化学选修3-1.1原子结构课件

1、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一、研究物质的组成与结构构二、研究物质的性质、变化、合成二、研究物质的性质、变化、合成二者的关系如何？二者的关系如何？结构决定性质、性质反映结构结构决定性质、性质反映结构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第一章原子结构与性质第一章原子结构与性质第一节原子结构第一节原子结构背景知识回顾背景知识回顾 1 1、 什么叫电子层？什么叫电子层？在含有多个电子的原子里在含有多个电子的原子里,电子分电子分别在能量不同的区域内运动别在能量不同的区域内运动,这种这种不同的区域称为电子层不同

2、的区域称为电子层2 2、原子核外电子排布有哪些规律？、原子核外电子排布有哪些规律？(1)(1)核外电子总是尽量先排布在能量较低的电子核外电子总是尽量先排布在能量较低的电子层，然后由里向外，依次排布在能量逐步升高层，然后由里向外，依次排布在能量逐步升高的电子层的电子层( (能量最低原理能量最低原理) )。(2)(2)原子核外各电子层最多容纳原子核外各电子层最多容纳2n2n2 2个电子。个电子。(3)(3)原于最外层电子数目不能超过原于最外层电子数目不能超过8 8个个(K(K层为最层为最外层时不能超过外层时不能超过2 2个电子个电子) )。(4)(4)次外层电子数目不能超过次外层电子数目不能超过1

3、818个个(K(K层为次外层层为次外层时不能超过时不能超过2 2个个) )，倒数第三层电子数目不能超，倒数第三层电子数目不能超过过3232个。个。背景知识回顾背景知识回顾1公元前公元前5世纪，希腊哲学家世纪，希腊哲学家德德谟克利特谟克利特等人认为等人认为 ：万物是由：万物是由大量的不可分割的微粒构成的，大量的不可分割的微粒构成的，即原子。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、不可分割、一切物质都是由不可见的、不可分割的原子组成，原子

4、不可自生自灭的原子组成，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、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。、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。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，其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，

5、中和了正电荷，从而中镶嵌着许多电子，中和了正电荷，从而形成中性原子形成中性原子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人类认识原子人类认识原子的过程的过程 人类在认识自然的过人类在认识自然的过程中，经历了无数的艰程中，经历了无数的艰辛，正是因为有了无数辛，正是因为有了无数的探索者，才使人类

6、对的探索者，才使人类对事物的认识一步步地走事物的认识一步步地走向深入，也越来越接近向深入，也越来越接近事物的本质事物的本质。随着现代。随着现代科学技术的发展，我们科学技术的发展，我们现在所学习的科学理论，现在所学习的科学理论，还会随着人类对客观事还会随着人类对客观事物的认识而不断地深入物的认识而不断地深入和发展和发展。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宇宙大爆炸模拟图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少量的氦少量的氦极少量的锂极少量的锂原子核的原子核的融合反应融合反应合成合成其他元素其他元素一一. .开天辟

7、地开天辟地原子的诞生原子的诞生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 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 我们已经知道，多电子原子的核外电我们已经知道，多电子原子的核外电子的能量是不同的。子的能量是不同的。原子核外电子是怎样排布的呢？原子核外电子是怎样排布的呢？二二、能层与能级、能层与能级1.能层（即电子层）能层（即电子层）(1)概念：多电子原子的核外电子的能量是不同的，按概念：多电子原子的核外电子的能量是不同的，按电子的能

8、量差异，可以将核外电子分成不同的能层。电子的能量差异，可以将核外电子分成不同的能层。即电子层即电子层(2)表示方法及各能层最多容纳的电子数表示方法及各能层最多容纳的电子数能层能层一一二二三三四四五五六六七七符号符号KLMNOPQ最多电最多电子数子数28183250依据核外电子的能量不同：依据核外电子的能量不同：离核远近：离核远近：近近 远远 能量高低：能量高低：低低 高高核外电子分层排布核外电子分层排布1234567KLMNOPQ钠的原子结构示意图为：钠的原子结构示意图为： 11个电子分布在个电子分布在3个不同的能层，处于不同能个不同的能层，处于不同能层的电子的能量肯定不同；那么，处于层的电子

9、的能量肯定不同；那么，处于L层的层的8个个电子其能量是否都相同呢？电子其能量是否都相同呢？2.能级能级（即即电子亚层）电子亚层）(1)概念：在多电子原子中，同一能层的电子，能量概念：在多电子原子中，同一能层的电子，能量也可能不同，还可以把它们分成能级。即也可能不同，还可以把它们分成能级。即亚层亚层(2)表示方法及各能级所容纳的最多电子数：表示方法及各能级所容纳的最多电子数：能能 层层 K L M N O K L M N O 能能 级级 1S 2s 2p 3s3p3d 4s 4p 4d 4f 5s5p1S 2s 2p 3s3p3d 4s 4p 4d 4f 5s5p 最多电子数最多电子数 2 2

10、6 2 6 10 2 6 10 14 2 6 2 2 6 2 6 10 2 6 10 14 2 6 1、原子核外电子的每一个能层最多可容纳的电、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子数与能层的序数(n)间存在什么关系？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、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？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）（2n2 ）s 122p 326d 5210f 7214g 9218不同能层中的不同能层中的s s、p p、d d、f f、g g能级能级最多最多能容纳能容纳的电子数是相同的，的电子数

11、是相同的，分别是分别是1 1、3 3、5 5、7 7的的2 2倍即倍即2 2 、 6 6 、 1010 、 14143、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？温馨提醒温馨提醒I.能级符号：能级符号：ns、np、nd、nf(n(n代表能层代表能层) )II.能级能量关系能级能量关系(1)同能层不同能级，能级越高，能量越高：同能层不同能级，能级越高，能量越高：如：如：E3s E3p E3d (2)不同能层同种能级，能层序数越大，能量越高，不同能层同种能级，能层序数越大，能量越高，如如E1s E2s E3s E4sIII.各能层

12、拥有的能级种数：各能层拥有的能级种数：能级种数能级种数 = 该能层序数该能层序数IV.各能级容纳的最多电子数各能级容纳的最多电子数ns：2；np：6；nd：10；nf：14 原子的核外电子可以完全按能层次序排布，原子的核外电子可以完全按能层次序排布，填满一个能层再开始下一个能层吗？填满一个能层再开始下一个能层吗？ 为什么钾原子的排布不是为什么钾原子的排布不是2、8、9，而是而是2、8、8、1呢？呢？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能级顺序进行填充一定的能级顺序进行填充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-1

13、s-2s-2p-3s-3p-4s-3d-4p-5s-4d-3d-4p-5s-4d-构造原理：构造原理：随原子核电荷数随原子核电荷数递增，绝大多数递增，绝大多数原子核外电子的原子核外电子的排布遵循如右图排布遵循如右图的排布顺序，这的排布顺序，这个排布顺序被称个排布顺序被称为构造原理为构造原理2 2、电子排布式：、电子排布式：氢氢 H H钠钠 Na Na 钾钾 K K1s1s2 22s2s2 22p2p6 63s3s1 11s1s2 22s2s2 22p2p6 63s3s2 23p3p6 64s4s1 11s1s1 1用数字在能级符号右上角表明该能级上的排用数字在能级符号右上角表明该能级上的排布的

14、电子数。布的电子数。练习：练习：试书写试书写N、Cl、K、26Fe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整个原子的能量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请根据构造原理，写出下列元素原子的电子请根据构造原理，写出下列元素原子的电子排布式：排布式：（1 1）N N 。（2 2）Ne Ne 。（3 3）S S 。（4 4）Ca Ca 。（5 5）2929Cu 1sCu 1s2 22s2s2 22p2p6 63s3s2 23p3p6 63d3d10104s4s1 1 （6 6）3232Ge 1sGe

15、1s2 22s2s2 22p2p6 63s3s2 23p3p6 63d3d10104s4s2 24p4p2 2K的电子排布式：1s22s22p63s23p64s1Fe的电子排布式：1s22s22p63s23p63d64s229Cu的电子排布式：1s22s22p63s23p63d104s1 32Ge的电子排布式：1s22s22p63s23p63d104s24p2注：书写电子排布式时，能层低的能级写在左边，不能按填充顺序写（电子按能量由低到高顺序填充，遵循构造原理）原子实原子实：电子排布式书写过繁，可以把内层电子已：电子排布式书写过繁，可以把内层电子已达到稀有气体结构的部分写成达到稀有气体结构的部

16、分写成“原子实原子实”。以稀有。以稀有气体的元素符号外加方括号表示。气体的元素符号外加方括号表示。钠钠NaNa的核外电子排布为：的核外电子排布为：1s1s2 22s2s2 22p2p6 63s3s1 1，其中其中第第1 1、2 2电子层与原子核组成原子实，也可写作电子层与原子核组成原子实，也可写作Ne3sNe3s1 1。 NeNe是指与是指与氖氖 NeNe（1s1s2 22s2s2 22p2p6 6）的结构的结构相同。相同。钾钾K K的电子排布为：的电子排布为：1s1s2 22s2s2 22p2p6 63s3s2 23p3p6 64s4s1 1，也可写作，也可写作Ar4sAr4s1 1。铜。铜

17、CuCu为：为：1s1s2 22s2s2 22p2p6 63s3s2 23p3p6 63d3d10104s4s1 1，也可写，也可写作作ArAr3d3d10104s4s1 1。3.3.简化电子排布式：简化电子排布式：Ne3sNe3s1 1写出第写出第8 8号元素氧、第号元素氧、第1414号元素硅和第号元素硅和第2626号元素号元素铁的简化电子排布式吗？铁的简化电子排布式吗？上式方括号里的符号的意义是：上式方括号里的符号的意义是：该元素前一个周期的惰性气体电子排布结构该元素前一个周期的惰性气体电子排布结构O O：He2sHe2s2 22p2p4 4 SiSiNe3sNe3s2 23p3p2 2

18、FeFeAr3dAr3d6 64s4s2 2钠钠 NaNa的简化电子排布式：的简化电子排布式：书写简化电子排布式时要特别注意第四周期书写简化电子排布式时要特别注意第四周期元素的元素的3d能级能级。如将。如将Br写成写成Ar4s24p5是错是错的，而应该为的，而应该为Ar3d104s24p5。说明：在化学反应中，原子的外围电子发生说明：在化学反应中，原子的外围电子发生变化而变化而“原子实原子实”不受影响，所以描述原子不受影响，所以描述原子核外电子排布时，也可以省去核外电子排布时，也可以省去“原子实原子实”，仅写出原子的外围电子排布式（对主族元素仅写出原子的外围电子排布式（对主族元素的原子，外围电

19、子又称价电子）的原子，外围电子又称价电子）O O：2s2s2 22p2p4 4 SiSi：3s3s2 23p3p2 2FeFe：3d3d6 64s4s2 2外围电子排布(价电子排布式)价电子：即能够影响元素化合价的电子。主族元素：价电子即为最外层电子。过渡元素：价电子包括最外层电子和次外层d能级电子(镧系和锕系元素还包括倒数第三层f能级上的电子)。道尔顿的原子学说曾经起了很大的作用。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

20、球性质和质量都相同；原子是微小的实心球体。从现代原子体。从现代原子分子学说的观点看，你分子学说的观点看，你认为不正确的是（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 。在同一能层中，各。在同一能层中，各能级的能量按能级的能量按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，同一理论研究证明，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，第三能层有它们分成能级，第三能层有3 3个能级分

21、别个能级分别为为 。越低越低增大增大 。 3S 3P 3d4.4.下列各原子的电子排布正确的是下列各原子的电子排布正确的是 A. Be 1s22s12p1 B. C 1s22s22p2 C. He 1s12s1 D. Cl 1s22s22p63s23p5BD 5.5.书写书写 电子排布式电子排布式Kr Br6下列各原子或离子的电子排下列各原子或离子的电子排布式错误的是（布式错误的是（ ） A. Al 1s22s22p63s23p1 B. O2- 1s22s22p6 C. Na+ 1s22s22p6 D. Si 1s22s22p2D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

22、态、光谱四、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内容：原子的电子排布遵循构造原理能内容：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使整个原子的能量处于最低状态,简称简称能量最低原理。能量最低原理。电子先占有能量低的能级，然后依次进入电子先占有能量低的能级，然后依次进入能量高的能级能量高的能级2.基态与激发态基态与激发态基态原子：处于最低能量的原子。基态原子：处于最低能量的原子。(稳定稳定)激发态原子：基态原子的电子吸收能量后，电子激发态原子：基态原子的电子吸收能量后，电子会跃迁到较高能级，变成激发态原子。会跃迁到较高能级

23、，变成激发态原子。(不稳定不稳定)吸收吸收能量能量放出放出能量能量不同元素的原子发生跃迁时会吸收或释放不同的能不同元素的原子发生跃迁时会吸收或释放不同的能量量 表现为光的形式表现为光的形式节日燃放的焰火节日燃放的焰火与电子跃迁有关与电子跃迁有关激光源激光源夜空中的激光夜空中的激光跟进练习跟进练习 根据下列电子排布，处于激发态的原子根据下列电子排布，处于激发态的原子是是( )A.1s22s22p1 B.1s22s22p63s23p4C.1s22s12p1 D.1s22s22p4C3.原子光谱原子光谱内容：内容：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

24、用光谱仪摄取各种元素的电子的吸不同的光，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，总称原子光谱。收光谱或发射光谱，总称原子光谱。基态原子基态原子 激发态原子激发态原子吸收能量，吸收光谱吸收能量，吸收光谱放出能量，发射光谱放出能量，发射光谱可利用原子光谱上的特征谱线来鉴定可利用原子光谱上的特征谱线来鉴定元素，称为元素，称为光谱分析光谱分析锂、氦、汞的发射光谱锂、氦、汞的发射光谱锂、氦、汞的吸收光谱锂、氦、汞的吸收光谱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 2p63p1属于基态；属于基态； 3）1s22s2 2p6

25、3d1属于激发态；属于激发态；答案：答案： (1) (2) (3)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所处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；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。1.电子的质量很小，只有电子的质量很小，只有9.1110-31千千克；克；2.核外电子的运动范围很小（相对于宏核外电子的运动范围很小（相对于宏观物体而言）；观物体而言）；3.电子的运动速度很大；电子的运动速度很大；

26、4.无固定轨道无固定轨道测不准测不准图中图中 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单核外空间单位体积内位体积内出现的概率的大小。出现的概率的大小。氢原子的氢原子的1s1s电子在原子核电子在原子核外出现的概率分布图外出现的概率分布图1 1、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。间的概率密度分布的形象化描述。P：表示电子在某处：表示电子在某处出现的概率出现的概率V：表示该处的体积：表示该处的体积P/V：概率密度

27、，用：概率密度，用表示。表示。2.电子云轮廓图电子云轮廓图同一原子的同一原子的s电子的电子云轮廓图电子的电子云轮廓图(1) s电子电子云形状电子电子云形状 是以原子核为中心的球体是以原子核为中心的球体(2)p(2)p电子云的形状是哑铃形，其伸展方向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（是互向垂直的三个方向（P Px x、P Py y、P Pz z）五、电子云与原子轨道五、电子云与原子轨道 2. 原子轨道原子轨道d d能级的原子轨道图能级的原子轨道图花瓣形花瓣形五、电子云与原子轨道五、电子云与原子轨道 2. 原子轨道原子轨道f f能级的原子轨道图能级的原子轨道图归纳总结归纳总结

28、电子云的形状电子云的形状 s电子云电子云 p电子云电子云 d电子云电子云 球形球形 哑铃形哑铃形 花瓣形花瓣形3.原子轨道原子轨道内容：量子力学把电子在原子核外的一个空间运动内容：量子力学把电子在原子核外的一个空间运动状态称为一个原子轨道。状态称为一个原子轨道。跟进练习跟进练习(1)能层符号用能层符号用_表示。表示。(2)能级符号用能级符号用_表示。表示。(3)ns能级有能级有_个轨道，呈个轨道，呈_形；形；np能级有能级有_个轨道，呈个轨道，呈_形；形；nd能级有能级有_个轨道；个轨道；nf能级有能级有_个轨道。个轨道。(4)各能级最多容纳的电子数是：各能级最多容纳的电子数是：ns：2个；个

29、；np：6个；个；nd：10个；个；nf：14个。个。小结：小结：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）相同电子层上原子轨道能量高低：）相同电子层上原子轨道能量高低：nsnpndnf（2）形状相同的原子轨道能量高低）形状相同的原子轨道能量高低 1s2s3s4s（3）电子层和形状相同的原子轨道能量相等：）电子层和形状相同的原子轨道能量相等： 2Px2Py2Pzsxzpxxzpyxypzxzdxyxydyzyzdxzxzdx2-y2xydz2xz六六、泡利原理和洪特规则、泡利原理和洪特规则1.泡利（泡利（不相容不相容）原理）原理内容内容：在一个原子轨道里，最多只能容在一个原子轨道里

30、，最多只能容纳纳2个个电子，而且它们的自旋状态电子，而且它们的自旋状态相反相反。2.电子排布图电子排布图 用方框表示原子轨道，用箭头表示电子。箭用方框表示原子轨道，用箭头表示电子。箭头方向表示电子的自旋状态。头方向表示电子的自旋状态。例如，锂例如，锂(Li)原子原子原子结构示意图原子结构示意图 电子排布式电子排布式 电子排布图电子排布图1s22s11s 2s平式平式(常用常用) 表示到能层表示到能层 表示到能级表示到能级 表示到轨道、自旋表示到轨道、自旋写出镁原子的电子排布式、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图电子排布式电子排布式如：氖原

31、子的轨道表示式如：氖原子的轨道表示式及时跟进及时跟进 完成下表。完成下表。原子结构示意图原子结构示意图电子排布式电子排布式电子排布图电子排布图FOClCa大胆试大胆试一一试试 写出基态写出基态N原子的电子排布图。原子的电子排布图。 1s 2s 2p1s 2s 2p1s 2s 2p?3.洪特规则洪特规则内容：内容：当电子排布在同一能级的不同轨道时，基态当电子排布在同一能级的不同轨道时，基态原子中的电子总是优先单独占据一个轨道，而且自原子中的电子总是优先单独占据一个轨道，而且自旋状态相同。旋状态相同。及时巩固及时巩固 (1)写出下列原子：写出下列原子：C、O、P的电子排布图。的电子排布图。(2)写

32、出铁原子的价电子的电子排布图。写出铁原子的价电子的电子排布图。温馨提醒温馨提醒 弄清弄清“成对电子成对电子”与与“未成对电子未成对电子”的的概念。概念。动手一试动手一试 写出写出24Cr、29Cu两种原子的电子排布式。两种原子的电子排布式。洪特规则的特例：洪特规则的特例：当同一能级上的电子排布为全当同一能级上的电子排布为全充满充满(s2 、 p6、d10)、半充满、半充满(s1 、 p3、d5、)和全空和全空状态状态(s0 、 p0、d0、)时，具有较低的能量和较大的时，具有较低的能量和较大的稳定性。稳定性。重点掌握重点掌握 Cr：1s22s22p63s23p63d54s1 或或 Ar3d54s1Cu：1s2