高二化学原子结构知识精讲 苏教版

高二化学原子结构知识精讲 苏教版一. 本周教学内容：原子结构二. 教学目标：1、认识并了解原子核外电子的能层和能级分布及其能量关系；2、了解原子结构的构造原理，能用构造原理认识原子的核外电子排布；3、掌握能量最低原理、泡利不相容原理和洪特规则等核外电子排布的规律。4、了解原子的基态和激发态的涵义，知道原子核外电子的跃迁及吸收或发射光谱，了解其简单应用；三. 教学重点、难点：核外电子的排布规律，原子结构的构造原理和电子排布式的书写四. 教学过程：（一）开天辟地原子的诞生1、在宇宙中最丰富的元素是氢，其次是氦。地球上最丰富的元素是氧，其次是硅，地球上最丰富的金属元素是铝，其次是铁。地球上共有22种非金属元素（包括稀有气体）。2、人类对原子结构的认识经历了以下几个阶段：德谟克利特的古代原子学说道尔顿的原子学说汤姆逊的原子结构模型卢瑟福的带核原子模型玻尔的轨道原子模型电子云模型（量子力学提出的现代原子结构学说）（二）能层与能级1、在含有多个电子的原子里，由于电子的能量各不相同，因此，它们运动的区域也不相同，通常能量低的电子在离核近的区域运动，而能量高的电子在离核远的区域运动。按核外电子能量的差异将其分成不同的能层(用符号n表示)；各能层最多容纳的电子数为2n2，对于同一能层里能量不同的电子，还可将其分成不同的能级(l)；不同的能层所分的能级数目不同，能级类型的种类数与能层数相对应；各能层的能级数等于能层的序数，如：第1能层只有一个能级，第二能层有2个能级，依次类推。同一能层里，能级的能量按s、p、d、f的顺序升高，即E(s)E(p)E(d)E(f)；每个能级中所能容纳的电子总数分别为1、3、5、7的两倍。 2、各能层所包含的能级类型及各能层、能级最多容纳的电子数见下表：能层(n)一二三四五六七符号KLMNOPQ能级(l)1s2s2p3s3p3d4s4p4d4f5s最多电子数2626228322n2（三）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。电子云是核外电子运动状态的形象化描述。2、原子轨道：不同能级上的电子出现概率约为90%的电子云空间轮廓图。s电子的原子轨道呈球形对称，ns能级各有1个原子轨道；p电子的原子轨道呈纺锤形，np能级各有3个原子轨道，相互垂直（用px、py、pz表示）；nd能级各有5个原子轨道；nf能级各有7个原子轨道。每个原子轨道中最多可以容纳2个自旋方向相反的电子存在。（四）核外电子排布规律1、构造原理：随着原子序数的递增，绝大多数元素的基态原子核外电子的排布都遵循下列顺序：1s、2s、2p、3s、3p、4s、3d、4p、5s、4d、5p、6s、4f构造原理揭示了原子核外电子的能级分布。从中可以看出，不同能层的能级有交错现象，如E(3d)E(4s)、E(4d)E(5s)、E(5d)E(6s)、E(6d)E(7s)、E(4f)E(5p)、E(4f)E(6s)等。一定要记住电子排入轨道的顺序，这是本章和本节最重要的内容。关键点：从第四能层开始，该能层的ns与np能级之间插入了(n-1)层的d能级，第六能层开始还插入（n-2）f，甚至如果第八周期有元素的话，第八能层开始还插入（n-3）g能级。其能量关系是：ns（n-3）g（n-2）f （n-1）d np。以上使得原子核外电子排布最外层不超过8个电子，次外层最多不超过18个电子等。构造原理是书写基态原子电子排布式的依据，也是绘制基态原子电子排布图（即轨道表示式）的主要依据之一。电子排布式：用数字在能级符号的右上角表明该能级上排布的电子数；为了避免电子排布式过于繁琐，我们可以把内层电子达到稀有气体结构的部分以相应稀有气体元素符号外加方括号表示。如：Ar3d54s1轨道表达式：每个方框代表一个原子轨道，每个箭头代表一个电子，按照能量由低到高的顺序由下而上所表示的电子排布图。如：2、能量最低原理：原子核外电子遵循构造原理排布时，原子的能量处于最低状态。即在基态原子里，电子优先排布在能量低的能级里，然后排布在能量高的能级里。 3、泡利原理：每个原子轨道里最多只能容纳2个自旋方向相反的电子。4、洪特规则：（1）电子排布在同一能级不同轨道时，电子总是尽可能分占不同的轨道 ，且自旋方向相同；（2）有少数元素的气态基态原子的电子排布对于构造原理有1个电子的偏差。因为能量相同的原子轨道在全充满、半充满和全空状态时，体系的能量最低，原子较稳定。此为洪特规则的特例。（五）基态、激发态、光谱 1、基态：最低能量状态。如处于最低能量状态的原子称为基态原子。2、激发态：较高能量状态（相对基态而言）。如基态原子的电子吸收能量后，电子跃迁至较高能级成为激发态原子。 3、光谱：不同元素的原子发生跃迁时会吸收（基态激发态）和放出（基态激发态）能量，产生不同的光谱原子光谱（吸收光谱和发射光谱）。利用光谱分析可以发现新元素或利用特征谱线鉴定元素。知识提练：铬原子的电子排布式可写成：也可写成：N原子的轨道表示式为：说明：1、不同能层中各能级之间的能量大小关系：（1）不同能层中同一能级，能层序数越大能量越高（2）同一能层中，各能级之间的能量大小关系为：E(s)E(p)E(d)E(f)（3）能层和形状都相同的原子轨道的能量相同2、电子排布式的书写：一要遵循构造原理，二要注意书写规则。如铁原子的电子排布式许多人写成：1s22s22p63s23p64s23d6或1s22s22p63s23p63d8 前者不符合书写的规则，应当把3d写在4s的前面，而后者则不符合核外电子填入轨道的顺序，正确的答案应是：1s22s22p63s23p63d64s2。3、原子最外层、次外层及倒数第三层最多容纳电子数的解释：依据：构造原理中的排布顺序，其实质是各能级的能量高低顺序，可由公式得出：ns（n-3）g（n-2）f （n-1）d np（1）最外层：由ns、np组成，电子数不超过268（2）次外层：由（n-1）s、（n-1）p、（n-1）d组成，所容纳的电子数不大于：261018（3）倒数第三层：由（n-2）s、（n-2）p、（n-2）d、（n-2）f，所容纳的电子数不大于：261014324、电子云：电子云图中的小黑点并不代表一个电子，每个黑点表示电子出现过一次；小黑点的疏密程度表示了电子在核外空间出现的大小，点疏的地方说明电子出现的概率小，点密的地方说明电子出现的概率大；离核越近，电子出现的概率越大，电子云越密集。5、基态与激发态的区别，原子的核外电子排布符合能量最低原理等核外电子排布规律，处于能量最低状态的就是基态，不符合排布规律的当然其能量也不处于最低态，这时原子的核外电子排布当然就不是基态而是激发态。如：C的核外电子排布如果是 1s22s12p3就不是基态而是激发态。因为基态应该是1s22s22p2。【典型例题】例1. 下列各组原子中，彼此化学性质一定相似的是A. 原子核外电子排布式为1s2的X原子与原子核外电子排布式为1s22s2的Y原子B. 原子核外M层上仅有两个电子的X原子与原子核外N层上仅有两个电子的Y原子C. 2p轨道上有一个未成对电子的X原子与3p轨道上只有一个未成对电子的Y原子D. 最外层都只有一个电子的X、Y原子解析：本题考查的是核外电子排布的知识。A中1s2结构的原子为氦，而1s22s2结构的原子为铍，两者性质不相似；B项X原子为镁，Y原子N层上仅有两个电子的有多种元素，如第四周期的钙、铁等元素都符合，化学性质不一定相同；C项为同主族元素，化学性质一定相似；D项最外层只有一个电子的第A族元素可以，但过渡元素中也有许多最外层只有一个电子的元素，故性质不一定相似。答案：C例2. 比较下列多电子原子的原子轨道的能量高低：1s，3d 3s，3p，3d2p，3p，4p解析：掌握构造原理是比较不同的能级能量高低的基本依据。在多电子原子中，电子填充原子轨道时，原子轨道电子能量的高低存在如下规律：（1）不同能层中同一能级，能层序数越大能量越高：如1s2s3s4s（2）同一能层中，各能级之间的能量大小关系为：E(s)E(p)E(d)E(f)（3）能层和形状都相同的原子轨道的能量相同。如：2px、2py、2pz轨道的能量相等。因此本题的答案为：1s3d 3s3p3d2p3p4p答案：1s3d 3s3p3d2p3p4p例3. 下列元素的电子排布式各违背了哪一规律：（1）6C1s22s22px2（2）21Sc1s22s22p63s23p63d3（3）22Ti1s22s22p63s23p10解析：（1）对于C原子来说，2p有三个能量相同的原子轨道，最后两个电子应该以自旋方向相同的方式分布在两个不同的2p轨道上违反了洪特规则。（2）根据轨道能量高低顺序可知：E(4s)E(3d)，对于21Sc来说，最后三个电子应先排满4s，再排3d，应为1s22s22p63s23p63d14s2，违背了能量最低原理（3）对于22Ti来说，3p共有三个轨道，最多可以排6个电子，如果排10个电子，则违反了泡利原理。答案：（1）洪特规则；（2）能量最低原理；（3）泡利原理例4. 有第4周期的A、B、C、D四种元素，其价电子数依次为1、2、2、7，其原子序数依次增大。已知A与B的次外层电子数为8，而C与D为18。根据原子结构判断：（1）哪些是金属元素（2）D与A的简单离子是什么？并写出其离子的电子排布式（3）哪一元素的氢氧化物的碱性最强？（4）B与D两原子间能形成何种化合物？写出化学式及对应的电子式。解析：无机推断的基础是掌握元素原子的外围电子排布规律并掌握元素在周期表中的位置。本题的突破点是A，价电子数为1，次外层电子数为8，且在第四周期，所以A为K，B价电子数为2，次外层电子数为8，所以B为Ca，C、D的价电子数为2、7，次外层电子数又都是18，同时又都在第4周期，所以C、D分别为Zn、Br。答案：（1）K、Ca、Zn（2）Br、K，1s22s22p63s23p63d104s24p6、1s22s22p63s23p6（3）K（4）离子化合物，CaBr2，电子式略【模拟试题】1、有关核外电子运动规律的描述错误的是A. 核外电子质量很小，在原子核外做高速运动B. 核外电子的运动规律与普通物体不同，不能用牛顿运动定律来解释 C. 在电子云示意图中，通常用小黑点来表示电子绕核做高速圆周运动D. 在电子云示意图中，小黑点密表示电子在核外空间单位体积内电子出现的机会多2、在第n电子层中，当它作为原子的最外层时容纳电子数最多与第(n-1)层相同；当它作为原子的次外层时，其电子数比(n-1)层多10个，则对此电子层的判断正确的是：A. 必为K层 B. 只能是L层C. 只能是M层D. 可以是任意层3、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4、下列各原子或离子的电子排布式错误的是A. Al 1s22s22p63s23p1 B. O2- 1s22s22p6C. Na+ 1s22s22p6 D. Si 1s22s22p25、下列说法正确的是 A. 原子的种类由原子核内质子数、中子数决定B. 分子的种类由分子组成决定C. 代表原子核内有2个质子和3个中子的氦原子D. 和原子的核外电子数是前者大6、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7、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8、目前普遍认为，质子和中子都是由被称为u夸克和d夸克的两类夸克组成。u夸克带电量为e，d夸克带电量为e，e为基元电荷。下列结论中可能正确的是A. 质子由1个u夸克和2个d夸克组成，中子由1个u夸克和2个d夸克组成B. 质子由2个u夸克和1个d夸克组成，中子由1个u夸克和2个d夸克组成C. 质子由1个u夸克和2个d夸克组成，中子由2个u夸克和1个d夸克组成D. 质子由2个u夸克和1个d夸克组成，中子由1个u夸克和1个d夸克组成9、已知X、Y、Z、W是元素周期表中短周期中的四种非金属元素，它们的原子序数依次增大，X元素的原子形成的阳离子就是一个质子，Z、W在元素周期表中处于相邻的位置，它们的单质在常温下均为无色气体，Y原子的最外层电子数是内层电子数的2倍。试回答：（1）写出下列元素的元素符号和该原子的电子分布在几个不同的能层上：X_ _ _ Y_ _Z_ _ _ W_ _（2）X单质和Z单质在一定条件下反应生成化合物E，该反应的化学方程式为_ _。E在催化剂存在的条件下可用于还原汽车尾气中的，以减少对大气的污染。（3）仅由X、Z、W三种元素组成的某种盐是一种速效肥料，但长期施用会使土壤酸化，有关的离子反应方程式为_ （4）这四种元素可组成原子个数比为5113的化合物（按X、Y、Z、W的顺序）为 ，该化合物的水溶液与足量NaOH溶液反应的化学方程式为 _ _ _ 10、现有x、y、z三种元素的原子，电子最后排布在相同的能级组上，而且y的核电荷比x大12个单位，z的质子数比y多4个。1摩尔的x同酸反应