高二化学第一节 原子结构（通用）

高二化学第一节 原子结构本节学习目标1了解原子核外电子的能级分布，能用电子排布式表示常见元素（136号）原子核外电子的排布。了解原子核外电子的运动状态。2了解原子核外电子在定条件下会发生跃迁，了解其简单应用。重点：电子排布式、轨道表示式的书写难点：理解能层与能级的概念，能从能级的角度了解原子结构的特点知识要点梳理知识点一：电子云与原子轨道1、原子核外电子的运动特征核外电子运动的能量是不连续的，分为不同的能级；核外电子运动的空间极小，运动速度极快；核外电子运动没有确定的轨道，无法预测某时刻电子所在的位置，也不能测定电子的运动速度；用统计图的方法来形象地描绘电子在核外空间出现的机会大小，从而提出电子云、原子轨道等概念。电子云图是用小黑点的疏密来描述电子在原子核外空间出现机会的大小所得图形；电子云图中的小黑点表示电子出现过一次；黑点的疏密程度表示电子在原子核外出现的概率大小。2、原子轨道定义：电子云轮廓图称为原子轨道原子轨道的形状：s球形；p纺锤形；d、f轨道较复杂知识点二：能层与能级1、能层：在多电子的原子核电子的能量是不同的，按电子的能量差异，可将核外电子分成不同的能层。2、能级（原子轨道）:在多电子的原子中，同一能层的电子，能量也可能不同，还可以把它们分成能级；能级种类及轨道数目：s1、p3(px、py、pz)、d5、f7 ；每个轨道最多有两个电子。知识点三：构造原理1、多电子原子核外电子排布遵循能量最低原理，各能级能量有如下关系同一电子层上：nsnpndnf；同一类型的原子轨道：2p3p4p5p；同一电子层上的同一类型电子轨道：2px=2py=2pz总之：同一能级不同轨道：ns(n-2)f(n-1)dnp（n表示能层序数）。 电子自旋：用“”、“”表示。小结：原子核外电子的运动状态是由该电子所处的电子层、原子轨道的形状、原子轨道的伸展方向、电子自旋四个方面决定。2、原子核外电子排布规律能量最低原理：电子在原子轨道上的排布，要尽可能使电子的能量最低（对于136号元素，重点掌握1s2s2p3s3p4s3d4p这一顺序）。泡利不相容原理：每个原子轨道最多只能容纳两个电子，且自旋方向必须相反。因为在每个原子轨道最多只容纳2个电子且自旋方向相反，所以从能层、能级、原子轨道、自旋方向4个方面说明电子的运动状态是不可能有2个完全相同运动状态的电子。如N原子内有7种运动状态不同的电子。洪特规则：电子在等价轨道（能量相同的轨道）上排布时，总是尽可能分占不同的轨道，且自旋方向相同。洪特规则特例：当原子核外电子排布在能量相等的轨道上形成全空(s0,p0,d0,f0)、半满(s1,p3,d5,f7)、全满(s2,p6,d10,f14) 时，原子能量较低，稳定。知识点四：基态与激发态、光谱1、基态原子与激发态原子处于最低能量的原子叫做基态原子。当基态原子的电子吸收能量后，电子会跃迁到较高能级，变成激发态原子。如基态C原子1s22s22p2吸收能量后变为激发态可能为1s22s12p3应用：焰色反应、光谱分析、霓虹灯、原子吸收光谱或原子发射光谱等。2、光谱与光谱分析光谱：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，总称为原子光谱。光谱分析：在现代化学中，常利用原子光谱上的特征普线来鉴定元素，称为光谱分析。利用光谱分析可以发现新元素或利用特征谱线鉴定元素。3、焰色反应某些金属或它们的化合物在灼烧时能产生焰色反应，这是由于这些金属或它们的化合物在灼烧时，原子核外电子吸收能量，从能量较低的电子层跃迁到能量较高的电子层。当处于能量较高电子层上的这些电子回到能量较低的电子层时，它们以光的形式释放出能量，表现出特殊的火焰焰色。焰火的绚丽色彩就是某些金属盐在高温火焰中所发生的焰色反应。规律方法指导几种常见的原子结构表示方法原子结构示意图：如Na的原子结构示意图为：电子式：如NaCl的电子式为：；CO2的电子式为：电子排布式书写格式： 常见表示方法：包括元素符号、轨道符号(带电子层数，电子层数由小到大)、电子个数(右上角)。原子的外围电子排布式，以教材后所附元素周期表中所列各元素的外围电子排布为准。原子实表示法：原子实外围电子原子实原子核外内层电子已达稀有气体结构的部分（注意“内层”部分）。对离子的电子排布式最好能把价电子呈现出来，如Br不写Kr，而写为Ar3d104s24p6。内层电子用稀有气体原子实形式表示Al：Ne3s23p1注意：Cr与Cu因洪特规则其电子排布式为：Cr：1s22s22p63s23p63d54s1、 Cu：1s22s22p63s23p63d104s1；Fe的电子排布式为Fe：1s22s22p63s23p63d64s2，虽然在构造原理中3d能量高于4s轨道，但Fe失去2个电子生成的Fe2+的电子排布式为1s22s22p63s23p63d6，即失去的是最外层的电子。轨道表示式书写格式：元素符号；轨道框（1个轨道一个框，能量相同的轨道连在一起）；电子及自旋状态（“”、“”）；轨道符号（轨道框下面）。如C： 外围电子或价电子排布式：主族元素即指最外层电子排布式，如Cl的外围电子排布式（或价电子排布式）3s23p5；副族元素能层也可参加反应，其价电子按照教材后元素周期表中给出的形式书写，如Co的价电子排布式为3d74s1。经典例题透析类型一：关于电子云和原子轨道的知识例题1、原子轨道又称为“电子亚层”。下面关于“核外电子的运动状态”的说法，错误的是（ ）A电子亚层是描述电子运动的电子云的形状B只有在电子层、电子亚层、电子云的伸展方向及电子的自旋都确定时，电子运动状态方可确定C必须在电子层、电子亚层、电子云的伸展方向及电子的自旋都确定下来时，才能决定组成每一个电子层的最多轨道数D电子云伸展方向与能量大小无关思路点拨：电子所具有的能量不同，就会在不同的电子层、电子亚层上运动，而与其电子云的空间伸展方向无关，与其自旋方向也无关；电子亚层和自旋方向只是决定其具体运动的状态，但电子运动状态是由电子层、电子亚层、电子云的伸展方向及电子的自旋共同决定的；而轨道数是由电子层决定的。解析：C总结升华：原子轨道实际上并不存在，只是人们根据电子在空间出现机会的大小，形象地描述电子在原子核外空间运动的主要区域，它并不像宏观物体那样有一个具体的运动轨迹，不附合经典物理学理论。原子轨道能够很好地解释各电子层最多容纳的电子数目、原子核外电子排布情况。【变式1】下列有关电子云和原子轨道的说法正确的是（ ）A原子核外的电子象云雾一样笼罩在原子核周围，故称电子云Bs能级的原子轨道呈球形，处在该轨道上的电子只能在球壳内运动Cp能级的原子轨道呈纺锤形，随着能层的增加，p能级原子轨道也在增多D与s电子原子轨道相同，p电子原子轨道的平均半径随能层的增大而增大 【答案】D【变式2】下列各电子层，不包含d能级的是（ ）AN电子层 BM电子层 CL电子层 DO电子层【答案】C类型二：关于能层、能级和构造原理的应用例题2、下列电子排布式或轨道表示式正确的是（ ）AC原子的轨道表示式：BCa原子的电子排布式：1s22s22p63s23p63d2CN原子的轨道表示式：DBr的电子排布式：Ar3d104s24p6思路点拨: 原子核外电子的排布要遵循能量最低原理、泡利不相容原理、洪特规则及其特例。A项违背了泡利不相容原理和洪特规则，在2p轨道上的电子应分占2个轨道；B项违背了能量最低原理，其中3d2应改为4s2；C项中1s和2s上的电子应自旋方向相反。解析：D总结升华：此类题目易错点：比较同一电子层的不同能级、轨道德能量时容易把握，但是当电子层不同且能级也不同时，比较能量易出错。主要原因是没有考虑能级交错问题。要把握ns(n-2)f(n-1)dnp（n表示能层序数）；易忽略：洪特规则。原子核外电子在能量相同的各个轨道上排布时，电子应尽可能地分占不同的原子轨道，且自旋状态相同，当p轨道、d轨道、f轨道处于半充满状态时是稳定结构。【变式3】下列各基态原子或离子