原子结构及性质

1、物质结构第一层物质结构第一层原子结构与性质原子结构与性质科学探究科学探究群号：群号：345245891公元前公元前5世纪，希腊哲世纪，希腊哲学家学家德谟克利特德谟克利特等人认为等人认为 ：万物是由大量的不可分割万物是由大量的不可分割的微粒构成的，即原子。的微粒构成的，即原子。219世纪初，英国科学家世纪初，英国科学家道尔顿道尔顿提出近提出近代原子学说，他认为原子是微小的不可代原子学说，他认为原子是微小的不可分割的实心球体。分割的实心球体。1、一切物质都是由不可见的、不可、一切物质都是由不可见的、不可分割的原子组成，原子不可自生自灭分割的原子组成，原子不可自生自灭2、同种类的原子在质量、形状和性

2、质、同种类的原子在质量、形状和性质上完全相同，不同种类的原子则不同上完全相同，不同种类的原子则不同3、每一种物质都是由它自己的原子构、每一种物质都是由它自己的原子构成。单质是由简单原子组成，化合物成。单质是由简单原子组成，化合物是由复杂原子组成。复杂原子的质量是由复杂原子组成。复杂原子的质量等于组成它的简单原子的质量总和。等于组成它的简单原子的质量总和。3 318971897年英国科学家年英国科学家汤姆生汤姆生发现了电子。发现了电子。原子是一个平均分配着正电荷的粒子，原子是一个平均分配着正电荷的粒子，其中镶嵌着许多电子，中和了正电荷，其中镶嵌着许多电子，中和了正电荷，从而形成中性原子从而形成中

3、性原子41911年，英国物理学家年，英国物理学家卢瑟福卢瑟福电子绕核旋转的原子结构模型电子绕核旋转的原子结构模型51913年，丹麦科学家年，丹麦科学家玻尔玻尔核外电核外电子分层排布的原子结构模型子分层排布的原子结构模型620世纪世纪20年代中期，奥地利物理学家年代中期，奥地利物理学家薛定谔薛定谔等人以等人以量子力学量子力学为基础为基础电子云电子云模型模型近近代代原原子子论论发发现现电电子子带核原子结构模型带核原子结构模型轨道原子结构模型轨道原子结构模型德谟克利特德谟克利特的古代原子学说的古代原子学说道尔顿的近代原子学说（模型）道尔顿的近代原子学说（模型）汤姆生原子模型汤姆生原子模型卢瑟福原子模

4、型卢瑟福原子模型玻尔原玻尔原 子模型子模型电子云模型电子云模型原子结构的衍变过程原子结构的衍变过程原子原子原子核原子核核外电子核外电子 质子质子 中子中子核电荷数核电荷数=核内质子数核内质子数=核外电子数核外电子数质量数质量数=质子数质子数+中子数中子数1 能层：按能层：按原子核外电子原子核外电子能能量的差异，可以将核外电量的差异，可以将核外电子分为不同的能层即电子分为不同的能层即电子层。子层。二、能层与能级二、能层与能级能层能层12345n符号符号KLMNO212222232 2422522n2 能层（能层（既电子层）既电子层）（1）先排能量低的电子层，再排能量高）先排能量低的电子层，再排能

5、量高的电子层，由里往外。的电子层，由里往外。（2）每一层最多容纳电子数：）每一层最多容纳电子数：2n2个。个。（3）最外层电子数不超过）最外层电子数不超过8个（个（K层为层为最外层时不超过最外层时不超过2个）。个）。（4）次外层电子数不超过）次外层电子数不超过18个，倒数第个，倒数第三层不超过三层不超过32个。个。核外电子的排布规律核外电子的排布规律:规定，任一能层的能级总是从规定，任一能层的能级总是从 s 能级能级开始，依次称开始，依次称p、d、f、g能级能级能层能层 K L M N O能级能级 1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s 4p 4d 4f 5s 最多最多电子电子数数2 2 6

6、 2 6 10 2 6 10 142、能级、能级:在多电子原子中，同一能层在多电子原子中，同一能层的电子的能量也可能不同，可以将它们的电子的能量也可能不同，可以将它们分为不同的能级分为不同的能级（既亚层）（既亚层）。1、原子核外电子的每一个能层最、原子核外电子的每一个能层最多可容纳的电子数与能层的序数多可容纳的电子数与能层的序数(n)间存在什么关系？间存在什么关系？ （2n2 ）2、不同能层分别有多少个能级，、不同能层分别有多少个能级，与能层的序数间存在什么关系？与能层的序数间存在什么关系？（所含能级个数能层序数（所含能级个数能层序数 n）s 122p 326d 5210f 7214g 921

7、8不同能层中的不同能层中的s s、p p、d d、f f、g g能级能级最最多多能容纳的电子数是相同的，各为：能容纳的电子数是相同的，各为：3、英文字母相同的不同能级中所、英文字母相同的不同能级中所能容纳的最多电子数是否相同？能容纳的最多电子数是否相同？三、构造原理三、构造原理原子核外电子排布必须遵循原子核外电子排布必须遵循一定的排布顺序一定的排布顺序 构造原理构造原理存在着能级交错存在着能级交错1s-2s-2p-3s-3p-4s-1s-2s-2p-3s-3p-4s-3d-4p-5s-4d-3d-4p-5s-4d-核外电子排布的核外电子排布的构造原理图构造原理图 试书写试书写N、Cl、K、26

8、Fe原子原子的的 核外电子排布式核外电子排布式原子的电子排布遵循构造原理使原子的电子排布遵循构造原理使整个原子的能量整个原子的能量处于最低状态，处于最低状态，简称简称能量最低原理能量最低原理电子排布式可以简化，如可以电子排布式可以简化，如可以把钠的电子排布式写成把钠的电子排布式写成【Ne】3s1。试问：上式方括号中的。试问：上式方括号中的符号的意义是什么？你能仿照符号的意义是什么？你能仿照钠原子的简化电子排布式写出钠原子的简化电子排布式写出O、Si、Fe的简化电子排布式的简化电子排布式吗？吗？道尔顿的原子学说曾经起了很大的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：作用。

9、他的学说中主要有下列三个论点：原子是不能再分的微粒；同种元素原子是不能再分的微粒；同种元素的原子的各种性质和质量都相同；原的原子的各种性质和质量都相同；原子是微小的实心球体。从现代原子子是微小的实心球体。从现代原子分子学说的观点看，你认为不正确的是分子学说的观点看，你认为不正确的是（ ）A A 只有只有 B B 只有只有 C C 只有只有 D D D在同一个原子中，离核越近、在同一个原子中，离核越近、n n越小越小的电子层能量的电子层能量 。在同一电子层中，。在同一电子层中，各亚层的能量按各亚层的能量按s s、p p、d d、f f的次序的次序 理论研究证明，多电子原子中，同理论研究证明，多电

10、子原子中，同一能层的电子，能量也可能不同，还可一能层的电子，能量也可能不同，还可以把它们分成能级，第三能层有以把它们分成能级，第三能层有3 3个能级个能级分别为分别为 。越低越低增大增大 。 3S 3P 3d三三.能量最低原理能量最低原理原子的电子排布遵循构造原原子的电子排布遵循构造原理使理使整个原子的能量整个原子的能量处于最低处于最低状态，简称能量最低原理状态，简称能量最低原理下列各原子的电子排布正确的下列各原子的电子排布正确的是（）是（）A.BeA.Be1s1s2 22s2s1 12p2p1 1 B.CB.C1s1s2 22s2s2 22p2p2 2 C.HeC.He1s1s1 12s2s

11、1 1 D.ClD.Cl1s1s2 22s2s2 22p2p6 63s3s2 23p3p5 5BD2.2.书写下列原子的电子排布式书写下列原子的电子排布式S Fe Sc V Se Ga Br3 3下列各原子或离子的电子下列各原子或离子的电子排布式错误的是（排布式错误的是（ ）A Al 1sA Al 1s2 22s2s2 22p2p6 63s3s2 23p3p1 1 B OB O2-2- 1s 1s2 22s2s2 22p2p6 6C NaC Na+ + 1s 1s2 22s2s2 22p2p6 6 D Si 1sD Si 1s2 22s2s2 22p2p2 2D在同一个原子中，离核越近、在同一

12、个原子中，离核越近、n n越小越小的电子层能量的电子层能量 。在同一电子层中，。在同一电子层中，各亚层的能量按各亚层的能量按s s、p p、d d、f f的次序的次序 理论研究证明，多电子原子中，同理论研究证明，多电子原子中，同一能层的电子，能量也可能不同，还可一能层的电子，能量也可能不同，还可以把它们分成能级，第三能层有以把它们分成能级，第三能层有3 3个能级个能级分别为分别为_ 。越低越低增大增大 。 3S 3P 3d四、基态与激发态、原子光谱四、基态与激发态、原子光谱1 1基态原子与激发态原子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处于最低能量的原子叫做基态原子当基态原子的电

13、子吸收能量后，当基态原子的电子吸收能量后，电子会跃迁到较高能级，变成电子会跃迁到较高能级，变成激发态原子激发态原子可利用原子光谱上的特征谱线来鉴可利用原子光谱上的特征谱线来鉴定元素，称为定元素，称为光谱分析光谱分析不同元素的原子发生跃迁时会吸收不同元素的原子发生跃迁时会吸收或释放不同的能量或释放不同的能量表现为光的形式表现为光的形式用光谱仪摄取用光谱仪摄取得到各种元素的电子的得到各种元素的电子的吸收光谱或发射光谱吸收光谱或发射光谱1、判断下列表达是正确还是错误、判断下列表达是正确还是错误1）1s22p1属于基态；属于基态；2）1s22s2 2p63s2 3p63d54s1属于激发态；属于激发态

14、； 3）1s22s2 2p63d1属于激发态；属于激发态；4）1s22s2 2p63p1属于基态；属于基态；答案：答案： (1) x(2) x(3)(4) x课堂练习课堂练习五、电子云与原子轨道五、电子云与原子轨道思考思考: : 宏观物体与微观物体（电子）宏观物体与微观物体（电子）的运动有什么区别的运动有什么区别? ?可以准确地测出它们在某一时刻可以准确地测出它们在某一时刻所处的位置及运行的速度；所处的位置及运行的速度；可以描画它们的运动轨迹。可以描画它们的运动轨迹。电子的质量很小，只有电子的质量很小，只有9.1110-31千克；千克；核外电子的运动范围很小（相对于核外电子的运动范围很小（相对

15、于宏观物体而言）；宏观物体而言）；电子的运动速度很大；电子的运动速度很大；测不准测不准1 1、电子云、电子云图中图中 表示原子核，一个小黑点代表表示原子核，一个小黑点代表电子在这里出现过一次电子在这里出现过一次小黑点的疏密表示电子在小黑点的疏密表示电子在核外空间核外空间单位体积内单位体积内出现的概率的大小。出现的概率的大小。1s1s电子在原子核外电子在原子核外出现的概率分布图出现的概率分布图量子力学中将量子力学中将这种电子云轮廓这种电子云轮廓图称为图称为“原子轨道原子轨道”as电子的原子轨道（电子云）形电子的原子轨道（电子云）形状状 是以原子核为中心的球体，只有是以原子核为中心的球体，只有一个

16、伸展方向一个伸展方向 2 2、原子轨道、原子轨道 b bp p电子云电子云/ /原子轨道的形状是纺锤形原子轨道的形状是纺锤形（或称为哑铃形），其伸展方向是互向（或称为哑铃形），其伸展方向是互向垂直的三个方向（垂直的三个方向（P Px x、P Py y、P Pz z）。）。 P电子原子轨道半径同样随着电子原子轨道半径同样随着n增大而增大增大而增大科学探究科学探究观察图观察图1-141-14，这些图称为，这些图称为原子的原子的电子轨道表示式电子轨道表示式1 1每个原子轨道最多只能每个原子轨道最多只能容纳容纳几几个电子？个电子？电子层电子层原子轨原子轨道类型道类型原子轨原子轨道数目道数目可容纳可容纳

17、电子数电子数1 12 23 34 4n n1s2s，2p4s,4p,4d,4f3s,3p,3d14916n22818322n2 练习练习1 1、下列有关电子云和原子轨道的说法正确的、下列有关电子云和原子轨道的说法正确的是（是（ ） A A原子核外的电子象云雾一样笼罩在原子原子核外的电子象云雾一样笼罩在原子核周围，故称电子云核周围，故称电子云 B Bs s能级的原子轨道呈球形，处在该轨道上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的电子只能在球壳内运动 C Cp p能级的原子轨道呈纺锤形，随着能层的能级的原子轨道呈纺锤形，随着能层的增加，增加，p p能级原子轨道也在增多能级原子轨道

18、也在增多 D D与与s s电子原子轨道相同，电子原子轨道相同，p p电子原子轨道电子原子轨道的平均半径随能层的增大而增大的平均半径随能层的增大而增大 D核外电子排布规则核外电子排布规则: :1.1.能量最低原理能量最低原理 2.2.泡利不相容原理泡利不相容原理 每个原子轨道里最多只能容纳每个原子轨道里最多只能容纳 2 2 个个自旋方向自旋方向 相反相反 的电子。的电子。 3.3.洪特规则洪特规则 4.4.补充规则补充规则相对稳定的状态相对稳定的状态全充满（全充满（p6，d10，f14）全空时（全空时（p0，d0，f0）半充满（半充满（p3，d5，f7）电子排布在同一能级时，总优先单电子排布在同

19、一能级时，总优先单独占据一个轨道，且自旋方向相同。独占据一个轨道，且自旋方向相同。 24Cr原子的电子排布图原子的电子排布图:1s22s22p63s23p63d54s1不是不是3d44s2例：例：注意注意小结：小结：1各原子轨道的能量高低比较各原子轨道的能量高低比较（1）nsnpndnf（2）1s2s3s4s（3）同一能层同一能级的各原子）同一能层同一能级的各原子轨道能量相等：轨道能量相等： 2Px2Py2Pz3 3下列有关认识正确的是（下列有关认识正确的是（ ） A A各能级的原子轨道数按各能级的原子轨道数按s s、p p、 d d、f f 的顺序分别为的顺序分别为1 1、3 3、5 5、7

20、 7B B各能层的能级都是从各能层的能级都是从s s能级开始至能级开始至f f能能 级结束级结束C C各能层含有的能级数为各能层含有的能级数为n n1 1个个 D D各能层含有的电子数为各能层含有的电子数为2 2n n2 2A 4按能量由低到高的顺序排列，按能量由低到高的顺序排列，正确的一组是（正确的一组是（ ） A1s、2p、3d、4s B1s、2s、3s、2p C2s、2p、3s、3p D4p、3d、4s、3pC6电子排布在同一能级时，总是（电子排布在同一能级时，总是（ ）A优先单独占据不同轨道，且自旋方向优先单独占据不同轨道，且自旋方向相同相同 B优先单独占据不同轨道，且自旋方向优先单独

21、占据不同轨道，且自旋方向相反相反C自由配对，优先占据同轨道，且自旋自由配对，优先占据同轨道，且自旋方向相同方向相同D自由配对，优先占据同一轨道，且自自由配对，优先占据同一轨道，且自旋方相反旋方相反A5“各能级最多容纳的电子数，各能级最多容纳的电子数，是该能级原子轨道数的二倍是该能级原子轨道数的二倍”，支撑这一结论的理论是（支撑这一结论的理论是（ ） A构造原理构造原理 B泡利原理泡利原理 C洪特规则洪特规则 D能量最低原理能量最低原理B1、判断下列表达是正确还是错误、判断下列表达是正确还是错误1）1s22p1属于基态；属于基态；2）1s22s2 2p63s2 3p63d54s1属于激发态；属于

22、激发态； 3）1s22s2 2p63d1属于激发态；属于激发态；4）1s22s2 2p63p1属于基态；属于基态；答案：答案： (1) x(2) x(3)(4) x课堂练习课堂练习2图图1和图和图2分别是分别是1s电子的概率概率分布电子的概率概率分布图和原子轨道图。下列有关认识正确的是图和原子轨道图。下列有关认识正确的是（ ） A图图1中的每个小黑点表示中的每个小黑点表示1个电子个电子 B图图2表示表示1s电子只能在球体内出现电子只能在球体内出现 C图图2表明表明1s轨道呈圆形，有无数对称轴轨道呈圆形，有无数对称轴 D图图1中的小黑点表示某一时刻，电子在中的小黑点表示某一时刻，电子在核外所处的

23、位置核外所处的位置2 2当电子排在同一个能级内时，当电子排在同一个能级内时，有什么规律？有什么规律？小结：小结：1各原子轨道的能量高低比较各原子轨道的能量高低比较（1）nsnpndnf（2）1s2s3sA的元素；第的元素；第A元素元素A元素元素 电离能是衡量气态原子电离能是衡量气态原子失去电子难易失去电子难易的物的物理量。元素的电离能理量。元素的电离能越小越小，表示气态时越容，表示气态时越容易失去易失去电子，即元素在气态时的电子，即元素在气态时的金属性越强金属性越强。A半充满、半充满、 A全充满结构全充满结构学与问：学与问：1.1.碱金属的电离能与碱金属的活泼性存在什么关系？碱金属的电离能与碱

24、金属的活泼性存在什么关系？碱金属元素的碱金属元素的 第一电离能越小，金属的活第一电离能越小，金属的活泼性就越强。泼性就越强。2.2.为什么原子逐级电离能越来越大？这些数据跟为什么原子逐级电离能越来越大？这些数据跟钠、镁、铝的化合价有何关系？钠、镁、铝的化合价有何关系？因为首先失去的电子是能量最高的电子，故第因为首先失去的电子是能量最高的电子，故第一电离能较小，以后再失去电子都是能级较低一电离能较小，以后再失去电子都是能级较低的电子，所需要的能量多；同时失去电子后，的电子，所需要的能量多；同时失去电子后，阳离子所带的正电荷对电子的引力更强，从而阳离子所带的正电荷对电子的引力更强，从而电离能越来越

25、大。电离能越来越大。看看逐级电离能的逐级电离能的突变。突变。课堂练习：课堂练习：下列说法正确的是（下列说法正确的是（ ）A.A.第第3 3周期所含的元素中钠的第一电离能最小周期所含的元素中钠的第一电离能最小B.B.铝的第一电离能比镁的第一电离能大铝的第一电离能比镁的第一电离能大C.C.在所有元素中，氟的第一电离能最大在所有元素中，氟的第一电离能最大. .D.D.钾的第一电离能比镁的第一电离能大钾的第一电离能比镁的第一电离能大. .A A反常现象反常现象最大的是稀有气体的元素：最大的是稀有气体的元素：He从左到右呈现递增趋势（最小的是碱金属）从左到右呈现递增趋势（最小的是碱金属）KNaMg 2在

26、下面的电子结构中在下面的电子结构中,第一电离能最小第一电离能最小的原子可能是的原子可能是 ( ) A ns2np3 B ns2np5C ns2np4D ns2np6C（三）电负性（三）电负性（阅读课本（阅读课本18）1 1、基本概念、基本概念化学键：化学键：元素相互化合，元素相互化合，相邻相邻的原子之间产生的的原子之间产生的强烈强烈的化学作用力，形象地叫做化学键。的化学作用力，形象地叫做化学键。键合电子：键合电子： 原子中用于形成化学键的电子称为原子中用于形成化学键的电子称为键合电子。键合电子。电负性：电负性：用来描述不同元素的原子对键合电子的用来描述不同元素的原子对键合电子的吸引力的大小。（

27、电负性是相对值，没吸引力的大小。（电负性是相对值，没单位）单位）鲍林鲍林L.Pauling1901-1994鲍林研究电负性鲍林研究电负性的手搞的手搞金金 属：属：1.8类金属：类金属：1.8非金属：非金属：1.8 以以氟的电负性为氟的电负性为4.04.0和和锂的电负性为锂的电负性为1.01.0作为相对作为相对标准，得出了各元素的电负性。标准，得出了各元素的电负性。电负性的大小可以作为判断金属性和非金属性强弱的尺度电负性的大小可以作为判断金属性和非金属性强弱的尺度2、变化规律、变化规律:同一周期，主族元素的电负性从左到右逐同一周期，主族元素的电负性从左到右逐渐渐增大增大，表明其吸引电子的能力逐渐

28、，表明其吸引电子的能力逐渐增强增强。同一主族，元素的电负性从上到下呈现同一主族，元素的电负性从上到下呈现减减小小趋势，表明其吸引电子的能力逐渐趋势，表明其吸引电子的能力逐渐减弱减弱。电负性越大，电负性越大，元素的非金属性越强元素的非金属性越强，电负，电负性越小，元素的非金属性越弱，金属性越强。性越小，元素的非金属性越弱，金属性越强。（三）电负性（三）电负性3 3、电负性的意义：、电负性的意义：电负性相差很大的元素化合通常形成电负性相差很大的元素化合通常形成离子键离子键；电负性相差不大的两种非金属元素化合，通常电负性相差不大的两种非金属元素化合，通常形成形成共价键共价键；电负性相差越大的共价键，共用电子对偏向电电负性相差越大的共价键，共用电子对偏向电负性大的原子趋势越大，键的极性越大。负性大的原子趋势越大，键的极性越大。1. 1. 下列左图是根据数据制作的第三周期元素的电负下列左图是根据数据制作的第三周期元素的电负性变化图，请用类似的方法制作性变化图，请用类似的方法制作IAIA、VIIAVIIA元素的电负元素的电负性变化图。性变化图。 2.2.在元素周期表中，某些主族元素与右下方的主族元在元素周期表中，某些主族元素与右下方的主族元素的性质有些相似，被称为素的性质有些相似，被称为“对角线规则对角线规则”。查阅资查阅资料，料，比较锂和镁在空气中燃烧