【课件】第一章第一节原子结构课件2022-2023学年下学期高二化学人教版（2019）选择性必修2

分子结构原子结构晶体结构结构性质决定原子：是化学变化中最小的粒子；化学反应的实质：是原子的重新组合。第一节

原子结构第一章原子结构与性质人类认识原子的过程结合所学，请画出钠原子原子结构示意图，谈谈你对原子结构的认识。核电荷数=核内质子数=核外电子数质量数(A)

=质子数(Z)

+中子数(N)任务一、回顾原子结构①第n层最多可容纳的电子数为1、

能层（n）——电子层

(1)分类依据：多电子原子核外电子的

是不同的，按

差异，可以将核外电子分成不同的能层。核外电子的能量能量任务二、学习能层与能级(2)核外电子的排布规律：2n2

②最外层最多容纳8个电子（K层为最外层最多只能容纳2个电子。）

次外层最多只能容纳18个电子。④

核外电子总是尽量先排满能量最低、离核最近的电子层。失电子总是先失最外层电子。③将各能层按能量从低到高排序为：E(K)＜E(L)＜E(M)＜E(N)＜E(O)＜E(P)＜E(Q)即离原子核越近，能量越低。能层越高，电子层的能量越高。依据核外电子的能量不同：离核远近：近远能量高低：低高钠原子光谱实验钠原子光谱

分析钠原子光谱时发现：即便是相同的能层之间发生电子跃迁，对于这个现象，你会提出何种假设？2、能级(1)分类依据：在多电子原子中，同一能层的电子，能量也可能

，还可以把它们分成

。不同能级(电子亚层)规定：1.任一能层的能级数=能层序数。2.能级符号按照s、p、d、f、g……排序。3.任一能层的能级总是从s开始。4.能级符号前面用数字表示能层序数。3、能层与能级各能层所包含的能级类型及各能层、能级最多容纳的电子数能层(n)一二三四五六七符号KLMNOPQ能级(l)1s2s2p3s3p3d4s4p4d4f······最多容纳的电子数2262610261014······2818322n2规律1、在每一能层中，能级符号的顺序是ns、np、nd、nf……（n代表能层）2、任一能层的能级总的从s能级开始，而且能级数等于该能层序数。4、以s、p、d、f……排序的各能级可容纳的最多电子数依次为1、3、5、7……的二倍。3、每一能层最多可容纳2n2个电子（1）一个能层的能级与能层序数（n）间存在什么关系？一个能层最多可容纳的电子数与能层序数（n）间存在什么关系?（2）以s、p、d、f、为符号的能级分别最多可容纳多少电子？3d、4d、5d能级所能容纳的最多电子数是否相同？（3）第五能层最多可容纳多少电子？它们分别容纳在几个能级中？各能级最多容纳多少个电子？（注：高于f的能级不用符号表示。）一个能层的能级序数与能层序数（n）相等。一个能层最多可容纳的电子数=2n2s能级最多容纳2电子，p能级最多可容纳6个电子，d能级最多可容纳10个电子，f能级最多可容纳14个电子。3d、4d、5d能级所能容纳的最多电子数相同第五能层最多可容纳50个电子，它们分别容纳在5个能级中，5s能级最多容纳2个电子，5p能级最多容纳6个电子，5d能级最多容纳10个电子，5f能级最多容纳14个电子，还有一个能级最多容纳18个电子。思考与讨论P71、若n＝3，以下能级符号错误的是()A.np B.nfC.nd D.ns2.下列有关认识中正确的是()A.在同一能层不同能级上的电子，其能量肯定不同B.各能层的能级都是从s能级开始至f能级结束C.各能层含有的能级数为n－1D.各能层含有的电子数为2n2BA问题2

研究核外电子排布的实验依据是什么？1、能量最低原理原子的电子排布遵循构造原理使整个原子的能量处于

状态最低2、基态原子与激发态原子最低能量较高吸收释放二、基态与激发态原子光谱E0E1E2E3En基态原子激发态原子吸收能量释放能量发射光谱吸收光谱能量较高能量最低3、光谱与光谱分析基态KLMN激发态KLMN能量能量KLMN光KLMN不稳定吸收能量电子跃迁释放能量光能量能量基态激发态特别提醒：①电子的跃迁是物理变化②一般在能量相近的能级间发生电子跃迁。（电子总数不变）③激发态原子不稳定，易释放能量变为基态原子。

不同元素的原子，电子发生跃迁时会吸收或释放不同的光，可以用光谱仪摄取各种元素原子的发射光谱或吸收光谱，总称原子光谱。发射光谱吸收光谱特征:暗背景、亮线、

线状不连续特征:亮背景、暗线、线状不连续4、原子光谱同一原子发射光谱中的亮线和吸收光谱中的暗线的位置对应相同。LiHeHg

5、原子光谱的应用(1)现代化学常利用原子光谱上的特征谱线来鉴定发现元素，称为光谱分析。He氦如：铯（1860年）和铷（1861年），其光谱中有特征的篮光和红光。1868年科学家们通过太阳光谱的分析发现了稀有气体氦。(2)检验元素问题：解释金属的焰色试验的原因？

金属原子中,核外电子按一定轨道顺序排列,轨道离核越远,能量越高。灼(燃)烧时,电子获得能量,能量较低的电子发生跃迁,从基态变为激发态。随即电子又从能量较高的激发态跃迁到能量较低的激发态乃至基态,便以光(辐射)的形式释放能量,形成不同的焰色。(3)生产生活焰火霓虹灯光激光荧光LED灯光光(辐射)是电子释放能量的重要形式之一。焰火、霓虹灯光、激光、荧光、LED灯光等都与核外电子跃迁释放能量有关。以下现象与核外电子的跃迁有关的是()①霓虹灯发出有色光②棱镜分光③激光器产生激光④石油蒸馏⑤凸透镜聚光⑥燃放的焰火，在夜空中呈现五彩缤纷的礼花⑦日光灯通电发光⑧冷却结晶A.①③⑥⑦ B.②④⑤⑧C.①③⑤⑥⑦ D.①②③⑤⑥⑦A总结：（1）原子光谱实验为原子模型的建构提供证据。（2）核外电子在不同能级的跃迁会产生原子光谱。新的问题（1）核外电子在能级中依据什么规律排布？（2）核外电子在能级中的排布又可以如何表示？任务一

回顾1-18号元素的原子结构示意图结合H、He的原子结构示意图可知，电子首先填入能量最低的1s能级，直至将该能级填满。能层KLMN最多电子数281832能级1s2s2p3s3p3d4s4p4d4f填充电子数22.对于Li和Be，当1s能级填满之后，电子优先填入能量较低的2s能级，直至填满。23.对于B至Ne元素，在1s、2s能级填满后，电子填入2p能级，直至2p能级填满。64.对于Na至Ar元素，电子首先填入3s能级。填满后，继续填入3p能级，直至3p能级填满。小结核外电子在能级中的排布顺序：能层KLMN最多电子数281832能级1s2s2p3s3p3d4s4p4d4f填充电子数226261s

→2s

→2p

→3s

→3p任务二根据核外电子在能层中的排布规律，画出K的原子结构示意图。分析K中电子填入的能量最高的能级，并说明判断的依据。最外层电子数不能多于8+19289+192881根据核外电子在能层中的排布规律，画出K的原子结构示意图。分析K中电子填入的能量最高的能级，并说明判断的依据。能层KLMN最多电子数281832能级1s2s2p3s3p3d4s4p4d4f填充电子数226261核外电子在能级中的排布顺序：1s

→2s

→2p

→3s

→3p→4s

从第3电子层开始出现此现象。如：E4s<E3d，E5s<E4d，E6s<E4f<E5d。源于光谱学事实

随核电荷数递增,电子并不总是填满一个能层后再开始填入下一个能层,如电子是按3p→4s→3d的顺序而不是按3p→3d→4s的顺序填充的,这种现象被称为能级交错。3、能级交错：

电子在能级中的排布规律构造原理

以光谱学事实为基础，从1s能级开始，随核电荷数递增，新增的电子填入能级的顺序称为构造原理。请根据构造原理分析25Mn的核外电子在能级中的排布。第一步根据构造原理列出能级排布的顺序第二步将核外电子依次填入其中请根据构造原理分析25Cr、29Cu的核外电子在能级中的排布。

作为一个理论模型，构造原理具有一定的局限性。对于个别特殊的过渡元素核外电子的排布并不适用。能级排布顺序1s2s2p3s3p4s3d4p填充电子数2262615能级排布顺序1s2s2p3s3p4s3d4p填充电子数2262611024Cr的核外电子在能级中的排布：29Cu的核外电子在能级中的排布：新的问题（1）核外电子在能级中依据什么规律排布？（2）核外电子在能级中的排布又可以如何表示？1、概念：用数字在能级符号

角标明该能级上排布的电子数，并按照

从左到右的顺序排列的式子，称为电子排布式。右上能层Na：1s22s22p63s1KLM能层序数能级符号该能级上排布的电子数填——依构造原理中的顺序填写——能层小的写在前边2、电子排布式书写(1)简单原子的电子排布式（前20号元素）

按照构造原理将电子依次填充到能量逐渐升高的能级中。如：6C：__________；

10Ne：__________；17Cl：_______________；

19K：

。(2)复杂原子的电子排布式（前36号元素）对于较复杂原子的电子排布式，应先按构造原理从低到高排列，然后将同能层的能级移到一起。如26Fe，先排列为1s22s22p63s23p64s23d6，然后将同一能层的能级排到一起，即该原子的电子排布式为_______________________。1s22s22p21s22s22p61s22s22p63s23p51s22s22p63s23p64s1二、电子排布式1s22s22p63s23p63d64s219K1s22s22p63s23p6

4s1Ar简化K：[Ar]4s1[Ｘ]简称“原子实”①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②方括号后的电子层称为价电子层(3)简化电子排布式二、电子排布式26Fe1s22s22p63s23p63d64s2Ar简化Fe：[Ar]3d64s2Fe：[Ar]3d64s2（1）“价电子层”定义：为突出化合价与电子排布的关系，将在化学反应中可能发生电子变动的能级称为价电子层(简称价层)。（2）价电子的位置：①对于主族元素和零族元素来说，价电子即最外层电子。表示方法：nsx或nsxnpy

②对于副族和第VIII族元素来说，价电子除最外层电子外，还可能包括次外层电子3、价层电子排布式二、电子排布式如：Cl的价层电子排布式为3s23p5；化合价为-1、+7…如：Mn的价层电子排布式为3d54s2。

化合价为+7,+2….（1）按构造原理写出稀有气体氦、氖、氩、氪、氙、氡的基态原子的最外层电子排布；除氦外它们的通式是什么？He:1s2

Ne:2s22p6

Ar:3s23p6Kr:4s24p6

Xe:5s25p6

Rn:6s26p6通式：ns2np6（3）为突出化合价与电子排布式的关系，将在化学反应中可能发生电子变动的能级称为价电子层（简称价层）。例如，Fe的简化电子排布式为[Ar]3d64s2，价层电子排布为3d64s2。元素周期表只给出价层电子排布。请从书中找出Na、Al、Cl、Mn、Br的价层电子排布。Na：3s1

Al：3s23p1Cl：3s23p5Mn：3d54s2Br：4s24p5思考与交流P11(1)判断该原子变成离子时会得到电子或失去电子数。(2)原子失去电子时，总是优先失去最外层电子。（一般来说，主族元素只失去最外层电子，而副族和第Ⅷ族元素可能会进一步失去内层电子。）(3)原子得到电子形成阴离子时，得到的电子填充在最外层的能级上。(4)离子最外层电子可能超过8个如：Cl－

电子排布式为1s22s22p63s23p6Zn2+电子排布式为1s22s22p63s23p63d104、离子的电子排布式的书写：二、电子排布式1.按要求填空:(1)基态B原子的电子排布式为

。

(2)基态N原子的价电子排布式为____________。

(3)Se原子序数为______,其核外M层电子的排布式为_________。

(4)Li3N晶体中氮以N3-形式存在,基态N3-的电子排布式为____________。

(5)写出基态镓(Ga)原子的电子排布式：

。

1s22s22p1或[He]2s22p12s22p3343s23p63d101s22s22p61s22s22p63s23p63d104s24p1

C2.某元素原子3d轨道上有5个电子，则该原子最外层电子的排布可能是（

）A.4s1B.4s24p1C.4s24p3D.3s23p63d5

A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：

宏观物体的运动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：

核外电子质量小(只有9.11×10-31kg)，运动空间小（相对于宏观物体而言），运动速率大(近光速)；无确定的轨道，无法描述其运动轨迹；不能同时准确的测定其位置和速率。思考1913年，玻尔提出氢原子模型，电子在

上绕核运行。线性轨道1922年诺贝尔物理学奖获得者然而，1926年，玻尔建立的线性轨道模型被量子力学推翻。氢原子模型1926年奥地利物理学家薛定谔提出：可以用一个数学方程描述核外电子的运动状态，为近代量子力学奠定了理论基础。埃尔温·薛定谔(ErwinSchrödinger)核外电子的运动特点量子力学指出：一定空间运动状态的电子并不在玻尔假设的线性轨道上运动，而是在核外空间各处都可以出现，只是出现的概率不同。(核外电子运动空间的不确定性与概率)薛定谔方程1、概率密度

ρ=

（电子在某处出现的概率）（该处的体积）氢原子1s电子的概率密度分布图——核外电子的概率密度分布（看起来像一片云雾）一、电子云（1）定义：电子云是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。2、电子云①小黑点表示电子在原子核外出现的概率密度。②小点越密，表明概率密度越大。（2）注意：

将电子在原子核外空间出现的概率P＝90%

的空间圈出来，绘制电子云的轮廓图，便可描绘电子云的形状。氢原子的1s电子云轮廓绘制过程xyz一、电子云3、电子云轮廓图电子云图难绘制电子云轮廓图1、定义：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__________。2、表示：常用电子云轮廓图的形状和取向来表示原子轨道的形状和取向。

各能级的一个伸展方向的电子云轮廓图即表示一个原子轨道。（1）s能级：只有____个原子轨道，呈_______球形原子轨道1二、原子轨道3、轨道数：xyzp电子的原子轨道：呈_______哑铃形（2）p能级:有____个原子轨道，相对于x、y、z轴_____，它们相互垂直。对称3二、原子轨道3、轨道数：p能级有3个轨道，能量相同，取向不同，称为简并轨道d能级原子轨道（5个）f能级原子轨道（7个）二、原子轨道能层能级原子轨道数原子轨道名称原子轨道形状取向K1s11s球形-L2s12s球形-2p32px、2py、2pz哑铃形相互垂直M3s13s球形-3p33px、3py、3pz哑铃形相互垂直3d5---【归纳总结】能层、能级和原子轨道之间的关系（P14）二、原子轨道②不同能层的同种能级的原子轨道形状

，只是半径

。能层序数n越大，原子轨道的半径

，能量越高。④原子轨道数与能层序数(n)的关系：原子轨道为

个。【分析P14表1-2】n2相同不同越大③p能级有

个原子轨道，它们互相垂直。在同一能层中px、py、pz的能量

，取向不同。同一能级中的轨道能量相等，称为简并轨道3相同①能级与原子轨道数目的关系能级符号nsnpndnf轨道数目1357

每个原子轨道中最多可容纳两个电子，那么这两个电子的运动状态有什么差异呢？钠原子光谱实验斯特恩-盖拉赫实验（1921年）只有1个最外层电子的碱金属原子光谱会在光谱里呈现双线只有1个最外层电子的银原子在外加电场里加速飞行通过一个不对称磁场时会分成两束提出猜想

：轨道中的单电子可能存在两种不同的运动状态1925年：“电子自旋”概念的提出(1)电子自旋的取向：顺时针和逆时针两种取向1925年，乌伦贝克和哥德斯密根据实验事实提出假设：电子除了空间运动状态外，还存在一种运动状态叫自旋。(2)符号表示：自旋相反：↑↓(箭头方向相反);

自旋平行：↑↑或↓↓(箭头方向相同)①自旋是微观粒子普遍存在的一种如同电荷、质量一样的内在属性。

②能层、能级、原子轨道和自旋状态四个方面共同决定电子的运动状态。1.电子自旋与泡利原理③一个原子中不可能存在运动状态完全相同的2个电子即：原子核外的每个电子的运动状态不同(n个电子含n种运动状态)。电子排布图模型：理论支持

核外电子在原子轨道中的排布应该如何表示？1s22s22p4O电子排布式电子排布图(轨道表示式)：表述电子排布的一种图示，能反映各轨道的能量的高低及各轨道上的电子分布情况和自旋方向。电子排布图书写方法：先写出电子排布式(整个电子排布图中各能级的排列顺序要与相应的电子排布式一致)；再用一个方框(也可用圆圈〇)表示一个原子轨道，能量相同的原子轨道(又称简并轨道)的方框相连，s轨道为

，p轨道为,d轨道为

；不同能级中的

要相互分开。用箭头“↑”或“↓”来区别自旋状态不同的电子。能量相同的原子轨道(1)简并轨道：

。(2)电子对：

。(3)单电子：

。(4)自旋平行：

。(5)在氧原子中，有

对电子对，有

个单电子。(6)在氧原子中，有

种空间运动状态，有

种运动状态不同的电子。同一个原子轨道中，自旋方向相反的一对电子一个原子轨道中若只有一个电子箭头同向的单电子称为自旋平行32582.泡利原理在一个原子轨道里，最多只能容纳2个电子，它们的自旋相反，这个原理被称为泡利原理（也称泡利不相容原理）。一个原子轨道里填多少

“不相容”是指同一个原子轨道不能容纳2个自旋取向相同的电子。如：He1s21s1s✔✘电子排布图模型：理论支持

基态原子中，填入简并轨道的电子总是先单独分占且自旋平行。3.洪特规则简并轨道间怎么填

注意：①洪特规则不仅适用于基态原子，也适用于基态离子。

②洪特规则是针对电子填入简并轨道而言的，并不适用于电子填入能量不同的轨道。弗里德里希·洪特洪特规则特例全空、半充满、全充满时相对稳定

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(涉及不同能级)。因为能量相同的原子轨道（同一能级）在全充满(p6、d10、f14)、半充满(p3、d5、f7)、全空(p0、d0、f0)状态时，体系的能量较低，原子较稳定。Cr：1s22s22p63s23p63d44s2Cr：1s22s22p63s23p63d54s1√Cu：1s22s22p63s23p63d94s2Cu：1s22s22p63s23p63d104s1√电子排布图模型：理论支持

3.能量最低原理

①原子的核外电子排布遵循构造原理，使整个原子的能量处于最低状态。②

当能量相同的原子轨道在全充满(p6、d10、f14)、半充满(p3、d5、f7)、

全空(p0、d0、f0)时原子的能量最低。在构建基态原子时，电子将尽可能地先占据能量低的原子轨道，然后依次进入能量高的轨道，使整个原子的能量最低。对于1～36号元素来说，应重点掌握和记忆“1s→2s→2p→3s→3p→4s→3d→4p”这一顺序。原因：整个原子的能量有核电荷数、电子数和电子状态三个因素共同决定。电子排布图模型：理论支持

个例分析：请同学们画出氧原子核外的电子排布图＋8261s22s22p4O1s2s2p1s2s2p1s2s2p1s2s2p1s2s2p1s2s2p1s2s2p1s2s2p1s2s2p①②③④⑤⑥⑦⑧⑨电子排布图模型：初步构建

✘✘(违反

)；能量最低原理(违反

)；能量最低原理✘✘(违反

)；泡利原理(违反

)；泡利原理✘✘(违反

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)；洪特规则洪特规则1s2s2p习惯性约定：先上后下，先左再右✔表示方法原子结构示意图电子式电子排布式简化电子排布式价电子排布式电子排布图价电子排布图以硫(S)为举例S：1s22s22p63s23p4[Ne]3s23p4S：3s23p4基态原子核外电子排布的表示方法S：七图式

1、基态Si原子中，电子占据的最高能层符号为____________，

该能层具有的原子轨道数为_______、电子数为_______。M

9

4

2、第N能层所含能级数、原