化学选修3原子结构(重要_上课用)

1、.,.,引言,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,二、研究物质的性质与变化,思考,二者的关系如何？古希腊的“原性论”哲学和我国古代的炼丹术士认为“吞金可长生” 自然哲学，对这两者的关系是如何认定的？,.,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题？为什么？ 2、O2和O3是同素异形体，空气中的O2是须臾不能离开的，而空气中的O3多于1.2mg/L则有害；CO易燃，CO2却能灭火。这由说明了什么问题？为什么？ 3、分子式为C2H6O的物质可能有图示两种结构，前者与水互溶而后者不能。这也说明了什么问题？,.,思考与交流,4、下图所示两种物质：前者是第一种用医

2、学的磺胺药，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，图中标出了它的两层不同结构的壳。你能说出这两层壳的功用是什么？为什么？,.,引言,分子结构,原子结构,晶体结构,结构,性质,决定,.,一. 原子结构模型（人类对原子结构的认识历史）,第一节 原子结构,.,1、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,.,宇宙大爆炸,大量的氢 少量的氦 极少量的锂,其他元素,1932年勒梅特首次提出了现

3、代宇宙大爆炸理论,原子的诞生,.,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。,.,2、人类认识原子的过程,人类在认识自然的过程中，经历了无数的艰辛，正是因为有了无数的探索者，才使人类对事物的认识一步步地走向深入，也越来越接近事物的本质。随着现代科学技术的发展，我们现在所学习的科学理论，还会随着人类对客观事物的认识而不断地深入和发展。,.,近代原子论,发现电子,带核原子结构模型,轨道原子结构模型,电子云模型,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

4、大量的不可分割的微粒构成的，即原子。,219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。,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。,31897年英国科学家汤姆生发现了电子。,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，从而形成中性原子,41911年，英国物理学家卢瑟福电子绕核旋转的原子结构模型,51

5、913年，丹麦科学家玻尔核外电子分层排布的原子结构模型,620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,人类探索物质结构的历史,1.德谟克利特的古代原子学说,2.道尔顿的近代原子学说（模型）,3.汤姆生原子模型,4.卢瑟福原子模型,5.玻尔原 子模型,6.电子云模型,原子结构的衍变过程,原子的结构,核电荷数=核内质子数=核外电子数,质量数=质子数+中子数,.,【思考与交流】,1. 原子的特点是什么？ 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 原子的大部分质量集中在原子核上,原子核外的电子是分层排布的，根据电子的能量差异，可将核外电子分成不同的能层即电子

6、层。,二、能层与能级,1.能层：（即电子层）,（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:,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，能量也可能不同，不同能量的电子分成不同的能级。（既亚层）,2、能级:,（既电子亚层）,学与问,1、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，

7、与能层的序数间存在什么关系？,（所含能级个数能层序数 n）,（2n2 ）,s 122,p 326,d 5210,f 7214,g 9218,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：,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？,.,三、构造原理与电子排布式 1构造原理 (1)含义 在多电子原子中，电子在能级上的排布顺序是：电子先排在能量_的能级上，然后依次排在能量_的能级上。,低,较高,.,（2）思考感悟 (1)“能层越大，能级的能量越高。”对吗？ (2)为什么K原子的原子结构示意图不是,.,（3）、构造原理与能量最低原理,构造原理： 随原子核电荷数递

8、增，绝大多数原子核外电子的排布遵循如右图的排布顺序，这个排布顺序被称为构造原理。,核外电子总是尽量先排布在能量较低的能级，然后由里向外，依次排布在能量逐步升高的能级。,.,【提示】(1)从构造原理图中可以看出能级的能量高低除了符合E(ns)E(4s)、E(4d)E(5s)、E(5d)E(6s)、E(6d)E(7s)、E(4f)E(5p)、E(4f)E(6s)等。 (2)由于出现能级交错现象，K原子排满第一层和第二层后，在排第三层时，先排满3s能级、3p能级，最后一个电子进入4s能级而不是3d能级，所以它的原子结构示意图为：,存在着能级交错,1s-2s-2p-3s-3p-4s-3d-4p-5s-

9、4d-,核外电子排布的构造原理图,.,原子的电子排布遵循构造原理使整个原子的能量处于最低状态， 简称能量最低原理,.,构造原理中排布顺序的结果,1)相同能层的不同能级的能量高低顺序 ： nsnpndnf 2)英文字母相同的不同能级的能量高低顺序： 1s2s3s4s；2p3p4p; 3d4d 3) 不同层不同能级可由下面的公式得出: ns (n-2)f (n-1)d np (n为能层序数)称为能级交错现象,-各能级的能量高低顺序,4) 不同层不同能级能量由低到高顺序 : 1s 2s 2p3s 3p4s 3d4p5s 4d5p6s 4f5d6p7s 5f6d7p,.,2、电子排布式 将 上所容纳的

10、电子数标在该能级符号 ，并按照能层从左到右的顺序排列的式子，称电子排布式，如氢元素原子的电子排布式为：,能级,右上角,.,电子排布式：,氢 H 钠 Na 钾 K,1s22s22p63s1,1s22s22p63s23p64s1,1s1,.,巩固练习： 写出第四周期元素的原子核外电子排布式,请根据构造原理，写出下列元素基态原子的电子排布式： （1）N 。 （2）Ne 。 （3）S 。 （4）Ca 。 （5）29Cu 。 （6）32Ge 。,.,原子的简化电子排布：,Ne3s1,写出第8号元素氧、第14号元素硅和第26号元素铁的简化电子排布式吗？,上式方括号里的符号的意义是：,该元素前一个周期的惰性

11、气体电子排布结构 原子实：在简化的电子排布式中以稀有气体的元素符号加方括号表示的原子组成部分称为“原子实”。Ne即为原子实,O：He2s22p4 Si：Ne3s23p2 Fe：Ar3d64s2,钠 Na的简化电子排布：,.,2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E 表示某能级的能量，下列能量大小顺序中正确的是 （ ） AE(3s)E(2s)E(1s) BE(3s)E(3p)E(3d) CE(4f)E(4s)E(3d) DE(5s)E(4s)E(4f),练习： 1一个电子排布为1s22s22p63s23p1的元素最可能的价态是( ) A +1 B +2 C +3 D -1,

12、C,A,.,3下列原子或离子的电子排布式错误的是（ ） A、Al 1s22s22p63s23p1 B、O2- 1s22s22p6 C、Na+ 1s22s22p6 D、 Si 1s22s22p2 4下列表达方式错误的是（ ） A 甲烷的电子式 B 氟化钠的电子式 C 硫离子的核外电子排布式 1s22s22p63s23p4 D 碳12原子 126C,D,C,.,【练习】试书写 Cl、K、26Fe原子的核外电子排布式。,Cl: K: 26Fe:,1s2 2s22p6 3s23p5,1s2 2s22p6 3s23p6 4s1,1s2 2s22p6 3s23p63d6 4s2,注意：在书写电子排布式时，

13、能层低的能级要写在左边，按照能层顺序写。,强调：最高能级组电子数为价电子数,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：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（ ） A 只有 B 只有 C 只有 D ,课堂练习,D,在同一个原子中，离核越近、n越小的电子层能量 。在同一能层中，各能级的能量按s、p、d、f的次序 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，还可以把它们分成能级，第三能层有3个能级分别为 。,越低,增大 。,3S 3P 3d,4.下列各原子的电子排布正确的

14、是 A. Be 1s22s12p1 B. C 1s22s22p2 C. He 1s12s1 D. Cl 1s22s22p63s23p5,BD,5.书写下列原子的电子排布式,S Fe Sc V Se Ga Br,6下列各原子或离子的电子排布式错误的是（ ） A. Al 1s22s22p63s23p1 B. O2- 1s22s22p6 C. Na+ 1s22s22p6 D. Si 1s22s22p2,D,.,第二课时,.,四、能量最低原理、基态与激发态、光谱 1能量最低原理 现代物质结构理论证实，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_。,能量最低原理,.,（3）基态与激发

15、态相互转化的关系,2、基态与激发态、光谱,（1）基态原子：处于最低能量的原子叫基态原子。基态原子稳定。,（2）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。激发态原子不稳定，又跃迁回较低能级，并释放能量。,吸收能量,释放能量,.,1s22s22p63s2 基态鎂原子,1s22s22p63s13p1 激发态鎂原子,吸收能量,释放能量,（4）要点提示： 光辐射是电子释放能量的重要形式之一 日常生活中，我们看到的许多可见光，如灯光、霓虹灯光、激光、焰火等都和核外电子发生跃迁后释放能量有关。,.,3.原子光谱:,不同元素的原子的核外电子发生跃迁时会吸收或释放不同频率的

16、光，可以用光谱仪摄取。 各种元素的电子的吸收光谱或发射光谱，总称为原子光谱。,光谱与光谱分析 (1)光谱形成原因 不同元素的原子发生_时会吸收或释放不同的光。 (2)光谱分类 根据光是被吸收或释放，可将光谱分为_ 和_，总称_。,跃迁,吸收光谱,发射光谱,原子光谱,.,锂、氦、汞的发射光谱,锂、氦、汞的吸收光谱,特征:暗背景, 亮线, 线状不连续,特征:亮背景, 暗线, 线状不连续,发射光谱,吸收光谱,.,(3)光谱分析 在现代化学中，利用_上的特征谱线来鉴定元素的分析方法。,原子光谱,.,化学研究中利用光谱分析检测一些物质的存在与含量等,（4） 光谱分析的应用：,通过原子光谱发现许多元素。,

17、如：铯（1860年）和铷（1861年），其光谱中有特征的篮光和红光。 又如：1868年科学家们通过太阳光谱的分析发现了稀有气体氦。,.,下图是锂、氦、汞的吸收光谱和发射光谱。其中图_是原子由基态转化为激发态时的吸收光谱，图_是原子由激发态转化为基态时的发射光谱。不同元素的原子光谱上的特征谱线不同，请在下图中用线段将同种元素的吸收光谱和发射光谱连接。,能量最低原理、基态与激发态、光谱,.,基态与激发态相互转化的应用,焰色 反应,.,焰色反应就是某些金属原子的电子在高温火焰中，接受了能量，使原子外层的电子从基态激跃迁到激发态；处于激发态的电子是十分不稳定的，在极短的时间内（约10s）便跃迁到基态或

18、较低的能级上，并在跃迁过程中将能量以一定波长（颜色）的光释放出来。由于各种元素的能级是被限定的，因此在向基态跃迁时释放的能量也就不同。碱金属及碱土金属的能级差正好对应于可见光范围，于是我们就看到了各种色彩。,焰火呈现五颜六色的原因,1、判断下列表达是正确还是错误 1）1s22p1属于基态； 2） 1s22s2 2p63p1属于基态； 3）1s22s2 2p63d1属于激发态；,答案： (1) (2) (3),课堂练习,五、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。

19、,微观物体的运动特征：,1.电子的质量很小，只有9.1110-31千克； 2.核外电子的运动范围很小（相对于宏观物体而言）； 3.电子的运动速度很大；,测不准,图中 表示原子核，一个小黑点代表电子在这里出现过一次,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。,1s电子在原子核外出现的概率分布图,1、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率密度分布的形象化描述。,(1) s电子电子云形状 是以原子核为中心的球体，只有一个伸展方向,1、电子云,(2)p电子云的形状是哑铃形，其伸展方向是互向垂直的三个方向（Px、Py、Pz）。,P电子云半径同样随着n增大而增大,.,五、电

20、子云与原子轨道,2. 原子轨道,d能级的原子轨道图,.,五、电子云与原子轨道,2. 原子轨道,f 能级的原子轨道图,.,2原子轨道 (1)定义：电子在原子核外的一个空间运动状 态称为一个原子轨道。 (2)数目 ns能级各有1个轨道，np能级各有 个轨道，nd能级各有 个轨道，nf能级各有 个轨道。,3,5,7,电子在原子核外的一个运动空间状态,原子轨道,阅读课本11页表1-2,.,原子轨道的空间取向,.,多电子原子中的能级图,.,六、核外电子排布的原则 (1)能量最低原理：原子核外电子先占有能量低的轨道，然后依次进入能量高的轨道，这样使整个原子处于能量最低的状态。 (2)泡利原理：每个原子轨道

21、上最多只能容纳两个自旋方向不同的电子。如2s轨道上的电子排布为 ，不能为,.,(3)洪特规则：原子核外电子在能量相同的各个轨道上排布时，电子尽可能分占不同的原子轨道，且自旋方向相同，这样整个原子的能量最低。如2p3的电子排布为 ，不能为 (4)洪特规则的特例：有少数元素的基态原子的电子排布对于构造原理有1个电子的偏差。因为能量相同的原子轨道在全充满(如p6和d10)、半充满(如p3和d5)和全空(如p0和d0)状态时，体系的能量较低，原子较稳定。,.,轨道表示式(电子排布图),写出镁原子的电子排布式、电子排布图,1s22s22p63s2,电子排布图,电子排布式,轨道表示式：用每个方框代表一个原子轨道，每个箭头代表一个电子的式子。,如：氖原子的轨道表示式,.,下列电子排布图中哪个是硼的？,A,B,A,下列电子排布图中哪个是碳的？,Cu,当同一能级的电子排布为全充满、半充满状态时具有较低的能量和较大的稳定性。,C,B,A,A,Cr,注意,.,1s,2s，2p,4s,4p,4d,4f