第一节原子结构

1、引言引言化学研究的是构成宏观物体的物质。化学研究的是构成宏观物体的物质。一、研究物质的组成与结构一、研究物质的组成与结构二、研究物质的性质与变化二、研究物质的性质与变化思考思考 二者的关系如何？古希腊的二者的关系如何？古希腊的“原性论原性论”哲学和我国古代的炼丹术士认为哲学和我国古代的炼丹术士认为“吞金可长吞金可长生生”自然哲学，对这两者的关系是如何认定的？自然哲学，对这两者的关系是如何认定的？思考与交流思考与交流 1、铁易生锈，真金不怕火炼等事例说明了什么问、铁易生锈，真金不怕火炼等事例说明了什么问题？为什么？题？为什么？ 2、O2和和O3是同素异形体，空气中的是同素异形体，空气中的O2是须

2、臾不能是须臾不能离开的，而空气中的离开的，而空气中的O3多于多于1.2 mg/L则有害；则有害；CO易燃，易燃，CO2却能灭火。这由说明了什么问题？为什么？却能灭火。这由说明了什么问题？为什么？ 3、分子式为、分子式为C2H6O的物质可能有图示两种结构，的物质可能有图示两种结构，前者与水互溶而后者不能。这又说明了什么问题？前者与水互溶而后者不能。这又说明了什么问题？思思考考与与交交流流 4、下图所示两种物质：前者是第一种用医学、下图所示两种物质：前者是第一种用医学的磺胺药，为什么服用此药后可杀死细菌？的磺胺药，为什么服用此药后可杀死细菌？ 5、下图所示是鲍鱼及其剖面图，图中标出了、下图所示是鲍

3、鱼及其剖面图，图中标出了它的两层不同结构的壳。你能说出这两层壳的功用它的两层不同结构的壳。你能说出这两层壳的功用是什么吗？为什么？是什么吗？为什么？ 分子结构分子结构原子结构原子结构晶体结构晶体结构结构结构性质性质决定决定阅读课本阅读课本P4宇宙大爆炸宇宙大爆炸宇宙大爆炸宇宙大爆炸 1 1、有谁知道宇宙中最丰富的元素是那一种？、有谁知道宇宙中最丰富的元素是那一种？宇宙年龄有多大？地球年龄有多大？宇宙年龄有多大？地球年龄有多大？2 2、你认为、你认为 科学史话科学史话 中中普鲁特普鲁特的推理是符合的推理是符合逻辑的吗？逻辑的吗？1 1、氢元素宇宙中最丰富的元素占、氢元素宇宙中最丰富的元素占88.

4、6%88.6%（氦（氦1 18 8），另外还有），另外还有9090多种元素，宇宙多种元素，宇宙年龄距近约年龄距近约140140亿年，地球年龄已有亿年，地球年龄已有4646亿亿年。年。思考与交流思考与交流 回回 答答2、不符合，科学假设不同于思辨性推测、不符合，科学假设不同于思辨性推测1.1.古希腊原子论古希腊原子论2.2.道尔顿原子模型道尔顿原子模型(1803(1803年年) )3.3.汤姆生原子模型汤姆生原子模型(1904(1904年年) )4.4.卢瑟福原子模型卢瑟福原子模型(1911(1911年年) )5.5.玻尔原子模型玻尔原子模型(1913(1913年年) )6.6.电子云模型电子云

5、模型(1926(1926年年) )1.1.古希腊原子论古希腊原子论古希腊哲学家古希腊哲学家 原子是最小的、不可分割的物质粒子。原原子是最小的、不可分割的物质粒子。原子之间存在着虚空，无数原子从古以来就存在子之间存在着虚空，无数原子从古以来就存在于虚空之中，既不能创生，也不能毁灭，它们于虚空之中，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。在无限的虚空中运动着构成万物。（ Democritus Democritus ，约公元前，约公元前 460 460 年年前前 370 370 年）年） 原子原子2.2.道尔顿原子模型道尔顿原子模型(1803(1803年年) ) 原子在一切化学变化

6、中不可再分，并保持自己原子在一切化学变化中不可再分，并保持自己的独特性质；同一元素所有原子的质量、性质都的独特性质；同一元素所有原子的质量、性质都完全相同。不同元素的原子质量和性质各不相同；完全相同。不同元素的原子质量和性质各不相同；不同元素化合时，原子以简单整数比结合。不同元素化合时，原子以简单整数比结合。 （化学原子论）（化学原子论）3.3.汤姆生原子模型汤姆生原子模型(1904(1904年年) ) 原子是一个平均分布着正电荷的粒子，其中镶嵌着原子是一个平均分布着正电荷的粒子，其中镶嵌着许多电子，中和了正电荷，从而形成了中性原子。许多电子，中和了正电荷，从而形成了中性原子。（“葡萄干布丁葡

7、萄干布丁”模型）模型）（西瓜模型）（西瓜模型）4.4.卢瑟福原子模型卢瑟福原子模型(1911(1911年年) ) 原子中心有一个带正电荷的核，它的质量几乎等原子中心有一个带正电荷的核，它的质量几乎等于原子的全部质量，电子在它的周围沿着不同的轨于原子的全部质量，电子在它的周围沿着不同的轨道运转，就象行星环绕太阳运转一样。道运转，就象行星环绕太阳运转一样。( (“行星系式行星系式”原子模原子模型型) )( (核式模型核式模型) )5.5.玻尔原子模型玻尔原子模型(1913(1913年年) ) 电子在原子核外空间的一定轨道上绕核电子在原子核外空间的一定轨道上绕核做高速的圆周运动。做高速的圆周运动。(

8、 (电子分层排布模型电子分层排布模型) )6.6.电子云模型电子云模型(1926(1926年年) )现代物质结构学说，波粒二象性。现代物质结构学说，波粒二象性。( (量子力学模型量子力学模型) )一、开天辟地一、开天辟地原子的诞生原子的诞生1.1.现代大爆炸宇宙学理论现代大爆炸宇宙学理论宇宇宙宙大大爆爆炸炸大量氢大量氢少量氦少量氦极少量锂极少量锂其他元素其他元素原子核的原子核的熔合反应熔合反应约约2h2h后后诞生于诞生于2.2.氢氢是宇宙中最丰富的元素，是所有是宇宙中最丰富的元素，是所有元素之母。元素之母。3.3.所有恒星仍在合成元素，但这些元所有恒星仍在合成元素，但这些元素都是已知的。素都是

9、已知的。4.4.地球上的元素绝大多数是金属，非地球上的元素绝大多数是金属，非金属（包括稀有气体）金属（包括稀有气体）仅仅2222种种。归纳总结归纳总结1、现代大爆炸理论认为：天然元素源于氢、氦等发、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。这与一百多年前，普鲁特运生的原子核的融合反应。这与一百多年前，普鲁特运用思辨性推测作出用思辨性推测作出“氢是所有元素之母氢是所有元素之母”的预言，恰的预言，恰好好“一致一致”。下列说法正确的是。下列说法正确的是 （ ）A、科学研究中若能以思辨性推测为核心，就能加快、科学研究中若能以思辨性推测为核心，就能加快科学的进程科学的进程B、普鲁特

10、、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”的推理是符合逻辑的的推理是符合逻辑的C、“一致一致”是巧合，普鲁特的预言没有科学事实和是巧合，普鲁特的预言没有科学事实和理论支撑，只是一种猜测理论支撑，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是解释宇宙诞生的唯一正确的理论的理论C课堂练习课堂练习原子：原子：是是化学变化中最小的粒子化学变化中最小的粒子化学反应的实质：化学反应的实质：是原子的重新组合。是原子的重新组合。一、原子结构一、原子结构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(不带电）不带电）粒子间的数量

11、关系粒子间的数量关系 原子内部，质子所带正电和电子所带负电电量相等，原子内部，质子所带正电和电子所带负电电量相等，电性相反。原子整体不显电性。电性相反。原子整体不显电性。回忆：构成原子的粒子有哪些？它们怎样构成回忆：构成原子的粒子有哪些？它们怎样构成原子的？原子的？核电荷数（核电荷数（z z）= =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（A） = 质子数（质子数（Z） + 中子数（中子数（N）离子所带电荷数离子所带电荷数=质子数质子数核外电子数核外电子数思考：思考： 当质子数（核电荷数）当质子数（核电荷数）核外电子数时，核外电子数时，该粒子是该粒子是阳离子，带正电荷。阳离

12、子，带正电荷。阴离子，带负电荷。阴离子，带负电荷。当质子数（核电荷数）当质子数（核电荷数）核外电子数时，核外电子数时，该粒子是该粒子是学学 与与 问问核外电子是怎样排布的？核外电子是怎样排布的？观察观察1-181-18号元素的原子结构示意图，讨号元素的原子结构示意图，讨论为什么原子核外的电子分层运动？论为什么原子核外的电子分层运动？ 2、下列说法正确的是、下列说法正确的是 （ ）A、某微粒核外电子排布为、某微粒核外电子排布为2、8、8结构，则该微粒结构，则该微粒一定是氩原子一定是氩原子B、最外层达稳定结构的微粒只能是稀有气体的原子、最外层达稳定结构的微粒只能是稀有气体的原子C、F-、Na+、M

13、g2+、Al3+是与是与Ne原子具有相同电子原子具有相同电子层结构的离子层结构的离子D、NH4+与与H3O+具有相同的质子数和电子数具有相同的质子数和电子数课堂练习课堂练习CD最多电子数最多电子数能能 层层符符 号号一一二二四四六六七七2LNOPQ83250 理理 论论 研研 究究K三三五五M18能能 层（电子层）层（电子层）1、定义、定义离离 核核 距距 离离能能 量量 高高 低低( 近近 )( 远远 )( 低低 )( 高高 )理理 论论 研研 究究 多电子原子中，同一能级的电子，多电子原子中，同一能级的电子，能量也可能不同，还可以把它们分成能量也可能不同，还可以把它们分成能级，就好比能级，

14、就好比能层是楼层，能级是楼梯的阶梯。能层是楼层，能级是楼梯的阶梯。最多电子数最多电子数能能 级级22626 101s 2s 2p4s 4p 4d 4f 理理 论论 研研 究究3s 3p3d2610 145s 5p26能能 层层KNOLM能能 级级二、能层与能级二、能层与能级1.1.各能层所包含的能级类型及各能层、能级最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多容纳的电子数子数子数归纳总结归纳总结规规 律律1、在每一能层中，能级符号的顺序是、在每一能层中，能级符号的顺序是ns、np、nd、nf（n代表能层）代表能层）2、任一能层的能级总是从、任一能层的能级总是从s能级开始，而能级开始

15、，而且能级数等于该能层序数。且能级数等于该能层序数。5、以、以s、p、d、f排序的各能级可容纳的最排序的各能级可容纳的最多电子数依次为多电子数依次为1、3、5、7的二倍。的二倍。3、各能级所在能层的取值、各能级所在能层的取值nsn1nsn1；npn2npn2；ndn3ndn3；nfn4nfn4； 4、每一能层最多可容纳、每一能层最多可容纳2n2个电子个电子6.各能层、能级中电子能量的高低各能层、能级中电子能量的高低同一能层中：同一能层中：不同能层中：不同能层中：E(ns)E(ns)E(np)E(np)E(nd)E(nd)E(nf)E(nf)E(1s)E(1s)E(2s)E(2s)E(3s)E(

16、3s)E(4s)E(4s)E(2p)E(2p)E(3p)E(3p)E(4p)E(4p)E(5p)E(5p)K L M N O P Q 电子能量高在离核远的区域内运动，电子能量低在离核近的区域内电子能量高在离核远的区域内运动，电子能量低在离核近的区域内运动运动 ，在多电子的原子核外电子的能量是不同的，按电子在多电子的原子核外电子的能量是不同的，按电子的能量差异，可以将核外电子分成不同的的能量差异，可以将核外电子分成不同的能层能层。同一能层同一能层的电子，能量也可不同，可以把它们分成的电子，能量也可不同，可以把它们分成能级能级。1s 2s 2p 3s3p3d 4s4p4d4f 5s5p 2 2 6

17、 2 6 10 2 6 10 14 2 6 注注:在每一能层中在每一能层中,能级符号的顺序是能级符号的顺序是ns np nd nf.(n代代表能层），表能层），每一个能层最多可容纳的电子数为每一个能层最多可容纳的电子数为2n2个，个，任任一能层的能级数等于该能层的序数。一能层的能级数等于该能层的序数。2n2能层序数能层序数=能级个数能级个数相同相同.如：如：1s2 2s2 3s2分别是分别是1 1、3 3、5 5、7 7的的2 2倍倍1 1、以下能级符号正确的是（、以下能级符号正确的是（ ）A A、6s B6s B、2d C2d C、3f D3f D、7p7p2 2、若、若n=3n=3，以下能

18、级符号错误的是（，以下能级符号错误的是（ ）A An p Bn p Bn f Cn f Cn d Dn d Dn s n s 课堂练习课堂练习ADB3、下列各电子能层中，不包含、下列各电子能层中，不包含 d 能级的是能级的是 （ ）A、N能层能层 B、M能层能层 C、L能层能层 D、K能层能层CD 阅读课本阅读课本P6电子填充的先后顺序电子填充的先后顺序（构造原理）（构造原理）1 1s s2 2s s2 2p p3 3s s3 3p p4 4s s3 3d d4 4p p5 5s s 4 4d d5 5p p6 6s s 4 4f f5 5d d6 6p p7 7s s5 5f f6 6d d

19、7 7p p三、构三、构 造造 原原 理理1、构造原理、构造原理 随原子核电荷数递增，原子核外电子的排布遵循随原子核电荷数递增，原子核外电子的排布遵循如左图的排布顺序，这个排布顺序被称为如左图的排布顺序，这个排布顺序被称为构造原理构造原理。2.2.电子排布式电子排布式NaNa：1s1s2 22s2s2 22p2p6 63s3s1 1能层序数能层序数该能级上排该能级上排布的电子数布的电子数能级符号能级符号K KL LM MFeFe：1s1s2 22s2s2 22p2p6 63s3s2 23p3p6 63d3d6 64s4s2 2K KL LM MN N按能层次序书写，按构造原理充入电子。按能层次

20、序书写，按构造原理充入电子。电子填入轨道次序图电子填入轨道次序图1s1s2s 2p2s 2p3s 3p 3s 3p 4s 3d 4p 4s 3d 4p 5s 4d 5p5s 4d 5p6s 4f 5d 6p6s 4f 5d 6p7s 5f 6d 7p 7s 5f 6d 7p 能量相近的能量相近的能级划为一能级划为一组组, ,称为能级称为能级组组第一能级组第一能级组第二能级组第二能级组第三能级组第三能级组第四能级组第四能级组第五能级组第五能级组第六能级组第六能级组第七能级组第七能级组通式：通式：ns(n-2)fns(n-2)f、(n-1)d(n-1)d、npnp课堂练习课堂练习4 4、写出下列元

21、素基态原子的电子排布式：、写出下列元素基态原子的电子排布式：1、C 2、O 3、Si 4、P3.3.简化电子排布式简化电子排布式如：如：NaNa：1s1s2 22s2s2 22p2p6 63s3s1 1Ne3sNe3s1 1表示钠的内层电子排布与稀有气体表示钠的内层电子排布与稀有气体元素元素NeNe的核外电子排布相同的核外电子排布相同简化为简化为你能写出你能写出8号、号、14号、号、26号元素的简化排布式吗？号元素的简化排布式吗？并不是所有基态原子的核外电子都符并不是所有基态原子的核外电子都符合构造原理。合构造原理。如：如：2424CrCr：1s1s2 22s2s2 22p2p6 63s3s2

22、 23p3p6 63d3d5 54s4s1 12929CuCu：1s1s2 22s2s2 22p2p6 63s3s2 23p3p6 63d3d10104s4s1 1思考与交流思考与交流 从元素周期表中查出铜、银、金的外围从元素周期表中查出铜、银、金的外围电子层排布。它们是否符合构造原理？电子层排布。它们是否符合构造原理？洪特规则：半充满、全充满更稳定洪特规则：半充满、全充满更稳定课堂练习课堂练习6 6、按能量由低到高的顺序排列，正确的一组是、按能量由低到高的顺序排列，正确的一组是（ ） A A1s1s、2p2p、3d3d、4s B4s B1s1s、2s2s、3s3s、2p 2p C C2s2s

23、、2p2p、3s3s、3p D3p D4p4p、3d3d、4s4s、3p3pC课课 后后 巩巩 固固 练练 习习1、写出、写出136号元素的原子核外电子排布式号元素的原子核外电子排布式2、写出、写出136号元素原子简化核外电子排布式号元素原子简化核外电子排布式2.2.电子排布式电子排布式3.3.简化电子排布式简化电子排布式例题解析例题解析例例1 1 若某基态原子的外围电子排布为若某基态原子的外围电子排布为4d4d1 15s5s2 2，则下列说法正确的是（，则下列说法正确的是（ ）A A该元素基态原子中共有该元素基态原子中共有3 3个电子个电子 B B该元素原子核外有该元素原子核外有5 5个电子

24、层个电子层C C该元素原子最外层共有该元素原子最外层共有3 3个电子个电子 D D该元素原子该元素原子M M能层共有能层共有8 8个电子个电子 B B 例例2 下列有关认识正确的是（下列有关认识正确的是（ ） A各能级的原子轨道数按各能级的原子轨道数按s、p、d、f的顺的顺序分别为序分别为1、3、5、7 B各能层的能级都是从各能层的能级都是从s能级开始至能级开始至f能级能级结束结束 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2n2A A 例例3 3 下列粒子中，电子排布式为下列粒子中，电子排布式为1s1s2 22s2s2 22p2p6 63s3s

25、2 23p3p6 6的有（的有（ ） A AScSc3+3+ B BMgMg2+2+ C CClCl- - D DBrBr- - 例例4 4 下列化学用语，不能表示氯离子的是下列化学用语，不能表示氯离子的是（ ）A AClCl- -D D1s1s2 22s2s2 22p2p6 63s3s2 23p3p6 6B BC CB BACAC 例例5 构造原理揭示的电子排布能级顺序，实质是各构造原理揭示的电子排布能级顺序，实质是各能级能量高低。若以能级能量高低。若以E( nl )表示某能级的能量，以下表示某能级的能量，以下各式中正确的是（各式中正确的是（ ）AE(4s)E(3s)E(2s)E(1s) B

26、E(3d)E(4s)E(3p)E(3s) CE(5s)E(4f)E(4s)E(3d) DE(5s)E(4s)E(4f)E(3d)AB AB 四、能量最低原理、基态与激发态、光谱四、能量最低原理、基态与激发态、光谱1、能量最低原理、能量最低原理 原子的电子排布遵循构造原理能使整个原子原子的电子排布遵循构造原理能使整个原子的能量处于最低状态，简称的能量处于最低状态，简称能量最低原理能量最低原理。2、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处于最低能量的原子叫做基态原子基态原子，当基态，当基态原子的电子吸收能量后，电子会跃迁到较高能原子的电子吸收能量后，电子会跃迁到较高能级

27、，变成级，变成激发态原子激发态原子。3、基态、激发态相互转化与能量的关系、基态、激发态相互转化与能量的关系基态原子基态原子 激发态原子激发态原子 光（辐射）是电子释放能量的重要形式之一；光（辐射）是电子释放能量的重要形式之一；吸收能量吸收能量释放能量释放能量在日常生活中，我们看到的许多可见光，在日常生活中，我们看到的许多可见光，如如灯光、霓虹灯光、激光、焰火灯光、霓虹灯光、激光、焰火等都与原子等都与原子核外电子发生跃迁释放能量有关。核外电子发生跃迁释放能量有关。4、光谱与光谱分析、光谱与光谱分析（1）光谱：）光谱：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放出不同的光，可以

28、用光谱仪摄取各种元素的或放出不同的光，可以用光谱仪摄取各种元素的电子吸收光谱或发射光谱，总称原子光谱。电子吸收光谱或发射光谱，总称原子光谱。（2）光谱分析：）光谱分析：在现代化学中，常利用原子光在现代化学中，常利用原子光谱上的特征谱线来鉴定元素，称为谱上的特征谱线来鉴定元素，称为光谱分析光谱分析。锂、氦、汞的吸收光谱锂、氦、汞的吸收光谱锂、氦、汞的发射光谱锂、氦、汞的发射光谱明明暗暗阅读科学史话：阅读科学史话：P89氢原子的光谱氢原子的光谱课堂练习课堂练习1_ ,简称能量最低原理。简称能量最低原理。_叫做基态原子叫做基态原子 1 1、当基态原子的电子吸收能量后，电子会、当基态原子的电子吸收能量

29、后，电子会_，变成激发态原子。电子从较，变成激发态原子。电子从较高能量的激发态跃迁到较低能量的激发态乃至高能量的激发态跃迁到较低能量的激发态乃至基态时，将基态时，将_能量。光（辐射）是电能量。光（辐射）是电子子_能量的重要形式之一能量的重要形式之一。原子的电子排布遵循构造原理能使整个原子的原子的电子排布遵循构造原理能使整个原子的能量处于最低状态能量处于最低状态 处于最低能量的原子处于最低能量的原子跃迁到较高能级跃迁到较高能级 释放释放 释放释放 3 3、不同元素的原子发生跃迁时会吸收或释放、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不同的光，可以用光谱仪摄取各

30、种元素的电子的的_光谱或光谱或_光谱，总称光谱，总称_光谱。许多元素是通过原子光谱发现光谱。许多元素是通过原子光谱发现的。在现代化学中，常利用原子光谱上的特征的。在现代化学中，常利用原子光谱上的特征谱线来鉴定元素，称为谱线来鉴定元素，称为_。 吸收吸收 发射发射 原子原子 光谱分析光谱分析核外电子运动的特征核外电子运动的特征核外电子运动状态的描述核外电子运动状态的描述 1. 1.电子在原子核外空间一定范围内出现，可以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以，人们形象地把它叫做“电子云电子云”五、电子云与原子轨道五、电子云与原子轨道2. 2. 原子轨道：电子云原子轨道：电子云轮廓图轮廓图称为原子轨道称为原子轨道电子云轮廓图电子云轮廓图原子轨道与火车运行的轨道有何不同原子轨道与火车运行的轨道有何不同? ? 原子轨道是指一定能级上的电子原子轨道是指一定能