回答问题：（1）s电子的原子轨道呈 形，每个s能级有 个原子轨道；p电子的原子轨道呈 形，每个p能级有 个原子轨道。（2）s电子原子轨道、p电子原子轨道的半径与什么因素有关？是什么关系？答案（1） 球形； 1； 纺锤； 3；（2）与能层序数n有关。能层序数n越大，原子轨道的半径越大。15化合物yx2、zx2中，x、y、z的核电荷数小于18；x原子最外能层的p能级中有一个轨道充填了2个电子，y原子的最外层中p能级的电子数等于前一能层电子总数，且x和y具有相同的电子层；z与x在周期表中位于同一主族。回答下列问题：（1）x的电子排布式为 ，y的轨道表示式为 ；（2）zx2的分子式是 ，yx2电子式是 ；（3）y与z形成的化合物的分子式是_，该化合物中化学键的种类是_。答案 （1）1s22s22p4； （2）so2 ； （3）cs2；极性键。三、课堂小结1原子结构的理论发展2能层与能级3构造原理4能量最低原理、基态与激发态、光谱5电子云与原子轨道四、课后作业1下列说法中，不符合现代大爆炸宇宙学理论的是（ ）a我们所在的宇宙诞生于一次大爆炸 b恒星正在不断地合成自然界中没有的新元素 c氢、氦等轻核元素是宇宙中天然元素之母 d宇宙的所有原子中，最多的是氢元素的原子答案b2下列有关认识正确的是（ ） a各能级的原子轨道数按s、p、d、f的顺序分别为1、3、5、7 b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 1 d各能层含有的电子数为2n2答案a3以下对核外电子运动状况的描述正确的是（ ）a电子的运动与行星相似，围绕原子核在固定的轨道上高速旋转b能量低的电子只能在s轨道上运动，能量高的电子总是在f轨道上运动c能层序数越大，s原子轨道的半径越大d在同一能级上运动的电子，其运动状态肯定相同答案c4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（ ）a b c d答案c5若n=3，以下能级符号错误的是（ ）anp bnf cnd d ns答案b解析 n=3时，l的取值有0、1、2,对应的是s、p、d能级，即3s、3p、3d。6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 答案 （1）1s22s22p3 （2）1s22s22p6 （3）1s22s22p63s23p4（4）1s22s22p63s23p64s2 （5）1s22s22p63s23p63d104s1 （6）1s22s22p63s23p63d104s24p27. 对充有氖气的霓虹灯管通电，灯管发出红色光。产生这一现象的主要原因（ ）a电子由激发态向基态跃迁时以光的形式释放能量 b电子由基态向激发态跃迁时吸收除红光以外的光线c氖原子获得电子后转变成发出红光的物质 d在电流的作用下，氖原子与构成灯管的物质发生反应答案a8以下现象与核外电子的跃迁有关的是（ ） 霓虹灯发出有色光 棱镜分光 激光器产生激光 石油蒸馏 凸透镜聚光 燃放的焰火，在夜空中呈现五彩缤纷的礼花 日光灯通电发光 冷却结晶a b c d答案a9图1和图2分别是1s电子的概率概率分布图和原子轨道图。