化學選修3《原子結(jié)構(gòu)》課件

1、進一步認識原子核外電子的分層排布2、知道原子核外電子的能層分布及其能量關(guān)系3、知道原子核外電子的能級分布及其能量關(guān)系4、能用符號表示原子核外的不同能級，初步知道量子數(shù)的涵義5、了解原子結(jié)構(gòu)的構(gòu)造原理，能用構(gòu)造原理認識原子的核外電子排布6、能用電子排布式表示常見元素（1-36號）原子核外電子的排布

知識與技能過程與方法：

復(fù)習和延伸、類比和歸納、能層類比樓層，能級類比樓梯。情感和價值觀：

充分認識原子結(jié)構(gòu)理論發(fā)展的過程是一個逐步深入完美的過程第一頁，共67頁。第一頁，共67頁。一：原子概念和原子結(jié)構(gòu)模型演變簡介1．公元前5世紀，希臘哲學家德謨克利特等人認為：萬物是由大量的不可分割的微粒構(gòu)成的，即原子。2．19世紀初，英國科學家道爾頓提出近代原子學說，他認為原子是微小的不可分割的實心球體。近代原子學說的創(chuàng)立第二頁，共67頁。第二頁，共67頁。道爾頓原子學說（1）、一切物質(zhì)都是由不可見的、不可分割的原子組成，原子不可自生自滅（2）、同種類的原子在質(zhì)量、形狀和性質(zhì)上完全相同，不同種類的原子則不同（3）、每一種物質(zhì)都是由它自己的原子構(gòu)成。單質(zhì)是由簡單原子組成，化合物是由復(fù)雜原子組成。復(fù)雜原子的質(zhì)量等于組成它的簡單原子的質(zhì)量總和。第三頁，共67頁。第三頁，共67頁。1897年，英國科學家湯姆生發(fā)現(xiàn)了電子，1904年他提出，原子好像一個帶正電荷的球，電子作為點電荷鑲嵌在球中間。這是他解釋元素化學性質(zhì)發(fā)生規(guī)律性變化而反復(fù)思考得出的。第四頁，共67頁。第四頁，共67頁。英籍新西蘭科學家盧瑟福E.Rutherford,1871－19374：原子核的發(fā)現(xiàn)第五頁，共67頁。第五頁，共67頁。

1911年前后，新西蘭物理學家盧瑟福把一束高速運動的α粒子（質(zhì)量數(shù)為4帶2個正電荷的氦原子）射向一片極薄的金箔，他驚奇的發(fā)現(xiàn)，過去一直認為原子是“實心球”，由這些實心球緊密排列而成的金箔，竟有大多數(shù)α粒子沒有改變方向，如入無人之境暢通無阻，就像金箔不存在一樣。只有很少部分α粒子通過時發(fā)生偏移或直線彈回。根據(jù)以上現(xiàn)象討論：①大多數(shù)α粒子通過說明了什么？②少數(shù)α粒子偏移或直線彈回說明了什么？原子不是實心球，原子內(nèi)部是“空曠”的金箔內(nèi)部有帶正電荷的粒子存在，且集中在一個很小的核心上（稱作原子核）；所帶的正電荷數(shù)大于α粒子；質(zhì)量大于α粒子。第六頁，共67頁。第六頁，共67頁。第七頁，共67頁。第七頁，共67頁。1913年，丹麥科學家玻爾—核外電子分層排布的原子結(jié)構(gòu)模型5：波爾原子模型第八頁，共67頁。第八頁，共67頁。6．20世紀20年代中期，奧地利物理學家薛定諤等人以量子力學為基礎(chǔ)—電子云模型第九頁，共67頁。第九頁，共67頁。近代原子論發(fā)現(xiàn)電子帶核原子結(jié)構(gòu)模型原子軌道結(jié)構(gòu)模型電子云模型

科學家們經(jīng)過近一個世紀的研究，已經(jīng)基本揭開了原子結(jié)構(gòu)的面紗第十頁，共67頁。第十頁，共67頁。小結(jié)：人類探索物質(zhì)結(jié)構(gòu)的歷史德謨克利特的古代原子學說道爾頓的近代原子學說（模型）湯姆生原子模型盧瑟福原子模型玻爾原子模型薛定諤電子云模型原子結(jié)構(gòu)的衍變過程第十一頁，共67頁。第十一頁，共67頁。二、開天辟地—原子的誕生現(xiàn)代大爆炸宇宙學理論——

宇宙誕生于約140億年前的一次大爆炸大爆炸后約2小時，誕生了大量的H，少量的He和極少量的Li我們今天熟悉的各種元素（原子），都是從那時起經(jīng)歷了漫長復(fù)雜的物理化學變化，分批分期合成而來的1氫元素是宇宙中最豐富的元素。

2宇宙年齡距今約140億年，地球年齡已有46億年

3地球上的元素絕大多數(shù)是金屬，非金屬僅有22種第十二頁，共67頁。第十二頁，共67頁。數(shù)量關(guān)系：核電荷數(shù)(Z)=核內(nèi)質(zhì)子數(shù)=核外電子數(shù)質(zhì)量關(guān)系：質(zhì)量數(shù)（A）=質(zhì)子數(shù)（Z）+中子數(shù)（N）原子核核外電子

Z個質(zhì)子

Z個中子（A—Z）個原子XAZ三.原子結(jié)構(gòu)質(zhì)量數(shù)：對質(zhì)子和中子的相對質(zhì)量取整數(shù)相加的數(shù)值，即近似原子量電性關(guān)系：原子：質(zhì)子數(shù)＝核外電子數(shù)

(幾乎集中原子的全部質(zhì)量)

(其運動空間幾乎占據(jù)了原子的整個體積)第十三頁，共67頁。第十三頁，共67頁。構(gòu)成原子的粒子電子原子核質(zhì)子中子電性和電量一個電子帶一個單位負電荷,電量為1.6×10-19C一個質(zhì)子帶一個單位正電荷不顯電性質(zhì)量(kg)9.109×10-311.673×10-271.675×10-27相對質(zhì)量1/18361.0071.008原子構(gòu)成的粒子及其性質(zhì)第十四頁，共67頁。第十四頁，共67頁。原子質(zhì)量主要集中在原子核上。原子核體積很小，只占原子體積的幾億分之一第十五頁，共67頁。第十五頁，共67頁?！菊f明】：

●原子不是實心球體，在原子核外有一個“很大”的空間供電子作高速運動。

●原子核與電子之間既存在吸引力，又存在排斥力。當達到平衡時，電子既不會飛離出去，又不會緊貼在原子核上。

●不是任何原子都由質(zhì)子、中子和電子構(gòu)成。如：氫原子。

●在原子中，質(zhì)子數(shù)一定等于核外電子總數(shù)，但不一定等于中子數(shù)。一般質(zhì)子數(shù)≤中子數(shù)。第十六頁，共67頁。第十六頁，共67頁。在多電子的原子中，核外電子的能量是不同的，按電子的能量差異，可以將核外電子分成不同的能層。四：能層與能級能層一二三四五六七符號KLMNOPQ最多容納電子數(shù)28183250每一個能層最多可容納的電子數(shù)：2n2能層（電子層）第十七頁，共67頁。第十七頁，共67頁。（1）先排能量低的電子層，再排能量高的電子層，由里往外。（2）每一層最多容納電子數(shù)：2n2個。（3）最外層電子數(shù)不超過8個（K層為最外層時不超過2個）。（4）次外層電子數(shù)不超過18個，倒數(shù)第三層不超過32個。核外電子的排布規(guī)律:（一低四不超）第十八頁，共67頁。第十八頁，共67頁。KLMNO+能級1s2s2p3s3p3d4s4p4d4f最多容納電子數(shù)2262610261014規(guī)定，任一能層的能級總是從s能級開始，依次稱p、d、f、g能級……在多電子原子中，同一能層的電子的能量也可能不同，可以將它們分為不同的能級．（即電子亞層）。能級（電子亞層）第十九頁，共67頁。第十九頁，共67頁?！緦W與問】教材p51、原子核外電子的每一個能層最多可容納的電子數(shù)與能層的序數(shù)(n)間存在什么關(guān)系？2、不同能層分別有多少個能級，與能層的序數(shù)間存在什么關(guān)系？3、英文字母相同的不同能級中所能容納的最多電子數(shù)是否相同？不同能層中的s、p、d、f、g能級最多能容納的電子數(shù)是相同的，各為：s1×2＝2p3×2＝6d5×2＝10f7×2＝14g9×2＝18（2n2）（所含能級個數(shù)＝能層序數(shù)n）第二十頁，共67頁。第二十頁，共67頁。①任一能層的能級數(shù)等于該能層的序數(shù)，依次用ns、np、nd、nf等表示④不同能層中，能級的能量高低是1s<2s<3s<4s….2p<3p<4p…③不同能層中，符號相同的能級中容納的最多電子數(shù)相同②以s、p、d、f……排序的各能級可容納的的最多電子數(shù)依次為2、6、10、141、3、5、7……的二倍。⑤在同一能層中，能級的能量高低是ns<np<nd<nf……能級分裂【特別提醒】第二十一頁，共67頁。第二十一頁，共67頁。【練習】1．比較下列多電子原子的不同能層中能級的能量高低（1）1s、3d（2）3s、3p、3d（3）2p、3p、4p1s<3d3s<3p<3d2p<3p<4p2．將下列多電子原子的能級按照能量由高到低的順序排列1s、4p、2s、3s、5f、4s5f>4p>4s>3s>2s>1s第二十二頁，共67頁。第二十二頁，共67頁。隨原子核電荷數(shù)遞增，絕大多數(shù)原子核外電子的排布遵循如下圖的排布順序，這個排布順序被稱為構(gòu)造原理。五：多電子原子的核外電子排布－－構(gòu)造原理第二十三頁，共67頁。第二十三頁，共67頁。2s2p3s3p3d4s4p4d4f5s5p5d5f6s6p6d7s7p1s能量升高能級交錯——能級能量高低的順序能量升高4s<3d<4p5s<4d<5p

各圓圈間連接線的方向表示隨核電荷數(shù)增加而增加的電子填入能級的順序第二十四頁，共67頁。第二十四頁，共67頁。①電子排布式表示該能級填充的電子數(shù)目能級雖先排4s后排3d，但電子排布式中先寫3d，后寫4s。26Fe（鐵）電子排布式中最后2個能級應(yīng)寫為3d64s2，而不能寫成4s23d6。在書寫電子排布式時，能層低的能級要寫在左邊，

不能按填充順序?qū)?。失電子的順序：從外層到?nèi)層逐漸失去能層Fe：1s22s22p63s23p63d64s2Fe2+：1s22s22p63s23p63d6Fe3+：1s22s22p63s23p63d5第二十五頁，共67頁。第二十五頁，共67頁。在書寫電子排布式時，要從左向右，根據(jù)構(gòu)造原理，按能層能量遞增的順序排列。每個能層中的能級是按spdf能量遞增的順序排列，各能級上的電子數(shù)標在能級符號的右上角。能層低的能級要寫在左邊，不能按填充順序?qū)憽?/p>

失電子的順序：從外層到內(nèi)層逐漸失去Fe2+：1s22s22p63s23p63d6Fe3+：1s22s22p63s23p63d5電子排布式的書寫第二十六頁，共67頁。第二十六頁，共67頁。

試書寫7N、17Cl、19K、26Fe、21Sc、35Br原子的核外電子排布式.【練習】N：1s2

2s22p3Cl：1s22s22p6

3s23p5K：1s22s22p63s23p6

4s1Fe：1s22s22p63s23p63d6

4s2Sc：1s22s22p63s23p63d1

4s2Br：1s22s22p63s23p63d10

4s24p5根據(jù)構(gòu)造原理只要我們知道原子序數(shù)就可以寫出元素原子的電子排布式，這樣的電子排布是基態(tài)原子的。第二十七頁，共67頁。第二十七頁，共67頁。原子序數(shù)元素名稱元素符號電子排布KLMN1氫H2氦He3鋰Li4鈹Be5硼B(yǎng)6碳C7氮N8氧O9氟F10氖Ne1s11s2

2s11s21s2

2s21s2

2s22p11s2

2s22p21s2

2s22p31s2

2s22p41s2

2s22p51s2

2s22p6要求熟練書寫1～36號元素原子的電子排布式第二十八頁，共67頁。第二十八頁，共67頁。原子序數(shù)元素名稱元素符號電子排布KLMN11鈉Na12鎂Mg13鋁Al14硅Si15磷P16硫S17氯Cl18氬Ar1s22s22p6

3s11s22s22p6

3s21s22s22p6

3s23p11s22s22p6

3s23p21s22s22p6

3s23p31s22s22p6

3s23p41s22s22p6

3s23p51s22s22p6

3s23p6第二十九頁，共67頁。第二十九頁，共67頁。原子序數(shù)元素名稱元素符號電子排布KLMN19鉀K20鈣Ca21鈧Sc22鈦Ti23釩V24鉻Cr25錳Mn26鐵Fe27鈷Co28鎳Ni1s22s22p63s23p6

4s11s22s22p63s23p6

4s21s22s22p63s23p63d1

4s21s22s22p63s23p63d2

4s21s22s22p63s23p63d3

4s21s22s22p63s23p63d54s11s22s22p63s23p63d5

4s21s22s22p63s23p63d6

4s21s22s22p63s23p63d7

4s21s22s22p63s23p63d8

4s2第三十頁，共67頁。第三十頁，共67頁。原子序數(shù)元素名稱元素符號電子排布KLMN29銅Cu30鋅Zn31鎵Ga32鍺Ge33砷As34硒Se35溴Br36氪Kr1s22s22p63s23p63d10

4s24p11s22s22p63s23p63d10

4s24p21s22s22p63s23p63d10

4s24p31s22s22p63s23p63d10

4s24p41s22s22p63s23p63d10

4s24p51s22s22p63s23p63d10

4s24p61s22s22p63s23p63d104s11s22s22p63s23p63d10

4s2【思考】是否所有元素的基態(tài)原子的電子排布都遵循構(gòu)造原理？鉻、銅、銀、金等第三十一頁，共67頁。第三十一頁，共67頁?！揪毩暋空垖懗鯧+、S2-、Cu2+離子的電子排布式？K+：1s22s22p63s23p6S2-：1s22s22p63s23p6Cu2+：1s22s22p63s23p63d9第三十二頁，共67頁。第三十二頁，共67頁。【練習】請寫出14、24、26、31號元素的簡化電子排布式？K的簡化電子排布式：[Ar]4s1②簡化電子排布式表示Ar(前一周期的稀有氣體)的電子排布（原子實）K的電子排布式：1s22s22p63s23p64s114Si：[Ne]3s23p224Cr：[Ar]3d54s126Fe：[Ar]3d64s231Ga：[Ar]3d104s24p1第三十三頁，共67頁。第三十三頁，共67頁?！舅伎寂c交流】教材P7

電子排布式可以簡化，如可以把鈉的電子排布式寫成【Ne】3s1。試問：上式方括號中的符號的意義是什么？你能仿照鈉原子的簡化電子排布式寫出O、Si、Fe的簡化電子排布式嗎？O：【He】2s22p4Si：【Ne】3s23p2Fe：【Ar】3d64s2符號【Ne】

表示Na的內(nèi)層電子排布與稀有氣體元素Ne的核外電子排布相同。第三十四頁，共67頁。第三十四頁，共67頁。③外圍電子排布式化學反應(yīng)中，原子的外圍電子發(fā)生變化，而“原子實”不受影響。所以描述原子核外電子排布式時可省去“原子實”，僅寫出原子的外圍電子排布式（對于主族元素的原子，外圍電子又稱價層電子或價電子）。K原子的外圍電子排布式：4s1Fe原子的外圍電子排布式：3d64s2第三十五頁，共67頁。第三十五頁，共67頁。六：能量最低原理

原子的電子排布遵循構(gòu)造原理能使整個原子的能量處于最低狀態(tài)。①基態(tài)與激發(fā)態(tài)基態(tài)原子：處于最低能量狀態(tài)的原子激發(fā)態(tài)原子：一般是指電子激發(fā)態(tài)

當基態(tài)原子的電子吸收一定能量后，電子被激發(fā)躍遷到較高能級，變成激發(fā)態(tài)原子第三十六頁，共67頁。第三十六頁，共67頁?；鶓B(tài)激發(fā)態(tài)吸收能量釋放能量光（輻射）是電子釋放能量的重要形式之一吸收光譜發(fā)射光譜②原子光譜不同元素的原子發(fā)生躍遷時會吸收或釋放不同的能量→表現(xiàn)為光的形式→用光譜儀攝取→得到各種元素的電子的吸收光譜或發(fā)射光譜，總稱原子光譜?！送怆娮拥能S遷第三十七頁，共67頁。第三十七頁，共67頁。Li、He、Hg發(fā)射光譜Li、He、Hg吸收光譜【思考】下面是部分元素的發(fā)射光譜和吸收光譜：（2）為什么不同元素原子具有不同的特征光譜？不同原子的能級結(jié)構(gòu)不同，發(fā)出的譜線的特征不同（1）同一元素發(fā)射光譜和吸收光譜有什么差異？第三十八頁，共67頁。第三十八頁，共67頁。一些元素的線狀光譜光譜分析：利用原子光譜上的特征譜線鑒定元素。第三十九頁，共67頁。第三十九頁，共67頁。③光譜分析方法的建立1853年發(fā)明本生燈溫度達2300℃，且沒有顏色本生利用本生燈研究各種金屬鹽類在火焰中呈現(xiàn)不同顏色的現(xiàn)象第四十頁，共67頁。第四十頁，共67頁。節(jié)日燃放的焰火與金屬內(nèi)層的電子躍遷有關(guān)激光的產(chǎn)生與電子受激躍遷有關(guān)第四十一頁，共67頁。第四十一頁，共67頁。判斷下列表達是正確還是錯誤1）1s22p1屬于基態(tài)；2）1s22s22p63s23p63d54s1屬于激發(fā)態(tài)；3）1s22s22p63d1屬于激發(fā)態(tài)；4）1s22s22p63p1屬于基態(tài)；答案：(1)x(2)x(3)√(4)x【練習】第四十二頁，共67頁。第四十二頁，共67頁。七、電子云與原子軌道思考:宏觀物體與微觀物體（電子）的運動有什么區(qū)別?宏觀物體的運動特征：可以準確地測出它們在某一時刻所處的位置及運行的速度可以描畫它們的運動軌跡。微觀物體的運動特征：電子的質(zhì)量很小，只有9.11×10-31千克；核外電子的運動范圍很?。ㄏ鄬τ诤暧^物體而言）；電子的運動速度很大；測不準第四十三頁，共67頁。第四十三頁，共67頁。圖中表示原子核，一個小黑點代表電子在這里出現(xiàn)過一次第四十四頁，共67頁。第四十四頁，共67頁。小黑點的疏密表示電子在核外空間單位體積內(nèi)出現(xiàn)的概率的大小。第四十五頁，共67頁。第四十五頁，共67頁。原子核外電子的運動特征如何描述核外電子的運動？1：電子云－－核外電子運動的形象描述小黑點表示在該核外空間的單位體積內(nèi)電子出現(xiàn)的概率運動區(qū)域距離核近，電子出現(xiàn)機會大；運動區(qū)域距離核遠，電子出現(xiàn)機會??；第四十六頁，共67頁。第四十六頁，共67頁。2：原子軌道：50%90%繪制電子云的輪廓圖的方法：等密度面電子云輪廓圖：表示電子在核外空間經(jīng)常出現(xiàn)的區(qū)域。常把電子出現(xiàn)的概率約為90%的空間圈出來，把這種電子云輪廓圖稱為原子軌道第四十七頁，共67頁。第四十七頁，共67頁。s能級的原子軌道圖（球形）①ns能級只有一個原子軌道，球形②n越大，原子軌道半徑越大s電子的原子軌道（電子云）形狀是以原子核為中心的球體，只有一個伸展方向第四十八頁，共67頁。第四十八頁，共67頁。p能級的原子軌道圖（紡錘形）①np能級有三個能量相等的原子軌道，px、py、pz，紡錘形，相互垂直。②n越大，原子軌道半徑越大2p3pp電子的原子軌道（電子云）的形狀是紡錘形（或稱啞鈴形），其伸展方向是互相垂直的三個方向（Px、Py、Pz）。第四十九頁，共67頁。第四十九頁，共67頁。d能級的原子軌道圖nd能級有5個能量相等的原子軌道第五十頁，共67頁。第五十頁，共67頁。+現(xiàn)代原子結(jié)構(gòu)模型原子軌道能級spdf原子軌道數(shù)13571s2s3s4s5s2p3p4p5p3d4d5d4f5f5g第五十一頁，共67頁。第五十一頁，共67頁。能級組6s4f5d6p5s4d5p4s3d4p3s3p2s2p1s1s2s3s4s5s6s能量接近的原子軌道劃分為一個“能級組”第五十二頁，共67頁。第五十二頁，共67頁。八：核外電子的排布原則①能量最低原理多電子原子在基態(tài)時核外電子優(yōu)先占據(jù)能量最低的軌道。－－自然界的普適規(guī)律②泡利原理每個原子軌道最多只能容納2個自旋方向相反的電子

。用↑↓表示自旋方向自旋順時針逆時針能級spdf原子軌道數(shù)1357最多容納電子數(shù)261014第五十三頁，共67頁。第五十三頁，共67頁。能層（n）12345符號KLMNO能級sspspdspdfspdfg軌道113135135713579軌道容納電子數(shù)226261026101426101418最多容納電子數(shù)28183250原子核外電子的排布：第五十四頁，共67頁。第五十四頁，共67頁。③洪特規(guī)則當電子排布在同一能級的不同軌道時，總是優(yōu)先單獨占據(jù)一個軌道，而且自旋方向相同?？偰芰孔畹停芰孔畹驮淼奶乩普摚寒斳壍辣浑娮影氤錆M或全充滿時最穩(wěn)定。相對穩(wěn)定的狀態(tài)全充滿（p6，d10，f14）全空時（p0，d0，f0）半充滿（p3，d5，f7）【思考】從洪特規(guī)則解釋Cr和Cu的核外電子排布？第五十五頁，共67頁。第五十五頁，共67頁。注意第五十六頁，共67頁。第五十六頁，共67頁。24Cr原子的電子排布圖:1s22s22p63s23p63d5

4s1不是3d44s2

1s22s22p63s23p63d10

4s129Cu原子的電子排布圖:不是3d94s2第五十七頁，共67頁。第五十七頁，共67頁。（4）電子排布圖（軌道表示式）：核外電子運動狀態(tài)的描述：能層、能級、原子軌道、自旋方向例．以下表示氦原子結(jié)構(gòu)的化學用語中，對電子運動狀態(tài)描述最詳盡的是（）A．：B．C．1s2D．HeD

在電子排布圖中，用方框表示原子軌道，用箭頭表示電子。第五十八頁，共67頁。第五十八頁，共67頁?！齃iBeBC↑↓1s2s↑↓↑↑↓↑↓1s2s↑2p↑↓↑↓1s2s↑↑2p1s2sNO↑↓↑↓1s2s↑↑↑2p↑↓↑↓1s2s↑↑↑↓2pFNe↑↑↑↓↓↑↓1s2s2p↑↓↑↓1s2s2p↑↑↑↓↓↓↑↓【思考】請寫出第二周期元素原子的電子排布圖（即軌道表示式）？第五十九頁，共67頁。第五十九頁，共67頁。【練習】某元素原子的最外層2p軌道上有2個未成對電子。請寫出該元素原子的價層電子的軌道表示式？O↑↓2s↑↑↑↓2pF↑↑↑↓↓2s2p↑↓【練習】某元素原子的L層上有3對成對電子。請寫出該元素原子的價層電子的軌道表示式？C↑↓2s↑↑2p第六十頁，共67頁。第六十頁，共67頁。區(qū)別原子的電子式、原子結(jié)構(gòu)示意圖、核外電子排布式、電子排布圖（軌道表示式）。軌道表示式電子排布式原子結(jié)構(gòu)示意圖電子式↑↑1s2s2p↑↓↑↓1s22s22p2+624C····以C為例:簡化電子排布式[He]2s22p2第六十一頁，共67頁。第六十一頁，共67頁。１下列各原子的電子排布正確的是（）A.Be1