高中人教版化学选修3课件：第1章第1节　原子结构 53页

第一节　原子结构 学习目标 1. 了解原子核外电子的运动状态。 2. 了解原子结构的构造原理。 3. 知道原子核外电子的能级分布，能用电子排布式表示常见元素 (1 ～ 36 号 ) 原子核外电子的排布。 4. 知道原子核外电子在一定条件下会发生跃迁，了解其简单应用。 课堂互动讲练 课前自主学案 知能优化训练 第一节　原子结构 课前自主学案 一、开天辟地 —— 原子的诞生 1 ．原子的诞生 氢 氦 锂 2 ．宇宙的组成与各元素的含量 1% 3 ．地球的组成元素 地球上的元素绝大多数是 _______ ， __________ ( 包括稀有气体 ) 仅 22 种。 二、能层与能级 1 ．能层 (1) 分类依据 根据多电子原子的核外电子的 __________ ，将核外电子分成不同的能层。 金属 非金属 能量差异 (2) 能层的表示方法及各能层最多容纳的电子数如下： 能层 一 二 三 四 五 六 七 …… 符号 ___ ___ M ___ ___ P Q …… 最多电子数 各能层最多容纳的电子数为 ______ K L N O 2 n 2 2. 能级 (1) 分类依据 根据多电子原子中同一能层电子 _________ 的不同，将它们分成不同的能级。 (2) 能级的表示方法及各能级最多容纳的电子数如下： 能量 能层 K L M N …… 能级 __ __ __ __ __ __ __ __ __ __ …… 最多 电子数 2 2 6 2 6 10 2 6 10 14 …… 1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s 4p 4d 4f 思考感悟 1.(1) 能层离核远近与能量高低有何关系？ (2) 第 n 能层中的不同能级的能量有何关系？ 【 提示 】 　 (1) 由 K 层到 Q 层，离核由近到远，能量由低到高。 (2) E ( n s)< E ( n p)< E ( n d)< E ( n f) 。 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) 构造原理示意图 思考感悟 2 ． (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 【 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 ( n s)< E ( n p)< E ( n d)< E ( n f) 和 E (1s)< E (2s)< E (3s)< E (4s) 等规律之外，还存在一些不同能层的能级的交错现象。例如， E (3d)> 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： 2 ．电子排布式 将 _______ 上所容纳的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，如氢元素的电子排布式为： 右上角 能级 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 2 ．基态原子与激发态原子 最低能量 吸收 释放 较高 3 ．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 ______________ 。 (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。 跃迁 吸收光谱 发射光谱 原子光谱 原子光谱 五、电子云与原子轨道 1 ．电子云 (1) 含义 电子云是处于一定空间运动状态的 _______ 在原子核外空间的 _______________ 的形象化描述。 (2) 形状 电子 概率密度分布 球形 哑铃状 思考感悟 3 ．电子云图中的小黑点密度的大小是否表示电子的多少？ 【 提示 】 　 不是。电子云图中的一个小黑点并不代表一个电子，而是表示电子在此位置出现过一次，小黑点密度的大小，表示在一定时间内电子出现的概率的大小。 2 ．原子轨道 (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原子轨道。 (2) 数目 n s 能级各有 __ 个轨道， n p 能级各有 __ 个轨道， n d 能级各有 __ 个轨道， n f 能级各有 __ 个轨道。 1 3 5 7 六、泡利原理和洪特规则 1 ．泡利原理 在一个原子轨道里最多只能容纳 ___ 个电子，而且自旋方向 _______ ，用 “ _______” 表示。 2 ．洪特规则 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 _____________ 一个轨道，而且自旋状态 ________ 。 2 相反 ↓↑ 单独占据 相同 课堂互动讲练 能层与能级的组成及能量关系 1 ．不同能层的能级组成 任一能层的能级总是从 s 能级开始，能层的能级数等于该能层的序数：第一能层只有 1 个能级 (1s) ，第二能层有 2 个能级 (2s 和 2p) ，第三能层有 3 个能级 (3s,3p 和 3d) ，依次类推。 2 ．不同能层中各能级之间的能量大小关系 (1) 不同能层中同一能级，能层序数越大能量越高。 例如： 1s ＜ 2s ＜ 3s…… ， 2p ＜ 3p ＜ 4p…… 。 (2) 同一能层中，各能级之间的能量大小关系是 s ＜ p ＜ d ＜ f…… 。 例如：第四能层中 4s ＜ 4p ＜ 4d ＜ 4f 。 (3) 能层和能级都相同的各原子轨道的能量相等。 例如： 2p x ＝ 2p y ＝ 2p z 。 3 ．各能层、能级所容纳电子数及能量关系 能层 一 二 三 四 五 符号 K L M N O 能级 1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s 4p 4d 4f 5s 5p …… 最多电子数 2 2 6 2 6 10 2 6 10 14 2 6 …… 电子离核远近 近 → 远 电子能量高低 低 → 高 特别提醒： 决定电子能量高低的因素有： ① 能层，能级符号相同时，能层数越高，电子能量越高； ② 能级，在同一能层的不同能级中， s 、 p 、 d 、 f 能级能量依次升高； ③ 在多电子原子中会发生能级交错现象。 例 1 (2011 年天津高二检测 ) 下列关于能层、能级和原子轨道的说法正确的是 ( 　　 ) A ．各能层含有的能级数等于能层序数减 1 B ．各能层的能级都是从 s 能级开始至 f 能级结束 C ．各能层所含有的电子数一定是该能层序数平方的 2 倍 D ．各能级的原子轨道数按 s 、 p 、 d 、 f 的顺序依次为 1 、 3 、 5 、 7 【 解析 】 　各能层中所含有的能级数等于其能层序数， A 项错误；当为第一能层时，只含 s 能级，第二能层只含 s 、 p 能级， B 项错误；每个能层最多能填充该能层序数平方的 2 倍个电子，但不一定含有这些电子。 【 答案 】 　 D 【 规律方法 】 　在理解能层与能级的有关知识时要从以下两方面入手 (1) 能量规律 ① 多电子原子的核外电子按能量不同划分为不同能层。 ② 在同一能层中根据能量的不同划分为不同能级。 (2) 数量规律 ① 每一个能层 ( 电子层 ) 中最多容纳电子数为 2 n 2 。 ② 每一个轨道最多容纳 2 个电子，所以每个能层所含的轨道总数为 n 2 。 变式训练 1 　 下列说法中正确的是 ( 　　 ) A ． 1s 2 2s 1 2p 1 表示的是激发态原子的电子排布 B ． 3p 2 表示 3p 能级有两个轨道 C ．同一原子中， 1s 、 2s 、 3s 电子的能量逐渐减小 D ．同一原子中， 2p 、 3p 、 4p 能级的轨道数依次增多 解析： 选 A 。 A 项中， 1 个 2s 电子被激发到 2p 能级上，表示的是激发态原子； B 项中 3p 2 表示 3p 能级上填充了 2 个电子； C 项中，同一原子中能层数越大，能量也就越高，离核越远，故 1s 、 2s 、 3s 电子的能量逐渐升高；在同一能级中，其轨道数是一定的，而不论它在哪一能层中。 核外电子排布的原则 3 ．洪特规则：基态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，且自旋状态相同，这样整个原子的能量最低。如 2p 3 的电子排布图为 ，不能表示为 或 。 特别提醒： (1) 根据能量最低原理排布电子时，注意能级交错现象。 (2) 根据此原则进行排布或进行判断时，要三者兼顾，综合评价，不可顾此失彼以偏概全。 例 2 下列元素原子的电子排布式各违背了哪一规律？ (1) 6 C 　 1s 2 2s 2 2p2p2p (2) 21 Sc 　 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 3 (3) 22 Ti 　 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 10 【 解析 】 　从电子排布遵循的原则入手，看是否符合能量最低原理、泡利原理、洪特规则及其特例。 【 答案 】 　 (1) 洪特规则　 (2) 能量最低原理　 (3) 泡利原理 互动探究 Ⅰ. 写出 (3) 的正确的电子排布式，并写出其电子排布图。 Ⅱ. 若 (2) 中 21 Sc 的电子排布式为 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 4p 1 正确吗？若不正确违反哪一条规则？ 【 提示 】 【 误区警示 】 　 (1) 在书写基态原子的电子排布图时，常出现以下几种错误： (2) 当出现 d 轨道时，虽然电子按 n s 、 ( n － 1)d 、 n p 顺序填充，但在书写电子排布式时，仍把 ( n － 1)d 放在 n s 前。例如， Fe ： 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 6 4s 2 ，正确； Fe ： 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 6 ，错误。 变式训练 2 　 比较下列多电子原子的原子轨道的能量高低。 (1)2s________3s 　　　 (2)2s________3d (3)3p x ________3p z (4)3p________3s (5)4f________6f (6)3d________4s (7)4f________6p 解析： 本题所考查的是不同原子轨道的能量高低。相同电子层上原子轨道能量的高低： n s ＜ n p ＜ n d ＜ n f ；形状相同的原子轨道能量的高低： 1s ＜ 2s ＜ 3s ＜ 4s…… ；能层、能级均相同的原子轨道能量相等： 3p x ＝ 3p y ＝ 3p z ；对于处在不同能层的不同的能级，电子排布的先后次序为： n s 、 ( n － 2)f 、 ( n － 1)d 、 n p 。 答案： (1) ＜　 (2) ＜　 (3) ＝　 (4) ＞ (5) ＜　 (6) ＞　 (7)< 原子的核外电子排布的表示方法 原子结构示意图 意义 将每个能层上的电子总数表示在原子核外的式子 实例   电子排布式 意义 用数字在能级符号右上角标明该能级上排布的电子数，这就是电子排布式 实例 K ： 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 1 简化电子排布式 意义 为了避免电子排布式书写过于繁琐，把内层电子达到稀有气体结构的部分以相应稀有气体的元素符号外加方括号表示 实例 K ： [Ar]4s 1 价电子排布式 意义 主族元素的价层电子指最外层电子，价层电子排布式即外围电子排布式 实例 Al ： 3s 2 3p 1 电子排布图 意义 每个方框代表一个原子轨道，每个箭头代表一个电子 实例 特别提醒： (1) 电子排布式在书写时特别注意如 Cr 、 Cu 等符合洪特规则特例的元素。 (2) 上述五种表示核外电子排布的方法中，电子排布图最能反映电子的排布情况。 例 3 按要求填空。 (1) 11 Na 的电子排布式 ______________________________________ 。 (2) 20 Ca 的价电子排布式 ___________________________________ 。 (3) 35 Br － 的离子结构示意图 ________________________________________________________________________ 。 (4) 7 N 的电子排布图 ________________________________________________________________________ 。 【 思路点拨 】 　本题在书写核外电子排布式时注意以下三点： (1) 确定原子序数。 (2) 按照能量最低原理将电子排在能量由低到高的原子轨道上。 (3) 排布中遵循泡利原理、洪特规则。 【 解析 】 　本题主要考查电子排布式、电子排布图和微粒结构示意图，其中，电子排布式是书写其余两种排布图的基础， 11 Na ： 1s 2 2s 2 2p 6 3s 1 ； 20 Ca ： 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 ，其价电子排布式为： 4s 2 ； 35 Br － 的电子排布式为 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 2 4p 6 ，故离子结构示意图为：     ； 7 N 的电子排布式为 ： 1s 2 2s 2 2p 3 ，电子排布图为： 【 答案 】 　 (1)1s 2 2s 2 2p 6 3s 1 　 (2)4s 2 【 规律方法 】 　 (1) 刚接触此类题目时，若直接书写电子排布式有困难，可先写出原子的原子结构示意图，再据此写出电子排布式，如 (2)1 ～ 36 号元素核外电子排布的特殊性 ① 最外层只有 1 个未成对电子的元素： ⅠA 族 ( n s 1 ： H 、 Li 、 Na 、 K) ， ⅢA 族 ( n s 2 n p 1 ： B 、 Al 、 Ga) ， ⅦA 族 ( n s 2 n p 5 ： F 、 Cl 、 Br) 及 Cr(3d 5 4s 1 ) 、 Cu(3d 10 4s 1 ) ； 最外层有 2 个未成对电子的元素： ⅣA 族 ( n s 2 n p 2 ： C 、 Si 、 Ge) ， ⅥA 族 ( n s 2 n p 4 ： O 、 S 、 Se) ； 最外层有 3 个未成对电子的元素： ⅤA 族 ( n s 2 n p 3 ： N 、 P 、 As) 。 ② 核外电子排布中，未成对电子数最多的元素： Cr(3d 5 4s 1 ，共有 6 个未成对电子 ) 。 变式训练 3 　下列 3d 能级的电子排布图正确的是 ( 　　 ) 解析： 选 B 。 A 、 D 中同一个原子轨道内电子的自旋方向相同，违反了泡利不相容原理； C 违反了洪特规则。