化学选修3原子结构

关于化学选修3原子结构1、进一步认识原子核外电子的分层排布2、知道原子核外电子的能层分布及其能量关系3、知道原子核外电子的能级分布及其能量关系4、能用符号表示原子核外的不同能级，初步知道量子数的涵义5、了解原子结构的构造原理，能用构造原理认识原子的核外电子排布6、能用电子排布式表示常见元素（1-36号）原子核外电子的排布

知识与技能过程与方法：

复习和延伸、类比和归纳、能层类比楼层，能级类比楼梯。情感和价值观：

充分认识原子结构理论发展的过程是一个逐步深入完美的过程第2页,共68页，2024年2月25日，星期天一：原子概念和原子结构模型演变简介1．公元前5世纪，希腊哲学家德谟克利特等人认为：万物是由大量的不可分割的微粒构成的，即原子。2．19世纪初，英国科学家道尔顿提出近代原子学说，他认为原子是微小的不可分割的实心球体。近代原子学说的创立第3页,共68页，2024年2月25日，星期天道尔顿原子学说（1）、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（2）、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（3）、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。第4页,共68页，2024年2月25日，星期天3：电子的发现1897年，英国科学家汤姆生发现了电子，1904年他提出，原子好像一个带正电荷的球，电子作为点电荷镶嵌在球中间。这是他解释元素化学性质发生规律性变化而反复思考得出的。第5页,共68页，2024年2月25日，星期天英籍新西兰科学家卢瑟福E.Rutherford,1871－19374：原子核的发现第6页,共68页，2024年2月25日，星期天

1911年前后，新西兰物理学家卢瑟福把一束高速运动的α粒子（质量数为4带2个正电荷的氦原子）射向一片极薄的金箔，他惊奇的发现，过去一直认为原子是“实心球”，由这些实心球紧密排列而成的金箔，竟有大多数α粒子没有改变方向，如入无人之境畅通无阻，就像金箔不存在一样。只有很少部分α粒子通过时发生偏移或直线弹回。根据以上现象讨论：①大多数α粒子通过说明了什么？②少数α粒子偏移或直线弹回说明了什么？原子不是实心球，原子内部是“空旷”的金箔内部有带正电荷的粒子存在，且集中在一个很小的核心上（称作原子核）；所带的正电荷数大于α粒子；质量大于α粒子。第7页,共68页，2024年2月25日，星期天第8页,共68页，2024年2月25日，星期天1913年，丹麦科学家玻尔—核外电子分层排布的原子结构模型5：波尔原子模型第9页,共68页，2024年2月25日，星期天6．20世纪20年代中期，奥地利物理学家薛定谔等人以量子力学为基础—电子云模型第10页,共68页，2024年2月25日，星期天近代原子论发现电子带核原子结构模型原子轨道结构模型电子云模型

科学家们经过近一个世纪的研究，已经基本揭开了原子结构的面纱第11页,共68页，2024年2月25日，星期天小结：人类探索物质结构的历史德谟克利特的古代原子学说道尔顿的近代原子学说（模型）汤姆生原子模型卢瑟福原子模型玻尔原子模型薛定谔电子云模型原子结构的衍变过程第12页,共68页，2024年2月25日，星期天二、开天辟地—原子的诞生现代大爆炸宇宙学理论——

宇宙诞生于约140亿年前的一次大爆炸

大爆炸后约2小时，诞生了大量的H，少量的He和极少量的Li

我们今天熟悉的各种元素（原子），都是从那时起经历了漫长复杂的物理化学变化，分批分期合成而来的1氢元素是宇宙中最丰富的元素。

2宇宙年龄距今约140亿年，地球年龄已有46亿年

3地球上的元素绝大多数是金属，非金属仅有22种第13页,共68页，2024年2月25日，星期天数量关系：核电荷数(Z)=核内质子数=核外电子数质量关系：质量数（A）=质子数（Z）+中子数（N）原子核核外电子

Z个质子

Z个中子（A—Z）个原子XAZ三.原子结构质量数：对质子和中子的相对质量取整数相加的数值，即近似原子量电性关系：原子：质子数＝核外电子数

(几乎集中原子的全部质量)

(其运动空间几乎占据了原子的整个体积)第14页,共68页，2024年2月25日，星期天构成原子的粒子电子原子核质子中子电性和电量一个电子带一个单位负电荷,电量为1.6×10-19C一个质子带一个单位正电荷不显电性质量(kg)9.109×10-311.673×10-271.675×10-27相对质量1/18361.0071.008原子构成的粒子及其性质第15页,共68页，2024年2月25日，星期天原子质量主要集中在原子核上。原子核体积很小，只占原子体积的几亿分之一第16页,共68页，2024年2月25日，星期天【说明】：

●原子不是实心球体，在原子核外有一个“很大”的空间供电子作高速运动。

●原子核与电子之间既存在吸引力，又存在排斥力。当达到平衡时，电子既不会飞离出去，又不会紧贴在原子核上。

●不是任何原子都由质子、中子和电子构成。如：氢原子。

●在原子中，质子数一定等于核外电子总数，但不一定等于中子数。一般质子数≤中子数。第17页,共68页，2024年2月25日，星期天

在多电子的原子中，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能层。四：能层与能级能层一二三四五六七符号KLMNOPQ最多容纳电子数28183250每一个能层最多可容纳的电子数：2n2能层（电子层）第18页,共68页，2024年2月25日，星期天（1）先排能量低的电子层，再排能量高的电子层，由里往外。（2）每一层最多容纳电子数：2n2个。（3）最外层电子数不超过8个（K层为最外层时不超过2个）。（4）次外层电子数不超过18个，倒数第三层不超过32个。核外电子的排布规律:（一低四不超）第19页,共68页，2024年2月25日，星期天KLMNO+能级1s2s2p3s3p3d4s4p4d4f最多容纳电子数2262610261014规定，任一能层的能级总是从s能级开始，依次称p、d、f、g能级……在多电子原子中，同一能层的电子的能量也可能不同，可以将它们分为不同的能级．（即电子亚层）。能级（电子亚层）第20页,共68页，2024年2月25日，星期天【学与问】教材p51、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(n)间存在什么关系？2、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？3、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？不同能层中的s、p、d、f、g能级最多能容纳的电子数是相同的，各为：s1×2＝2p3×2＝6d5×2＝10f7×2＝14g9×2＝18（2n2）（所含能级个数＝能层序数n）第21页,共68页，2024年2月25日，星期天①任一能层的能级数等于该能层的序数，依次用ns、np、nd、nf等表示④不同能层中，能级的能量高低是1s<2s<3s<4s….2p<3p<4p…③不同能层中，符号相同的能级中容纳的最多电子数相同②以s、p、d、f……排序的各能级可容纳的的最多电子数依次为2、6、10、141、3、5、7……的二倍。⑤在同一能层中，能级的能量高低是ns<np<nd<nf……能级分裂【特别提醒】第22页,共68页，2024年2月25日，星期天【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、4p1s<3d3s<3p<3d2p<3p<4p2．将下列多电子原子的能级按照能量由高到低的顺序排列

1s、4p、2s、3s、5f、4s5f>4p>4s>3s>2s>1s第23页,共68页，2024年2月25日，星期天随原子核电荷数递增，绝大多数原子核外电子的排布遵循如下图的排布顺序，这个排布顺序被称为构造原理。五：多电子原子的核外电子排布－－构造原理第24页,共68页，2024年2月25日，星期天2s2p3s3p3d4s4p4d4f5s5p5d5f6s6p6d7s7p1s能量升高能级交错——能级能量高低的顺序能量升高4s<3d<4p5s<4d<5p

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第25页,共68页，2024年2月25日，星期天①电子排布式表示该能级填充的电子数目能级

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。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。失电子的顺序：从外层到内层逐渐失去能层Fe：1s22s22p63s23p63d64s2Fe2+

：1s22s22p63s23p63d6Fe3+

：1s22s22p63s23p63d5第26页,共68页，2024年2月25日，星期天在书写电子排布式时，要从左向右，根据构造原理，按能层能量递增的顺序排列。每个能层中的能级是按spdf能量递增的顺序排列，各能级上的电子数标在能级符号的右上角。能层低的能级要写在左边，不能按填充顺序写。

失电子的顺序：从外层到内层逐渐失去Fe2+

：1s22s22p63s23p63d6Fe3+

：1s22s22p63s23p63d5电子排布式的书写第27页,共68页，2024年2月25日，星期天

试书写7N、17Cl、19K、26Fe、21Sc、35Br原子的核外电子排布式.【练习】N：1s2

2s22p3Cl：1s22s22p6

3s23p5K：1s22s22p63s23p6

4s1Fe：1s22s22p63s23p63d6

4s2Sc：1s22s22p63s23p63d1

4s2Br：1s22s22p63s23p63d10

4s24p5根据构造原理只要我们知道原子序数就可以写出元素原子的电子排布式，这样的电子排布是基态原子的。第28页,共68页，2024年2月25日，星期天原子序数元素名称元素符号电子排布

KLMN1氢H2氦He3锂Li4铍Be5硼B6碳C7氮N8氧O9氟F10氖Ne1s11s2

2s11s21s2

2s21s2

2s22p11s2

2s22p21s2

2s22p31s2

2s22p41s2

2s22p51s2

2s22p6要求熟练书写1～36号元素原子的电子排布式第29页,共68页，2024年2月25日，星期天原子序数元素名称元素符号电子排布

KLMN11钠Na12镁Mg13铝Al14硅Si15磷P16硫S17氯Cl18氩Ar1s22s22p6

3s11s22s22p6

3s21s22s22p6

3s23p11s22s22p6

3s23p21s22s22p6

3s23p31s22s22p6

3s23p41s22s22p6

3s23p51s22s22p6

3s23p6第30页,共68页，2024年2月25日，星期天原子序数元素名称元素符号电子排布

KLMN19钾K20钙Ca21钪Sc22钛Ti23钒V24铬Cr25锰Mn26铁Fe27钴Co28镍Ni1s22s22p63s23p6

4s11s22s22p63s23p6

4s21s22s22p63s23p63d1

4s21s22s22p63s23p63d2

4s21s22s22p63s23p63d3

4s21s22s22p63s23p63d54s11s22s22p63s23p63d5

4s21s22s22p63s23p63d6

4s21s22s22p63s23p63d7

4s21s22s22p63s23p63d8

4s2第31页,共68页，2024年2月25日，星期天原子序数元素名称元素符号电子排布

KLMN29铜Cu30锌Zn31镓Ga32锗Ge33砷As34硒Se35溴Br36氪Kr1s22s22p63s23p63d10

4s24p11s22s22p63s23p63d10

4s24p21s22s22p63s23p63d10

4s24p31s22s22p63s23p63d10

4s24p41s22s22p63s23p63d10

4s24p51s22s22p63s23p63d10

4s24p61s22s22p63s23p63d104s11s22s22p63s23p63d10

4s2【思考】是否所有元素的基态原子的电子排布都遵循构造原理？铬、铜、银、金等第32页,共68页，2024年2月25日，星期天【练习】请写出K+、S2-、Cu2+

离子的电子排布式？K+

：1s22s22p63s23p6S2-

：1s22s22p63s23p6Cu2+

：1s22s22p63s23p63d9第33页,共68页，2024年2月25日，星期天【练习】请写出14、24、26、31号元素的简化电子排布式？K的简化电子排布式：[Ar]4s1②简化电子排布式表示Ar(前一周期的稀有气体)的电子排布（原子实）K的电子排布式：1s22s22p63s23p64s114Si：[Ne]3s23p224Cr：[Ar]3d54s126Fe：[Ar]3d64s231Ga：[Ar]3d104s24p1第34页,共68页，2024年2月25日，星期天【思考与交流】教材P7

电子排布式可以简化，如可以把钠的电子排布式写成【Ne】3s1。试问：上式方括号中的符号的意义是什么？你能仿照钠原子的简化电子排布式写出O、Si、Fe的简化电子排布式吗？O：【He】2s22p4Si：【Ne】3s23p2Fe：【Ar】3d64s2符号【Ne】

表示Na的内层电子排布与稀有气体元素Ne的核外电子排布相同。第35页,共68页，2024年2月25日，星期天③外围电子排布式

化学反应中，原子的外围电子发生变化，而“原子实”不受影响。所以描述原子核外电子排布式时可省去“原子实”，仅写出原子的外围电子排布式（对于主族元素的原子，外围电子又称价层电子或价电子）。K原子的外围电子排布式：4s1Fe原子的外围电子排布式：3d64s2第36页,共68页，2024年2月25日，星期天六：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的能量处于最低状态。①基态与激发态基态原子：处于最低能量状态的原子激发态原子：一般是指电子激发态

当基态原子的电子吸收一定能量后，电子被激发跃迁到较高能级，变成激发态原子第37页,共68页，2024年2月25日，星期天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吸收光谱发射光谱②原子光谱

不同元素的原子发生跃迁时会吸收或释放不同的能量→表现为光的形式→用光谱仪摄取→得到各种元素的电子的吸收光谱或发射光谱，总称原子光谱。——核外电子的跃迁第38页,共68页，2024年2月25日，星期天Li、He、Hg发射光谱Li、He、Hg吸收光谱【思考】下面是部分元素的发射光谱和吸收光谱：（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（1）同一元素发射光谱和吸收光谱有什么差异？第39页,共68页，2024年2月25日，星期天一些元素的线状光谱光谱分析：利用原子光谱上的特征谱线鉴定元素。第40页,共68页，2024年2月25日，星期天③光谱分析方法的建立1853年发明本生灯温度达2300℃，且没有颜色本生利用本生灯研究各种金属盐类在火焰中呈现不同颜色的现象第41页,共68页，2024年2月25日，星期天节日燃放的焰火与金属内层的电子跃迁有关激光的产生与电子受激跃迁有关第42页,共68页，2024年2月25日，星期天判断下列表达是正确还是错误1）1s22p1属于基态；2）1s22s22p63s23p63d54s1属于激发态；3）1s22s22p63d1属于激发态；4）1s22s22p63p1属于基态；答案：(1)x(2)x(3)√(4)x【练习】第43页,共68页，2024年2月25日，星期天七、电子云与原子轨道思考:宏观物体与微观物体（电子）的运动有什么区别?宏观物体的运动特征：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可以描画它们的运动轨迹。微观物体的运动特征：电子的质量很小，只有9.11×10-31千克；核外电子的运动范围很小（相对于宏观物体而言）；电子的运动速度很大；测不准第44页,共68页，2024年2月25日，星期天图中表示原子核，一个小黑点代表电子在这里出现过一次第45页,共68页，2024年2月25日，星期天小黑点的疏密表示电子在核外空间单位体积内出现的概率的大小。第46页,共68页，2024年2月25日，星期天原子核外电子的运动特征如何描述核外电子的运动？1：电子云－－核外电子运动的形象描述

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；第47页,共68页，2024年2月25日，星期天2：原子轨道：50%90%绘制电子云的轮廓图的方法：等密度面电子云轮廓图：表示电子在核外空间经常出现的区域。

常把电子出现的概率约为90%的空间圈出来，把这种电子云轮廓图称为原子轨道第48页,共68页，2024年2月25日，星期天s能级的原子轨道图（球形）①ns能级只有一个原子轨道，球形②n越大，原子轨道半径越大s电子的原子轨道（电子云）形状是以原子核为中心的球体，只有一个伸展方向第49页,共68页，2024年2月25日，星期天p能级的原子轨道图（纺锤形）①np能级有三个能量相等的原子轨道，px、py、pz，纺锤形，相互垂直。②n越大，原子轨道半径越大2p3pp电子的原子轨道（电子云）的形状是纺锤形（或称哑铃形），其伸展方向是互相垂直的三个方向（Px、Py、Pz）。第50页,共68页，2024年2月25日，星期天d能级的原子轨道图nd能级有5个能量相等的原子轨道第51页,共68页，2024年2月25日，星期天+现代原子结构模型原子轨道能级spdf原子轨道数13571s2s3s4s5s2p3p4p5p3d4d5d4f5f5g第52页,共68页，2024年2月25日，星期天能级组6s4f5d6p5s4d5p4s3d4p3s3p2s2p1s1s2s3s4s5s6s能量接近的原子轨道划分为一个“能级组”第53页,共68页，2024年2月25日，星期天八：核外电子的排布原则①能量最低原理

多电子原子在基态时核外电子优先占据能量最低的轨道。－－自然界的普适规律②泡利原理

每个原子轨道最多只能容纳2个自旋方向相反的电子

。用↑↓表示自旋方向自旋顺时针逆时针能级spdf原子轨道数1357最多容纳电子数261014第54页,共68页，2024年2月25日，星期天能层（n）12345符号KLMNO能级sspspdspdfspdfg轨道113135135713579轨道容纳电子数226261026101426101418最多容纳电子数28183250原子核外电子的排布：第55页,共68页，2024年2月25日，星期天③洪特规则

当电子排布在同一能级的不同轨道时，总是优先单独占据一个轨道，而且自旋方向相同。总能量最低－－能量最低原理的特例推论：当轨道被电子半充满或全充满时最稳定。相对稳定的状态全充满（p6，d10，f14）全空时（p0，d0，f0）半充满（p3，d5，f7）【思考】从洪特规则解释Cr和Cu的核外电子排布？第56页,共68页，2024年2月25日，星期天注意第57页,共68页，2024年2月25日，星期天24Cr原子的电子排布图:1s22s22p63s23p63d5

4s1不是3d44s2

1s22s22p63s23p63d10

4s129Cu原子的电子排布图:不是3d94s2第58页,共68页，2024年2月25日，星期天（4）电子排布图（轨道表示式）：核外电子运动状态的描述：能层、能级、原子轨道、自旋方向例．以下表示氦原子结构的化学用语中，对电子运动状态描述最详尽的是（）

A．：B．C．1s2D．HeD

在电子排布图中，用方框表示原子轨道，用箭头表示电子。第59页,共68页，2024年2月25日，星期天↑↓LiBeBC↑↓1s2s↑↓↑↑↓↑↓1s2s↑2p↑↓↑↓1s2s↑↑2p1s2sNO↑↓↑↓1s2s↑↑↑2p↑↓↑↓1s2s↑↑↑↓2pFNe↑↑↑↓↓↑↓1s2s2p↑↓↑↓1s2s2p↑↑↑↓↓↓↑↓【思考】请写出第二周期元素原子的电子排布图（即轨道表示式）？第60页,共68页，2024年2月25日，星期天【练习】某元素原子的最外层2p轨道上有2个未成对电子。请写出该元素原子的价层电子的轨道表示式？O↑↓2s↑↑↑↓2pF↑↑↑↓↓2s2p↑↓【练习】某元素原子的L层上有3对成对电子。请写出该元素原子的价层电子的轨道表示式？C↑↓2s↑↑2p第61页,共68页，2024年2月25日，星期天区别原子的电子式、原子结构示意图、核外电子排布式、电子排布图（轨道表示式）。轨道表示式电子排布式原子结构示意图电子式↑↑1s2s2p↑↓↑↓1s22s22p2+624C····以C为例:简化电子排布式[He]2s22p2第62页