1、专题专题2：原子结构与元素的性：原子结构与元素的性质质第一单元：原子核外电子的运动第一单元：原子核外电子的运动西山高级中学西山高级中学 田立国田立国开天辟地开天辟地原子的诞生原子的诞生1.1.现代大爆炸宇宙学理论现代大爆炸宇宙学理论宇宇宙宙大大爆爆炸炸大量氢大量氢少量氦少量氦极少量锂极少量锂其他元素其他元素原子核的原子核的熔合反应熔合反应约约2h2h后后诞生于诞生于2.2.氢是宇宙中最丰富的元素，是所有元素之母。氢是宇宙中最丰富的元素，是所有元素之母。3.3.所有恒星仍在合成元素，但这些元素都是已所有恒星仍在合成元素，但这些元素都是已知的。知的。4.4.地球上的元素绝大多数是金属，非金属地球上
2、的元素绝大多数是金属，非金属（包括稀有气体）仅（包括稀有气体）仅2222种。种。原子的发现史原子的发现史1.1.古希腊原子论古希腊原子论2.2.道尔顿原子模型道尔顿原子模型(1803(1803年年)3.3.汤姆生原子模型汤姆生原子模型(1904(1904年年)4.4.卢瑟福原子模型卢瑟福原子模型(1911(1911年年)5.5.玻尔原子模型玻尔原子模型(1913(1913年年)6.6.电子云模型电子云模型(1926(1926年年)回忆：回忆：一、人类对原子结构的认识一、人类对原子结构的认识卢瑟福（原子之父）原子模型卢瑟福（原子之父）原子模型(1911(1911年年)原子中心有一个带正电荷的核，
3、它的质量几乎原子中心有一个带正电荷的核，它的质量几乎等于原子的全部质量，电子在它的周围沿着不等于原子的全部质量，电子在它的周围沿着不同的轨道运转，就象行星环绕太阳运转一样。同的轨道运转，就象行星环绕太阳运转一样。(“(“行星系式行星系式”原子模原子模型型)(核式模型核式模型)玻尔原子模型玻尔原子模型(1913(1913年年)电子在原子核外空间的一定轨道电子在原子核外空间的一定轨道上绕核做高速的圆周运动。上绕核做高速的圆周运动。(电子分层排布模型电子分层排布模型)玻尔的玻尔的电子分层排布模型电子分层排布模型1、原子核外电子在一系列稳定的轨道一运、原子核外电子在一系列稳定的轨道一运动，这些称为原子
4、轨道（能级或电子亚层）。动，这些称为原子轨道（能级或电子亚层）。2、不同的原子轨道具有不同的能量。、不同的原子轨道具有不同的能量。原子轨道的能量变化是不连续的。原子轨道的能量变化是不连续的。3、原子核外电子可以有能量不同的轨、原子核外电子可以有能量不同的轨道上发生跃迁。道上发生跃迁。回顾回顾:电子在原子核外空间是怎样排布的？电子在原子核外空间是怎样排布的？(1)核外电子总是尽量先排布在能量较低的电核外电子总是尽量先排布在能量较低的电子层，然后由里向外，依次排布在能量逐步升子层，然后由里向外，依次排布在能量逐步升高的电子层。高的电子层。(2)原子核外各电子层最多容纳原子核外各电子层最多容纳2n2
5、个电子。个电子。(3)原于最外层电子数目不能超过原于最外层电子数目不能超过8个个(K层为最层为最外层时不能超过外层时不能超过2个电子个电子)。(4)次外层电子数目不能超过次外层电子数目不能超过18个个(K层为次外层为次外层时不能超过层时不能超过2个个)，倒数第三层电子数目不能，倒数第三层电子数目不能超过超过32个。个。1、原子核外电子的运动特征：、原子核外电子的运动特征：质量极小（约为质子或中子的质量极小（约为质子或中子的1/1836）运动空间极小（运动运动空间极小（运动范围的直径数量级为范围的直径数量级为1010m）极高速运动（接近光速）极高速运动（接近光速）无法无法同时测定其速度和位置同时
6、测定其速度和位置归纳归纳五彩缤纷的五彩缤纷的焰火焰火 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1.能量最低原理能量最低原理:原子的电子排布遵循构造原理使整个原子原子的电子排布遵循构造原理使整个原子的能量处于最低状态的能量处于最低状态2.基态原子与激发态原子基态原子与激发态原子处于最低能量的原子叫处于最低能量的原子叫基态原子基态原子;当基态原当基态原子的电子吸收能量后子的电子吸收能量后,电子会跃迁到较高能电子会跃迁到较高能级成为级成为激发态原子激发态原子。3.基态、激发态的相互转化与基态、激发态的相互转化与能量转化的关系能量转化的关系基态原子基态原子激发态原子激发态原子电
7、子吸收能电子吸收能量（量（）h电子释放能电子释放能量（量（）hE4.光谱与光谱分析光谱与光谱分析:（1）光谱：）光谱：不同元素的原子发生跃迁时会吸收或释放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不同的光，可以用光谱仪摄取各种元素的电子的吸收光谱或发射光谱总称电子的吸收光谱或发射光谱总称原子光谱原子光谱（2）光谱分析：）光谱分析：利用原子光谱的特征谱线来鉴定元素利用原子光谱的特征谱线来鉴定元素用光谱仪测定氢气放电管发射的氢的发射光谱原子核外电子运动的描述方法原子核外电子运动的描述方法 由于以上特征，电子运动不能用牛顿运由于以上特征，电子运动不能用牛顿运动定律来描述
8、，只能用统计的观点来描动定律来描述，只能用统计的观点来描述。我们不可能像描述宏观运动物体那述。我们不可能像描述宏观运动物体那样，确定一定状态的核外电子在某个时样，确定一定状态的核外电子在某个时刻处于原子核外空间如何，而只能确定刻处于原子核外空间如何，而只能确定它在原子核外各处出现的概率。该统计它在原子核外各处出现的概率。该统计图示即图示即电子云电子云好像带负电好像带负电荷的云雾笼罩在原子核周围，荷的云雾笼罩在原子核周围，人们形象的称为电子云。人们形象的称为电子云。电子云电子云注意：注意：A.A.小黑点的含义小黑点的含义B.B.小黑点疏密的含义小黑点疏密的含义C.HC.H原子电子云的形状原子电子
9、云的形状（1）像一团带负电荷的云雾）像一团带负电荷的云雾（2）小黑点的疏密表示电子在核）小黑点的疏密表示电子在核外空间一定范围内出现的机会大外空间一定范围内出现的机会大小小（3）核外电子能量底的离核近，）核外电子能量底的离核近，能量高的离核远。能量高的离核远。二、原子核外电子的运动特征二、原子核外电子的运动特征1.1.各电子层所包含的原子轨道类型及各各电子层所包含的原子轨道类型及各电子层、原子轨道最多容纳的电子数电子层、原子轨道最多容纳的电子数电子层电子层(n)(n)一一二二三三四四五五六六七七符号符号K KL LM MN NO O P P Q Q原子轨原子轨道道(l l)1s1s 2s2s
10、2p2p 3s3s 3p3p 3d3d 4s4s 4p4p 4d4d 4f4f最多容最多容纳的电纳的电子数子数2 22 26 62 26 610102 26 61010 14142 28 8181832322n2n2 2电子层（能层）与原子轨道（能级）电子层（能层）与原子轨道（能级）原子轨道原子轨道 量子力学研究表明，处于同一电子层的量子力学研究表明，处于同一电子层的原子核外电子，也可以在不同类型的原子原子核外电子，也可以在不同类型的原子轨道上运动。轨道上运动。轨道的轨道的类型不同类型不同，轨道的，轨道的形状也不同形状也不同用用s s、p p、d d、f f分别表示不同形状的轨道分别表示不同形
11、状的轨道 形状相同形状相同的原子轨道在原子核外空间还的原子轨道在原子核外空间还有有不同的伸展方向不同的伸展方向原子轨道类型原子轨道类型spdf原子轨道形状原子轨道形状球形球形 纺锤形纺锤形 花瓣形花瓣形s轨道的形轨道的形状状球形球形 p轨道的形轨道的形状状纺锤形纺锤形（哑铃形）（哑铃形）d轨道的轨道的形状形状花瓣形花瓣形 原子轨道的特点原子轨道的特点s s原子轨道是原子轨道是球球形的，形的，p p原子轨道是原子轨道是纺锤纺锤形的；形的；S S轨道是球形对称的，所以只有轨道是球形对称的，所以只有1 1个轨道；个轨道；p p轨道在空间上有轨道在空间上有x x、y y、z z三个伸展方向，三个伸展方
12、向，所以所以p p轨道包括轨道包括p px x、p py y、p pz z3 3个轨道；个轨道；d d轨道有轨道有5 5个伸展方向（个伸展方向（5 5个轨道）个轨道）f f轨道有轨道有7 7个伸展方向（个伸展方向（7 7个轨道）个轨道）；每一电子层数（每一电子层数（n n）各原子轨道的取值各原子轨道的取值nsn1nsn1；npn2npn2；ndn3ndn3；nfn4nfn4；(3)(3)每一电子层最多可容纳每一电子层最多可容纳2n2n2 2个电子个电子以以s s、p p、d d、f f 排序的各原子轨道可容纳排序的各原子轨道可容纳的最多电子数依次为的最多电子数依次为1 1、3 3、5 5、7
13、7、的二倍。的二倍。2.2.各电子层、原子轨道中电子能量各电子层、原子轨道中电子能量的高低的高低同一电子层中不同的原子轨道：同一电子层中不同的原子轨道：形状相同的不同原子轨道（能级）形状相同的不同原子轨道（能级）的能量高低顺序：的能量高低顺序：1s2s3s4s；2p3p4p;3d4dE(ns)E(ns)E(np)E(np)E(nd)E(nd)E(nf)E(nf)（3）电子层和形状相同的原）电子层和形状相同的原子轨道的能量相等，如子轨道的能量相等，如2px，2py，2pz轨道的能量相等轨道的能量相等1、4d轨道中最多容纳电子数为（轨道中最多容纳电子数为（）A2 B10 C14 D18练习练习2、
14、下列轨道含有轨道数目为、下列轨道含有轨道数目为3的是（的是（）A1s B2p C3p D4d 3、第三电子层含有的轨道数为（、第三电子层含有的轨道数为（）A3 B5 C7 D9 BBC D 4、下列关于电子层与原子轨道类型的说法、下列关于电子层与原子轨道类型的说法中不正确的是中不正确的是()A原子核外电子的每一个电子层最多可原子核外电子的每一个电子层最多可容纳的电子数为容纳的电子数为2n2 B任一电子层的原子轨道总是从任一电子层的原子轨道总是从s轨道开轨道开始，而且原子轨道类型数目等于该电子层始，而且原子轨道类型数目等于该电子层序数序数 C同是同是s轨道，在不同的能层中所能容纳轨道，在不同的能
15、层中所能容纳的最多电子数是不相同的的最多电子数是不相同的 D1个原子轨道里最多只能容纳个原子轨道里最多只能容纳2个电子个电子 C 3、电子的自旋、电子的自旋电子的自旋方式有两种：顺时自旋电子的自旋方式有两种：顺时自旋和逆时自旋。分别用和逆时自旋。分别用和和表示。表示。电子自旋状态电子自旋状态自旋平行：自旋平行：自旋相反：自旋相反：注：每个原子轨道最多只能排布注：每个原子轨道最多只能排布两个自旋相反的电子。两个自旋相反的电子。三、原子核外电子的排布三、原子核外电子的排布1.能量最低原理能量最低原理原子核外电子尽先占有能量最原子核外电子尽先占有能量最低的轨道，然后依次进入能量低的轨道，然后依次进入
16、能量较高的轨道，这样使整个体系较高的轨道，这样使整个体系能量最低。（原子能量最低。（原子轨道的能轨道的能量关系如下：）量关系如下：）1s2s2p3s3p4s3d4p5s4d5p6s4f5d6p7s5f6d7p电子排布要遵循的原理电子排布要遵循的原理2.泡利不相容原理泡利不相容原理 每个原子轨道上最多只能容纳两个自每个原子轨道上最多只能容纳两个自旋状态不同的电子。旋状态不同的电子。3.洪特规则洪特规则在能量相同的轨道上的电子，将尽在能量相同的轨道上的电子，将尽先分占不同轨道而且自旋状态相同。先分占不同轨道而且自旋状态相同。2.2.电子排布式电子排布式NaNa：1s1s2 22s2s2 22p2p
17、6 63s3s1 1电子层数电子层数该能级上排该能级上排布的电子数布的电子数原子轨道原子轨道符号符号K KL LM MFeFe：1s1s2 22s2s2 22p2p6 63s3s2 23p3p6 63d3d6 64s4s2 2K KL LM MN N按能层次序书写并填充入电子。按能层次序书写并填充入电子。注意：注意：并不是所有基态原子的核外并不是所有基态原子的核外电子都符合简单的原理。电子都符合简单的原理。结果结果2424CrCr：1s1s2 22s2s2 22p2p6 63s3s2 23p3p6 63d3d5 54s4s1 12929CuCu：1s1s2 22s2s2 22p2p6 63s3
18、s2 23p3p6 63d3d10104s4s1 1 24Cr、29Cu、47Ag、79Au的核外电子排的核外电子排布式，并比较外围电子层排布的异同。布式，并比较外围电子层排布的异同。洪特规则特例：洪特规则特例：当原子核外电子在能量相等的当原子核外电子在能量相等的轨道上排布时，轨轨道上排布时，轨道上全空（道上全空（p0、d0、f0）、）、半满（半满（p3、d5、f7）、全满（）、全满（p6、d10、f14）结）结构构时能量较低时能量较低3.3.简化电子排布式简化电子排布式如：如：NaNa：1s1s2 22s2s2 22p2p6 63s3s1 1Ne3sNe3s1 1对于电子排布式书写较为复杂，
19、我们把对于电子排布式书写较为复杂，我们把内层已经达到稀有气体结构的部分用稀内层已经达到稀有气体结构的部分用稀有气体加中括号方法代替。有气体加中括号方法代替。简化为简化为原子实原子实写出氧、硅、铁的简化电子排布式写出氧、硅、铁的简化电子排布式O：1s1s2 22s2s2 22p2p4 4 He2s2s2 22p2p4 4简化为简化为Si：1s1s2 22s2s2 22p2p6 63s3s2 23p3p2 2简化为简化为 Ne3s3s2 23p3p2 2Fe：1s1s2 22s2s2 22p2p6 63s3s2 23p3p6 63d3d6 64s4s2 2简化为简化为 Ar3d3d6 64s4s2
20、 2练一练练一练例题解析例题解析例例1 1 若某基态原子的外围电子排布为若某基态原子的外围电子排布为3d3d1 14s4s2 2，则下列说法正确的是（，则下列说法正确的是（）A A该元素基态原子中共有该元素基态原子中共有3 3个电子个电子 B B该元素原子核外有该元素原子核外有4 4个电子层个电子层C C该元素原子最外层共有该元素原子最外层共有3 3个电子个电子 D D该元素原子该元素原子M M能层共有能层共有8 8个电子个电子 B B 例例2 2 下列有关认识正确的是（下列有关认识正确的是（）A A各能级的原子轨道数按各能级的原子轨道数按s s、p p、d d、f f的顺序分别为的顺序分别为
21、1 1、3 3、5 5、7 7 B B各能层的能级都是从各能层的能级都是从s s能级开始能级开始至至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 n1 1 D D各能层含有的电子数为各能层含有的电子数为2 2n n2 2A A 例例3 3 下列粒子中，电子排布式为下列粒子中，电子排布式为1s1s2 22s2s2 22p2p6 63s3s2 23p3p6 6的有（的有（）A AScSc3+3+B BMgMg2+2+C CClCl-D DBrBr-例例4 4 下列化学用语，不能表示氯离下列化学用语，不能表示氯离子的是（子的是（）A AClCl-D D1s1s2 22s2
22、s2 22p2p6 63s3s2 23p3p6 6B BC CBCBCACAC 例例5 5 下列下列电子排布原子轨道顺序，实质是电子排布原子轨道顺序，实质是各能级能量高低。若以各能级能量高低。若以E E(nlnl)表示某能级的能表示某能级的能量，以下各式中正确的是（量，以下各式中正确的是（）A AE E(4s)(4s)E E(3s)(3s)E E(2s)(2s)E E(1s)(1s)B BE E(3d)(3d)E E(4s)(4s)E E(3p)(3p)E E(3s)(3s)C CE E(5s)(5s)E E(4f)(4f)E E(4s)(4s)E E(3d)(3d)D DE E(5s)(5s
23、)E E(4s)(4s)E E(4f)(4f)E E(3d)(3d)ABAB4、轨道表示式、轨道表示式轨道表示式的书写格式轨道表示式的书写格式元素符号；元素符号；轨道框（一个轨道一轨道框（一个轨道一个框，能量相同的轨道连在一起）；个框，能量相同的轨道连在一起）；电子自旋状态（用电子自旋状态（用“”、“”表表示）；示）；轨道符号（轨道框下面）轨道符号（轨道框下面）如如Na：当碳原子的核外电子排布由当碳原子的核外电子排布由转变为转变为时时，下列说法正确的下列说法正确的是是 （）A.碳原子由基态变为激发态碳原子由基态变为激发态 B.碳原子由激发态变为基态碳原子由激发态变为基态C.碳原子要从外界环境中
24、吸收能量碳原子要从外界环境中吸收能量D.碳原子要向外界环境释放能量碳原子要向外界环境释放能量A C 1原子实：原子实：原子核外内层电子已达到原子核外内层电子已达到稀有气体结构的部分稀有气体结构的部分2外围电子排布式：外围电子排布式：原子电子排布式原子电子排布式中省去原子实的剩余部分中省去原子实的剩余部分3价电子：价电子：主族元素的外围电子排布主族元素的外围电子排布式，也就是主族元素的最外层电子式，也就是主族元素的最外层电子4基态：基态：最低能量状态。如处于最低最低能量状态。如处于最低能量状态的原子称为基态原子。能量状态的原子称为基态原子。几个名词：几个名词：习题精练习题精练1 1下列各原子或离
25、子的电子排布式下列各原子或离子的电子排布式错误的是错误的是 （）AAl 1s2 2s2 2p6 3s2 3p1 BO2-1s2 2s2 2p6CNa+1s2 2s2 2p6 DSi 1s2 2s2 2p22 2按能量由低到高的顺序排列，正确按能量由低到高的顺序排列，正确的一组是（的一组是（）A A1s1s、2p2p、3d3d、4s B4s B1s1s、2s2s、3s3s、2p C2p C2s2s、2p2p、3s3s、3p D3p D4p4p、3d3d、4s4s、3p3pC3若若n=3，以下能级符号错误的是，以下能级符号错误的是()Anp Bnf Cnd D nsB3.3.写出下列元素基态原子的
26、电子排布式：写出下列元素基态原子的电子排布式：(5)Br(5)Br ;CaCa ；(3)Si(3)Si ;(2)P(2)P ;N N ；1s22s22p31s22s22p63s23p31s22s22p63s23p21s22s22p63s23p64s21s22s22p63s23p63d104s24p54.4.写出下列元素原子的简化电子排布式：写出下列元素原子的简化电子排布式：NaNa：；P P：；CuCu：；RbRb：；BeBe：；MnMn：。Ne3s1Ne3s23p3Kr4s1Ar 3d104s1He2s2Ar 3d54s2或Ne 3s23p63d54s25 5写出下列粒子的符号：写出下列粒子
27、的符号：最外能层电子数是次外能层电子数二最外能层电子数是次外能层电子数二倍的原子倍的原子 ；与氪原子的电子排布相同，带与氪原子的电子排布相同，带1 1个单个单位负电荷的粒子位负电荷的粒子 ；与氖原子的电子排布相同，带与氖原子的电子排布相同，带2 2个单个单位正电荷的粒子位正电荷的粒子 ；单质用于制作电脑芯片，第三能层里单质用于制作电脑芯片，第三能层里2 2个能级上的电子数相同的原子个能级上的电子数相同的原子 ；只有只有2 2个能层，个能层，带带3 3个单位正电荷的粒个单位正电荷的粒子子 。6下列微粒的核外电子的表示方法下列微粒的核外电子的表示方法是否正确？若不正确请说明理由并改是否正确？若不正确请说明理由并改正正（1）C 1s 2s 2p（2）P原子外围电子轨道式原子外围电子轨道式 3s 3p（3）Cr原子的外围电子排布式原子的外围电子排布式 3d44s1（4）Fe2+1s22s22p63s23p63d44s2
