選修Ⅲ原子結(jié)構(gòu)§1-1(暑).doc

第一章 原子結(jié)構(gòu)與性質(zhì)1-1 原子結(jié)構(gòu)【學(xué)習(xí)目標(biāo)】：1了解原子結(jié)構(gòu)的構(gòu)造原理，知道原子核外電子的能級分布，能用電子排布式表示常見元素（136號）原子核外電子的排布。2了解能量最低原理，知道基態(tài)與激發(fā)態(tài)，知道原子核外電子在一定條件下會發(fā)生躍遷產(chǎn)生原子光譜。3了解原子核外電子的運動狀態(tài)，知道電子云和原子軌道。了解泡利原理和洪特規(guī)則?！緦W(xué)習(xí)重點】：1根據(jù)構(gòu)造原理寫出136號元素原子的電子排布式；2核外電子的運動狀態(tài)，電子云與原子軌道； 3泡利原理、洪特規(guī)則【學(xué)習(xí)難點】：1電子云與原子軌道； 2基態(tài)、激發(fā)態(tài)與光譜。【知識梳理】一、開天辟地原子的誕生現(xiàn)代大爆炸宇宙學(xué)理論認(rèn)為，我們所在的宇宙誕生于一次大爆炸。大爆炸后約兩小時，誕生了大量的氫、少量的氦以及極少量的鋰。其后，經(jīng)過或長或短的發(fā)展過程，氫、氦等發(fā)生原子核的熔合反應(yīng)，分期分批地合成其他元素。（1815年，普魯特曾預(yù)言氫是所有元素之母）人們對原子的認(rèn)識過程：（1）古希臘哲學(xué)家德謨克利特為代表的古代原子學(xué)說；（2）道爾頓近代原子學(xué)說 （3）湯姆生“葡萄干布丁”原子模型和盧瑟福“行星系式”原子模型（4）玻爾原子模型 （5）現(xiàn)代原子結(jié)構(gòu)量子力學(xué)模型（核外電子運動電子云）【復(fù)習(xí)提問】電子是怎樣在核外空間排布的？ 核外電子排布的一般規(guī)律（1）核外電子總是盡量先排布在能量較低的電子層，然后由里向外，依次排布在能量逐步升高的電子層(能量最低原理)。（2）原子核外各電子層最多容納2n2個電子。（3）原于最外層電子數(shù)目不能超過8個(K層為最外層時不能超過2個電子（4）次外層電子數(shù)目不能超過18個(K層為次外層時不能超過2個)，倒數(shù)第三層電子數(shù)目不能超過32個。說明：以上規(guī)律是互相聯(lián)系的，不能孤立地理解。例如；當(dāng)M層是最外層時，最多可排8個電子；當(dāng)M層不是最外層時，最多可排18個電子【思考】這些規(guī)律是如何歸納出來的呢？二、能層與能級2-1能層（1）能層的概念：按電子能量差異，將核外電子所在的不同區(qū)域劃分成不同的能層。我們知道多電子原子的核外電子的能量是不同的，由內(nèi)而外可以分為不同的電子層，準(zhǔn)確地說，應(yīng)該叫做“能層”： 第一、二、三、四、五、六、七能層符號表示 K、 L、 M、 N、O、 P、 Q 能量由低到高例如：鈉原子有11個電子，分布在三個不同的能層上，第一層2個電子，第二層8個電子，第三層1個電子。思考：19K、8O的電子分別分布在幾個不同的能層上？各能層上有多少個電子？（2）能層的表示方法：能 層（n） 一 二 三 四 五 六 七符 號 K L M N O P Q最多電子數(shù) 2 8 18 32 50（3）各能層最多可容納電子數(shù)：2n2（n：能層的序數(shù)）2-2能級（1）能級的概念：多電子原子中，同一個能層的電子，能量也可能不同，可以把它們分成不同的能級（2）能級的符號和所能容納的最多電子數(shù)：能 層KLMNO能 級1s2s2p3s3p3d4s4p4d4f5s5p最多電子數(shù)226261026101426各能層電子數(shù)28183250可見，每個能層中，能級符號的順序是ns、np、nd、nf，同一能層，電子能量s、p、d、f順序逐漸升高，即：能量高低順序為：nsnpndnf（3）各能層所擁有的能級數(shù)量：任一能層，能級都是從s能級開始，且：能級數(shù)能層序數(shù)。例如：第一能層只有1s能級；第二能層有2s、2p兩個能級；第三能層有3s、3p、3d三個能級。（4）各能級可容納的電子數(shù)目：s、p、d、f可容納的電子數(shù)依次是1、3、5、7的兩倍例如，s能級最多可容納2個電子；p能級最多可容納6個電子；d能級最多可容納10個電子；f能級最多可容納14個電子。【典例分析】:下列有關(guān)說法正確的是（ ）A各能級的原子軌道數(shù)按s、p、d、f的順序依次為1、3、5、7B各能層的能級都是從s能級開始至f能級結(jié)束C各能層含有的能級數(shù)為n1 D各能層含有的電子數(shù)為2n2【課堂練習(xí)1】（1）下列關(guān)于能級的能量大小比較錯誤的是（ ）AE1sE2sE3sE4s BE2pE3pE4pE5p CE4sE4pE4dE4f DE2sE2pE2dE2f（2）下列說法正確的是（ ）An1的能層可以有p能級，標(biāo)記為1p Bn2的能層可以有d能級，標(biāo)記為2dCn6的能層可以有f能級，標(biāo)記為6f Dn3的能層可以有f能級，標(biāo)記為3f（3）下列說法正確的是（ ）A不論何種原子的M能層上都有18個電子B各能層的能級都是從s能級開始至f能級結(jié)束C各能層含有的能級數(shù)為n1Ds、p、d、f能級可容納的電子數(shù)依次是2、6、10、14。三、構(gòu)造原理與電子排布式3-1構(gòu)造原理：從氫原子開始，隨著原子核電荷數(shù)的遞增，原子核每增加一個質(zhì)子，原子核外便增加一個電子，這個電子大多是按下圖的能級順序填充的，填滿一個能級再填一個新能級。這種規(guī)律稱為“構(gòu)造原理”。簡單講，構(gòu)造原理就是電子的排布順序，其實質(zhì)是各能級的能量高低順序。1s2s2p3s3p4s3d4p5s4d5p6s4f5d6p7s5f6d7p122，334，345，456，4567，567該能級上填充的電子數(shù)目能層序數(shù)能級符號nxm這個順序要求同學(xué)們要熟記。3-2構(gòu)造原理的應(yīng)用電子排布式（電子構(gòu)型） 例如：1H：1s1 11Na：1s22s22p63s1 7N：1s22s22p3 20Ca：1s22s22p63s23p64s2書寫電子排布式時，可以把內(nèi)層電子已達(dá)到稀有氣體電子層結(jié)構(gòu)的部分寫成稀有氣體元素符號（稱為原子實），從而簡化電子排布式。例如： 11Na：Ne3s1 20Ca：Ar4s2離子的電子排布式：17Cl：1s22s22p63s23p6，26Fe2+：1s22s22p63s23p63d6，26Fe3+：1s22s22p63s23p63d5【特別提醒】電子填充順序要按構(gòu)造原理，書寫電子排布式則要能層序數(shù)例如，28Ni，電子填充順序是1s22s22p63s23p64s23d8，而電子排布式為：1s22s22p63s33p63d84s2【思考】根據(jù)構(gòu)造原理，試分析原子的最外層（K層除外）電子數(shù)不超過8的原因?！菊n堂練習(xí)2】（1）已知21Sc(鈧)部分核外電子排布為：1s22s22p63s23p64s2，它的最后一個電子應(yīng)該填充在4p能級還是3d能級？為什么？（2）寫出136號元素的核外電子排布式和簡化核外電子排布式。（3）下列符號代表一些能層或能級的能量，請將它們按能量由低到高的順序排列：EK、EN、EL、EM _， E3S、E2S、E4S、E1S_，E3S、E3d、E2P、E4f_。（4）多電子原子中，3s、3p、3d、4s能級的能量高低順序為A3s3p3d4s B3s3p4s3d C3s3p3d4s D3s3p3d4s（5）已知X、Y兩種元素的簡化電子排布式分別為，X：Ar3d54s2；Y：Ne3s23p4。回答下列問題：X、Y兩種元素的原子序數(shù)和元素符號分別是，X：_；Y：_。Y原子最外電子層上的電子數(shù)是能層數(shù)的_倍；Y原子最外電子層上s能級與p能級上的電子數(shù)之比為_。（6）在118號元素中，最外層p能級上填充的電子數(shù)等于其電子層數(shù)的原子有_；最外層p能級上填充的電子數(shù)是其電子層數(shù)的2倍的原子有_。四、能量最低原理、基態(tài)與激發(fā)態(tài)、光譜4-1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)，簡稱能量最低原理。即電子在填充到各個能級中時，將盡可能先進(jìn)入能量較低的能級，當(dāng)能量較低的能級填充滿后，再依次進(jìn)入能量較高的能級。4-2基態(tài): 最低能量狀態(tài)。處于最低能量狀態(tài)的原子稱為基態(tài)原子。4-3激發(fā)態(tài): 較高能量狀態(tài)（相對于基態(tài)）。當(dāng)基態(tài)原子的電子吸收能量后，電子會躍遷到較高能級，這時的原子稱為激發(fā)態(tài)原子。吸收能量釋放能量基態(tài)與激發(fā)態(tài)相互轉(zhuǎn)化與能量轉(zhuǎn)化的關(guān)系：基態(tài)原子 激發(fā)態(tài)原子4-4光譜（1）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光，可以用光譜儀攝取各種元素的電子的吸收光譜或發(fā)射光譜，總稱為原子光譜。光（輻射）是電子釋放能量的重要形式之一。正是因為原子核外電子發(fā)生躍遷釋放能量，才有五彩繽紛絢爛迷人的各種光現(xiàn)象。 （2）應(yīng)用：發(fā)現(xiàn)新元素科學(xué)家們通過太陽光譜的分析發(fā)現(xiàn)了稀有氣體氦；光譜分析鑒定元素的存在與含量?！菊n堂練習(xí)3】（1）同一原子的基態(tài)和激發(fā)態(tài)相比較（ ） A基態(tài)時的能量比激發(fā)態(tài)時高 B基態(tài)時比較穩(wěn)定C基態(tài)時的能量比激發(fā)態(tài)時低 D激發(fā)態(tài)時比較穩(wěn)定（2）當(dāng)碳原子的核外電子由1s22s22p2轉(zhuǎn)變?yōu)?s22s12p3時，下列說法正確的是（ ）A碳原子由基態(tài)變?yōu)榧ぐl(fā)態(tài) B碳原子由激發(fā)態(tài)變?yōu)榛鶓B(tài)C碳原子要從外界環(huán)境吸收能量 D碳原子要向外界環(huán)境釋放能量 （3）當(dāng)氫原子中的電子從2p能級，向其他低能量能級躍遷時( ) A產(chǎn)生的光譜為吸收光譜 B產(chǎn)生的光譜為發(fā)射光譜C電子的勢能將升高 D電子的勢能將降低五、電子云與原子軌道5-1電子運動的特點：質(zhì)量極小 運動空間極小 極高速運動。電子運動不能用牛頓運動定律來描述，只能用統(tǒng)計學(xué)的觀點來描述，即只能確定它在原子核外各處出現(xiàn)的概率。 式中，P表示電子在某處出現(xiàn)的概率，V表示該處的體積，P/V稱為概率密度，用表示。5-2電子云: 電子在原子核外出現(xiàn)的概率密度分布圖看起來像一片云霧籠罩在原子核周圍，因而被形象地稱作電子云。5-2電子云輪廓圖原子軌道把電子在核外空間出現(xiàn)概率P90%的空間圈出來，用以表示電子云輪廓的形狀，稱為電子云輪廓圖。它反映了核外電子在一定空間的運動狀態(tài)。電子在原子核外的一個空間運動狀態(tài)稱為一個原子軌道。s的原子軌道是球形的，能層序數(shù)越大，原子軌道的半徑越大。 p的原子軌道是啞鈴形狀，每個P能級有3個軌道，它們互相垂直，分別以px、py、pz為符號。zyx1sxyz2syzx3ss電子的電子云輪廓圖px、py、pz的電子云輪廓圖yxPyzyzPzyzxpxp原子軌道的平均半徑也隨能層序數(shù)增大而增大。不同能層的能級、原子軌道和電子云輪廓圖能層能級原子軌道數(shù)原子軌道名稱電子云輪廓圖形狀取向K1s11s球形L2s12s球形2p32px、2py、2pz啞鈴形相互垂直M3s13s球形3p33px、3py、3pz啞鈴形相互垂直3d5N4s14s球形4p34px、4py、4pz啞鈴形相互垂直4d54f7六、泡利原理和洪特規(guī)則電子在空間的運動狀態(tài)用能層（n）、能級（s、p、d、f）、以及原子軌道在空間的取向來進(jìn)行描述，除此之外，電子還有一種狀態(tài)叫做自旋，用上下箭頭（和）表示。6-1泡利不相容原理在一個原子軌道里，最多只能容納2個電子，而且它們的自旋狀態(tài)相反。這個原理稱為泡利原理。2p1s2s1s2s6-2電子排布圖軌道表示式（用方框表示一個原子軌道，用箭頭表示電子。能量不同的軌道要間隔開來，能量相同的軌道并列）例如：3Li的電子排布圖： 9F的電子排布圖：2p1s2s3s3p13Al的電子排布圖：【思考】試用泡利原理解釋各能層最多容納的電子數(shù)為2n2?！镜淅治觥浚海?009-上海）以下表示氦原子結(jié)構(gòu)的化學(xué)用語中，對電子運動狀態(tài)描述最詳盡的是（ ） A：He B C1s2 D【典例分析】： 前四周期中，基態(tài)原子中未成對電子數(shù)與其所在周期數(shù)相同的元素有_種。寫出其基態(tài)原子的電子排布式，并指出它們在元素周期表中的位置（周期、族）。6-3洪特規(guī)則：當(dāng)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，這個規(guī)則稱為洪特規(guī)則。2p1s2s2p1s2s如：7N的電子排布圖： ，8O的電子排布圖：6-4洪特規(guī)則的特例能量相同的軌道全充滿、半充滿或全空的狀態(tài)一般比較穩(wěn)定。電子在軌道中排布時，將盡可能按此排布以使能量降低。例如：28Ni的電子排布式為：1s22s22p63s23p63d84s2，29Cu的電子排布式為：1s22s22p63s23p63d104s1，而不是1s22s22p63s23p63d94s2【典例分析】：1，下列原子的外圍電子排布式不正確的是（ ）ATi：3d25s2 BCr：3d44s2 CAr：3s23p6 DNi：3d64s2,2，按照下列元素基態(tài)原子的電子排布特征判斷元素，并回答問題。A原子中只有一個能層且只含1個電子；B原子的3p軌道上得到1個電子后不能再容納外來電子；C原子的2p軌道上有1個電子的自旋狀態(tài)與其他電子的自旋狀態(tài)相反；D原子的第三能層上有8個電子，第四能層上只有1個電子；E原子的最外層電子排布式為3s23p6。（1）元素符號：A_、B_、C_、D_、E_。（2）寫出D原子的電子排布圖 （3）寫出由A、B、C、D中的三種元素組成的化合物的化學(xué)式 （至少寫出4個）。（4）要判斷太陽上是否含有E元素，可采用的方法是_?！菊n堂練習(xí)4】： （1）寫出5、6、12、15號元素核外電子排布軌道式。（2）下列表示的是第二周期中一些原子的核外電子排布，回答以下問題：a存在錯誤的是_，錯誤的原因是_。畫出正確的電子排布圖 b代表B原子的電子排布圖的是_，代表O原子的電子排布圖的是_。（3）下面的電子排布式是否正確？如不正確，請指出錯誤原因，并寫出正確的電子排布式。27Co：1s22s22p63s23p63d84s1 32Ge：1s22s22p63s23p64s23d104p2（4）寫出24號、35號元素的電子排布式。（5）以下列出的是一些原子的2p能級和3d能級中電子排布的情況。試判斷，哪些違反了泡利不相容原理，哪些違反了洪特規(guī)則。 違反泡利不相容原理的有_，違反洪特規(guī)則的有_。（6）下列原子的外圍電子排布中，那一種狀態(tài)的能量較低？試說明理由。2s2p2s2p氮原子： A B _； 鈉原子：A3s1； B3p1_；鉻原子：A3d54s1；B3d44s2_。對應(yīng)練習(xí)1若某原子的外圍電子排布式為4d15s2，則下列說法正確的是（ ） A該元素基態(tài)原子中共有3個電子 B該元素原子核外有5個電子層C該元素原子最外層共有3個電子 D該元素原子M能層共有8個電子2下列基態(tài)原子的電子排布式中其未成對電子數(shù)最多的是( )A1s22s22p63s23p63d64s2 B1s22s22p63s23p64s1 C1s22s22p63s23p63d54s1 D1s22s22p63s23p63d104s13下列有關(guān)電子云和原子軌道的說法正確的是( )A原子核外的電子像云霧一樣籠罩在原子核周圍，故稱電子云Bs電子云呈球形，處在該軌道上的電子只能在球殼內(nèi)運動Cp電子云呈啞鈴形，隨著能層的增加，p軌道數(shù)量也在增多D與s電子云相同，p電子云的平均半徑隨能層的增大而增大4以下電子排布式表示基態(tài)原子電子排布的是( )A1s22s22p63s13p3 B1s22s22p63s23p63d104s1 4p1 C1s22s22p63s23p63d24s1 D1s22s22p63s23p63d104s24p1 5下列電子排布式或電子排布圖正確的是( )ABr的電子排布式：Ar3d104s24p6 BCa原子的電子排布式：1s22s22p63s23p63d22p1s2s2p1s2sCN原子的電子排布圖： DC原子的電子排布圖6下列各組表述中，兩個原子不屬于同種元素原子的是( )A3p能級有一個空軌道的基態(tài)原子和核外電子排布式為1s22s22p63s23p2的原子B2p能級無空軌道且有一個未成對電子的基態(tài)原子和最外層電子排布式為2s22p5的原子CM層全充滿而N層為4s2的原子和核外電子排布式為1s22s22p63s23p64s2的原子D最外層電子數(shù)是核外電子總數(shù)1/5的原子和最外層電子排布式為4s24p5的原子。7生活中的下列現(xiàn)象與原子核外電子發(fā)生躍遷有關(guān)的是( ) A鋼鐵長期使用后生銹 B節(jié)日里燃放的焰火 C金屬導(dǎo)線可以導(dǎo)電 D衛(wèi)生丸久置后消失8具有下列電子層結(jié)構(gòu)的原子，其對應(yīng)元素一定屬于同一周期的是( )A兩種原子的電子層上全部都是s電子B3p軌道上只有一個空軌道的原子和3p軌道上只有一個未成對電子的原子C最外層電子排布為2s22p6的原子和最外層電子排布為2s22p6的離子D原子核外的M層上的s軌道和p軌道都排滿了電子，而d軌道上尚未有電子的兩種原子9下列電子排布中，原子處于激發(fā)態(tài)的是( )A1s22s22p5 B1s22s22p43s2 C1s22s22p63s23p63d44s2 D1s22s22p63s23p63d34s210下列離子中外層d軌道達(dá)半充滿狀態(tài)的是 ACr3+ BCu+ CCo3+ DFe3+11X元素原子的最外層電子排布為nsnnpn+1，試回答下列問題：（1）電子排布式中的n_；原子中能量最高的是_電子；其電子云在空間有_方向，呈_形。（2）X元素的名稱是_；它的氫化物的電子式是_。12有A、B、C、D、E5種元素，它們的核電荷數(shù)依次增大，且都小于20。其中A為非金屬元素，A和E屬同一族，它們原子的最外層電子排布式為ns1。B和D也屬同一族，它們原子最外層的p能級電子數(shù)是s能級電子數(shù)的兩倍，C原子最外層上電子數(shù)等于D原子最外層上電子數(shù)的一半。請回答下列問題： （1）A是_，B是_，C是_，D是_，E是_（寫元素符號）。（2）由這5種元素組成的一種化合物是（寫化學(xué)式）_ _。寫出該物質(zhì)的一種用途：_。（3）寫出C元素基態(tài)原子的電子排布式：_。（4）用電子排布圖表示D元素原子的最外層電子排布：_。13W、X、Y、Z四種短周期元素的原子序數(shù)XWZY。W原子的最外層沒有p電子，X原子核外s電子與p電子數(shù)之比為11，Y原子最外層s電子與p電子數(shù)之比為11，Z原子核外電子中p電子數(shù)比Y原子多2個。則：（1）四種元素原子半徑大小順序為_（用元素符號表示）。（2）W、X元素最高價氧化物對應(yīng)水化物的堿性強(qiáng)弱順序為_（用化學(xué)式表示）。14以下是鐵原子和鐵離子的3種不同化學(xué)用語。結(jié)構(gòu)示意圖電子排布式電子排布圖鐵原子+26214821s22s22p63s23p63d64s2鐵離子+2613821s22s22p63s23p63d5（1）鐵原子最外層電子