1、第一章第一章 原子结构与性质原子结构与性质第一第一节节 原子结构原子结构高二化学备课组高二化学备课组2018.3.29新课标人教版高中化学选修3选修选修3 3 物质结构与性质物质结构与性质 现代大爆炸宇宙学理论认为，我们所在的宇现代大爆炸宇宙学理论认为，我们所在的宇宙诞生于一次大爆炸。大爆炸宙诞生于一次大爆炸。大爆炸后约后约2 2小时，诞生了小时，诞生了大量的氢、少量的氦以及极少量的锂。其后经过大量的氢、少量的氦以及极少量的锂。其后经过或长或短的发展过程，氢和氦发生原子核的融合或长或短的发展过程，氢和氦发生原子核的融合反应，分期分批地合成其他元素。反应，分期分批地合成其他元素。原子是怎样产生的
2、呢？原子是怎样产生的呢？选修选修3 3 物质结构与性质物质结构与性质道尔顿模型道尔顿模型（18031803）汤姆汤姆生模型（生模型（19041904）“葡萄干面包式葡萄干面包式”卢瑟福模型卢瑟福模型（19111911）波波尔模型尔模型（19131913）电子云模型电子云模型（19192626）原子结构模型探究历程原子结构模型探究历程原子具有怎样的结构？原子具有怎样的结构？选修选修3 3 物质结构与性质物质结构与性质原子核外电子是如何排布的呢？原子核外电子是如何排布的呢？一一二二三三四四五五六六七七符号符号KLMNOPQ电子层电子层离核越来越远离核越来越远能量越来越高能量越来越高选修选修3 3
3、物质结构与性质物质结构与性质二、能层与能级1 1、能层、能层多电子原子多电子原子核外电子的能量不同，核外电子的能量不同，按电子的能量差异，可以将核外电按电子的能量差异，可以将核外电子分成不同的子分成不同的能层能层。（电子层）（电子层）能层能层 一一二二三三四四五五六六七七符号符号KLMNOPQ最多电最多电子数子数28183250【学与问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？2n2n2 2选修选修3 3 物质结构与性质物质结构与性质2 2、能级、能级 在在多电子原子中，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，还可以把它们分成能级。
4、量也可能不同，还可以把它们分成能级。同同一能层内电子能量是否一能层内电子能量是否完全完全相同？相同？选修选修3 3 物质结构与性质物质结构与性质2 2、能级、能级 在在多电子原子中，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，还可以把它们分成能级。量也可能不同，还可以把它们分成能级。能层能层KLM NO能级能级1s2s、2p3s、3p、3d 4s、4p、4d、4f最多电最多电子数子数 22、62、6、102、6、10、14【学与问学与问2 2】不同不同的能层分别有多少个能级，与能的能层分别有多少个能级，与能层的序数（层的序数（n n）间存在什么关系？）间存在什么关系？选修选
5、修3 3 物质结构与性质物质结构与性质能层与能级能量关系图能量大小：相同能层不同能级：不同能层相同能级：1S2S3S4Snsnpndnf选修选修3 3 物质结构与性质物质结构与性质练一练1、以下能级符号正确的是（）A.6s B.2d C.3f D.7p2、下列各能层不包含p能级的是（）A.N B.M C.L D.KADD选修选修3 3 物质结构与性质物质结构与性质试写出K原子结构示意图+192 8 9+192 8 8 1结论：上述电子填充顺序不是完全按照能层由低到高的顺序排布的，出现了能级交错现象，科学家归纳大量的光谱事实得出能级排布顺序构造原理。选修选修3 3 物质结构与性质物质结构与性质三
6、、构造原理与电子排布式 能能量量升升高高能量升高能量升高 随随原子核电荷原子核电荷数递增，绝大多数递增，绝大多数原子核外电子数原子核外电子的排布的排布遵循遵循构造构造原理原理。能级能级能量高低的能量高低的顺序顺序:4s3d4p5s4d5p选修选修3 3 物质结构与性质物质结构与性质原子电子排布式表示该能级填充的电子数目能级能层K：1s2 2s22p63s23p64s1+192 8 8 1原子结构示意图选修选修3 3 物质结构与性质物质结构与性质处于激发态的电子是十分不稳定的，在极短的时间内（约10s）便跃迁到基态或较低的能级上，并在跃迁过程中将能量以一定波长（颜色）的光释放出来。电子的跃迁是物
7、理变化还是化学变化？全充满（p6，d10，f14）简化电子排布式：将电子排布式中的内层电子排布用相应的稀有气体元素符号加中括号来表示的式子。35 溴Br：上式中括号里的符号的意义是该元素上一周期稀有气体电子排布结构ns2np6(He：1s2)11 钠Na24 铬Cr：在现代化学中，常利用原子光谱上的特征谱线来鉴定元素，称为光谱分析。简化电子排布式：将电子排布式中的内层电子排布用相应的稀有气体元素符号加中括号来表示的式子。1s22s22p63s23p63d104s24p224 铬Cr：1s2 2s22p63s23p1汤姆生模型（1904）碱金属及碱土金属的能级差正好对应于可见光范围，于是我们就看
8、到了各种色彩。表示该能级填充的电子数目1s22s22p63s23p63d74s21s22s22p63s23p63d64s21s22s22p63s23p63d104s24p4原子核外电子是如何排布的呢？表示该能级填充的电子数目3 锂Li4 铍Be 5 硼B 6 碳C7 氮N 8 氧O 9 氟F 10 氖Ne1s2 2s11s2 2s21s2 2s22p11s2 2s22p21s2 2s22p31s2 2s22p41s2 2s22p51s2 2s22p6练习练习1请写出第二、三周期请写出第二、三周期3 31818号元素原子的电子排布式。号元素原子的电子排布式。11 钠Na 12 镁Mg 13 铝A
9、l14 硅Si 15 磷P 16 硫S 17 氯Cl18 氩Ar1s2 2s22p63s11s2 2s22p63s21s2 2s22p63s23p11s2 2s22p63s23p21s2 2s22p63s23p31s2 2s22p63s23p41s2 2s22p63s23p51s2 2s22p63s23p6讨论讨论横线处电子排布有什么共性？横线处电子排布有什么共性？选修选修3 3 物质结构与性质物质结构与性质Ne3s1练习：练习：写出第写出第8 8号元素氧、第号元素氧、第1414号元素号元素硅的硅的简简化电子排布式吗？化电子排布式吗？上式中括号里的符号的意义是上式中括号里的符号的意义是该元素上
10、一周期该元素上一周期稀有气体电子排布结构稀有气体电子排布结构ns2np6(He：1s2)Na的简化电子排布：He2s22p4Ne3s23p2O：Si：简化简化电子排布式电子排布式：将电子排布式中的内层电子排：将电子排布式中的内层电子排布用相应的稀有气体元素符号加中括号来表示的布用相应的稀有气体元素符号加中括号来表示的式子。如：式子。如：选修选修3 3 物质结构与性质物质结构与性质19 钾K:20 钙Ca:21 钪Sc：22 钛Ti：23 钒V：24 铬Cr：25 锰Mn：1s22s22p63s23p63d24s21s22s22p63s23p63d14s21s22s22p63s23p63d54s
11、11s22s22p63s23p63d34s2请写出第四周期请写出第四周期1936号元素原子的号元素原子的基态电子排布式。基态电子排布式。练习练习21s22s22p63s23p64s21s22s22p63s23p64s21s22s22p63s23p63d54s2选修选修3 3 物质结构与性质物质结构与性质26 铁Fe:27 钴Co:28 镍Ni：29 铜Cu：30 锌Zn：1s22s22p63s23p63d104s11s22s22p63s23p63d64s21s22s22p63s23p63d74s21s22s22p63s23p63d84s21s22s22p63s23p63d104s2选修选修3
12、3 物质结构与性质物质结构与性质31 镓Ga：32 锗Ge：33 砷As：34 硒Se：35 溴Br：36 氪Kr：1s22s22p63s23p63d104s24p11s22s22p63s23p63d104s24p21s22s22p63s23p63d104s24p31s22s22p63s23p63d104s24p41s22s22p63s23p63d104s24p51s22s22p63s23p63d104s24p6选修选修3 3 物质结构与性质物质结构与性质四四.能量最低原理、基态与激发态、光谱能量最低原理、基态与激发态、光谱 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。2 2、基
13、态原子、基态原子:处于最低能量的原子处于最低能量的原子 (稳定稳定)激发态原子激发态原子:基态原子的电子吸收能量后电子会基态原子的电子吸收能量后电子会跃迁到较高的能级跃迁到较高的能级,变为激发态原子。变为激发态原子。(不稳定不稳定)如：Na 1s22s22p63s1如：Na 1s22s22p63p11 1、能量最低原理、能量最低原理:选修选修3 3 物质结构与性质物质结构与性质思考思考电子的跃迁是物理变化还是化学变化？电子的跃迁是物理变化还是化学变化？电子的跃迁并不是原子失去或得到电子，电子的跃迁并不是原子失去或得到电子，只是从一个能级跃迁到另一个能级，所以电子只是从一个能级跃迁到另一个能级，
14、所以电子跃迁是物理变化，不是化学变化。跃迁是物理变化，不是化学变化。选修选修3 3 物质结构与性质物质结构与性质 节日燃放的焰火节日燃放的焰火 电子电子从能量较高的激发态跃迁到较低能量的从能量较高的激发态跃迁到较低能量的激发态乃至基态时，将释放能量，光是电子释激发态乃至基态时，将释放能量，光是电子释放能量的重要形式之一。在日常生活中，我们放能量的重要形式之一。在日常生活中，我们看到的许多可见光，如灯光、激光、焰火看到的许多可见光，如灯光、激光、焰火都都与原子核外电子发生跃迁释放能量有关。与原子核外电子发生跃迁释放能量有关。选修选修3 3 物质结构与性质物质结构与性质 焰色反应就是某些金属原子的
15、电子在高温火焰色反应就是某些金属原子的电子在高温火焰中，接受了能量，使原子外层的电子从焰中，接受了能量，使原子外层的电子从基态基态跃迁到跃迁到激发态激发态；处于激发态的电子是十分不稳；处于激发态的电子是十分不稳定的，在极短的时间内（约定的，在极短的时间内（约1010s s）便跃迁到）便跃迁到基态或较低的能级上，并在跃迁过程中将能量基态或较低的能级上，并在跃迁过程中将能量以一定波长（颜色）的光释放出来。由于各种以一定波长（颜色）的光释放出来。由于各种元素的能级是被限定的，因此在向基态跃迁时元素的能级是被限定的，因此在向基态跃迁时释放的能量也就不同。碱金属及碱土金属的能释放的能量也就不同。碱金属及
16、碱土金属的能级差正好对应于可见光范围，于是我们就看到级差正好对应于可见光范围，于是我们就看到了各种色彩。了各种色彩。焰火呈现五颜六色的原因选修选修3 3 物质结构与性质物质结构与性质3 3、原子光谱、原子光谱基态原子激发态原子吸收能量释放能量发射光谱吸收光谱能量较高能量最低 不同元素的原子发生跃迁时会吸收或释放不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同的光，可以用光谱仪摄取各种元素的电子的吸收光谱和发射光谱。收光谱和发射光谱。选修选修3 3 物质结构与性质物质结构与性质 4、光谱分析：锂、氦、汞的吸收光谱锂、氦、汞的吸收光谱锂、氦、汞的发射光谱锂、氦、
17、汞的发射光谱 在历史上，许多元素是通过原子光谱发现的。利用原子光谱的特征谱线发现和鉴定元素。在现代化学中，常利用原子光谱上的特征谱线来鉴定元素，称为光谱分析。选修选修3 3 物质结构与性质物质结构与性质绝大多数基态原子核外绝大多数基态原子核外电子排布遵循构造原理！电子排布遵循构造原理！原子核外电子是原子核外电子是如何运动的呢？如何运动的呢？选修选修3 3 物质结构与性质物质结构与性质思考：宏观思考：宏观物体（卫星）与微观物体物体（卫星）与微观物体(电子电子)的运动有什么区别？的运动有什么区别？五、电子云与原子轨道五、电子云与原子轨道运动轨迹可描述运动轨迹可描述选修选修3 3 物质结构与性质物质
18、结构与性质 我们不可能像描述宏观运动物体那样，确定具有一定空间运动状态的核外电子在某个时刻处于原子核外空间何处，而只能确定它出现在原子核外空间各处的概率。如何描述电子的运动状态呢？（以氢原子为例）如何描述电子的运动状态呢？（以氢原子为例）选修选修3 3 物质结构与性质物质结构与性质电子排布在同一能级不同轨道时，总优先单独占据一个轨道，且自旋方向相同。【学与问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？1、能级与原子轨道形状、数目之间的关系？2 8 8 11s22s22p63s23p64s21s22s22p63s23p63d104s24p41s2 2s22p6
19、3s23p61s22s22p63s23p63d24s2如：Na 1s22s22p63p1如：第三能层就有3个能级（3s,3p,3d），包含9个原子轨道。33 砷As：12 镁Mg表示该能级填充的电子数目利用原子光谱的特征谱线发现和鉴定元素。碱金属及碱土金属的能级差正好对应于可见光范围，于是我们就看到了各种色彩。绝大多数基态原子核外电子排布遵循构造原理！1s22s22p63s23p63d104s2新课标人教版高中化学选修312 镁Mg1s22s22p63s23p63d14s2氢原子氢原子1s1s电子在电子在原子核外出现的原子核外出现的概率密度分布图概率密度分布图1 1、电子云、电子云：处于一定空
20、间运动状态的电子：处于一定空间运动状态的电子在原子核外空间的概率密度分布的形象化在原子核外空间的概率密度分布的形象化描述。描述。即即概率密度概率密度分布图分布图。选修选修3 3 物质结构与性质物质结构与性质电子云轮廓图的制作电子云轮廓图的制作把电子在核外空间把电子在核外空间出现概率约为出现概率约为90%的空间圈出来的空间圈出来选修选修3 3 物质结构与性质物质结构与性质 s能级电子云 由于由于同一原子能层越高，电子的能量依同一原子能层越高，电子的能量依次增高，电子在离核更远的区域出现的概率次增高，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逐渐增大，电子云越来越向更大的
21、空间扩展。选修选修3 3 物质结构与性质物质结构与性质 P P电子云电子云形状形状是是哑铃哑铃形形，每个每个P P能级有能级有3 3个个相互相互垂直的电子云，垂直的电子云，分别以分别以P x,Py,PP x,Py,Pz z表示表示。xyzxyzxyz p能级的电子云选修选修3 3 物质结构与性质物质结构与性质2 2、原子轨道、原子轨道：量子力学把电子在原子核外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。的一个空间运动状态称为一个原子轨道。*s s能级原子轨道呈球形能级原子轨道呈球形*p p能级能级原子轨道呈哑铃形，有三种取向，原子轨道呈哑铃形，有三种取向，且且相互相互垂直垂直,
22、分别以分别以P x,Py,PP x,Py,Pz z表示表示选修选修3 3 物质结构与性质物质结构与性质P P能能级级的的原原子子轨轨道道P P能级的能级的3 3个原子轨道个原子轨道P P x x,P,Py y,P,PZ Z合在一起的情形合在一起的情形选修选修3 3 物质结构与性质物质结构与性质阅读教材阅读教材P P1111表表1-21-2，思考与交流：，思考与交流：1 1、能级与原子轨道形状、数目之间的关系？、能级与原子轨道形状、数目之间的关系？2 2、能层与原子轨道数目能层与原子轨道数目之间的之间的关系？关系？思考交流思考交流选修选修3 3 物质结构与性质物质结构与性质 各能级所含有原子轨道
23、数目各能级所含有原子轨道数目能级符号能级符号n sn pn dn f轨道数目轨道数目1357第第n n能层上有能层上有n n个能级、个能级、n n2 2个原子轨道。如：个原子轨道。如：第三能层就有第三能层就有3 3个能级（个能级（3s,3p,3d3s,3p,3d），包含），包含9 9个原子轨道个原子轨道。归纳总结归纳总结选修选修3 3 物质结构与性质物质结构与性质 量子力学表明：电子除量子力学表明：电子除空间运动状态空间运动状态外，还外，还有一种状态叫有一种状态叫“自旋自旋”。电子自旋有顺时针和逆。电子自旋有顺时针和逆时针两种状态，常用上下箭头时针两种状态，常用上下箭头(和和)表示自旋状态表示
24、自旋状态相反的电子。相反的电子。六、泡利原理和洪特规则六、泡利原理和洪特规则自自 旋旋选修选修3 3 物质结构与性质物质结构与性质核外电子排布规则核外电子排布规则:1.1.能量最低原理能量最低原理 2.2.泡利原理泡利原理 每个原子轨道里最多只能容纳每个原子轨道里最多只能容纳 2 2 个自旋个自旋方向方向 相反相反 的电子。的电子。选修选修3 3 物质结构与性质物质结构与性质电子排布图电子排布图方框表原子轨道，箭头表电子。方框表原子轨道，箭头表电子。例：1H2He练习练习：B B、C C3Li1s1s1s 2s选修选修3 3 物质结构与性质物质结构与性质3.3.洪特规则洪特规则 4.4.补充补充规则（特例）规则（特例）相对稳定的状态相对稳定的状态全充满全充满（p6，d10，f14）全空时全空时（p0，d0，f0）半充满半充满（d5，f7）电子排布在同一能级不同轨道时，总优先单独占据一个轨道，且自旋方向相同。选修选修3 3 物质结构与性质物质结构与性质24Cr原子的电子排布图原子的电子排布图:1s22s22p63s23p63d54s1不是不是3d44s2例：例：选修选修3 3 物质结构与性质物质结构与性质小结：一、原子核外电子排布遵循三大原理二、原子核外电子排布两大表示式能量最低原则泡利（不相容）原理洪特规则电子排布式电子排布图
