【课件】第一章第一节原子结构课件高二化学人教版（2019）选择性必修2

人教版·高中化学·选择性必修2第一章原子结构与性质第一节原子结构1.1.1能层与能级、基态与激发态、原子光谱、电子云与原子轨道宇宙大爆炸宇宙大爆炸1.化学变化中最小的微粒是什么？2.原子能否再分呢？原子如何构成？3.原子核的构成如何？原子原子核核外电子质子中子{{质量数（Ａ）＝质子数（Ｚ）＋中子数（Ｎ）原子ＺＸＡ原子核核外电子：质子：中子：（Ａ－Ｚ）个Ｚ个Ｚ个核电荷数（Ｚ）＝核内质子数＝核外电子数＝原子序数原子：1、原子的定义：化学反应中的最小微粒。2、原子的结构XAZ±bn±m知识回顾不同时期的原子结构模型时间或年代1803年1903年1911年1913年20世纪20年代中期原子结构模型模型名称

相关科学家道尔顿葡萄干布丁模型汤姆孙核式模型卢瑟福电子分层排布模型玻尔量子力学模型实心球原子模型薛定谔1.能层（电子层）(1)分类依据：在多电子的原子里核外电子的能量不同，根据核外电子的能量差异，将核外电子分成不同的能层，即电子层。(2)能层的表示方法及各能层最多容纳的电子数能层一二三四五六七符号K

L

M

N

OPQ最多电子数2=2×128=2×22

18=2×3232=2×4250=2×5272=2×6298=2×72一、能层与能级①能量规律：a.原子核外电子总是尽可能先排布在能量较低的电子层上，然后由内向外依次排布在能量逐渐升高的电子层。b.能层越高，电子的能量越高，能量的高低顺序为E(K)＜E(L)＜E(M)＜E(N)＜E(O)＜E(P)＜E(Q)。②数量规律：a.每层容纳的电子数不超过2n2b.最外层电子数不超过8(K层为最外层时，电子数不超过2)c.次外层电子数不超过18d.倒数第三层电子数不超过32一、能层与能级2.能级（电子亚层）(2)能级符号和所能容纳的最多电子数(1)多电子原子中,同一能层的电子，能量也可能不同，把它们分为不同的能级（也叫电子亚层），分别用字母s、p、d、f等表示。能层KLMNO能级1s2s2p3s3p3d4s4p4d4f5s5p…最多电子数226261026101426…一、能层与能级相同能层，不同能级：ns<np<nd<nf一、能层与能级(3)能层和能级的能量关系不同能层，同一能级：1s<2s<3s<4s，2p<3p<4p<5p(4)能层和能级的数量关系：a.任一能层，能级从s开始，能级数=能层序数；b.各能层的能级按照s、p、d、f⋯排序，依次容纳的电子数为1、3、5、7⋯的2倍；c.每个能层最多容纳的电子数为2n2；d.不同能层，能级符号相同的不同能级，最多容纳的电子数相同。能层、能级都相同的各原子轨道能量相等：2px=2py=2pz易错警示能层与能级的认识误区(1)任何能层均含有s能级，但不是任何能层均含有s、p、d、f能级。(2)能层就是电子层，各能层具有的能级数等于能层序数，例如：K层只有1s能级；L层有2s、2p两个能级等。(3)从第3能层(M层)开始出现d能级，且3d能级的能量大于4s能级。一、能层与能级能层、能级与最多容纳的电子数、能量之间的关系能层(n)一二三四五六七符号KLMNOPQ能级1s2s2p3s3p3d4s4p4d4f5s………最多容纳电子数22626102610142………28183250……离核远近由近到远不同能层能量逐渐增大同一能层各能级的能量逐渐增大基态原子:处于最低能量状态的原子，基态原子稳定。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。原子基态原子激发态原子吸收能量释放能量处于最低能量处于较高能量二、基态与激发态

原子光谱光（辐射）是电子跃迁释放能量的重要形式。1.基态与激发态2.光谱：按照一定能量次序排列的光带（可见光光谱、红外光谱、紫外光谱）二、基态与激发态

原子光谱锂、氦、汞的吸收光谱锂、氦、汞的发射光谱特征:黑底彩线,线状不连续特征:彩底黑线,线状不连续①不同元素的原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的电子的吸收光谱或发射光谱，总称原子光谱。3.原子光谱二、基态与激发态

原子光谱③光谱分析:现代化学中,常利用原子光谱上的特征谱线来鉴定元素,称为光谱分析。②原子光谱的成因与分类3.原子光谱二、基态与激发态

原子光谱(1)电子跃迁的能量变化与可见现象激发态原子不稳定,电子从能量较高的激发态跃迁到能量较低的激发态乃至基态时,将释放能量。光(辐射)是电子跃迁释放能量的重要形式之一。霓虹灯光、激光、焰火等可见光都与原子核外电子发生跃迁释放能量有关。霓虹灯发光的原理：充有氖气的霓虹灯，通电后在电场作用下，放电管里氖原子中的电子吸收能量后跃迁到能量较高的能级，且处在能量较高能级上的电子会很快地以光的形式释放能量而跃迁回能量较低的能级上，该光的波长恰好处于可见光区域中的红色波段。二、基态与激发态

原子光谱(1)电子跃迁的能量变化与可见现象激发态原子不稳定,电子从能量较高的激发态跃迁到能量较低的激发态乃至基态时,将释放能量。光(辐射)是电子跃迁释放能量的重要形式之一。霓虹灯光、激光、焰火等可见光都与原子核外电子发生跃迁释放能量有关。金属元素的焰色成因：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。二、基态与激发态

原子光谱[规律小结]1.焰色试验只是激发态原子核外电子的一种能量释放形式,当电子从激发态跃迁到基态时,其多余的能量以特定波长的光的形式释放出去,也可称之为发射光谱,是元素检验的一种有效的方法。2.电子的跃迁是物理变化(未发生电子转移),而原子得失电子时发生的是化学变化。3.一般在能量相近的能级间发生电子跃迁。二、基态与激发态

原子光谱三、电子云与原子轨道1.概率密度1913年，波尔提出氢原子模型，电子在线性轨道上绕核运行。量子力学指出，一定空间运动状态的电子并不在玻尔假定的线性轨道上运行，而在核外空间各处都可能出现，但出现的概率不同，可以算出它们的概率密度分布。P表示电子在某处出现的概率，V表示该处的体积

概率密度：ρ=

氢原子的1s电子在原子核外出现的概率分布图

小点是1s电子在原子核外出现外出现的概率密度的形象描述

小点越密，表明概率密度越大三、电子云与原子轨道2.电子云：核外电子的概率密度分布看起来像一片云雾，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。电子云图很难绘制，使用不便，我们常使用电子云轮廓图

电子云轮廓图的绘制过程三、电子云与原子轨道3.电子云轮廓图：绘制电子云轮廓图的目的是表示

的形状,对核外电子的

有一个形象化的简便描述。绘制电子云轮廓图时,把电子在原子核外空间出现概率P=

的空间圈出来。

电子云轮廓空间运动状态90%原子轨道三、电子云与原子轨道s原子轨道呈___形对称，即在空间有___个伸展方向，故s轨道只有__个轨道。球11(1)所有原子的任一能层的s电子的电子云轮廓图都是球形,只是球半径不同同一原子的能层越高，s电子云半径越大三、电子云与原子轨道P轨道呈_____形，P轨道在空间有__个互相垂直的伸展方向，包括___、__、__共__个轨道。哑铃3px

3(2)p电子云的形状是哑铃状，有3个互向垂直电子云分别称为Px、Py、Pzpy

pz三、电子云与原子轨道(3)d电子云的形状更复杂，不做研究三、电子云与原子轨道ns能级各有

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。1573能层数KLMNOPQn能级数1234567轨道n23.原子轨道：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。1.找出下列条件下能级的数目，并写出其能级符号：A.n=1B.n=2C.n=3D.n=42.找出下列条件下原子轨道的数目，并写出其能级符号：A.n=1B.n=2C.n=311s22s2p33s3p3d44s4p4d4f11s42s2p(2px2py2pz)3s3p(3px3py3pz)3d(5种)三、电子云与原子轨道三、电子云与原子轨道3.下列轨道含有轨道数目为3的是()A、1sB、2pC、3pD、4d4.3d轨道中最多容纳电子数为()A、2B、10C、14D、185.第三电子层含有的轨道数为()A、3B、5C、7D、96.第三能层中能量最高的轨道是()A、3SB、3pC、3dD、3fBCBDC授课人：长沙县实验中学王姣人教版·高中化学·选择性必修2第一章原子结构与性质第一节原子结构1.1.2构造原理与电子排布式一、构造原理与电子排布式1.构造原理：以光谱学事实为基础，从氢开始，随核电荷数递增，新增电子填入能级的顺序称为构造原理。每一行对应一个能层每一小圈对应一个能级各圆圈间连接线的方向表示随核电荷数递增而增加的电子填入能级的顺序1s；2s2p；3s3p；4s3d4p；5s4d5p;6s4f5d6p；7s5f6d构造原理规律：ns(n-2)f(n-1)dnp核

外

电

子

填

充

顺

序

图一、构造原理与电子排布式从第三能层开始出现能级交错现象，能级交错排列的顺序即电子能量由低到高的顺序，即Ens＜E(n-2)f＜E(n-1)d＜Enp能级交错：随着电荷数递增，电子并不总是填满一个能层后再开始填入下一个能层的，电子按能量由低到高的顺序填充的现象。源于光谱学事实构造理论是一个思维模型，是个假想过程能量顺序：1s2s2p3s3p4s3d4p5s4d5p6s4f5d6p7s5f6d7p……一、构造原理与电子排布式构造原理中排布顺序的实质——各能级的能量高低顺序

(1)相同能层的不同能级的能量高低顺序：(2)英文字母相同的不同能级的能量高低顺序：(3)不同层不同能级可由下面的公式得出:

ns＜np＜nd＜nf1s＜2s＜3s＜4s；2p＜3p＜4p;3d＜4dns＜(n-2)f＜(n-1)d＜np(n为能层序数)一、构造原理与电子排布式2.基态原子的核外电子排布规律：(1)电子自旋电子除空间运动状态外，还有一种状态叫做自旋。电子自旋可以比喻成地球的自转。电子自旋在空间有顺时针和逆时针两种取向。常用方向相反的箭头“↑”和“↓”表示自旋状态相反的电子。提示：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，电子的能量与能层、能级有关，电子运动的空间范围与原子轨道有关。

③一个原子中不可能存在运动状态完全相同的2个电子。

一、构造原理与电子排布式2.基态原子的核外电子排布规律：(2)泡利原理（泡利不相容原理）：一个原子轨道里，最多只能容纳2个电子，且它们的自旋相反，这个原理被称为泡利原理，用↑↓表示。能级spdf原子轨道数1357最多容纳电子数261014填多少一、构造原理与电子排布式2.基态原子的核外电子排布规律：(2)泡利原理能层（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28183250一、构造原理与电子排布式2.基态原子的核外电子排布规律：(3)洪特规则怎么填基态原子中，填入能量相同的原子轨道的电子总是先单独分占，且自旋平行（自旋方向相同），称为洪特规则。它不仅适用于基态原子，也适用于基态离子。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，而且自旋状态相同。简并轨道C：1s22s22p2√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。一、构造原理与电子排布式2.基态原子的核外电子排布规律：洪特规则特例：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、半充满、全空状态时，体系的能量较低，原子较稳定。相对稳定的状态全充满：p6、d10、f14半充满:p3、d5、f7全空:p0、d0、f0(3)洪特规则一、构造原理与电子排布式2.基态原子的核外电子排布规律：(4)能量最低原理－－自然界的普适规律多电子原子在基态时原子核外电子优先占有能量最低的轨道，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。整个原子的能量由核电荷数、电子数和电子状态三个因素共同决定。一、构造原理与电子排布式3.电子排布式：将能级上所容纳的电子数标在该能级符号的右上角，并按照能层从左到右的顺序排列的式子。原子结构示意图电子排布式Li:

1s22s1Na：1s22s22p63s1能层序数能级符号该能级上排布的电子数Fe：1s22s22p63s23p63d64s2KLMN按能层次序书写，按构造原理充入电子。KLM一、构造原理与电子排布式1-36号元素基态原子的电子排布式原子序数元素名称元素符号电子排布式K

L

MNO1氢H1s12氦He1s23锂Li1s22s14铍Be1s22s25硼B1s22s22p16碳C1s22s22p27氮N1s22s22p38氧O1s22s22p49氟F1s22s22p510氖Ne1s22s22p6一、构造原理与电子排布式1-36号元素基态原子的电子排布式原子序数元素名称元素符号电子排布式K

L

MNO11钠Na1s22s22p63s112镁Mg1s22s22p63s213铝Al1s22s22p63s23p114硅Si1s22s22p63s23p215磷P1s22s22p63s23p316硫S1s22s22p63s23p417氯Cl1s22s22p63s23p518氩Ar1s22s22p63s23p619钾K1s22s22p63s23p620钙Ca1s22s22p63s23p6

4s1

4s2一、构造原理与电子排布式1-36号元素基态原子的电子排布式原子序数元素名称元素符号电子排布式K

L

MNO21钪Sc1s22s22p63s23p64s222钛Ti23钒V24铬Cr25锰Mn26铁Fe27钴Co28镍Ni29铜Cu30锌Zn

3d1

3d11s22s22p63s23p63d24s21s22s22p63s23p63d34s21s22s22p63s23p63d54s11s22s22p63s23p63d54s21s22s22p63s23p63d64s21s22s22p63s23p63d74s21s22s22p63s23p63d84s21s22s22p63s23p63d104s11s22s22p63s23p63d104s2半充满全充满相对稳定的状态：全充满：p6d10全空：p0d0半充满：d5基态铬、铜的核外电子排布不符合构造原理一、构造原理与电子排布式1-36号元素基态原子的电子排布式原子序数元素名称元素符号电子排布式K

L

MNO31镓Ga1s22s22p63s23p63d104s24p132锗Ge1s22s22p63s23p63d104s24p233砷As1s22s22p63s23p63d104s24p334硒Se1s22s22p63s23p63d104s24p435溴Br1s22s22p63s23p63d104s24p536氪Kr1s22s22p63s23p63d104s24p6一、构造原理与电子排布式4.电子排布的轨道表示式（电子排布图）：将每一个原子轨道用一个方框（或圆圈）表示，在方框内标明基态原子核外电子分布的式子。（1）方框表示原子轨道，能量相同的原子轨道(简并轨道)的方框相连，能反映各轨道的能量的高低及各轨道上的电子分布情况、自旋方向。(2)箭头表示一种自旋状态的电子,“↑↓”称电子对,“↑”或“↓”称单电子(或称未成对电子)，如基态氧原子有2个未成对电子。

(3)箭头同向的单电子称自旋平行,如基态氧原子有2个自旋平行的2p电子。

(4)通常应在方框下方或上方标记能级符号。有时画出的能级上下错落，以表达能量高低不同。

He：O：一、构造原理与电子排布式以铝原子为例，说明轨道表示式中各部分的含义：铝原子外层成对电子对的数目为6,有一个单电子。一、构造原理与电子排布式5.简化电子排布式：Na：1s22s22p63s1表示钠的内层电子排布与稀有气体元素Ne的核外电子排布相同。[Ne]3s1仿照Na的简化电子排布式，写出O、Si、Fe的简化电子排布式方括号：内层电子达到稀有气体元素原子结构的部分以相应稀有气体的元素符号外加方括号的形式表示O[He]

2s22p4Si[Ne]3s23p2Fe[Ar]

3d6

4s2一、构造原理与电子排布式6.价层电子排布式：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。Fe电子排布式：1s22s22p63s23p63d64s2简化电子排布式：[Ar]3d64s2

价层电子排布式：3d64s2

请写出Na、Al、Cl、Mn、Br的价层电子排布式。Na：3s1Al：3s23p1Cl：3s23p5Mn：3d54s2Br：4s24p5

一、构造原理与电子排布式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？He1s2Ne2s22p6Ar3s23p6Kr4s24p6Xe5s25p6Rn6s26p6通式：ns2np6一、构造原理与电子排布式电子排布式的书写1.简单原子的电子排布式(1)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(2)简化电子排布式：把内层电子达到稀有气体结构的部分，以相应稀有气体元素符号外加方括号来表示。如Na的核外电子排布式为1s22s22p63s1，其中第一、二电子层与Ne(1s22s22p6)的结构相同，所以其电子排布式可简化为[Ne]3s1；K的核外电子排布式为1s22s22p63s23p64s1或[Ar]4s1。微粒电子排布式微粒电子排布式C1s22s22p2Ne1s22s22p6Cl1s22s22p63s23p5K1s