选修3第一章第一节原子结构

1、宇宙大爆炸宇宙大爆炸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H大量的氦大量的氦He极少量的锂极少量的锂Li原子核的原子核的熔合反应熔合反应合成合成 其他元素其他元素开天辟地开天辟地原子的诞生原子的诞生第一节第一节 原子结构原子结构19321932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 1.1.原子的构成原子的构成（1 1）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（2 2）质量数）质量数A A = = 质子数质子数Z Z + + 中子数中子数N N原子核原子核（+ +）核外电子（核外电子（- -） Z 质子（质子（+

2、 +） Z 中子中子 N NXAZ知识回顾知识回顾（3 3）质子数决定）质子数决定元素种类元素种类，质子数和中子数决，质子数和中子数决 定定原子种类原子种类，核外电子数（特别是主族元素的最，核外电子数（特别是主族元素的最 外层电子及其排布）决定外层电子及其排布）决定元素化学性质元素化学性质。u 原子核体积很原子核体积很小小（与原子比）（与原子比）u 原子的大部分质量原子的大部分质量集中集中在原子核上（为什么）在原子核上（为什么）u 原子核的密度原子核的密度非常大非常大（为什么）（为什么）知识回顾知识回顾2、原子结构示意图：、原子结构示意图：NaNa+11 2 8 1+11 2 8 1元素符号元

3、素符号原子核原子核核内质子核内质子电子层电子层层内电子数层内电子数知识回顾知识回顾（1 1）先排能量低先排能量低的电子层，的电子层，由里往外由里往外再排能量高的电子层。再排能量高的电子层。（2 2）每一层）每一层最多最多容纳电子数：容纳电子数：2n2n2 2个。个。（3 3）最外层最外层电子数不超过电子数不超过8 8个（个（K K层为最外层时不超过层为最外层时不超过2 2个个）。）。（4 4）次外层次外层电子数不超过电子数不超过1818个，个，倒数第三层倒数第三层不超过不超过3232个。个。 （以上几条要同时满足）（以上几条要同时满足）3 3、核外电子的分层排布的简单规律、核外电子的分层排布的

4、简单规律: :问题：电子为什么要这样排问题：电子为什么要这样排?有什么根据有什么根据? 19K原子的核外电子排布为什么是原子的核外电子排布为什么是2881， 而不是而不是289？知识回顾知识回顾 1、能层能层 (电子层电子层) 2、能级、能级 (电子亚层电子亚层) 3、轨道、轨道 (电子云的伸展方向电子云的伸展方向) 4、自旋方向、自旋方向二二. 描述核外电子描述核外电子运动状态运动状态的四个方面的四个方面 在含有多个电子的原子里在含有多个电子的原子里,电子分别在电子分别在能量不同能量不同的区域内运动的区域内运动,这种不同的区域称为电子层这种不同的区域称为电子层(n)即即能层能层1、能层、能层

5、 (电子层电子层) n能层能层1 12 23 34 45 5n n符号符号K KL LM MN NO O2 28 81818 32325050 2n2n2 2离核越近离核越近能量能量 电子一般总是尽先排布在能量最低的电子层里，电子一般总是尽先排布在能量最低的电子层里，即最先排布即最先排布K层；当层；当K层排满后，再排布层排满后，再排布L层；层；当当L层排满后，再排布层排满后，再排布M层层2、能级、能级 (电子亚层电子亚层) l lu每一能层中，能级符号的顺序是每一能层中，能级符号的顺序是ns np nd nfns np nd nf （能量由低到高）（能量由低到高）u任意能层总是从任意能层总是从

6、s s能级开始，且能级开始，且能级数能级数= =该能层序数该能层序数。 能层能层(n)(n) 一一二二三三四四五五 六六 七七符号符号K KL LM MN NO OP PQ Q能级能级(l)(l) 1s1s2s2s2p2p 3s3s 3p3p 3d3d 4s4s 4p4p 4d4d 4f4f最多容纳最多容纳的电子数的电子数2 22 26 62 26 610102 26 61010 14142 28 8181832322n2n2 2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。如何表示各能级上的电子？如何表示各能级上的电子？ 2S能级上有能级上有1个电子：个电子： 1S能级上有能级

7、上有2个电子：个电子： 2P能级上有能级上有6个电子：个电子： 3d能级上有能级上有10个电子：个电子：以下表示方法错在那里？以下表示方法错在那里？ 2S11S22P63d101P 2d 3f 4S3 3P8 3d111,要熟记要熟记s p d f 的顺序的顺序2,要熟记每个能层里有哪几个能级要熟记每个能层里有哪几个能级 :1s 2s2p 3s3p3d 4s4p4d4f 3,要熟记各能级排满时（最多）的电子数要熟记各能级排满时（最多）的电子数 :s2 p6 d10 f14 3 3、构造原理（、构造原理（电子排布须遵循的基本顺序）电子排布须遵循的基本顺序）构造原理：构造原理：在多电子原子在多电子

8、原子中，电子最先中，电子最先排布在最低的排布在最低的能级上，然后能级上，然后依次排布在能依次排布在能量较高的能级量较高的能级上。（如右图上。（如右图的排布顺序）的排布顺序）这个排布顺序这个排布顺序被称为构造原被称为构造原理理。问：问：3p填满以后应该填入哪个能级？第填满以后应该填入哪个能级？第19号原子号原子K的核外电子排布式：的核外电子排布式：1，同级，层越高，能量越高1s2s3s4s；2p3p4p; 3d4d2，同层，级越高，能量越高，同层，级越高，能量越高 nsnpndnf 如：如：3s3p3d3,不同层又不同级（能级交错）不同层又不同级（能级交错）3p4s3d4p5s4d5p6s4f5

9、d6p7s5f6d7p1s22s22p63s23p63d1 ？ 1s22s22p63s23p64s1 ？ 核外电子排布式的书写核外电子排布式的书写1，搞清有，搞清有多少个多少个电子电子 2，按，按构造原理构造原理1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p 5s 4d 5p 6s 4f 5d 6p 7s 5f 6d 7p顺序填充电子（关键）顺序填充电子（关键）3，按，按能层排列能层排列 (如如26Fe :1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d6 4s2 )4，注意，注意特殊特殊的例子：的例子：(半满半满，全满全满，全空全空稳定）稳定） 24Cr 1s2 2s22p6 3s23p63d5

10、 4s1 29Cu 1s2 2s22p6 3s23p63d10 4s1 47Ag 1s2 2s22p6 3s23p63d10 4s24p64d105s1练一练练一练：1H:2He:3Li:4Be:5B:10Ne:11Na:1s11s21s2 2s11s2 2s21s2 2s2 2p11s2 2s2 2p61s2 2s2 2p6 3s1He 2s1He 2s2He 2s2 2p1Ne 3s1简化的电子排布式简化的电子排布式原子实原子实+外围电子外围电子13Al:18Ar:19K:20Ca:21Sc:30Zn:31Ga:36Kr:1s2 2s2 2p6 3s2 3p11s2 2s2 2p6 3s2

11、 3p61s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s11s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s21s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d1 4s21s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 4s21s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 4s2 4p11s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 4s2 4p6 试写出简化电子排布试写出简化电子排布式式核外电子运动的特征核外电子运动的特征(1)(1)、电子云电子云电子云：电子云：处于一定空间运动状态的电子在原子核外空间的概处于一定空间运动状态的电子在原子核外空间的概率分布的形象化描述（就像一团带负电的云雾笼罩在原子核率

12、分布的形象化描述（就像一团带负电的云雾笼罩在原子核周围）。周围）。电子云轮廓图：电子云轮廓图：概率密度的概率密度的90的空间圈出来。的空间圈出来。绘制电子云轮廓图的目的：绘制电子云轮廓图的目的：表示电子云轮廓的形状，简化电表示电子云轮廓的形状，简化电子云图的绘制。子云图的绘制。3 3、电子云和原子轨道电子云和原子轨道( (电子云的伸展方向电子云的伸展方向) )（2 2）原子轨道原子轨道概率分布图概率分布图(电子云电子云)原子轨道原子轨道电子云轮廓图的制作过程电子云轮廓图的制作过程电子在原子核外空间里电子在原子核外空间里一个伸展方向一个伸展方向的运动状态称为的运动状态称为一个原子轨道。通俗地讲，

13、就是原子核外电子一个原子轨道。通俗地讲，就是原子核外电子经常经常出出现的区域。也就是现的区域。也就是一个伸展方向上的电子云轮廓图一个伸展方向上的电子云轮廓图。球形球形s s能级的原子轨道图能级的原子轨道图nsns能级只有能级只有1 1个轨道个轨道, ,呈呈球形球形，不是圆形不是圆形。能。能层越高电子云越扩散，即半径越大。层越高电子云越扩散，即半径越大。xzyxyzxyzxyzpxpypzp p能级的原子轨道图能级的原子轨道图npnp能级有能级有3 3个轨道个轨道, ,呈呈哑铃型哑铃型( (又称纺锤形又称纺锤形) )，3 3个个轨道轨道相互垂直相互垂直P P能能级级的的原原子子轨轨道道 p p能

14、级的能级的3 3个原子轨道个原子轨道p px x,p,py y,p,pZ Z合在合在一起的情形一起的情形. . 五、电子云与原子轨道 2. 原子轨道原子轨道ndnd能级有能级有5 5个轨道个轨道五、电子云与原子轨道nfnf能级的能级的7 7个轨道个轨道 能级能级 原子轨道数原子轨道数轨道形状轨道形状最多容最多容纳电子纳电子 ns 1 球形球形 2 np 33个伸展方向（个伸展方向（x,y,z) 哑铃形哑铃形 6 nd 5 5个伸展方向个伸展方向 花瓣形花瓣形 10 nf 7 7个伸展方向个伸展方向 形状复杂形状复杂 14总结：各能级的总结：各能级的一个伸展方向一个伸展方向的电子云轮廓图即表的电

15、子云轮廓图即表示示一个一个原子轨道原子轨道 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轨道能量相等）同一能层同一能级的各原子轨道能量相等2Px2Py2Pz （等价轨道能量是相同的）（等价轨道能量是相同的）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电子数电子数1 12 23 34 4n n1s2s，2p4s,4p,4d,4f3s,3p,3d14916n22818322n2思考思考:1.同一轨道中的两个电子能量是否相同？同一轨道中的两个电子能量是否相同？如如1S2中的这两个电子中的这两

16、个电子,2S2中的两个电子，中的两个电子，Px轨道中的两个电子。轨道中的两个电子。2.不同轨道中的电子能量是否就一定不不同轨道中的电子能量是否就一定不 同？同？比较比较1S1与与2S1中的两个电子，中的两个电子，2S1与与2P1中中的两个电子，的两个电子，Px轨道上的一个电子与轨道上的一个电子与Py轨轨道上的一个电子。道上的一个电子。3.2s2上的上的2个电子能量相同个电子能量相同,运动状态也一运动状态也一模一样吗？模一样吗？4、自旋方向、自旋方向 电子不仅在核外空间不停地运动，而且还作电子不仅在核外空间不停地运动，而且还作自旋运动自旋运动。电子自旋有两种状态，。电子自旋有两种状态，相当于相当

17、于顺顺时针和逆时针两种方向。常用向上箭头时针和逆时针两种方向。常用向上箭头“”“”和向下箭头和向下箭头“”“”来表示不同的自旋状态。来表示不同的自旋状态。自旋方向相反才自旋方向相反才稳定，整个原子稳定，整个原子能量才最低。能量才最低。泡利原理泡利原理：每个原子轨道每个原子轨道最多最多只能容纳只能容纳2个自旋方向个自旋方向相反相反的电子。的电子。即在同一个原即在同一个原子里，不存在子里，不存在四个方面的运四个方面的运动状态完全相动状态完全相同的电子。同的电子。电子排布图或电子排布图或轨道表示式轨道表示式适用于适用于2个电子填一个轨道个电子填一个轨道为什么这样排列？为什么这样排列？n洪特规则洪特规

18、则:电子电子在在同一能级中的同一能级中的不同轨道不同轨道（等价（等价轨道）排布时，轨道）排布时，总是总是尽先分占不尽先分占不同同的轨道，且的轨道，且自自旋方向旋方向相同，相同，这这样整个原子能量样整个原子能量最低。最低。 适用于多个电子填入多个轨道适用于多个电子填入多个轨道 洪特规则特例（补充）洪特规则特例（补充）：相对稳定相对稳定的状态的状态全充满（全充满（p6，d10，f14）全空时（全空时（p0，d0，f0）半充满（半充满（p3，d5，f7）如：如：24Cr原子的电子排布式原子的电子排布式:1s22s22p63s23p63d54s1不是不是3d44s2总结：原子核外电子排布须遵循的规总结

19、：原子核外电子排布须遵循的规律律能量最低原理能量最低原理: 遵循遵循构造原理构造原理进入轨道，使整个进入轨道，使整个原子的能量处于最低状态原子的能量处于最低状态 泡利（不相容）原理：泡利（不相容）原理：每个轨道每个轨道最多最多容纳容纳两个自两个自 旋方向相反旋方向相反的电子的电子洪特规则：洪特规则：进入等价轨道时，进入等价轨道时，总是总是尽先分占不同尽先分占不同的轨道，且的轨道，且自旋方向自旋方向相同。相同。当同一能级的电子排当同一能级的电子排布为布为全充满全充满、半充满半充满状态时具有较低的能量和较状态时具有较低的能量和较大的稳定性大的稳定性（3 3）基态与激发态的关系）基态与激发态的关系

20、三、基态与激发态、光谱三、基态与激发态、光谱1.1.基态原子与激发态原子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，电子会电子会跃迁跃迁到较高的能级，变成激发态原子。到较高的能级，变成激发态原子。基态原子基态原子激发态原子激发态原子吸收能量吸收能量释放能量释放能量1s22s22p63s13p1 1s22s22p63s2 吸收能量吸收能量释放能量释放能量 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

21、或或释放释放不同的不同的光，可以用光谱仪摄取各种元素的电子的光，可以用光谱仪摄取各种元素的电子的吸收光吸收光谱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。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，称为光谱分析。鉴定元素，称为光谱分析。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_ ,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 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

22、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。日常生能量的重要形式之一。日常生活中的可见光一般都与电子跃迁有关。活中的可见光一般都与电子跃迁有关。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 电子填入轨道次序图（电子填入轨道次序图（构造原理构造原理）1s1s2s 2p2s 2p3s 3p 3s 3p 4s 3d 4p 4s

23、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： nsns(n-2)f(n-2)f、(n-1)d(n-1)d、npnp总结总结1：总结总结2：几个式子和几个概念：几个式子和几个概念1，电子排布式，电子排布式20Ca: 1S2 2S2 2P6 3S2 3P6 4S2简化简化电子排布式电子排布

24、式20Ca: Ar 4S2外围电子外围电子原子实原子实+4Be5B11Na17Cl19K24Cr26Fe29Cu47AgHe 2S2 He 2S22P1Ne 3S1 Ne 3S23P5Ar 4S1 Ar 3d54S1 Ar 3d64S2 Ar 3d104S1 Kr 4d105S12，轨道表示式，轨道表示式（电子排布图）（电子排布图）1个方框表示个方框表示1个原子轨道个原子轨道空轨道空轨道未成对电子未成对电子（单电子）（单电子）（横排式）（横排式）（竖排式）（竖排式）26Fe不能表示轨道能量高低不能表示轨道能量高低,所以所以必须标能级符号必须标能级符号1S在最下方，依在最下方，依次往上面写，次往

25、上面写，不用不用标能级符号标能级符号练习练习u写出基态铁原子的写出基态铁原子的原子结构示意图原子结构示意图、电子电子排布式、简化电子排布式和轨道表示式（横排布式、简化电子排布式和轨道表示式（横排），试归纳这排），试归纳这3种化学用语分别有什么特种化学用语分别有什么特点？点？u写出写出Fe2+、Fe3+的的简化电子排布式，简化电子排布式，试分析试分析Fe3+为什么比为什么比Fe2+稳定？稳定？以下是表示铁原子和铁离子的以下是表示铁原子和铁离子的3 3种不同化学用语。种不同化学用语。 结构示意图结构示意图电子排布式电子排布式电子排布图（轨道表电子排布图（轨道表示式）示式）铁原子铁原子铁离子铁离子1

26、s22s22p63s23p63d64s2 1s22s22p63s23p63d5 Ar3d64s2Ar3d5亚铁离子亚铁离子Ar3d61.1.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.下列各能层中不包含下列各能层中不包含p p能级的是能级的是( )( )A. N B. M C. L D. KA. N B. M C. L D. K3.3.原子核外原子核外P P能层和能层和p p能级可容纳的最多电子数能级可容纳的最多电子数分别为分别为( )( )A A 、3232和和2 B 2 B 、5050和和6 6 C

27、C 、7272和和6 D6 D、8686和和1010ADADD DB B课堂练习课堂练习4.4.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 63s3s2 23p3p6 6的有的有( )( ) A A2121ScSc3+3+ B BMgMg2+2+ C CClCl- - D DBrBr- -5.5.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 BACAC6.6.基态原子的基态原子的4s4s能级中只有能级中只有1 1

28、个电子的元素个电子的元素共有共有( )( )A A1 1种种 B B2 2种种 C C3 3种种 D D8 8种种C C课堂练习课堂练习7.7.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 A、Al 1sAl 1s2 22s2s2 22p2p6 63s3s2 23p3p1 1 B B、O O2-2- 1s 1s2 22s2s2 22p2p6 6 C C、NaNa+ + 1s 1s2 22s2s2 22p2p6 6 D D、 Si 1s Si 1s2 22s2s2 22p2p2 28.8.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 1s 1s2 22s2s2 22p2p6 63s3s2 23p3p4 4 D D 碳碳1212原子原子 12126 6C C课堂练习课堂练习D DC C9 9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 A优先单独占据不同轨道，且自旋方向相同优先单独占据不同轨道，且自旋方向相同 B B优先单独占据不同轨道，且自旋方向相反优先单独占据不同轨道，且自旋方向相反C C自由配对，优先占据同一轨道，且自旋方