高中化学 第1章 第1节 第2课时 能量最低原理 泡利原理 洪特规则课件 新人教版选修3.ppt

成才之路 化学 路漫漫其修远兮吾将上下而求索 人教版 选修3 原子结构与性质 第一章 第一节原子结构 第一章 第2课时能量最低原理泡利原理洪特规则 第一章 光谱学的研究已有一百多年的历史了 1666年 牛顿把通过玻璃棱镜的太阳光分解成了从红光到紫光的各种颜色的光谱 他发现白光是由各种颜色的光组成的 这可算是最早对光谱的研究 从19世纪中叶起 氢原子光谱一直是光谱学研究的重要课题之一 在试图说明氢原子光谱的过程中 所得到的各项成就对量子力学法则的建立起了很大促进作用 这些法则不仅能够应用于氢原子 也能应用于其他原子 分子和凝聚态物质 在日常生活中 我们看到的许多可见光 如灯光 霓虹灯光 激光 焰火 都与原子核外电子发生跃迁释放能量有关 学习目标 1 能量最低原理 基态与激发态 光谱 1 原子的电子排布遵循 能使整个原子的能量处于 简称能量最低原理 2 处于 的原子叫做基态原子 当基态原子的电子 能量后 电子会跃迁到 能级 变成激发态原子 构造原理 最低状态 最低能量 吸收 较高 3 光谱与光谱分析 光谱 不同元素的原子发生 时会吸收或释放不同的光 可以用光谱仪摄取得到各种元素的电子的 光谱或 光谱 总称原子光谱 光谱分析 在现代化学中常利用 上的特征谱线来鉴定元素 称为光谱分析 光谱分析的应用 跃迁 吸收 发射 原子光谱 鉴定新元素 2 电子云和原子轨道 1 电子云 一定时间间隔内电子在核外空间出现 的分布图看起来像一片云雾 因而被形象地称作电子云 2 原子轨道 常把电子出现的概率约为 的空间圈出来 人们把这种电子云轮廓图称为原子轨道 概率 90 3 泡利原理和洪特规则 1 泡利原理 1个原子轨道里最多只能容纳 个电子 而且 相反 用 表示 2 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 相同 3 基态原子的电子排布遵循 和 2 自旋方向 自旋方向 能量最低原理 泡利原理 洪特规则 自主探究 1 用什么好办法来书写原子的电子排布式 提示 一般先写出原子结构示意图 再根据原子结构示意图写出核外电子排布式 如 2 为什么原子的核外电子排布要遵循能量最低原理呢 提示 能量最低原理是自然界普遍遵循的规律 能量越低 物质越稳定 物质都有从高能量状态转化到低能量状态的趋势 3 根据构造原理和原子核外电子排布原则分析 为什么原子核外电子的最外层不超过8个 次外层不超过18个 提示 由构造原理可知 由于能级交错现象 在电子填充过程中 最外层最多填满s能级和p能级 而s能级有1个原子轨道 p能级有3个原子轨道 根据泡利原理知4个原子轨道最多容纳8个电子 故原子最外层最多不超过8个电子 同理可分析次外层不超过18个电子 而k层为最外层时 最多2个电子 4 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 上式方括号里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 提示 ne 的意义是指与ne的电子排布相同 o he 2s22p4si ne 3s23p2fe ar 3d64s2 教材点拨 2 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 总称原子光谱 3 光谱分析在现代化学中 利用原子光谱上的特征谱线来鉴定元素的分析方法 4 电子云电子云是对核外电子运动特征的形象描述 1 在电子云图中每个小黑点不代表一个电子 也不代表电子在此出现过 2 黑点疏密的程度代表电子在核外空间区域内出现的机会的多少 点稀疏的地方表示电子在那里出现的概率小 点密集的地方表示电子在那里出现的概率大 3 离核越近 电子出现的概率越大 电子云越密集 5 原子轨道 1 定义 电子在原子核外的一个空间运动状态称为一个原子轨道 2 数目 ns能级各有1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 3 形状 s能级的原子轨道是球形的 p能级的原子轨道是哑铃状的 典例透析 解析 电子云是对电子运动的形象化描述 它仅表示电子在某一区域内出现的概率 并非原子核真被电子云雾所包围 故选项a错误 原子轨道是电子出现的概率约为90 的空间轮廓 它表明电子在这一区域内出现的机会大 在此区域外出现的机会少 故选项b错误 无论能层序数n怎样变化 每个p能级都是3个原子轨道且相互垂直 故选项c错误 由于按1p 2p 3p 的顺序 电子的能量依次增大 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 原子轨道的平均半径逐渐增大 答案 d 点评 电子在原子核外没有明确的轨道 1 2014 武汉重点中学联考 关于电子云的叙述正确的是 电子云是用小黑点的疏密程度来表示电子在空间出现概率大小的图形 电子云实际是电子运动形成的类似云一样的图形 小黑点密集的地方电子在那里出现概率大 轨道不同 电子云的形状也不一样 s轨道空间分布的图形为 哑铃形 电子云表示电子运动的轨迹 黑点的多少表示电子个数的多少 处于1s轨道上的电子在空间出现的概率分布呈球形对称 因为p轨道是 8 字形的 所以p电子走 8 字形 电子云的伸展方向与能量是无关的 变式训练 a b c d 解析 电子云是处于一定空间运动状态 即原子轨道 的电子在原子核外空间的概率分布的形象化描述 所以 正确 错误 s p轨道的电子云分别为球形和哑铃形 错误而 正确 电子云伸展方向不同的3个p轨道 5个d轨道 7个f轨道的能量是彼此相同 正确 答案 d 教材点拨 3 洪特规则 原子核外电子在能量相同的各个轨道上排布时 电子尽可能分占不同的原子轨道 且自旋状态相同 这样整个原子的能量最低 比如c 最外层的p能级上有三个轨道写出基态c原子的最外层p能级上两个电子的可能排布 p有3个轨道 而碳原子2p能层上只有两个电子 电子应优先分占 而不是挤入一个轨道 c原子最外层p能级上两个电子的排布应如 所示 这就是洪特规则 提示 为什么某些原子核外电子排布违背构造原理 根据构造原理 在书写少数元素如cu ag au cr等基态原子的电子排布式时会有1个电子的偏差 如cr 1s22s22p63s23p63d54s1 非3d44s2 cu 1s22s22p63s23p63d104s1 非3d94s2 对于这一现象 洪特通过分析光谱实验的结果指出 能量相同的原子轨道在全充满 如s2 p6和d10等 半充满 如s1 p3和d5等 以及全空 如s0 p0和d0等 状态时体系的能量较低 原子较稳定 如cr 2 原子核外电子排布表示方法 1 电子排布式 用数字在能级符号右上角标明该能级上排布的电子数 这就是电子排布式 例如 k 1s22s22p63s23p64s1 简化的电子排布式 为了避免电子排布式书写过于繁琐 把内层电子达到稀有气体结构的部分以相应稀有气体的元素符号外加方括号表示 例如 k ar 4s1 前二周期各原子的电子排布式第1周期h 1s1 he 1s2 第2周期li 1s22s1 be 1s22s2 b 1s22s22p1 c 1s22s22p2 n 1s22s22p3 o 1s22s22p4 f 1s22s22p5 ne 1s22s22p6 电子排布式中各符号数字的意义 以铝原子为例 2 电子排布图每个方框代表一个原子轨道 每个箭头代表一个电子 如第二周期元素基态原子的电子排布如下图所示 以铝原子为例 电子排布图中各符号数字的意义 4 电子式在化学反应中 一般是原子的最外层电子数目发生变化 为了简便起见 化学中常在元素符号周围用小黑点 或小叉 来表示元素原子的最外层电子 相应的式子叫做电子式 如钠原子的电子式为 na 或 na 温馨提示 轨道表示式是用方框和箭头表明核外电子排布的式子 每一方框表示一个轨道 与电子排布式相比 它具有轨道上电子自旋方向和在成键时电子变化明晰的特点 但稍麻烦些 书写时先写元素符号 再根据能量最低原理 泡利不相容原理和洪特规则书写 典例透析 解析 据洪特规则 电子在能量相同的各个轨道上排布时尽可能分占不同的原子轨道 且自旋状态相同 故 1 选b 4 选a 据能量最低原理 核外电子先占有能量低的轨道 再占有能量高的轨道 2 中由于s轨道能量低于p轨道 故选a 3 中a d5为半充满状态 为相对稳定的状态 b不是 所以选a 答案 1 b 2 a 3 a 4 a 点评 在书写基态原子的电子排布图时 常出现以下几种错误 解析 p轨道有3个原子轨道 最多可以容纳6个电子 根据电子排布的泡利不相容原理和洪特规则 当p轨道上有2个电子或4个电子时 p轨道上有2个未成对电子 所以可能是 a族元素 也可能是 a族元素 故a不符合题意 p轨道上有1个空轨道 说明另外两个轨道各容纳了1个电子 加上s轨道上的2个电子 最外层是4个电子 属于 a族元素 故b符合题意 最外层电子排布式为1s2和2s22p6的原子 二者都是稀有气体元素 但不属于主族元素 故c错误 最外层电子排布式为1s2的原子为he 位于0族 而最外层电子排布为2s2的原子是be 属于 a族元素 故d错误 答案 b 变式训练 解析 从电子排布遵循的原则入手 看是否符合能量最低原理 泡利原理 洪特规则及其特例 d 2p能级有一个未成对电子的基态原子和原子的价电子排布为2s22p5的原子 解析 1 36号元素核外电子排布的特殊性 最外层只有1个未成对电子的元素 a族 ns1 h li na k a族 ns2np1 b al ga a族 ns2np5 f cl br 及cr 3d54s1 cu 3d104s1 最外层有2个未成对电子的元素 a族 ns2np2 c si ge a族 ns2np4 o s se 最外层有3个未成对电子的元素 a族 ns2np3 n p as 核外电子排布中 未成对电子数最多的元素 cr 3d54s1 共有6个未成对电子 若最外层电子数为1 核外电子总数为5不可能 最外层电子数为2 核外电子总数为10不可能 同理 可讨论 只有最外层电子数为7 核外电子总数为35时合理 其电子排布式也是1s22s22p63s23p63d104s24p5 二者是同种元素的原子 d中2p能级有一个未成对电子 可以是2p1 也可以是2p5 因此二者不一定属于同种元素的原子 d选项不符合题意 答案 b 1 2014 衡水中学月考 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是 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 解析 霓虹灯之所以能发光 是因为电子吸收能量后跃迁到能量较高的轨道 能量较高轨道上的电子会很快以光的形式辐射能量而跃迁回能量较低的轨道 答案 a 点评 电子的跃迁是物理变化 金属 元素 的焰色反应是物理变化 2 2014 河南洛阳检测 下列说法正确的是 a 不同的原子轨道形状一定不相同b p轨道呈哑铃形 因此p轨道上的电子运动轨迹呈哑铃形c 2p能级有3个p轨道d 氢原子的电子运动轨迹呈球形 解析 不同能级的原子轨道形状可以相同 如1s 2s能级的原子轨道都是球形 只是半径不同 a错 现在的技术无法测定电子在原子核外的运动轨迹 原子轨道只是体现电子的运动状态 b d错 任何能层的p能级都有3个p轨道 c正确 答案 c 3 2014 黄冈调研 下列微粒的核外电子的表示方法中正确的是 解析 a项表示碳原子的轨道表示式 正确 b项不符合洪特规则 c项 正确的cr原子的价电子排布式为3d54s1 fe2 是铁原子失去最外层2个电子形成的 其电子排布式是1s22s22p63s23p63d6 答案 a 4 2013 高考上海化学 铝原子核外电子云有 种不同的伸展方向 有 种不同运动状态的电子 解析 al的核外电子云有s电子云 p电子云两种 s电子云在空间只有1种伸展方向 p电子云在空间有3种不同的伸展方向 答案 413 5 2014 武汉重点中学联考 a b c d e代表前四周期的五种元素 原子序数依次增大 请填空 1 a元素基态原子的最外层有3个未成对电子 次外层有2个电子 其电子排布图为 2 b元素的负一价离子的电子层结构与氩相同 b的离子的结构示意图为 3 c元素的正三价离子的3d能级为半充满 c的元素符号为 其基态原子的电子排布式为 4 d元素基态原子的m层全充满 n层没有成对电子 只有一个未成对电子 d的元素符号为 其基态原子的电子排布式为 5 e元素基态原子中没有未成对电子 e的外围电子排布式是 点评 根据核外电子排布遵循的原理 可以写出第四周期过渡元素即21 30号元素基态原子的核外电子排布 如下表 玻尔与爱因斯坦的争论玻尔的原子结构模型是成功和缺陷并存 对这一点 玻尔自己也有清醒的认识 在1922年获得诺贝尔物理学奖时 他还在颁奖仪式上谦逊而坦率地指出 原子理论还处于非常初级的阶段 还有很多根本性的问题尚待解决 正是基于其惯有的明智和对科学的追求 玻尔于1921年在哥本哈根大学建立了理论物理研究所 这个研究所吸引了众多优秀科学家如海森伯 泡利 狄拉克等前来进行工作 并且很快成为至今仍被人们赞颂的 以玻尔为首的 哥本哈根学派 哥本哈根学派提出了粒子波的统计解释 测不准原理和互补原理 这个学派所建立的量子世界的突出特点是将连续轨迹代之以不连续的量子跃迁 以概率决定论取代严格决定论 突现量子现象的整体性以及伴随而