1 1 2.第1章1节2课时基态原子的核外电子排布 原子轨道ppt课件

第一章原子结构与性质第一节原子结构 第2课时 基态原子的核外电子排布原子轨道学习目标 1 知道原子的基态核激发态的含义 2 初步知道原子核外电子的跃迁 吸收和发射光谱 3 了解电子云和原子轨道的含义 4 知道原子核外电子的排布遵循能量最低原理重点 1 能用多种化学用语表示核外电子的排布情况 2 掌握基态原子核外电子排布的三原则及洪特规则特例 难点 1 掌握基态 激发态与光谱 吸收和发射光谱等基本概念含义和应用 按原子核外电子能量的差异 可以将核外电子分为不同的能层 即电子层 由内而外可以分为 复习上节内容 1 能层 例如 钠原子有11个电子 分布在三个不同的能层上 第一层2个电子 第二层8个电子 第三层1个电子 在多电子原子中 同一能层的电子 能量也可能不同 可以将它们分为不同的能级 就好比能层是楼层 能级是楼梯的阶级 各能层上的能级是不一样的 能级的符号和所能容纳的最多电子数如下 一二三四五 2 能级 或电子亚层 能级数 能层序数 每一能层中能级符号的顺序是ns np nd nf n代表能层 任一能层的能级总从s能级开始 能级数 能层序数 如 第一能层只有1个能级 1s 第二能层有2个能级 2s 2p 第三能层有3个能级 3s 3p 3d 第四能层有4个能级 4s 4p 4d 4f 以s p d f 排序的各能级可容纳的最多电子数依次为2 6 10 14 即1 3 5 7的二倍 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 填满一个能量低的能级后再填一个能量高的新能级 这个排布顺序被称为构造原理 注 至少牢记以下几个能级能量高低顺序 高 3 构造原理 1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 构造原理 多电子基态原子的电子按能级交错的形式排布 电子排布顺序 1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p 5s 4d 5p 6s 4f 5d 6p 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 n 1 n 6 n 4 n 2 4 电子排布式 Na 1s22s22p63s1 能层序数 该能级上排布的电子数 能级符号 K L M Fe 1s22s22p63s23p63d64s2 K L M N 先按构造原理充入电子 再按能层次序书写 用数字在能级符号右上角表明该能级上排布的电子数 例2 写出Zn的电子排布式Zn为30号元素 共30个电子 先按照构造原理充入电子 1s22s22p63s23p64s23d10再按能层次序书写 1s22s22p63s23p63d104s2 电子排布式书写方法 先按构造原理充入电子 再按能层次序书写 简化电子排布式 Ne 3s1 表示钠的内层电子排布与稀有气体元素Ne的核外电子排布相同 稀有气体元素符号 外围电子 该元素前一个周期的惰性气体电子排布结构 Zn 1s22s22p63s23p63d104s2 Ar 简化 Zn Ar 3d104s2 简化电子排布式 Zn Ar 3d104s2 例 写出Zn的简化电子排布式 试写出8号 14号 26号元素的简化排布式 氧 1s22s22p4 硅 1s22s22p63s23p2 铁 1s22s22p63s23p63d64s2 电子排布式 简化电子排布式 氧 He 2s22p4 硅 Ne 3s23p2 铁 Ar 3d64s2 要求 会书写 1 36号元素电子排布式 氢 1s1氦 1s2锂 1s22s1铍 1s22s2硼 1s22s22p1碳 1s22s22p2氮 1s22s22p3氧 1s22s22p4氟 1s22s22p5氖 1s22s22p6钠 1s22s22p63s1镁 1s22s22p63s2铝 1s22s22p63s23p1硅 1s22s22p63s23p2磷 1s22s22p63s23p3硫 1s22s22p63s23p4氯 1s22s22p63s23p5氩 1s22s22p63s23p6 钾 1s22s22p63s23p64s1钙 1s22s22p63s23p64s2钪 1s22s22p63s23p63d14s2钛 1s22s22p63s23p63d24s2矾 1s22s22p63s23p63d34s2铬 1s22s22p63s23p63d54s1锰 1s22s22p63s23p63d54s2铁 1s22s22p63s23p63d64s2钴 1s22s22p63s23p63d74s2镍 1s22s22p63s23p63d84s2铜 1s22s22p63s23p63d104s1锌 1s22s22p63s23p63d104s2镓 1s22s22p63s23p63d104s24p1锗 1s22s22p63s23p63d104s24p2砷 1s22s22p63s23p63d104s24p3硒 1s22s22p63s23p63d104s24p4溴 1s22s22p63s23p63d104s24p5氪 1s22s22p63s23p63d104s24p6 四 能量最低原理 基态与激发态 光谱 1 能量最低原理 原子的电子排布遵循构造原理使整个原子的能量处于最低状态 2 基态原子与激发态原子 处于最低能量的原子叫基态原子 当基态原子的电子吸收能量后 电子会跃迁到较高能级成为激发态原子 基态原子 吸收能量 释放能量 激发态原子 3 光谱与光谱分析 1 光谱 不同元素原子的电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 2 光谱分析 光谱分析指利用原子光谱的特征谱线来鉴定元素 如 1868年根据太阳光谱中有一条地球已知元素中所没有的鲜黄色的明线 发现了元素氦 核外电子质量小 运动空间小 运动速率大 无确定的轨道 无法描述其运动轨迹 无法计算电子在某一刻所在的位置 只能指出其在核外空间某处出现的机会多少 概率 1 核外电子运动的特征 五 电子云与原子轨道 1 电子云 电子在原子核外空间一定范围内出现 可以想象为一团带负电的云雾笼罩在原子核周围 所以 人们形象地把它叫做 电子云 电子云表示 电子在核外出现的概率图 描述核外电子运动特征的图象 电子云中的小黑点 并不是表示原子核外的一个电子 而是表示电子在此空间出现的机率 小黑点密度大的地方说明电子出现的机会多 而小黑点密度小的地方说明电子出现的机会少 2 核外电子运动状态的描述 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 S能级的原子轨道 S能级的原子轨道是球形对称的 把电子出现的概率约为90 的空间圈出来 人们把这种电子云轮廓图称为原子轨道 2 原子轨道 电子云轮廓图称为原子轨道 3 原子轨道的特点 s能级的原子轨道图 S能级的原子轨道是球形对称的 原子核位于球心 能层序数n越大 电子能量越大 1s 2s 3s 原子轨道半径越大 P能级的原子轨道是哑铃形的 每个P能级有3个原子轨道 它们相互垂直 分别以Px Py PZ表示 P电子原子轨道的平均半径随n增大而增大 在同一能层中Px Py PZ的能量相同 P能级的原子轨道 P能级的3个原子轨道Px Py PZ合在一起的情形 2 原子轨道 即电子云轮廓图 知识拓展 电子云形状 s电子云呈球形 在半径相同的球面上 电子出现的机会相同 p电子云呈哑铃形 d电子云是花瓣形 f电子云更为复杂 阅读课本11页 表1 2 不同能层的能级 原子轨道 电子云轮廓图 K层 只有s能级 L层 有两个能级 分别为s能级和p能级 备注 每个轨道只能排2个电子 只有1个轨道 只有1个轨道 有3个轨道 M层 有三个能级 分别为s p能级和d能级 有5个轨道 N层 有7个轨道 有四个能级 分别为s p d能级和f能级 小结 原子轨道的特点 1 s原子轨道是球形的 p原子轨道是纺锤形的 2 能层序数n越大 原子轨道的半径越大 3 不同能层的同种能级的原子轨道形状相似 只是半径不同 如 s原子轨道是球形的 p原子轨道是纺锤形的 2S原子轨道半径 1S原子轨道半径 3P原子轨道半径 2P原子轨道半径 4 相同能层的同种能级的原子轨道 形状相似 半径相同 能量相同 方向不同如 s能级只有一个原子轨道 p能级有3个原子轨道 互相垂直 可分别以px py pz表示 能量相等 如2px 2py 2pz轨道的能量相等 5 各能层 能级中电子能量的高低 同一能层中 不同能层中 E ns E np E nd E nf E 1s E 2s E 3s E 4s E 2p E 3p E 4p E 5p 构造原理中排布顺序的实质 各能级的能量高低顺序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 电子排布图 方法 用方框表示原子轨道 用箭头表示电子 其中 一个方框表示一个轨道 一个箭头表示一个电子 如 六 泡利原理和洪特规则 例 写出O原子的电子排布式 电子排布图 O原子的电子排布式 1s22s22p4 1s22s22p4 O原子的电子排布图 比较 原子结构的表示方法 原子结构示意图 电子排布式 O原子 1s22s22p4 电子排布图 O原子 Mg原子 价电子排布式 主族元素的价电子指最外层电子 价电子排布式指外围电子排布式 例 铝的价电子排布式 AI 3S23P1 1 泡利原理 一个原子轨道中最多只能容纳两个电子 且这两个电子的自旋方向必须相反 此时体系最稳定 原子的总能量最低 泡利 Pauli 奥地利科学家 每个原子轨道里最多只能容纳2个电子 而且自旋方向相反 用 表示 1s22s22p4对 O原子的电子排布图 1s22s22p4错 1s22s22p4 O原子的电子排布图 问题 为什么2p4的电子排布图是这样的 2 洪特规则 对于基态原子 电子在能量相同的轨道上排布时 将尽可能分占不同的轨道并且自旋方向相同 C 1s22s22p2 洪特规则 对于基态原子 电子在能量相同的轨道上排布时 将尽可能分占不同的轨道并且自旋方向相同 C 1s22s22p2 相对稳定的状态 全充满 p6 d10 f14 全空 p0 d0 f0 半充满 p3 d5 f7 洪特规则特例 全空 半充满 全充满时相对稳定 3 洪特规则特例 洪特规则特例 有少数元素的基态原子的电子排布与构造原理有1个电子的偏差 因为能量相同的原子轨道在全空 半充满 全充满时体系的能量较低 原子较稳定 各有电子的能级都排满了如 稀有气体 A 全满 特点 s2 p6 d10 f14 铜 1s22s22p63s23p63d104s1 铜 1s22s22p63s23p63d94s2 全满 有电子的某一能级只排了该能级最大容量的一半电子如 A 半满 特点 s1或p3或d5或f7 A等 例 Cr的核外电子排布式应为 1s22s22p63s23p63d54s1 如果按照各能级填充规则 其核外电子排布式应为1s22s22p63s23p63d44s2 但是 依据洪特规则可知3d能级填充5个电子时较稳定 故Cr的正确电子排布式为 1s22s22p63s23p63d44s2 在有电子的情况下 未排内层能级 便排外层能级如 Ca Ag等 全空 特点 s0或p0或d0 K的核外电子排布式应为 1s22s22p63s23p64s1 如果按照各能级填充规则 其核外电子排布式应为1s22s22p63s23p63d1 但是 依据洪特规则可知3d能级填充全空时较稳定 故K的正确电子排布式为 1 泡利原理 每个轨道最多只能容纳2个电子 且它们的自旋方向相反 2 洪特规则 电子总是优先单独地占据简并轨道 且它们的自旋方向相同 怎么填 填多少 小结 一 原子核外电子排布遵循的原理和规则 二 原子核外电子排布的表示式 能量最低原则 泡利不相容原理 洪特规则 电子排布式 电子排布图 确定原子序数 解答基态原子电子排布问题的一般思路 能级排布 电子排布 小结 三原则 抄写 1 36号元素电子排布式 电子排布图 投影 作业 1 阅读课本7 12页 2 阅读并填空 学习指导 4 7页 3 学习指导 7页 当堂双基达标 4 学习指导 65页 课时作业 1 构造原理 原子中能级的能量由低到高的顺序 即电子填充的能级顺序 1s2s2p3s3p4s3d4p5s4d5p6s4f5d6p7s 2 能级交错现象 能层序数大的能级反而比能层小的能级能量低 如E 4s E 3d E 5s E 4d E 6s E 5d E 6s E 4f E 5p E 4f 等 由构造原理可总结能级交错规律 Ens E n 2 f n 6 E n 1 d n 4 Enp n 2 由能级交错规律可总结电子填入能级的顺序 ns n 1 n 2 f n 6 n 1 d n 4 np n 2 思考 构造原理中能级顺序的实质是各能级的能量高低顺序 构造原理中能级顺序是如何得出的呢 不同能层的能量高低顺序 K L M N O P Q 相同能层的不同能级的能量高低顺序 ns np nd nf 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 4d 5d 不同能层不同能级可由下面的公式得出 能级交错规律 ns n 2 f n 1 d np n为能层序数 结合上面四点 可得出构造原理中能级顺序 ns n 1 n 2 f n 6 n 1 d n 4 np n 2 能级交错规律 ns n 2 f n 1 d np 这是多电子原子核外电子排布的能级交叉现象 符合构造原理 1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p 5s 4d 5p 6s 4f 5d 6p 7s 5f 6d 7p K层 只有s能级 L层 有两个能级 分别为s能级和p能级 具体如下 备注 每个轨道只能排2个电子 只有一个轨道 只有1个轨道 有3个轨道 M层 有三个能级 分别为s p能级和d能级 有5个轨道 N层 有7个轨道 有四个能级 分别为s p d能级和f能级 例 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 C 课堂练习 铁原子的电子排布图 洪特规则 泡利原理 能量最低原理 1s 2s 2p 3p 3d 3s 4s 1 每个原子轨道最多只能容纳几个电子 2 当电子排在同一个能级内时 有什么规律 1个原子轨道里最多只能容纳2个电子 且自旋方向相反 顺时针 逆时针 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 以下是表示铁原子的3种不同化学用语 请你通过比较 归纳 分别说出3种不同化学用语所能反映的粒子结构信息 结构示意图 能直观地反映核内的质子数和核外的电子层数及各能层上的电子数 电子排布式 能直观地反映核外电子的能层 能级和各能级上的电子数 电子排布图 能反映各轨道的能量的高低及各轨道上的电子分布情况 自旋方向 巩固练习 1 某元素原子序数为24 试问 1 该元素电子排布式 1s22s22p63s23p63d54s1 2 它有个能层 个能级 占有 个原子轨道 3 此元素有个未成对电子 它的价电子数是 6 4 7 15 6 巩固练习 2 填表 4 1s22s2 第2周期第 A族 13 第3周期第 A族 Al 22 1s22s22p63s23p63d24s2 Ti Cu 第4周期第 B族 1s22s22p63s23p63d104s1 第4周期第 B族 32 1s22s22p63s23p63d104s24p2 第4周期第 A族 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 AC 巩固 1s 2s 2p 3s 3p 3d 原子轨道能量高低有如下规律 1 相同能层上原子轨道能量高低 ns np nd nf 2 形状相同的原子轨道能量高低 1s 2s 3s 4s 3 能层和形状都相同的原子轨道能量相等 如 2Px 2Py 2Pz 简并轨道 说明 1 36号 元素原子的电子排布式 见课本 元素原子的电子排布 1 36号 氢H1s1 钠Na1s22s22p63s1 钾K1s22s22p63s23p64s1 Ar 4s1 有少数元