1、-1-第1节原子结构模型-2-1.了解有关核外电子运动模型的历史发展过程。会运用玻尔原子结构模型的基本观点解释原子光谱的特点,形成证据推理与模型认知的化学核心素养。2.结合量子力学对核外电子运动状态的描述认识微观电子不同于宏观物体,不能同时准确地测定电子的位置和速度,培养宏观辨识与微观探析的化学核心素养。3.知道电子运动的能量状态具有量子化的特征,电子可以处于不同的能级,在一定条件下会发生激发和跃迁。知道电子的运动状态(空间分布及能量)可以通过原子轨道和电子云模型来描述,形成证据推理与模型认知的化学核心素养。-3-课前篇素养初探知识铺垫必备知识正误判断1.构成原子的粒子 2.原子中相关量之间的
2、关系(1)质量关系:质量数(A)=质子数(Z)+中子数(N)。(2)数量关系:质子数(Z)=核电荷数=中性原子的核外电子数。-4-课前篇素养初探知识铺垫必备知识正误判断一、氢原子光谱和玻尔的原子结构模型1.原子结构模型的演变道尔顿原子学说1803年,英国化学家道尔顿提出原子论汤姆孙“葡萄干布丁”模型1904年,汤姆孙在发现电子的基础上提出了原子结构的“葡萄干布丁”模型,开始涉及原子内部的结构卢瑟福核式模型1911年,英国物理学家卢瑟福根据粒子散射实验提出了原子结构的核式模型玻尔原子结构模型1913年,丹麦科学家玻尔根据原子光谱实验,进一步建立起核外电子分层排布的原子结构模型量子力学模型20世纪
3、20年代中期,建立了量子力学理论,从而产生了原子结构的量子力学模型-5-课前篇素养初探知识铺垫必备知识正误判断2.光谱和氢原子光谱(1)光谱。许多物质都能够吸收光或发射光。人们利用原子光谱仪将物质吸收的光或发射的光的频率(或波长)和强度分布记录下来,就得光谱。(2)氢原子光谱。氢原子光谱是由具有特定波长、彼此分立的谱线组成的线状光谱。-6-课前篇素养初探知识铺垫必备知识正误判断3.玻尔的原子结构模型(1)玻尔原子结构模型的基本观点。运动轨迹原子中的电子在具有确定半径的圆周轨道上绕原子核运动,并且不辐射能量能量分布在不同轨道上运动的电子具有不同的能量(E),而且能量值是不连续的,这称为能量“量子
4、化”。轨道能量依n值(1、2、3、)的增大而升高,n称为量子数电子跃迁只有当电子从一个轨道(能量为E1)跃迁到另一个轨道(能量为E2)时,才会辐射或吸收能量,当辐射或吸收的能量以光的形式表现出来并被记录时,就形成了光谱(2)意义。成功解释了氢原子光谱是线状光谱的实验事实;原子光谱源自核外电子在能量不同的轨道之间的跃迁;电子所处的轨道的能量是量子化的。-7-课前篇素养初探知识铺垫必备知识正误判断二、量子力学对原子核外电子运动状态的描述1.原子轨道(1)电子层。量子力学理论仍然使用量子数n。习惯上,将n所描述的电子运动状态称为电子层。电子层的表示方法:原子中由里向外的电子层数n可取1、2、3、4、
5、5、6等,对应的电子层符号分别为K、L、M、N、O、P等。电子层序数、符号、离核远近及能量之间的关系如下表:n12345对应电子层第一层第二层第三层第四层 第五层符号KLMNO离核远近近 远能量高低低 高-8-课前篇素养初探知识铺垫必备知识正误判断(2)能级。在含有多个电子的原子中,在同一电子层(即n相同)的电子,能量也可能不同,即同一个电子层内的电子可处于不同能级,分别用s、p、d、f等表示。在无外磁场的条件下,处于同一能级的电子能量相同。【微思考1】电子层序数与能级数的关系是怎样的?提示:能级数等于电子层序数,如当n=4时,有4个能级,分别用符号s、p、d、f表示。-9-课前篇素养初探知识
6、铺垫必备知识正误判断(3)原子轨道。含义:用来描述原子中单个电子的空间运动状态。n(电子层)值所对应的原子轨道数目。电子层为n的状态含有n2个原子轨道。当n=1,有1个能级,记为1s,也只有一个原子轨道,记作1s。当n=2时,有2个能级,分别记为2s、2p;共有4个原子轨道,包括1个s轨道和3个p轨道(分别记为2s、2px、2py、2pz)。当n=3时,有3个能级,分别记为3s、3p、3d;有9个原子轨道,包括1个s轨道和3个p轨道(分别记为3s、3px、3py、3pz)以及5个d轨道。(4)自旋运动状态。在核外运动的电子还存在一种被称为“自旋”的量子化运动。处于同一原子轨道上的电子自旋状态只
7、能有两种,分别用符号“”和“”表示。-10-课前篇素养初探知识铺垫必备知识正误判断【微点拨】(1)原子核外电子的每一电子层(n)最多可容纳的电子数是2n2。(2)多电子原子中,离核越近的电子层具有的能量越低。不同电子层之间,符号相同的能级的能量随着电子层序数的增大而增大。例如:1s2s3s4s5s6s7s。(3)相同电子层中各能级能量由低到高的顺序是nsnpndnf。-11-课前篇素养初探知识铺垫必备知识正误判断2.原子轨道的图形描述(1)原子轨道:描述原子中单个电子的空间运动状态。(2)原子轨道示意图。s轨道在三维空间分布的图形为球形。即s轨道具有球对称性。电子层序数n不同时,s轨道的形状相
8、同、半径不同,即s轨道半径1s2s3s电子层序数越大,原子轨道的半径越大。-12-课前篇素养初探知识铺垫必备知识正误判断p轨道在三维空间分布的图形与s轨道明显不同,它的分布特点是分别相对于x、y、z轴对称,p轨道在空间分别沿x、y、z轴的方向分布。电子层序数n不同时,p轨道的形状相同,大小不同。【微点拨】ns能级各有1个原子轨道;np能级各有3个原子轨道,相互垂直(用px、py、pz表示);nd能级各有5个原子轨道;nf能级各有7个原子轨道。-13-课前篇素养初探知识铺垫必备知识正误判断3.电子在核外的空间分布(1)电子运动的特点:质量非常小、运行速度极快且运动空间极小。(2)描述核外电子运动
9、的方法:通常用单位体积内小点的疏密程度来表示电子在原子核外某处单位体积内出现概率的大小。这种形象地描述电子在原子核外空间某处单位体积内的概率分布的图形称为电子云图。【微思考2】电子云图表示的是电子在原子核外的运动轨迹吗?提示:电子云图表示电子在核外空间某处出现的概率分布,不代表电子的运动轨迹。-14-课前篇素养初探知识铺垫必备知识正误判断判断下列说法是否正确,正确的打“”,错误的打“”。1.1s电子云呈球形,表示电子绕原子核做圆周运动。()2.电子云图中的小黑点密度越大,说明该原子核外空间电子越多。()3.ns轨道在三维空间分布的图形为球形。()4.焰色反应中观察到的特殊焰色是金属原子在电子从
10、基态跃迁到激发态时产生的光谱谱线的颜色。()5.能级就是电子层。()6.对于确定的n值,其对应的电子层的原子轨道数为n2。()7.同一电子层中不同能级的能量高低相同。()8.不同电子层中的s能级的能量高低相同。()答案:1.2.3.4.5.6.7. 8.-15-课堂篇素养提升探究1探究2素养脉络随堂检测电子层、能级和原子轨道之间的关系电子层、能级和原子轨道之间的关系问题探究1.按电子的能量差异可以将原子核外电子分成哪几个不同电子层?能级符号如ns、np、nd、nf中的n代表什么?提示:原子核外电子一般分成K、L、M、N、O、P、Q 7个电子层。n代表电子层。2.K、L、M、N层最多容纳的电子数
11、分别是多少?提示:K、L、M、N层最多容纳的电子数分别是2、8、18、32。-16-课堂篇素养提升探究1探究2素养脉络随堂检测3.如何比较原子核外电子的能量高低?提示:在多电子原子中,电子填充原子轨道时,原子轨道能量的高低存在如下规律:(1)相同电子层上原子轨道能量的高低:nsnpndnf。(2)不同电子层中能级符号相同的原子轨道,电子层序数越小,能量越低,如1s2s3s;2p3p4p等。(3)相同电子层中能级符号相同的原子轨道能量(无外磁场)相等,如2px=2py=2pz。-17-课堂篇素养提升探究1探究2素养脉络随堂检测深化拓展1.任一电子层的能级总是从s能级开始,能级数等于该电子层的序数
12、:第一电子层只有1个能级(1s),第二电子层有2个能级(2s和2p),第三电子层有3个能级(3s,3p和3d),即对于任一电子层,其能级数=电子层序数。2.电子层与能级类似楼层与阶梯之间的关系,在每一个电子层中,能级符号顺序是ns、np、nd、nf(如右图所示)。-18-课堂篇素养提升探究1探究2素养脉络随堂检测3.同一能级又可能包含几个空间分布不同的原子轨道,s能级中有1个原子轨道、p能级中有3个能量相同的原子轨道,分别记作npx、npy、npz,d能级中有5个能量相同的原子轨道。4.对于确定的n值,其原子轨道数为n2;每一电子层最多能容纳的电子数不同,每一电子层最多容纳的电子数为2n2(n
13、表示电子层序数)。5.能级的表示方法及各能级最多容纳的电子数电子层(n)1234符号KLMN能级1s2s 2p 3s 3p 3d 4s 4p 4d 4f原子轨道数1131351357最多容纳的电子数每个能级2262610 2610 14 每个电子层 281832能量一般顺序是KLMN1s,A正确;每一电子层含有的能级数等于电子层序数,即第n电子层含有n个能级,每一电子层总是从s能级开始,B错误;同是s能级,在不同的电子层中所能容纳的最多电子数都是2,C错误;多电子原子中,同一能级上电子的能量相同,D错误。-25-课堂篇素养提升探究1探究2素养脉络随堂检测电子在核外的空间分布电子在核外的空间分布
14、问题探究电子云图上的每个小黑点都代表实际存在的电子吗?提示:电子云图上的小黑点是指电子在原子核外某处出现的概率分布,不是实际存在的电子。-26-课堂篇素养提升深化拓展1.电子云图的含义为了形象地表示电子在原子核外空间的分布状况,人们通常用单位体积内小点的疏密程度来表示电子在原子核外单位体积内出现概率的大小。点密集的地方,表示电子在此处单位体积内出现的概率大;点稀疏的地方,表示电子在此处单位体积内出现的概率小。2.电子云轮廓图的形状s轨道上的电子的概率分布呈球形,p轨道上的电子云具有一定的空间取向。探究1探究2素养脉络随堂检测-27-课堂篇素养提升素能应用典例2(2020云南昭通永善第二中学高二
15、期末)下列有关电子云和原子轨道的说法正确的是()A.原子核外的电子像云雾一样笼罩在原子核周围,故称电子云B.s轨道空间分布呈球形,处在该轨道上的电子只能在球壳内运动C.p轨道在空间沿2个方向分布D.与s轨道相同,p轨道的平均半径随电子层的增大而增大探究1探究2素养脉络随堂检测-28-课堂篇素养提升答案:D解析:电子云是对电子运动的形象化描述,它仅表示电子在某一区域内出现的概率,并非原子核被电子云雾所包裹,A项错误;原子轨道是电子出现的概率比较高的空间轮廓,它表明电子在这一区域内出现的概率大,在此区域外出现的概率小,B项错误;p轨道在空间分别沿x、y和z 3个方向分布,C项错误;由于按2p、3p
16、、的顺序,原子轨道的能量依次升高,能量高的电子在离核更远的区域出现的概率逐渐增大,电子云越来越向更大的空间扩展,原子轨道的平均半径逐渐增大,D项正确。探究1探究2素养脉络随堂检测-29-课堂篇素养提升变式训练2-1下列关于电子云图的叙述不正确的是()A.电子云图是用小黑点的疏密程度来表示电子在空间某处出现概率大小的图形B.电子云图中的小黑点都表示实际存在的电子C.电子云图说明离核越近,出现概率越大,离核越远,出现概率越小D.轨道类型不同,电子云图的空间取向也不一样答案:B解析:为了形象地表示电子在原子核外空间的运动状况,人们常用小黑点的疏密程度来表示电子在原子核外某处出现概率的大小。小黑点密集
17、的地方,表示电子在此处单位体积内出现的概率大;小黑点稀疏的地方,表示电子在此处单位体积内出现的概率小。探究1探究2素养脉络随堂检测-30-课堂篇素养提升变式训练2-2(双选)(2020广西北海中学高二期末)下列说法中正确的是()A.因为p轨道是“8”字形的,所以p电子走“8”字形B.M电子层有3s、3p、3d三个能级,9个原子轨道C.原子轨道与电子云都是用来形象化描述电子的运动状态D.基态铜原子有8个能级答案:BC解析:p轨道的空间分布图形类似于“8”字形,表示的是电子出现概率大的区域的形状,而不是指电子的运动轨迹,故A错误;第三电子层有3s、3p、3d三个能级,共有9个原子轨道,故B正确;原
18、子轨道与电子云都是用来形象化描述电子的运动状态,故C正确;基态铜原子有7个能级,故D错误。探究1探究2素养脉络随堂检测-31-课堂篇素养提升探究1探究2素养脉络随堂检测-32-课堂篇素养提升探究1探究2素养脉络随堂检测1.氮原子2p能级上的3个电子分别位于2px、2py、2pz 3个原子轨道上,则这3个电子不相同的是()A.能量 B.电子云图C.电子云伸展方向D.质量答案:C解析:氮原子2p能级上的3个电子分布在不同的原子轨道上,因此它们的电子云伸展方向不同。-33-课堂篇素养提升探究1探究2素养脉络随堂检测2.下列电子层中包含有f能级的是()A.K能层B.L能层C.M能层D.N能层答案:D解
19、析:能级数目等于电子层序数,K、L、M、N对应的电子层序数依次为1、2、3、4,则分别有1(s)、2(s、p)、3(s、p、d)、4(s、p、d、f)个能级,即K、L、M电子层不包含f能级。-34-课堂篇素养提升探究1探究2素养脉络随堂检测3.下列叙述不正确的是()A.最易失去的电子能量最高B.在离核最远区域内运动的电子能量最高C.p能级电子能量一定高于s能级电子能量D.在离核最近区域内运动的电子能量最低答案:C解析:电子能量最高时最易失去,A项正确;在离核最远区域内运动的电子能量最高,而在离核最近区域内运动的电子能量最低,B、D项正确;p能级电子能量不一定高于s能级电子能量,如3s能级电子能
20、量高于2p能级电子能量,C项错误。-35-课堂篇素养提升探究1探究2素养脉络随堂检测4.(2019四川乐山一中高二期末)在多电子原子中,一般决定原子轨道能量的是()A.电子层B.电子层和能级C.电子层、能级和原子轨道空间分布D.原子轨道空间分布和电子自旋方向答案:B解析:在多电子原子中,原子轨道能量由电子层和能级决定。通常情况下,电子层序数越大,原子轨道的能量越高;电子层相同时,能级按s、p、d、f的顺序,原子轨道的能量依次升高。-36-课堂篇素养提升探究1探究2素养脉络随堂检测5.根据所学知识,试回答下列问题:原子核外s轨道呈形,每个s能级有个原子轨道;p轨道在三维空间分布的图形与s轨道明显不同,p轨道的分布特点是分别相对于对称,每个p能级有个原子轨道。 答案:球1x、y、z轴3
