化学选修3《原子结构》ppt课件.ppt

第一章 原子结构与性质,第一节 原子结构,新课标人教版高中化学选修3,1、进一步认识原子核外电子的分层排布 2、知道原子核外电子的能层分布及其能量关系3、知道原子核外电子的能级分布及其能量关系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子排布 6、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,知识与技能,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。,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,近代原子论,发现电子,带核原子结构模型,原子轨道结构模型,电子云模型,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,小结：人类探索物质结构的历史,德谟克利特的古代原子学说,道尔顿的近代原子学说（模型）,汤姆生原子模型,卢瑟福原子模型,玻尔原子模型,薛定谔电子云模型,原子结构的衍变过程,一 、开天辟地原子的诞生,现代大爆炸宇宙学理论,宇宙诞生于约140亿年前的一次大爆炸,大爆炸后约2小时，诞生了大量的H，少量的He和极少量的Li,我们今天熟悉的各种元素（原子），都是从那时起经历了漫长复杂的物理化学变化，分批分期合成而来的,1氢元素是宇宙中最丰富的元素。2宇宙年龄距今约140亿年，地球年龄已有46亿年3地球上的元素绝大多数是金属，非金属仅有22种,数量关系：核电荷数(Z) = 核内质子数 = 核外电子数,质量关系：质量数（A）= 质子数（Z）+ 中子数（N）,二.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， 即近似原子量,电性关系：原子： 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),原子构成的粒子及其性质,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,【说明】：,原子不是实心球体，在原子核外有一个“很大”的空间 供电子作高速运动。 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上。 不是任何原子都由质子、中子和电子构成。如：氢原子。 在原子中，质子数一定等于核外电子总数，但不一定等于中子数。一般质子数中子数。,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,每一个能层最多可容纳的电子数：,2n2,能层（电子层）,（1）先排能量低的电子层，再排能量高的电子层，由里往外。（2）每一层最多容纳电子数：2n2个。（3）最外层电子数不超过8个（K层为最外层时不超过2个）。（4）次外层电子数不超过18个，倒数第三层不超过32个。,核外电子的排布规律:（一低四不超）,K L M N O,+,能级,1s,2s 2p,3s 3p 3d,4s 4p 4d 4f,最多容纳电子数,2,2,6,2,6,10,2,6,10,14,规定，任一能层的能级总是从 s 能级开始，依次称p、d、f、g能级,在多电子原子中，同一能层的电子的能量也可能不同，可以将它们分为不同的能级（即电子亚层）。,能级（电子亚层）,【学与问】教材p5,1、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(n)间存在什么关系？2、不同能层分别有多少个能级，与能层的序数间存在什么关系？,3、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？,不同能层中的s、p、d、f、g能级最多能容纳的电子数是相同的，各为：,s 122,p 326,d 5210,f 7214,g 9218,（2n2 ）,（所含能级个数能层序数n）,任一能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： 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、14,1、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】,【练习】1 比较下列多电子原子的不同能层中能级的能量高低（1）1s、3d （2）3s、3p、3d （3）2p、3p、4p,1s3d,3s3p3d,2p3p4p,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 1s、4p、2s、3s、5f、4s,5f 4p4s3s2s1s,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。,四：多电子原子的核外电子排布构造原理,能量升高,能级交错,能级能量高低的顺序,能量升高,4s3d4p,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: ns (n-2)f (n-1)d np (n为能层序数)称为能级交错现象,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,Fe2+ ：1s22s22p63s23p63d6,Fe3+ ：1s22s22p63s23p63d5,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+ ：1s22s22p63s23p63d6,Fe3+ ：1s22s22p63s23p63d5,电子排布式的书写,试书写7N、17Cl、19K、26Fe、21Sc、35Br原子的核外电子排布式.,【练习】,N：1s2 2s22p3,Cl：1s2 2s22p6 3s23p5,K：1s2 2s22p6 3s23p6 4s1,Fe：1s2 2s22p6 3s23p63d6 4s2,Sc：1s2 2s22p6 3s23p63d1 4s2,Br：1s2 2s22p6 3s23p63d10 4s24p5,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排布式，这样的电子排布是基态原子的。,1s1,1s2 2s1,1s2,1s2 2s2,1s2 2s22p1,1s2 2s22p2,1s2 2s22p3,1s2 2s22p4,1s2 2s22p5,1s2 2s22p6,要求熟练书写136号元素原子的电子排布式,1s2 2s22p6 3s1,1s2 2s22p6 3s2,1s2 2s22p6 3s23p1,1s2 2s22p6 3s23p2,1s2 2s22p6 3s23p3,1s2 2s22p6 3s23p4,1s2 2s22p6 3s23p5,1s2 2s22p6 3s23p6,1s2 2s22p6 3s23p6 4s1,1s2 2s22p6 3s23p6 4s2,1s2 2s22p6 3s23p63d1 4s2,1s2 2s22p6 3s23p63d2 4s2,1s2 2s22p6 3s23p63d3 4s2,1s2 2s22p6 3s23p63d5 4s1,1s2 2s22p6 3s23p63d5 4s2,1s2 2s22p6 3s23p63d6 4s2,1s2 2s22p6 3s23p63d7 4s2,1s2 2s22p6 3s23p63d8 4s2,1s2 2s22p6 3s23p63d10 4s24p1,1s2 2s22p6 3s23p63d10 4s24p2,1s2 2s22p6 3s23p63d10 4s24p3,1s2 2s22p6 3s23p63d10 4s24p4,1s2 2s22p6 3s23p63d10 4s24p5,1s2 2s22p6 3s23p63d10 4s24p6,1s2 2s22p6 3s23p63d10 4s1,1s2 2s22p6 3s23p63d10 4s2,【思考】是否所有元素的基态原子的电子排布都遵循构造 原理？,铬、铜、银、金等,【练习】请写出K+、S2-、 Cu2+ 离子的电子排布式？,K+ ：1s22s22p63s23p6,S2- ：1s22s22p63s23p6,Cu2+ ：1s22s22p63s23p63d9,【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,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：1s22s22p63s23p64s1,14Si：Ne 3s23p2,24Cr：Ar 3d54s1,26Fe：Ar 3d64s2,31Ga：Ar 3d104s24p1,【思考与交流】教材P7,电子排布式可以简化，如可以把钠的电子排布式写成【Ne】3s1。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布式写出O、Si、Fe的简化电子排布式吗？,O：【He】 2s22p4,Si：【Ne】 3s23p2,Fe：【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。,外围电子排布式,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：4s1,Fe原子的外围电子排布式：3d64s2,六：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，电子被激发跃迁到较高能级，变成激发态原子,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,【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,（1）同一元素发射光谱和吸收光谱有什么差异？,发射光谱,特征:暗背景,亮线,线状不连续,吸收光谱,特征:亮背景,暗线,线状不连续,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定元素。,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,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,判断下列表达是正确还是错误1）1s22p1属于基态；2）1s22s2 2p63s2 3p63d54s1属于激发态； 3）1s22s2 2p63d1属于激发态；4）1s22s2 2p63p1属于基态；,答案： (1) x(2) x(3)(4) x,【练习】,七、电子云与原子轨道,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：,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：,电子的质量很小，只有9.1110-31千克；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；,测不准,图中 表示原子核，一个小黑点代表电子在这里出现过一次,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。,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；,2：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,s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,能级的原子轨道图（哑铃形）,np能级有三个能量相等的原子轨道，px、py、pz，哑铃形，相互垂直。, n越大，原子轨道半径越大,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（Px、Py、Pz）。,d能级的原子轨道图,nd能级有5个能量相等的原子轨道,+,现代原子结构模型,原子轨道,1s,2s,3s,4s,5s,2p,3p,4p,5p,3d,4d,5d,4f,5f,5g,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 。,用表示自旋方向,自旋,顺时针,逆时针,原子核外电子的排布：,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,全充满（p6，d10，f14）,全空时（p0，d0，f0）,半充满（p3，d5，f7）,【思考】从洪特规则解释Cr和Cu的核外电子排布？,注意,24Cr原子的电子排布图:,1s2 2s22p6 3s23p63d5 4s1,不是3d44s2,1s2 2s22p6 3s23p63d10 4s1,29Cu原子的电子排布图:,不是3d94s2,（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,D,在电子排布图中，用方框表示原子轨道，用箭头表示电子。,Li,Be,B,C,1s,2s,1s,2s,2p,1s,2s,2p,1s,2s,N,O,1s,2s,2p,1s,2s,2p,F,Ne,1s,2s,2p,1s,2s,2p,【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）？,【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 ？,O,2s,2p,F,2s,2p,【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 ？,C,2s,2p,区别原子的电子式、原子结构示意图、核外电子排布式、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,1s,2s,2p,1s22s22p2,以C为例:,简化电子排布式,He2s22p2,下列各原子的电子排布正确的是（）A.Be1s22s12p1 B.C1s22s22p2 C.He1s12s1 D.Cl1s22s22p63s23p5,BD,2.书写下列原子的电子排布式,16S 26Fe 21Sc 23V 34Se 32Ga 35Br 24Cr 29Cu 17Cl,3下列各原子或离子的电子排布式错误的是 ( )A、Al 1s22s22p63s23p1 B、O2- 1s22s22p6C、Na+ 1s22s22p6 D、Si 1s22s22p24下列表达方式错误的是 ( )A 甲烷的电子式 B 氟化钠的电子式 C 硫离子的核外电子排布式 1s22s22p63s23p4 D 碳12原子 126C,D,C,5、下列有关认识正确的是 ( )A各能级上最多容纳的电子数按s、p、d、f的顺序分别为2、6、10、14B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 -1 D各能层含有的电子数为2n2,6、下列各组微粒中，各能层电子数均达到2n2个的是 ( ) A.Ne和 Ar B.H-和Na+C.Ne和Cl- D.F-和S2-,A,B,8、构造原理揭示的电子排布能级顺序，实质是各能级能量高低，若以E表示某能级的能量，下列能量大小顺序中正确的是 ( )AE(3s)E(2s)E(1s) BE(3s)E(3p)E(3d) CE(4f)E(4s)E(3d) DE(5s)E(4s)E(4f),7、一个电子排布为1s22s22p63s23p1的元素最可能的价态是( )A +1 B +2 C +3 D -1,C,A,小结：,各原子轨道的能量高低比较,（1）nsnpndnf,（2）1s2s3s4s,（3）同一能层同一能级的各原子轨道能量相等： 2Px2Py2Pz,再见,走进化学的世界，你会发现这里很精彩!,