第一节 原子结构

1、第一章第一章 原子结构与性质原子结构与性质 第一节第一节 原子结构原子结构 城市夜晚各种颜色的灯光城市夜晚各种颜色的灯光 一一. .开天辟地开天辟地原子的诞生原子的诞生 宇宙大爆炸 爆炸2h后 宇宙大爆炸宇宙大爆炸 2h2h后后 诞生诞生 大量的氢大量的氢 大量的氦大量的氦 极少量的锂极少量的锂 原子核的熔合反应原子核的熔合反应 合成合成 其他元素其他元素 的原子的原子 1932年勒梅特首次提出了现代宇宙大爆炸理论年勒梅特首次提出了现代宇宙大爆炸理论 H He 88.6 11.1 古希腊原子论古希腊原子论 原子是最小的、不可分割的物质粒子。原子之间存在着原子是最小的、不可分割的物质粒子。原子之

2、间存在着 虚空，无数原子从古以来就存在于虚空之中，既不能创生，虚空，无数原子从古以来就存在于虚空之中，既不能创生， 也不能毁灭，它们在无限的虚空中运动着构成万物。也不能毁灭，它们在无限的虚空中运动着构成万物。 原子原子 人类认识原子的艰辛历程人类认识原子的艰辛历程 （ Democritus Democritus ，约公元前，约公元前 460 460 年年前前 370 370 年）年） 古希腊哲学家古希腊哲学家 近代科学原子论（近代科学原子论（18031803年）年） 一切物质都是由最小的一切物质都是由最小的 不能再分的粒子不能再分的粒子原原 子构成。子构成。 原子模型：原子是坚实原子模型：原子

3、是坚实 的、不可再分的实心球。的、不可再分的实心球。 英国化学家道尔顿英国化学家道尔顿 （J.Dalton , 17661844) 道尔顿原子模型 原子并不是构成物质的最小微粒原子并不是构成物质的最小微粒 汤姆生发现了电子汤姆生发现了电子(1897年年) 电子是种带负电、有一电子是种带负电、有一 定质量的微粒，普遍存定质量的微粒，普遍存 在于各种原子之中。在于各种原子之中。 汤姆生原子模型汤姆生原子模型：原子：原子 是一个平均分布着正电是一个平均分布着正电 荷的粒子，其中镶嵌着荷的粒子，其中镶嵌着 许多电子，中和了电荷，许多电子，中和了电荷， 从而形成了中性原子。从而形成了中性原子。 原子是一

4、个球体，正电原子是一个球体，正电 荷均匀分布在整个球体荷均匀分布在整个球体 内，电子像面包里的葡内，电子像面包里的葡 萄干镶嵌其中萄干镶嵌其中。 英国物理学家汤姆生英国物理学家汤姆生 （J.J.Thomson ,18561940） 汤姆生原子模型 汤姆生原子模型 粒子散射实验（粒子散射实验（1909年）年） 原子有核原子有核 卢瑟福和他的助手做了卢瑟福和他的助手做了 著名著名粒子散射实验粒子散射实验。根。根 据实验，卢瑟福在据实验，卢瑟福在1911 年提出原子有核模型。年提出原子有核模型。 卢瑟福原子模型卢瑟福原子模型（又称（又称 行星原子模型）：原子行星原子模型）：原子 是由居于原子中心的带

5、是由居于原子中心的带 正电的原子核和核外带正电的原子核和核外带 负电的电子构成。原子负电的电子构成。原子 核的质量几乎等于原子核的质量几乎等于原子 的全部质量，电子在原的全部质量，电子在原 子核外空间绕核做高速子核外空间绕核做高速 运动。运动。 英国科学家卢瑟福英国科学家卢瑟福 （E.Rutherford,18711937) 卢瑟福原子模型 卢瑟福原子模型 玻尔原子模型（玻尔原子模型（19131913年）年） 玻尔借助诞生不久的量玻尔借助诞生不久的量 子理论改进了卢瑟福的子理论改进了卢瑟福的 模型。模型。 玻尔原子模型玻尔原子模型（又称分（又称分 层模型）：当原子只有层模型）：当原子只有 一个

6、电子时，电子沿特一个电子时，电子沿特 定球形轨道运转；当原定球形轨道运转；当原 子有多个电子时，它们子有多个电子时，它们 将分布在多个球壳中绕将分布在多个球壳中绕 核运动。核运动。 不同的电子运转轨道是不同的电子运转轨道是 具有一定级差的稳定轨具有一定级差的稳定轨 道。道。 丹麦物理学家玻尔丹麦物理学家玻尔 （N.Bohr,18851962) 玻尔原子模型 玻尔原子模型 电 子 云 模 型 电子云模型电子云模型 （现代物质结构学说）（现代物质结构学说） 现代科学家们在实验中发现，电子在原子核现代科学家们在实验中发现，电子在原子核 周围有的区域出现的次数多，有的区域出现周围有的区域出现的次数多，

7、有的区域出现 的次数少，就像的次数少，就像“云雾云雾”笼罩在原子核周围。笼罩在原子核周围。 因而提出了因而提出了“电子云模型电子云模型”。 电子云密度大的地方，表明电子在核外单位电子云密度大的地方，表明电子在核外单位 体积内出现的机会多，反之，出现的机会少。体积内出现的机会多，反之，出现的机会少。 如：如：氢原子的电子云氢原子的电子云 电子云 现代物质结构学说现代物质结构学说 人类认识 原子的 历史进程 人类在认识自然的过人类在认识自然的过 程中，经历了无数的艰程中，经历了无数的艰 辛，正是因为有了无数辛，正是因为有了无数 的探索者，才使人类对的探索者，才使人类对 事物的认识一步步地走事物的认

8、识一步步地走 向深入，也越来越接近向深入，也越来越接近 事物的本质事物的本质。随着现代。随着现代 科学技术的发展，我们科学技术的发展，我们 现在所学习的科学理论，现在所学习的科学理论， 还会随着人类对客观事还会随着人类对客观事 物的认识而不断地深入物的认识而不断地深入 和发展。和发展。 从原子结构模型的演变你想到了些什么？从原子结构模型的演变你想到了些什么？ 【思考与交流【思考与交流】 1.原子的特点是什么？原子的特点是什么？ 原子是化学变化中的最小微粒原子是化学变化中的最小微粒 原子的体积和质量都十分微小原子的体积和质量都十分微小 原子的大部分质量集中在原子核上原子的大部分质量集中在原子核上

9、 1、现代大爆炸理论认为：天然元素源于氢氦等发生的原、现代大爆炸理论认为：天然元素源于氢氦等发生的原 子核的融合反应。这于一百多年前，普鲁特运用思辨性推子核的融合反应。这于一百多年前，普鲁特运用思辨性推 测作出测作出“氢是所有元素之母氢是所有元素之母”的预言，恰好的预言，恰好“一致一致”。下。下 列说法正确的是列说法正确的是 ( ) A科学研究中若能以思辨性推测为核心，就能加快科学的科学研究中若能以思辨性推测为核心，就能加快科学的 进程进程 B普鲁特普鲁特“既然氢最轻，它就是其他一切元素之母既然氢最轻，它就是其他一切元素之母”的推的推 理是符合逻辑的理是符合逻辑的 C“一致一致”是巧合，普鲁特

10、的预言没有科学事实和理论支是巧合，普鲁特的预言没有科学事实和理论支 撑，只是一种猜测撑，只是一种猜测 D“现代大爆炸理论现代大爆炸理论”是解释宇宙诞生的唯一正确的理论是解释宇宙诞生的唯一正确的理论 【课堂达标测试【课堂达标测试1】 C 3 3道尔顿的原子学说曾经起了很大的作用。他的学说中道尔顿的原子学说曾经起了很大的作用。他的学说中 主要有下列三个论点：主要有下列三个论点：原子是不能再分的微粒；原子是不能再分的微粒；同种同种 元素的原子的各种性质和质量都相同；元素的原子的各种性质和质量都相同；原子是微小的实原子是微小的实 心球体。从现代原子心球体。从现代原子分子学说的观点看，你认为不正分子学说

11、的观点看，你认为不正 确的是（确的是（ ） A A 只有只有 B B 只有只有 C C 只有只有 D D 2 2支撑支撑“宇宙大爆炸宇宙大爆炸”理论的重要事实之一是理论的重要事实之一是 （ ） A宇宙原子总数的宇宙原子总数的88.6是氢是氢 B地球上的元素绝大多数是金属地球上的元素绝大多数是金属 C普鲁特普鲁特“氢是元素之母氢是元素之母”的预言的预言 D宇宙中存在少量稀有气体分子宇宙中存在少量稀有气体分子 A D 4 4在在19111911年前后，新西兰出生的物理学家卢瑟福把一束年前后，新西兰出生的物理学家卢瑟福把一束 变速运动的变速运动的粒子粒子( (质量数为质量数为4 4的带的带2 2个正

12、电荷的质子粒个正电荷的质子粒) )射射 向一片极薄的金箔，他惊奇地发现，过去一直认为原子是向一片极薄的金箔，他惊奇地发现，过去一直认为原子是 “实心球实心球”，而这种，而这种“实心球实心球”紧密排列而成的金箔，竟紧密排列而成的金箔，竟 为大多数为大多数粒子畅通无阻的通过，就像金箔不在那儿似的，粒子畅通无阻的通过，就像金箔不在那儿似的， 但也有极少数的。粒子发生偏转，或被笔直地弹回。根据但也有极少数的。粒子发生偏转，或被笔直地弹回。根据 以上实验现象能得出关于金箔中以上实验现象能得出关于金箔中AuAu原子结构的一些结论，原子结构的一些结论， 试写出其中的三点试写出其中的三点: : _ _ _ 原

13、子中存在原子核，它占原子中极小的体积原子中存在原子核，它占原子中极小的体积 原子核带正电，且电荷数远远大于原子核带正电，且电荷数远远大于粒子粒子 金的原子核质量远远大于金的原子核质量远远大于粒子粒子 2.原子的构成原子的构成 原子原子 原子核原子核 核外电子核外电子 质子质子 中子中子 依据核外电子的能量不同：依据核外电子的能量不同： 离核远近：离核远近：近近 远远 能量高低：能量高低：低低 高高 核外电子分层排布核外电子分层排布 1234567 KLMNOPQ 二二.能层与能级能层与能级 1.1.能层能层 （1）定义：在多电子的原子核外电子的能量是不同的，）定义：在多电子的原子核外电子的能量

14、是不同的， 按电子的能量差异，可以将核外电子分成不同的区域，按电子的能量差异，可以将核外电子分成不同的区域， 这些不同的区域称为不同的能层。这些不同的区域称为不同的能层。 （2）表示方法）表示方法 每一个能层最多可容纳的电子数： 2n2 （电子层电子层） 一一 二二 三三 四四 五五 六六 七七层数：层数： 符号：符号： K L M N O P Q 2.能级能级 （1）定义：在多电子原子中，同一能层的电子，）定义：在多电子原子中，同一能层的电子， 能量可以不同，还可以把它们分成能级。能量可以不同，还可以把它们分成能级。 （2 2）表示方法）表示方法 ns、np、nd、nf 【课堂达标测试【课堂

15、达标测试】 1、以下能级符号正确的是（、以下能级符号正确的是（ ） A 6s B 2d C 3f D 7p 2、下列各能层中不包含、下列各能层中不包含p能级的是（能级的是（ ） A. N B. M C. L D. K 3、原子核外、原子核外P能层和能层和p能级可容纳的最多电子数分能级可容纳的最多电子数分 别为（别为（ ） A 32和和2 B 50和和6 C 72和和6 D 86和和10 AD D C 4.下列有关认识正确的是（下列有关认识正确的是（ ） A各能级上最多的电子按各能级上最多的电子按s、p、d、f的顺序分的顺序分 别为别为2、6、10、14 B各能层的能级都是从各能层的能级都是从s

16、能级开始至能级开始至f能级结束能级结束 C各能层含有的能级数为各能层含有的能级数为n1 D各能层含有的电子数为各能层含有的电子数为2n2 5、下列各组微粒中，各能层电子数均达到、下列各组微粒中，各能层电子数均达到2n2个个 的是（的是（ ） A.Ne和和 Ar B.H-和和Na+ C.Ne和和Cl- D.F-和和S2- A B 【练习】 1 比较下列多电子原子的不同能层中能级的能量高低 （1）1s、3d （2）3s、3p、3d （3）2p、3p、4p 1s3d3s3p3d2p3p4p4s3s2s1s 三三. .构造原理构造原理与电子排布式与电子排布式 1.1.能量最低原理能量最低原理 核外电子

17、排布总是优先排在能量较低的电子层，核外电子排布总是优先排在能量较低的电子层， 然后依次排布在能量逐步升高的电子层。然后依次排布在能量逐步升高的电子层。 2s2p 3s3p3d 4s4p4d4f 5s5p5d5f 6s6p6d 7s7p 1s 能能 量量 升升 高高 能级交错 能级能量由低到高的顺序 能量升高能量升高 4s3d4p5s4d5p 各圆圈间连接线的方 向表示随核电荷数增 加而增加的电子填入 能级的顺序 （2）构造）构造原理原理 能级交错4s3d4p 顺序：顺序： 1S2S2P3S3P4S3d 4P5S4d5P 6S 应用：应用： 根据构造原理中电子在能级上的填充顺序写根据构造原理中电

18、子在能级上的填充顺序写 出电子排布式出电子排布式 5s4d5p能级交错4s3d4p 氢氢 H H钠 Na 1s1s1 1 1s1s2 22s2s2 22p2p6 63s3s1 1 （3）电子排布式）电子排布式 定义：用数字在能级符号右上角标明原子核外电子排布定义：用数字在能级符号右上角标明原子核外电子排布 情况的式子情况的式子 注意：注意： 表示该能级填 充的电子数目 能级 能层 Fe：1s22s22p63s23p63d64s2 在书写电子排布式时，能层低的能级要写在左边， 不能按填充顺序写。 Fe3+ ：1s22s22p63s23p63d5 Fe2+ ：1s22s22p63s23p63d6

19、从外层到内层逐渐失去 虽先排4s后排3d ，但电子排布式中先写3d，后写4s。 26Fe（铁）电子排布式中最后2个能级应写为 3d64s2，而不能写成4s23d6。 失电子的顺序： （4 4）简化电子排布式：）简化电子排布式： Ne3sNe3s1 1 【学生活动【学生活动】 你能仿照钠的简化电子排布式写出你能仿照钠的简化电子排布式写出O O、 Si和和FeFe的简化电的简化电 子排布式吗？子排布式吗？ O O：He2sHe2s2 22p2p4 4 SiSi：Ne3sNe3s2 23p3p2 2 FeFe：Ar3dAr3d6 64s4s2 2 钠钠 NaNa的简化电子排布：的简化电子排布： 电子

20、排布式中的内层电子排布用相应的稀有气电子排布式中的内层电子排布用相应的稀有气 体元素符号加方括号表示。体元素符号加方括号表示。 （5）外围外围电子排布式电子排布式 K原子的外围电子排布式：4s1 Fe原子的外围电子排布式：3d64s2 仅写出原子最外能层电子排布情况排布式仅写出原子最外能层电子排布情况排布式 稳定状态：稳定状态： 在同一能级里的电子排布在同一能级里的电子排布全充满全充满、半充满半充满和和全空全空 状态状态时具有较低的能量和较大的稳定性。时具有较低的能量和较大的稳定性。 2造原理揭示的电子排布能级顺序，实质是各能级能造原理揭示的电子排布能级顺序，实质是各能级能 量高低，若以量高低

21、，若以E表示某能级的能量，下列能量大小顺序表示某能级的能量，下列能量大小顺序 中正确的是中正确的是 AE(3s)E(2s)E(1s) BE(3s)E(3p)E(3d) CE(4f)E(4s)E(3d) DE(5s)E(4s)E(4f) 1一个电子排布为一个电子排布为1s22s22p63s23p1的元素最可的元素最可 能的价态是能的价态是( ) A +1 B +2 C +3 D -1 A C 【课堂达标测试【课堂达标测试】 3 3下列各原子或离子的电子排布式错误的是（下列各原子或离子的电子排布式错误的是（ ） A Al 1sA Al 1s2 22s2s2 22p2p6 63s3s2 23p3p1

22、 1 B O B O2- 2- 1s 1s2 22s2s2 22p2p6 6 C NaC Na+ + 1s 1s2 22s2s2 22p2p6 6 D Si 1s D Si 1s2 22s2s2 22p2p2 2 4 4下列表达方式错误的是下列表达方式错误的是（ ） A A 甲烷的电子式甲烷的电子式 B B 氟化钠的电子式氟化钠的电子式 C C 硫离子的核外电子排布式硫离子的核外电子排布式 1s1s2 22s2s2 22p2p6 63s3s2 23p3p4 4 D D 碳碳1212原子原子 12 126 6C C D c 5、下列有几元素的核外电荷数，其中最外层电、下列有几元素的核外电荷数，其

23、中最外层电 子数目最多的是（子数目最多的是（ ） A、8 B、14 C、18 D、20 6 6、由下列微粒的最外层电子排布，不能确定形、由下列微粒的最外层电子排布，不能确定形 成该微粒的元素在周期表中的位置的是（成该微粒的元素在周期表中的位置的是（ ） A A1s1s2 2 B B3s23p1 C2s22p6 Dns2np3 C D 四四. .能量最低原理能量最低原理 现代物质结构理论证实，原子的电子排布现代物质结构理论证实，原子的电子排布遵循构遵循构 造原理造原理能使整个原子的能量处于能使整个原子的能量处于最低状态最低状态，简称，简称 能量最低原理能量最低原理。 1.1.基态原子与激发态原子

24、基态原子与激发态原子 （1 1）基态原子：处于最低能量的原子叫基态原子。）基态原子：处于最低能量的原子叫基态原子。 （2 2）激发态原子：当基态原子的电子吸收能量后，）激发态原子：当基态原子的电子吸收能量后， 电子会跃迁到较高的能级，变成激发态原子。电子会跃迁到较高的能级，变成激发态原子。 基态 激发态 吸 收 能 量 释 放 能 量 光（辐射）是电子释放 能量的重要形式之一 2.原子光谱原子光谱: 不同元素的原子发生跃迁时会不同元素的原子发生跃迁时会吸收吸收或或释放释放不同的光，可不同的光，可 以用光谱仪摄取并记录下来这些光的信息，这些信息统称以用光谱仪摄取并记录下来这些光的信息，这些信息统

25、称 为电子的为电子的吸收光谱吸收光谱或或发射光谱发射光谱，总称为，总称为原子光谱原子光谱。 Li、He、Hg发射光谱Li、He、Hg吸收光谱 【思考】 （2）为什么不同元素原子具有不同的特征光谱？ 不同原子的能级结构不同，发出的谱线的特征不同不同原子的能级结构不同，发出的谱线的特征不同 （1）同一元素发射光谱和吸收光谱有什么差异？ 3. 光谱分析：光谱分析： 在现代化学中，常利用原子光谱上的特征谱线来在现代化学中，常利用原子光谱上的特征谱线来 鉴定元素，称为鉴定元素，称为光谱分析光谱分析。 发射光谱：暗背景、亮线、线状不连续；发射光谱：暗背景、亮线、线状不连续； 吸收光谱：亮背景、暗线、线状不

26、连续吸收光谱：亮背景、暗线、线状不连续 一些元素的线状光谱 光谱分析：利用原子光谱的特征谱线鉴定元素。 （2 2）化学研究中利用光谱分析检测一些物质的存在与）化学研究中利用光谱分析检测一些物质的存在与 含量等含量等 4. 光谱分析的应用光谱分析的应用 （1 1）通过原子光谱发现许多元素。）通过原子光谱发现许多元素。 如：铯（如：铯（18601860年）和铷（年）和铷（18611861年），其光谱中有特征年），其光谱中有特征 的篮光和红光。的篮光和红光。 又如：又如：18681868年科学家们通过太阳光谱的分析发现了稀年科学家们通过太阳光谱的分析发现了稀 有气体氦。有气体氦。 （3 3）研究遥远

27、星球上的物质的物质成分与含量等）研究遥远星球上的物质的物质成分与含量等 五五. .电子云与原子轨道电子云与原子轨道 1.1.电子云电子云 如何描述核外电子的运动？ 小黑点表示在该核外空间的 单位体积内电子出现的概率 运动区域距离核近，电子出现 机会大；运动区域距离核远， 电子出现机会小； 2.2.电子云轮廓图电子云轮廓图 常把电子出现的概率约为90%的空间圈出来得到的图 形称为电子云轮廓图。 50% 90% 电子云轮廓图：表示电子在核外空间经常出现的区域。 绘制电子云的轮廓图的方法：统一标准统一标准 90% s能级的电子云轮廓图（球形） s能级只有一个电子云轮廓图电子云轮廓图，球形 n越大，半径越大 p能级的电子云轮廓图电子云轮廓图（哑铃形） p能级有三个能量相等能量相等的电子云轮廓图电子云轮廓图，px、py、 pz，纺锤形，相互垂直。 n越大，半径越大 3.3.原子轨道原子轨道： 一个电子云轮廓图即为一个一个电子云轮廓图即为一个原子轨道原子轨道 S P d f 1个 3个 5个 7个 + 现代原子结构模型 原子轨道 能级spdf 原子轨道数1