化学选修3《原子结构》（课堂PPT）

1、1新课标人教版高中化学选修新课标人教版高中化学选修3 321 1、进一步认识原子核外电子的分层排布、进一步认识原子核外电子的分层排布 2 2、知道原子核外电子的能层分布及其能量关系、知道原子核外电子的能层分布及其能量关系3 3、知道原子核外电子的能级分布及其能量关系、知道原子核外电子的能级分布及其能量关系4 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、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 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、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子排布 6 6、能用电子排布式表示常见元素（、能用电子排布式

2、表示常见元素（1-361-36号）原子核外电子的排号）原子核外电子的排布布 知识与技能知识与技能过程与方法：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。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：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3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原子原子轨道轨道结构模型结构模型 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4小结：人类探索物质结构的历史小结：人类探索物质结构的历史德谟克利特德谟克

3、利特的古代原子学说的古代原子学说道尔顿的近代原子学说（模型）道尔顿的近代原子学说（模型）汤姆生原子模型汤姆生原子模型卢瑟福原子模型卢瑟福原子模型玻尔原子模型玻尔原子模型薛定谔薛定谔电子云模型电子云模型原子结构的衍变过程原子结构的衍变过程51 1氢元素是宇宙中最丰富的元素。氢元素是宇宙中最丰富的元素。2 2宇宙年龄距今约宇宙年龄距今约140140亿年，地球年龄已有亿年，地球年龄已有4646亿年亿年3 3地球上的元素绝大多数是金属，非金属仅有地球上的元素绝大多数是金属，非金属仅有2222种种6数量关系：核电荷数数量关系：核电荷数( (Z Z) = ) = 核内质子数核内质子数 = = 核外电子数核

4、外电子数质量关系：质量数（质量关系：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个个质子质子 Z个个中子中子（AZ）个个原子原子 XA Z二二. .原子结构原子结构质量数：对质子和中子的相对质量取整数相加的数值，质量数：对质子和中子的相对质量取整数相加的数值， 即即近似原子量近似原子量电性关系：原子：电性关系：原子： 质子数核外电子数质子数核外电子数 (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)7构成原子的构成原子的粒子粒子电电 子子原原 子子 核核质子质子中子中子电性和电量电性和电量一个电子一个电子带带

5、一个单位负一个单位负电荷电荷,电量为电量为1.610-19C一个质子一个质子带带一个单位正一个单位正电荷电荷不显电性不显电性质量质量(kg)9.10910-311.67310-271.67510-27相对质量相对质量1 / 18361.0071.008原子构成的粒子及其性质原子构成的粒子及其性质8原子质量主要集中在原子核上。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原子核体积很小，只占原子体积的几亿分之一9【说明】：【说明】： 原子不是实心球体，在原子核外有一个原子不是实心球体，在原子核外有一个“很大很大”的空间的空间 供电子作高速运动。供电子作高速运动。 原子核与电

6、子之间既存在吸引力，又存在排斥力。当达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到平衡时，电子既不会飞离出去，又不会紧贴在原子核上。上。 不是任何原子都由质子不是任何原子都由质子、中子和电子构成。如：中子和电子构成。如：氢原子氢原子。 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。一般质子数于中子数。一般质子数中子数。中子数。10 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。三：能层与能级能层一二三四五六七符号KLMNOPQ最多容纳电

7、子数28183250每一个能层最多可容纳的电子数：2n2能层（电子层）11（1 1）先排能量低的电子层，再排能量高的电子层，）先排能量低的电子层，再排能量高的电子层，由里往外。由里往外。（2 2）每一层最多容纳电子数：）每一层最多容纳电子数：2n2n2 2个。个。（3 3）最外层电子数不超过）最外层电子数不超过8 8个（个（K K层为最外层时不层为最外层时不超过超过2 2个）。个）。（4 4）次外层电子数不超过）次外层电子数不超过1818个，倒数第三层不超个，倒数第三层不超过过3232个。个。核外电子的排布规律核外电子的排布规律: :（一低四不超）（一低四不超）12K L M N O+能级能级

8、1s2s 2p3s 3p 3d4s 4p 4d 4f最多容纳电子数22 62 6 102 6 1014规定，任一能层的能级总是从规定，任一能层的能级总是从 s s 能级开始，依次称能级开始，依次称p p、d d、f f、g g能级能级在多电子原子中，同一能层的电子的能量也可能不同，在多电子原子中，同一能层的电子的能量也可能不同，可可以以将它们分为不同的能级（即电子亚层）。将它们分为不同的能级（即电子亚层）。能级（电子亚层）13【学与问】【学与问】教材教材p5p51 1、原子核外电子的每一个能层最多可容纳的电子数与能、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层的序数(n)(n)间存

9、在什么关系？间存在什么关系？2 2、不同能层分别有多少个能级，与能层的序数间存在什、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么关系？3 3、英文字母相同的不同能级中所能容纳的最多电子数是、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？否相同？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的电子数能容纳的电子数是相同的，各为：是相同的，各为：s 1s 12 22 2p 3p 32 26 6d 5d 52 21010f 7f 72 21414g 9g 92 21818（2n2 ）（所含能级个数能层序数（所含能级个数能层序数n n）14任一能

10、层的能级数等于该能层的序数，依次用ns、np、nd、nf等表示英文字母相同的不同能级的能量高低顺序：英文字母相同的不同能级的能量高低顺序： 1s2s3s4s；2p3p4p; 3d4d不同能层中，符号相同的能级中容纳的最多电子数相同以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。 在同一能层中，能级的能量高低是 nsnpndnf【特别提醒】【特别提醒】15【练习】【练习】1 1 比较下列多电子原子的不同能层中能级的能量高低比较下列多电子原子的不同能层中能级的能量高低（1 1）1s1s、3d 3d （2 2）3s3s、3p3p、3d 3d （3 3）

11、2p2p、3p3p、4p4p2 2 将下列多电子原子的能级按照能量由高到低的顺序排列将下列多电子原子的能级按照能量由高到低的顺序排列 1s1s、4p4p、2s2s、3s3s、5f5f、4s4s16随原子核电荷数递增，绝大多数原子核外电子的排布遵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。循如下图的排布顺序，这个排布顺序被称为构造原理。四：多电子原子的核外电子排布构造原理四：多电子原子的核外电子排布构造原理172s2p3s3p3d4s4p4d4f5s5p5d5f6s6p6d7s7p1s能能量量升升高高能级交错能级能量高低的顺序能量升高能量升高4

12、s3d4p 5s4d5p 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不同层不同能级可由下面的公式得出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为能层序数为能层序数)称为称为能级交错现象能级交错现象18电子排布式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：1s22s22p63s23p63d64s2

13、Fe2+ ：1s22s22p63s23p63d6Fe3+ ：1s22s22p63s23p63d519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电子排布式的书写电子排布式的书写20 试书写试书写7 7N N、1717ClCl、1919K K、2626FeFe、2121ScSc、3535BrBr原子的核原子的核

14、外电子排布式外电子排布式. .【练习】【练习】N：1s2 2s22p3Cl：1s2 2s22p6 3s23p5K：1s2 2s22p6 3s23p6 4s1Fe：1s2 2s22p6 3s23p63d6 4s2Sc：1s2 2s22p6 3s23p63d1 4s2Br：1s2 2s22p6 3s23p63d10 4s24p5根据构造原理只要我们知道原子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排布式，这样的电子排布是基态原子的原子的。21原子序数元素名称元素符号电子排布 K L M N1氢H2氦He3锂Li4铍Be5硼B6碳

15、C7氮N8氧O9氟F10氖Ne1s11s2 2s11s21s2 2s21s2 2s22p11s2 2s22p21s2 2s22p31s2 2s22p41s2 2s22p51s2 2s22p622原子序数元素名称元素符号电子排布 K L M N11钠Na12镁Mg13铝Al14硅Si15磷P16硫S17氯Cl18氩Ar1s2 2s22p6 3s11s2 2s22p6 3s21s2 2s22p6 3s23p11s2 2s22p6 3s23p21s2 2s22p6 3s23p31s2 2s22p6 3s23p41s2 2s22p6 3s23p51s2 2s22p6 3s23p623原子序数元素名称元

16、素符号电子排布 K L M N19钾K20钙Ca21钪Sc22钛Ti23钒V24铬Cr25锰Mn26铁Fe27钴Co28镍Ni1s2 2s22p6 3s23p6 4s11s2 2s22p6 3s23p6 4s21s2 2s22p6 3s23p63d1 4s21s2 2s22p6 3s23p63d2 4s21s2 2s22p6 3s23p63d3 4s21s2 2s22p6 3s23p63d5 4s11s2 2s22p6 3s23p63d5 4s21s2 2s22p6 3s23p63d6 4s21s2 2s22p6 3s23p63d7 4s21s2 2s22p6 3s23p63d8 4s224原

17、子序数元素名称元素符号电子排布 K L M N29铜Cu30锌Zn31镓Ga32锗Ge33砷As34硒Se35溴Br36氪Kr1s2 2s22p6 3s23p63d10 4s24p11s2 2s22p6 3s23p63d10 4s24p21s2 2s22p6 3s23p63d10 4s24p31s2 2s22p6 3s23p63d10 4s24p41s2 2s22p6 3s23p63d10 4s24p51s2 2s22p6 3s23p63d10 4s24p61s2 2s22p6 3s23p63d10 4s11s2 2s22p6 3s23p63d10 4s2【思考】是否所有元素的基态原子的电子排

18、布都遵循构造 原理？铬、铜、银、金等25【练习】请写出K+、S2-、 Cu2+ 离子的电子排布式？K+ ：1s22s22p63s23p6S2- ：1s22s22p63s23p6Cu2+ ：1s22s22p63s23p63d926【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 4s1简化电子排布式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 3d104s24p127【思考与交流】【思考与交流

19、】教材教材P7P7 电子排布式可以简化，如可以把钠的电子排布电子排布式可以简化，如可以把钠的电子排布式写成【式写成【NeNe】3s3s1 1。试问：上式方括号中的符号。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的意义是什么？你能仿照钠原子的简化电子排布式写出布式写出O O、SiSi、FeFe的简化电子排布式吗？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。28 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

20、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：3d64s229六：六：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的能量处于最低状态。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，变成激发态原子被激发跃迁到较高能级，变成激发态原子30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原子光谱 不同元素的原

21、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31Li、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？发射光谱发射光谱特征特征:暗背景暗背景,亮线亮线,线状不连续线状不连续 吸收光谱吸收光谱特征特征:亮背景亮背景,暗线暗线,线状不连续线状不连续32一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

22、定元素。33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34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35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 1）1s1s2 22p2p1 1属于基态；属于基态；2 2）1s1s2 22s2s2 2 2p 2p6 63s3s2 2 3p 3p6 63d3d5 54s4s1 1属于激发态；属于激发态； 3 3）1s1s2 22s2s2 2 2p 2p6 63d3d1 1属于激发态；属于激发态；4 4）1s1s2 22s2s2 2 2p 2p6

23、 63p3p1 1属于基态；属于基态；答案：答案： (1) x(2) x(3)(4) x (1) x(2) x(3)(4) x【练习练习】36七、电子云与原子轨道七、电子云与原子轨道思考思考: : 宏观物体与微观物体（电子）的运动有什宏观物体与微观物体（电子）的运动有什么区别么区别? ?宏观物体的运动特征：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。可以描画它们的运动轨迹。微观物体的运动特征：微观物体的运动特征：电子的质量很小，只有电子的质量很小，只有9.119.111010-31-31千克；千

24、克；核外电子的运动范围很小（相对于宏观物体而言）；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；电子的运动速度很大；测不准测不准37图中图中 表示原子核，一个小黑点代表电表示原子核，一个小黑点代表电子在这里出现过一次子在这里出现过一次38小黑点的疏密表示电子在核外空间单位体积内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。出现的概率的大小。39原子核外电子的运动特征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；4

25、02：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41s能级的原子轨道图（球形）ns能级只有一个原子轨道，球形n越大，原子轨道半径越大s s电子的原子轨道（电子云）形状是以原子电子的原子轨道（电子云）形状是以原子核为中心的球体，只有一个伸展方向核为中心的球体，只有一个伸展方向 42p能级的原子轨道图（哑铃形哑铃形）np能级有三个能量相等能量相等的原子轨道，px、py、pz，哑铃形哑铃形，相互垂直。 n越大，原子轨道半径越大2p3pp p电子的原子轨道（电子云）的

26、形状是哑铃形，其伸展方电子的原子轨道（电子云）的形状是哑铃形，其伸展方向是互相垂直的三个方向（向是互相垂直的三个方向（P Px x、P Py y、P Pz z）。）。 43d能级的原子轨道图 nd能级有5个能量相等的原子轨道44+现代原子结构模型原子轨道能级spdf原子轨道数13571s2s3s4s5s2p3p4p5p3d4d5d4f5f5g45八：核外电子的排布原则能量最低原理 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 。用用表示自旋方向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2

27、6101446能层（n） 12345符号KLMNO能级sspspds pdfspdfg轨道1131351 35713579轨道容纳电子数2262610 2 610 142610 14 18最多容纳电子数28183250原子核外电子的排布：47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。相对稳定的状态相对稳定的状态全充满（全充满（p p6 6，d d1010，f f1414）全空时（全空时（p p0 0，d d0 0，f f0 0）半充满（半充满（p p3 3，d d5 5，f f7

28、 7）【思考】从洪特规则解释Cr和Cu的核外电子排布？48注意注意492424CrCr原子的电子排布图原子的电子排布图: :1s1s2 2 2s2s2 22p2p6 6 3s3s2 23p3p6 63d3d5 5 4s4s1 1不是不是3d3d4 44s4s2 2 1s1s2 2 2s2s2 22p2p6 6 3s 3s2 23p3p6 63d3d1010 4s4s1 12929CuCu原子的电子排布图原子的电子排布图: :不是不是3d3d9 94s4s2 250（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

29、状态描述最详尽的是（ ） A： B C1s2 DHeD 在电子排布图中，用方框表示原子轨道，用箭头表示电子。在电子排布图中，用方框表示原子轨道，用箭头表示电子。51LiBeBC1s2s1s2s2p1s2s2p1s2sNO1s2s2p1s2s2pFNe1s2s2p1s2s2p【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）？52【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 ？O2s2pF2s2p【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 ？C2s2p53原子的电子式、原子结构示意图、核外电子排布

30、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1s2s2p1s22s22p2 +6 2 4C以C为例:简化电子排布式He2s22p254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.BeA.Be1s1s2 22s2s1 12p2p1 1 B.CB.C1s1s2 22s2s2 22p2p2 2 C.HeC.He1s1s1 12s2s1 1 D.ClD.Cl1s1s2 22s2s2 22p2p6 63s3s2 23p3p5 5BDBD2.2.书写下列原子的电子排布式书写下列原子的电子排布式1616S S 2626Fe Fe 2121Sc Sc 2323V V 3434Se Se 3232Ga Ga 3535Br Br 2424Cr Cr 2929Cu Cu 1717ClCl553 3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 6C C、NaNa+ + 1s 1s2 22s2s2 22p2p6 6 D D、Si 1sSi 1s2 22s2s2 22p2p2 24 4下列表达方式错误的是下列表达方式错误的是 ( ) (