1、1.1 原子结构 第一章原子结构与性质原子结构原子结构原子核原子核核外电子核外电子质子质子(Z)(Z)中子中子(N)(N)X XA AZ Z决定决定元素元素的种类的种类决定决定原子原子的种类的种类最外层电子数决定最外层电子数决定元素的化学性质元素的化学性质知识回顾K L M O P QK L M O P Q能量从低到高，逐级能量从低到高，逐级升高，升高，电子逐层排布电子逐层排布每层最多容纳电子数目是每层最多容纳电子数目是2n2n2 2。最外层电子数目不超过最外层电子数目不超过8 8个，个，K K层为最外层时不超过层为最外层时不超过2 2个。个。 次外层电子数目不超过次外层电子数目不超过1818
2、个个，倒数第三层不超过，倒数第三层不超过3232个。个。 原子结构模型的演变原子结构模型的演变道尔顿道尔顿实心球实心球汤汤姆姆孙孙玻尔玻尔卢瑟福卢瑟福“葡萄干面葡萄干面包式包式” 模型模型 带核原子带核原子结构模型结构模型 线性线性轨道模型轨道模型 行星式模型行星式模型量子化特点量子化特点知识回顾电子能量量子化电子能量量子化知识回顾认识新知问题：研究核外电子排布分层的依据是什么？问题：研究核外电子排布分层的依据是什么？光谱光谱光谱：按照一定能量次序排列的光带可见光光谱：可以被人眼观察到的光带紫外光光谱红外光光谱五颜六色的霓虹灯灯管中充入不同的气体，在高压电的激发下，放电管里的气体原子中的电子吸
3、收能量后激发到能量较高的轨道，但处在能量较高轨道上的电子会很快以光的形式辐射能量而跃迁回能量较低的轨道，发出的波长恰好位于可见光的波段。（Ar-蓝紫色光 Ne-红色光 He-粉红色光）认识新知问题：研究核外电子排布分层的依据是什么？问题：研究核外电子排布分层的依据是什么？氢原子氢原子光谱光谱认识新知氢原子氢原子光谱光谱认识新知一、原子光谱一、原子光谱基态原子基态原子激发态原子激发态原子吸收能量吸收能量释放能量释放能量发射光谱发射光谱吸收光谱吸收光谱 线状谱线状谱: :暗背景暗背景+ +不连续不连续的彩色亮的彩色亮线线线状谱和连续彩色谱的叠加线状谱和连续彩色谱的叠加，彩色彩色亮亮背景背景+ +不
4、连续的不连续的暗线暗线组成组成释放某些释放某些波长的波长的光光来自来自光源光源吸收某些吸收某些波长的波长的光光同种元素发射光谱中的彩色亮线同种元素发射光谱中的彩色亮线和吸收光谱中的暗线处于和吸收光谱中的暗线处于相同位相同位置置认识新知发射光谱、发射光谱、吸收光谱吸收光谱总称为原子光谱总称为原子光谱 电子的电子的跃迁，吸收或释放的光的波长跃迁，吸收或释放的光的波长是一定是一定的，可以计算的，的，可以计算的，原子的能级原子的能级是量子化的是量子化的。 科学史话离散的谱线离散的谱线焰色试验焰色试验光谱应用钠灯棱镜分光镜检验元素检验元素特征谱线特征谱线判断元素（定性分析）判断元素（定性分析）；谱线强度
5、谱线强度元素含量（定量分析）元素含量（定量分析）原子光谱就原子光谱就像像人指一样人指一样光谱应用发现新元素发现新元素He Ne Cs电子跃迁原子光谱电子排布鉴定元素基态与激发态发射光谱与吸收光谱电子能量的量子化应用产生证据推理能层壳层壳层玻玻尔模型尔模型归纳钠原子光谱图新问题即使是相同的两个能层之间发生电子跃迁，也会出现多条谱线。钠原子光谱图新问题即使是相同的两个能层之间发生电子跃迁，也会出现多条谱线。能层是楼层，能级是楼梯的阶梯。多电子原子中，同一能层的电子，能多电子原子中，同一能层的电子，能量也可能不同。量也可能不同。同一能层的电子，还被分成不同能级同一能层的电子，还被分成不同能级认识新知
6、能层能层能层一一二二三三四四五五六六七七符号符号KLMNOPQ最多电子最多电子数数281832507298E(K) E(L) E(M) E(N) E(O) E(P) E(Q) 认识新知能级1.任一能层的能级总是从s s开始2.任一能层的能级数能级数等于能层序数能层序数3.能级符号按照s p d f s p d f 排序4.能级符号前面用数字表示能层序数1 12 22 23 33 33 34 44 44 44 4能层、能级能层能层一一二二三三四四五五六六七七符号符号KLMNOPQ最多电子最多电子数数281832507298能级能级sspspds pd fs p dfg最多电子最多电子数数认识新知
7、2222266661010101414 181s 2s 2p3s3p3d4s4p4d4f5s5p5d5f5g多电子的原子中： E(ns) E(np) E(nd) E(nf)s p d f 能级可容纳的最多电子数依次为自然数奇数序列奇数序列1,3,5,71,3,5,7的的2 2倍倍 思考讨论练习检测A1.1.下列下列叙述正确的是叙述正确的是A Af f能级最多容纳的电子数是能级最多容纳的电子数是s s能级最多容纳电子数的能级最多容纳电子数的7 7倍倍B B各能层的能级都是从各能层的能级都是从s s能级开始至能级开始至f f能级结束能级结束C C各能层含有的能级数为各能层含有的能级数为 n+1n+
8、1D D各能层含有的电子数各能层含有的电子数为为2n2n2 2 2.2.下列下列表示正确且最多容纳的电子数按照由少到多的顺序排列的表示正确且最多容纳的电子数按照由少到多的顺序排列的是是D3.3.以下以下能级符号正确的是能级符号正确的是A A4s4s B B3f3fC C2d2d D D1p1pA 能量量子化原子光谱能层能级原子结构示意图问题：核外电子在能级中依据什么规律排布？电子填满一个能级，开始填入下一个能级提出问题能层能层KLMN最多电子数最多电子数281832能级能级1s2s2p3s3p3d4s4p4d4fNa2261（2）填入1-18号基态原子核外电子在各能级中的电子排布情况？1s2s
9、2p3s3p（1）讨论基态钠原子核外电子在能级中的排列情况？核外电子在能级中排布顺序：认识新知能层能层KLMN最多电子数最多电子数281832能级能级1s2s2p3s3p3d4s4p4d4f2261s2s2p3s3pKCa（3）讨论基态K和Ca核外电子在能级中的排列情况？2614s能级交错核外电子在能级中排布顺序：电子并不是总是填满一个能层后再填入下一个能层认识新知认识新知三、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。ns(n-2)f3p(n-1)d能层能层KLMN最多电子数最多电子数281832能级能级1s2s2p3s3p3d4s4p4d4f2
10、261s2s2p3s3p21Sc2624s（4）讨论基态21Sc核外电子在能级中的排列情况？3d1核外电子在能级中排布顺序：认识新知能层能层KLMN最多电子数最多电子数281832能级能级1s2s2p3s3p3d4s4p4d4f24Cr（5）讨论基态24Cr核外电子在能级中的排列情况？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。2262615认识新知能层能层KLMN最多电子数最多电子数281832能级能级1s2s2p3s3p3d4s4p4d4f29Cu（6）讨论基态29Cu核外电子在能级中的排列情况？22626110认识新知构造原理具有一定的局限性，对于个别特殊的过
11、渡元素（ 24Cr、 29Cu ）核外电子的排布并不适用。能层能层KLMN最多电子数最多电子数281832能级能级1s2s2p3s3p3d4s4p4d4f22631Ga262（6）讨论基态31号号 36号号核外电子在能级中的排列情况？101认识新知 能量量子化原子光谱能层能级原子结构示意图问题：核外电子在能级中排布怎么表示呢？构造原理电子排布式(7)写出1-36号原子的电子排布式？1s22s22p63s1提出问题四、核外电子的电子排布式(7)根据构造原理，写出136号元素原子的基态电子排布式H 1s1He 1s2Li 1s22s1Be 1s22s2B 1s22s22p1C 1s22s22p2N
12、 1s22s22p3O 1s22s22p4F 1s22s22p5Ne 1s22s22p6Na 1s22s22p63s1Mg 1s22s22p63s2Al 1s22s22p63s23p1Si 1s22s22p63s23p2P 1s22s22p63s23p3S 1s22s22p63s23p4Cl 1s22s22p63s23p5Ar 1s22s22p63s23p6认识新知核外电子的电子排布式根据构造原理，写出136号元素原子的价态电子排布式Ca 1s22s22p63s23p64s2K 1s22s22p63s23p64s1Sc 1s22s22p63s23p63d14s2Ti 1s22s22p63s23
13、p63d24s2V 1s22s22p63s23p63d34s2Cr 1s22s22p63s23p63d54s1Mn 1s22s22p63s23p63d54s2Fe 1s22s22p63s23p63d64s2Co 1s22s22p63s23p63d74s2Ni 1s22s22p63s23p63d84s2Cu 1s22s22p63s23p63d104s1Zn 1s22s22p63s23p63d104s2Ga 1s22s22p63s23p63d104s24p1Ge 1s22s22p63s23p63d104s24p2As 1s22s22p63s23p63d104s24p3Se 1s22s22p63s2
14、3p63d104s24p4Br 1s22s22p63s23p63d104s24p5Kr 1s22s22p63s23p63d104s24p6认识新知【Ar 】【Ne 】（1）从以上电子排布式中找出稀有气体的最外层电子排布式，并分析他们的通式如何表示（除氦外）？ns2np6【Ar 】4s1【Ar 】4s2简化简化电子电子排布式排布式【Ar 】3d14s2【Ar 】3d104s2【Ar 】4s24p1【Ar 】4s24p6价价电电子子层层价价层层认识新知（2）写出以下基态原子的简化电子排布式价层电子排布式认识新知（3）写出以下基态原子的价层电子排布式认识新知 能量量子化原子光谱能级构造原理简化电子排
15、布式1s22s22p63s1电子排布式价层电子排布式【Ne 】3s13s1原子实，表示内层电子价层电子，决定化学性质表示方法核外电子的运动状态规律知识小结（4）写出基态粒子的电子排布式、简化电子排布式、价层电子排布式电子排布式Na+ Cl- Fe2+ Fe3+ Cu2+ Ga简化电子排布式价层电子排布式稀有气体的原子序数非常重要一定要熟记。知识应用知识应用下列各基态原子或离子的电子排布式书写错误的是下列各基态原子或离子的电子排布式书写错误的是A AK K：1s1s2 22s2s2 22p2p6 63s3s2 23p3p6 6B BF F：1s1s2 22s2s2 22p2p5 5C CMgMg
16、2+2+：1s1s2 22s2s2 22p2p6 6D DO O2-2-：1s1s2 22s2s2 22p2p6 6A A 能量量子化原子光谱能层能级原子结构示意图构造原理简化电子排布式1s22s22p63s1电子排布式价层电子排布式【Ne 】3s13s1表示方法核外电子的运动状态规律提出问题s sp pd df f261014问题：核外电子在各能级中电子数目有最多可容纳电子的限制呢？ 怎样的运动特点？认识新知薛定谔薛定谔方程：1926年奥地利物理学家薛定谔提出，可以用一个数学数学方程方程描述核外电子的运用状态，为近代量子力学奠定了理论基础。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
17、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。玻尔模型核外电子运动空间的不确定性与概率核外电子运动空间的不确定性与概率小黑点表示：1s在原子核外出现的概率密度的形象描述认识新知电子云为什么不是电子在核外出现的概率电子云为什么不是电子在核外出现的概率？疏密疏密表示电子在某一位置表示电子在某一位置出现出现概率密度概率密度概率密度概率密度是概率的密度，就是在单位空间（体积）内出现的概率。是概率的密度，就是在单位空间（体积）内出现的概率。P=90%1s电子电子云轮廓图云轮廓图电子电子云云电子云与电子云轮廓图电子云与电子云轮廓图认识新知电子云与电子云轮廓图电子云与电子云轮廓图(1)以
18、下为相同原子的s电子的电子云轮廓图，你有什么发现？1s2s3s4s同一原子能层越高，s电子云半径越大，电子离核更远的区域出现的概率密度，电子云向更大的空间扩展，因此电子云更弥散。认识新知电子云与电子云轮廓图电子云与电子云轮廓图(1)以下为相同原子的s电子的电子云轮廓图，你有什么发现？1s2s3s4s量子力学把电子在原子核外的一个空间运动的状态称为一个原子轨道原子轨道常用电子云轮廓图的形状和取向来表示原子轨道的形状与取向。s球形认识新知电子云与电子云轮廓图电子云与电子云轮廓图py电子云pz电子云px电子云p电子云电子云轮廓图轮廓图电子云电子云原子轨道3个p原子轨道p哑铃形(2) p 能级的电子云
19、轮廓图与s能级的相同吗？认识新知(3)讨论不同能级中的原子轨道数量能级能级s sp pd df f最多可容纳的电子数261014原子轨道数单轨道可容纳电子数22221 13 35 57 7认识新知(3)整理能层、能级、和原子轨道之间的关系，填表？练习检测下列说法正确的是下列说法正确的是A A 电子云呈球形，表示电子绕原子核做圆周运动电子云呈球形，表示电子绕原子核做圆周运动B B 电子云电子云图中的小黑点密度大，说明该原子核外空间电子数目多图中的小黑点密度大，说明该原子核外空间电子数目多C Cnsns 能级的电子云轮廓图可表示为能级的电子云轮廓图可表示为 D D 3d3d3 3表示表示 能级有能
20、级有3 3个轨道个轨道C C下列说法错误的是下列说法错误的是A A同一原子中，同一原子中，1s1s、2s2s、3s3s电子的能量相同电子的能量相同B B 1 1s s2 22s2s1 1 2 2p p1 1是是激发态原子的电子排布式激发态原子的电子排布式C C基态溴原子的简化电子排布式是基态溴原子的简化电子排布式是 D D某原子价电子排布式某原子价电子排布式是是6 6s s2 26p6p2 2，则该元素位于元素周期表则该元素位于元素周期表的的的的AAC C练习检测提出问题问题：从分析中我们知道每个原子单轨道中最多可容纳2个电子，那么这2个电子的运动状态完全相同吗？ 能量量子化原子光谱能层能级原
21、子结构示意图电子排布式原子轨道认识新知589.0 589,6589.0 589,6钠双线钠双线氢原子光谱氢原子光谱电子电子-自旋自旋斯特恩斯特恩- -盖拉赫实验盖拉赫实验认识新知电子电子-自旋自旋在能级的每一个轨道中，最多能容纳在能级的每一个轨道中，最多能容纳2 2个电个电子，这两个电子的自旋相反，有顺时针和逆子，这两个电子的自旋相反，有顺时针和逆时针两个自旋时针两个自旋方向。方向。 能量量子化原子光谱能层能级原子轨道电子自旋用用“和和“表示自旋方向的相反的电子表示自旋方向的相反的电子 能量量子化原子光谱能层能级原子结构示意图构造原理简化电子排布式1s22s22p63s1电子排布式价层电子排布
22、式【Ne 】3s13s1表示方法核外电子的运动状态规律原子轨道电子自旋? ?提出问题轨道表示式1s2s2p3s认识新知轨道表示式(1)以基态H原子为例，学习轨道表示式研究原子核外电子在原子轨道中的排布。H 1s1He 1s211s1s1s或或泡利原理泡利原理: :在能级的每一个轨道中，最多在能级的每一个轨道中，最多能容纳能容纳2 2个电子个电子，他们的自旋，他们的自旋方向相反。方向相反。Li 1s22s1Be 1s22s2B 1s22s22p1C 1s22s22p2N 1s22s22p3认识新知轨道表示式（2）以基态3-10原子为例，学习轨道表示式研究原子核外电子在原子轨道中的排布。1s2s1
23、s2s1s2s2p1s2s2p或或1s2s2p洪特规则：洪特规则：基态原子中，基态原子中，填入简并轨道的电子总填入简并轨道的电子总是是先单独分占先单独分占，且自旋，且自旋平行平行。1s2s2p认识新知轨道表示式以基态3-10号原子为例，学习轨道表示式研究原子核外电子在原子轨道中的排布。OFNe1s2s2p1s2s2p1s2s2p认识新知轨道表示式（3）练习书写基态11-18号原子核外电子在原子轨道中的排布的轨道表示式。Na 1s22s22p63s1Mg 1s22s22p63s2Al 1s22s22p63s23p1Si 1s22s22p63s23p21s2s2p3s1s2s2p3s1s2s2p3
24、s3p1s2s2p3s3pP 1s22s22p63s23p3S 1s22s22p63s23p4Cl 1s22s22p63s23p51s2s2p3s3p1s2s2p3s3p1s2s2p3s3p1s2s2p3s3pAr 1s22s22p63s23p6认识新知轨道表示式练习书写基态11-18号原子核外电子在原子轨道中的排布的轨道表示式。认识新知轨道表示式练习书写基态21-30号原子核外电子在原子轨道中的排布的轨道表示式。CaKScTiVCr1s2s2p3s3p4s1s2s2p3s3p4s3d1s2s2p3s3p4s3d洪特规则特例：洪特规则特例：能量相同的简并能量相同的简并轨道，轨道，全满、半满、全
25、空全满、半满、全空条件时，条件时，体系能量较低，原子较体系能量较低，原子较稳定稳定。认识新知轨道表示式练习书写基态21-30号原子核外电子在原子轨道中的排布的轨道表示式。MnFeCoNiCuZn1s2s2p3s3p4s3d1s2s2p3s3p4s3d价层电子轨道表示式能量最低原理能量最低原理在构建基态原子时，电子将尽可能占据能量最低的原子轨道，使原子的整体在构建基态原子时，电子将尽可能占据能量最低的原子轨道，使原子的整体能量最低。能量最低。补充：补充：实际上，整个原子的能量是由核电荷数、电子数和电子状态三个因素共实际上，整个原子的能量是由核电荷数、电子数和电子状态三个因素共同决定。当相邻能级能
26、量差别不大是，有同决定。当相邻能级能量差别不大是，有1-21-2个电子填入能量稍高的能级可能个电子填入能量稍高的能级可能反而降低电子排斥能，进而使原子整体能量最低。反而降低电子排斥能，进而使原子整体能量最低。例如，所有例如，所有副族元素的基态原子副族元素的基态原子。认识新知轨道表示式 能量量子化原子光谱能层能级原子结构示意图构造原理简化电子排布式1s22s22p63s1电子排布式价层电子排布式【Ne 】3s13s1表示方法核外电子的运动状态规律原子轨道电子自旋小结轨道表示式泡利原理泡利原理洪特规则洪特规则( (洪特规则洪特规则特例特例) )能量最低原理能量最低原理练习检测不不满足洪特规则满足洪
27、特规则不不满足能量最低原理满足能量最低原理不不满足构造原理满足构造原理练习检测下列有关氧原子结构的化学用语中，对电子运动状态描述最详尽的是下列有关氧原子结构的化学用语中，对电子运动状态描述最详尽的是D D价电子排布图价电子排布图 ，表示下表示下列哪种微粒列哪种微粒A AMnMn B BCoCo C CFeFe3+3+ D DCuCu2+2+练习检测B B练习检测下列电子排布图能表示某原子的最低能量状态的是下列电子排布图能表示某原子的最低能量状态的是D D练习检测磷酸铁锂磷酸铁锂(LiFePO(LiFePO4 4) )电极材料主要用于各种锂离子电池电极材料主要用于各种锂离子电池。下列下列说法错误
28、的是说法错误的是A ALiLi位于位于周期表周期表AAB B基态基态FeFe2+2+的价层电子排布式为的价层电子排布式为3d3d6 6C C基态基态P P原子的未成对电子数为原子的未成对电子数为5 5D D基态基态O O原子核外电子占据的最高能级的电子云轮廓图为哑铃形原子核外电子占据的最高能级的电子云轮廓图为哑铃形C C下列说法错误的是下列说法错误的是A Ansns电子的能量不一定高于电子的能量不一定高于(n-1)p(n-1)p电子的能量电子的能量B B6 6C C的电子排布式的电子排布式1s1s2 22s2s2 22p 2p 违反了洪特规则违反了洪特规则C C电子排布式电子排布式( (2121Sc)1sSc)1s2 22s2s2 22p2p6 63s3s2 23p3p6 63d3d3 3违反了能量最低原则违反了能量最低原则D D电子排布式电子排布式( (2222Ti)1sTi)1s2 22s2s2 22p2p6 63s3s2 23p3p1010违反了泡利原理违反了泡利原理练习检测A A
