化學(xué)選修3《原子結(jié)構(gòu)》課件用

1、新課標(biāo)人教版高中化學(xué)選修新課標(biāo)人教版高中化學(xué)選修3 31 1氫元素是宇宙中最豐富的元素。氫元素是宇宙中最豐富的元素。2 2宇宙年齡距今約宇宙年齡距今約140140億年，地球年齡已有億年，地球年齡已有4646億年億年3 3地球上的元素絕大多數(shù)是金屬，非金屬僅有地球上的元素絕大多數(shù)是金屬，非金屬僅有2222種種數(shù)量關(guān)系：核電荷數(shù)數(shù)量關(guān)系：核電荷數(shù)( (Z Z) = ) = 核內(nèi)質(zhì)子數(shù)核內(nèi)質(zhì)子數(shù) = = 核外電子數(shù)核外電子數(shù)質(zhì)量關(guān)系：質(zhì)量數(shù)（質(zhì)量關(guān)系：質(zhì)量數(shù)（A A）= = 質(zhì)子數(shù)（質(zhì)子數(shù)（Z Z）+ + 中子數(shù)（中子數(shù)（N N）原子核原子核核外電子核外電子 Z個(gè)個(gè)質(zhì)子質(zhì)子 Z個(gè)個(gè)中子中子（AZ）個(gè)

2、個(gè)原子原子 XA Z復(fù)習(xí)：原子結(jié)構(gòu)復(fù)習(xí)：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，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， 即即近似原子量近似原子量電性關(guān)系：原子：電性關(guān)系：原子： 質(zhì)子數(shù)核外電子數(shù)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(yùn)動(dòng)空間幾乎占據(jù)了原子的整個(gè)體積)1234567KLMNOPQ由內(nèi)到外，能量逐漸升高由內(nèi)到外，能量逐漸升高在含有多個(gè)電子的原子里，電子分別在在含有多個(gè)電子的原子里，電子分別在能量不同的區(qū)域內(nèi)運(yùn)動(dòng)，我們把不同的區(qū)能量不同的區(qū)域內(nèi)運(yùn)動(dòng)，我們把不同的區(qū)域簡化為不連續(xù)的殼層，稱作域簡化為不連續(xù)的殼層，稱作能層，也叫能層，也叫做電子層做電

3、子層。核外電子圍繞著原子核在能層。核外電子圍繞著原子核在能層(電子層電子層)作不規(guī)則的高速運(yùn)動(dòng)，作不規(guī)則的高速運(yùn)動(dòng)，電子按能電子按能量高低在核外分層排布。量高低在核外分層排布。 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。二、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(gè)能層最多可容納的電子數(shù)：2n2能層（電子層）K L M N O+能級能級1s2s 2p3s 3p 3d4s 4p 4d 4f最多容納電子數(shù)22 62 6 102 6 1014規(guī)定，任一能層的能級總是從規(guī)定，任一能層的能級總是從 s s 能級開始，

4、依次稱能級開始，依次稱s s、p p、d d、f f能級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。以將它們分為不同的能級。能級能能 級級1s2s 2p4s 4p 4d 4f3s 3p3d5s 5p能能 層層KNOLM2.能級個(gè)數(shù)等于能層的序數(shù)能級個(gè)數(shù)等于能層的序數(shù)1. 在每一能層中，能級符號的順序是在每一能層中，能級符號的順序是ns、np、nd、nf（n代表能層）代表能層）規(guī)律：規(guī)律：【學(xué)與問學(xué)與問】教材教材p5p51 1、原子核外電子的每一個(gè)能層最多可容納的電子數(shù)與能、原子核外電子的每一個(gè)能層最多可容納的電

5、子數(shù)與能層的序數(shù)層的序數(shù)(n)(n)間存在什么關(guān)系？間存在什么關(guān)系？2 2、不同能層分別有多少個(gè)能級，與能層的序數(shù)間存在什、不同能層分別有多少個(gè)能級，與能層的序數(shù)間存在什么關(guān)系么關(guān)系？3 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、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？否相同？不同能層中的不同能層中的s s、p p、d d、f f能級能級最多最多能容納的電子數(shù)是相能容納的電子數(shù)是相同的，各為：同的，各為：s 1s 12 22 2p 3p 32 26 6d 5d 52 21010f 7f 72 21414（2n2 ）（所含能級個(gè)數(shù)能層序數(shù)（所含能級個(gè)數(shù)能層序數(shù)n n）任一

6、能層的能級數(shù)等于該能層的序數(shù)，依次用ns、np、nd、nf等表示不同能層中，能級的能量高低是 1s2s3s4s.2p3p4p不同能層中，符號相同的能級中容納的最多電子數(shù)相同以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。在同一能層中，能級的能量高低是 nsnpndnf能級分裂【特別提醒特別提醒】【練習(xí)】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、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、4s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

7、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循如下圖的排布順序，這個(gè)排布順序被稱為構(gòu)造原理。圖的排布順序，這個(gè)排布順序被稱為構(gòu)造原理。三、多電子原子的核外電子排布構(gòu)造原理2s2p3s3p3d4s4p4d4f5s5p5d5f6s6p6d7s7p1s能能量量升升高高能級交錯(cuò)能級能量高低的順序能量升高能量升高4s3d4p5s4d5p 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關(guān)鍵點(diǎn)：關(guān)鍵點(diǎn)：一定要記住電子排入軌道的順序，一定要記住電子排入軌道的順序，這是本節(jié)最重要的內(nèi)容。從這是本節(jié)最重要的內(nèi)容。從第四能層第四能層開開始，該能層的始，該能層的nsns與與npnp能級之間

8、插入了能級之間插入了(n-(n-1) 1)層的層的d d能級，第六能層開始還插入（能級，第六能層開始還插入（n-n-2 2）f f，其能量關(guān)系是：，其能量關(guān)系是：nsns（n-2n-2）f f （n-1n-1）d d npnp電子排布式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(gè)能級應(yīng)寫為3d64s2，而不能寫成4s23d6。在書寫電子排布式時(shí)，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?從外層到內(nèi)層逐漸失去能層Fe：1s22s22p63s23p63d64s2Fe2+ ：1s22s22p63s

9、23p63d6Fe3+ ：1s22s22p63s23p63d5在書寫電子排布式時(shí)，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(gè)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(biāo)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?失電子的順序： 從外層到內(nèi)層逐漸失去電子排布式的書寫電子排布式的書寫 試書寫試書寫7 7N N、1717ClCl、1919K K、2626FeFe、2121ScSc、3535BrBr原子的核原子的核外電子排布式外電子排布式. .【練習(xí)練習(xí)】N：1s2 2s22p3Cl：1s2 2s22p6 3s23p5K：1s2 2s22p6 3s2

10、3p6 4s1Fe：1s2 2s22p6 3s23p63d6 4s2Sc：1s2 2s22p6 3s23p63d1 4s2Br：1s2 2s22p6 3s23p63d10 4s24p5根據(jù)構(gòu)造原理只要我們知道原子根據(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)排布式，這樣的電子排布是基態(tài)原子的原子的。原子序數(shù)元素名稱元素符號電子排布 K L M N1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 2s22

11、p41s2 2s22p51s2 2s22p6原子序數(shù)元素名稱元素符號電子排布 K L M N11鈉Na12鎂Mg13鋁Al14硅Si15磷P16硫S17氯Cl18氬Ar1s2 2s22p6 3s11s2 2s22p6 3s21s2 2s22p6 3s23p11s2 2s22p6 3s23p21s2 2s22p6 3s23p31s2 2s22p6 3s23p41s2 2s22p6 3s23p51s2 2s22p6 3s23p6原子序數(shù)元素名稱元素符號電子排布 K L M N19鉀K20鈣Ca21鈧Sc22鈦Ti23釩V24鉻Cr25錳Mn26鐵Fe27鈷Co28鎳Ni1s2 2s22p6 3s2

12、3p6 4s11s2 2s22p6 3s23p6 4s21s2 2s22p6 3s23p63d1 4s21s2 2s22p6 3s23p63d2 4s21s2 2s22p6 3s23p63d3 4s21s2 2s22p6 3s23p63d5 4s11s2 2s22p6 3s23p63d5 4s21s2 2s22p6 3s23p63d6 4s21s2 2s22p6 3s23p63d7 4s21s2 2s22p6 3s23p63d8 4s2原子序數(shù)元素名稱元素符號電子排布 K L M N29銅Cu30鋅Zn31鎵Ga32鍺Ge33砷As34硒Se35溴Br36氪Kr1s2 2s22p6 3s23p

13、63d10 4s24p11s2 2s22p6 3s23p63d10 4s24p21s2 2s22p6 3s23p63d10 4s24p31s2 2s22p6 3s23p63d10 4s24p41s2 2s22p6 3s23p63d10 4s24p51s2 2s22p6 3s23p63d10 4s24p61s2 2s22p6 3s23p63d10 4s11s2 2s22p6 3s23p63d10 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【練習(xí)】請寫出K+、S2-、 Cu2+ 離子的電子排布式？K+ ：1s22s22p63s23p6S2- ：1s22s22p

14、63s23p6Cu2+ ：1s22s22p63s23p63d9【練習(xí)】請寫出8、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 4s1簡化電子排布式簡化電子排布式Ar表示K的內(nèi)層電子排布與稀有氣體元素Ar的核外電子排布相同，叫做原子實(shí)原子實(shí)。K的電子排布式：1s22s22p63s23p64s114Si：Ne 3s23p224Cr：Ar 3d54s126Fe：Ar 3d64s231Ga：Ar 3d104s24p1【思考與交流思考與交流】教材教材P7P7 電子排布式可以簡化，如可以把鈉的電子排布電子排布式可以簡化，如可以把鈉的電子排布式寫成式寫成【NeNe】3s3s1 1。

15、試問：上式方括號中的符號。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的意義是什么？你能仿照鈉原子的簡化電子排布式寫出布式寫出O O、SiSi、FeFe的簡化電子排布式嗎？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。 化學(xué)反應(yīng)中，原子的外圍電子發(fā)生變化，而“原子實(shí)”不受影響。所以描述原子核外電子排布式時(shí)可省去“原子實(shí)”，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(jià)層電子或價(jià)電子）。K原子的外圍電子排布式：4s1Fe原子的外圍電子

16、排布式：3d64s2四、四、能量最低原理能量最低原理 原子的電子排布遵循構(gòu)造原理能使整個(gè)原子的能量處于最低狀態(tài)。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(dāng)基態(tài)原子的電子吸收一定能量后，電子當(dāng)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)原子被激發(fā)躍遷到較高能級，變成激發(fā)態(tài)原子基態(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)射光譜原子光譜 不同元素的原子發(fā)生躍遷時(shí)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。核外電子的躍遷Li、He、Hg發(fā)射光譜Li、He、H

17、g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？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。光譜分析方法的建立1853年 發(fā)明本生燈溫度達(dá)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)判斷下列表達(dá)是正確還是錯(cuò)誤判斷下列表達(dá)是正確還是錯(cuò)誤1 1）1s1s2 22p2p1 1屬于基態(tài)；屬于基態(tài)；2 2）1

18、s1s2 22s2s2 2 2p 2p6 63s3s2 2 3p 3p6 63d3d5 54s4s1 1屬于激發(fā)態(tài)；屬于激發(fā)態(tài)； 3 3）1s1s2 22s2s2 2 2p 2p6 63d3d1 1屬于激發(fā)態(tài)；屬于激發(fā)態(tài)；4 4）1s1s2 22s2s2 2 2p 2p6 63p3p1 1屬于基態(tài)；屬于基態(tài)；答案：答案： (1) x(2) x(3)(4) x(1) x(2) x(3)(4) x【練習(xí)練習(xí)】五、電子云與原子軌道五、電子云與原子軌道思考思考: : 宏觀物體與微觀物體（電子）的運(yùn)動(dòng)有什宏觀物體與微觀物體（電子）的運(yùn)動(dòng)有什么區(qū)別么區(qū)別? ?宏觀物體的運(yùn)動(dòng)特征：宏觀物體的運(yùn)動(dòng)特征：可以準(zhǔn)

19、確地測出它們在某一時(shí)刻所處的位置及運(yùn)行的速度可以準(zhǔn)確地測出它們在某一時(shí)刻所處的位置及運(yùn)行的速度可以描畫它們的運(yùn)動(dòng)軌跡?？梢悦璁嬎鼈兊倪\(yùn)動(dòng)軌跡。微觀物體的運(yùn)動(dòng)特征（以電子為例）：微觀物體的運(yùn)動(dòng)特征（以電子為例）：電子的質(zhì)量很小，只有電子的質(zhì)量很小，只有9.119.111010-31-31千克；千克；核外電子的運(yùn)動(dòng)范圍很?。ㄏ鄬τ诤暧^物體而言）；核外電子的運(yùn)動(dòng)范圍很?。ㄏ鄬τ诤暧^物體而言）；電子的運(yùn)動(dòng)速度很大；電子的運(yùn)動(dòng)速度很大；測不準(zhǔn)測不準(zhǔn)圖中圖中 表示原子核，一個(gè)小黑點(diǎn)代表電表示原子核，一個(gè)小黑點(diǎn)代表電子在這里出現(xiàn)過一次子在這里出現(xiàn)過一次小黑點(diǎn)的疏密表示電子在核外空間單位體積內(nèi)小黑點(diǎn)的疏密表示

20、電子在核外空間單位體積內(nèi)出現(xiàn)的概率的大小。出現(xiàn)的概率的大小。1：電子云核外電子在原子核外空間概率密度分布的形象描述 運(yùn)動(dòng)區(qū)域距離核近，電子出現(xiàn)機(jī)會大；運(yùn)動(dòng)區(qū)域距離核遠(yuǎn)，電子出現(xiàn)機(jī)會?。?：電子云輪廓圖50%90% 常把電子出現(xiàn)的概率約為90%的空間圈出來3：原子軌道原子軌道量子力學(xué)把電子在原子核外的一個(gè)量子力學(xué)把電子在原子核外的一個(gè)空間運(yùn)動(dòng)狀態(tài)空間運(yùn)動(dòng)狀態(tài)稱為一個(gè)稱為一個(gè)原子軌道原子軌道。ns能級只有一個(gè)原子軌道，球形n越大，原子軌道半徑越大s s電子的原子軌道（電子云）形狀是以原子電子的原子軌道（電子云）形狀是以原子核為中心的球體，只有一個(gè)伸展方向核為中心的球體，只有一個(gè)伸展方向 p能級的原

21、子軌道圖（紡錘形）np能級有三個(gè)能量相等能量相等的原子軌道，px、py、pz，紡錘形，相互垂直。 n越大，原子軌道半徑越大2p3pp p電子的原子軌道（電子云）的形狀是紡錘形（或稱啞鈴電子的原子軌道（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(gè)方向（形），其伸展方向是互相垂直的三個(gè)方向（P Px x、P Py y、P Pz z）。）。 d能級的原子軌道圖 nd能級有5個(gè)能量相等的原子軌道+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能級組6s 4f 5d 6p5s 4d 5p4s 3d 4p3s 3p2s

22、 2p1s1s2s3s4s5s6s能量接近的原子軌道劃分為一個(gè)“能級組”五：核外電子的排布原則能量最低原理 多電子原子在基態(tài)時(shí)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)律泡利原理 每個(gè)原子軌道最多只能容納2個(gè)自旋方向相反的電子 。用用表示自旋方向表示自旋方向自旋順時(shí)針逆時(shí)針能級spdf原子軌道數(shù)1357最多容納電子數(shù)261014能層（n） 12345符號KLMNO能級sspspds pdfspdfg軌道1131351 35713579軌道容納電子數(shù)2262610 2 610 142610 14 18最多容納電子數(shù)28183250原子核外電子的排布：洪特規(guī)則 當(dāng)電子排布在同一能級的不同軌道時(shí)

23、，總是優(yōu)先單獨(dú)占據(jù)一個(gè)軌道，而且自旋方向相同?？偰芰孔畹湍芰孔畹驮淼奶乩普摚寒?dāng)軌道被電子半充滿或全充滿時(shí)最穩(wěn)定。相對穩(wěn)定的狀態(tài)相對穩(wěn)定的狀態(tài)全充滿（全充滿（p p6 6，d d1010，f f1414）全空時(shí)（全空時(shí)（p p0 0，d d0 0，f f0 0）半充滿（半充滿（p p3 3，d d5 5，f f7 7）【思考】從洪特規(guī)則解釋Cr和Cu的核外電子排布？注意注意2424CrCr原子的電子排布圖原子的電子排布圖: :1s1s2 2 2s2s2 22p2p6 6 3s3s2 23p3p6 63d3d5 5 4s4s1 1不是不是3d3d4 44s4s2 2 1s1s2 2 2s2s2

24、 22p2p6 6 3s 3s2 23p3p6 63d3d1010 4s4s1 12929CuCu原子的電子排布圖原子的電子排布圖: :不是不是3d3d9 94s4s2 2電子排布圖（軌道表示式）：核外電子運(yùn)動(dòng)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(xué)用語中，對電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)描述最詳盡的是（ ） A： B C1s2 DHeD 在電子排布圖中，用方框表示原子軌道，用箭頭表示電子。在電子排布圖中，用方框表示原子軌道，用箭頭表示電子。LiBeBC1s2s1s2s2p1s2s2p1s2sNO1s2s2p1s2s2pFNe1s2s2p1s2s2p【思考】請寫出第二周期元素原子的

25、電子排布圖（即軌 道表示式）？【練習(xí)】某元素原子的最外層2p軌道上有2個(gè)未成對電 子。請寫出該元素原子的價(jià)層電子的軌道表示式 ？O2s2pF2s2p【練習(xí)】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(jià)層電子的軌道表示式 ？C2s2p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1s2s2p1s22s22p2 +6 2 4C以C為例:簡化電子排布式He2s22p2下列各原子的電子排布正確的是（）下列各原子的電子排布正確的是（）A.BeA.Be1s1s2 22s2s1 12p2p1 1 B.CB.C1s1s2 22s2s

26、2 22p2p2 2 C.HeC.He1s1s1 12s2s1 1 D.ClD.Cl1s1s2 22s2s2 22p2p6 63s3s2 23p3p5 5BDBD2.2.書寫下列原子的電子排布式書寫下列原子的電子排布式1616S S 2626Fe Fe 2121Sc Sc 2323V V 3434Se Se 3232Ga Ga 3535Br Br 2424Cr Cr 2929Cu Cu 1717ClCl3 3下列各原子或離子的電子排布式錯(cuò)誤的是下列各原子或離子的電子排布式錯(cuò)誤的是 ( )( )A A、Al 1sAl 1s2 22s2s2 22p2p6 63s3s2 23p3p1 1 B B、O O2-2- 1s 1s2 22s2s2 22p2p6 6C C、NaNa+ + 1s 1s2 22s2s2 22p2p6 6 D D、Si 1sSi 1s2 22s2s2 22p2p2 24 4下列表達(dá)方式錯(cuò)誤的是下列表達(dá)方式錯(cuò)誤的是 ( )( )A A 甲烷的電子式甲烷的電子式 B B 氟化鈉的電子式氟化鈉的電子式 C C 硫離子的核外電子排布式硫離子的核外電子排布式 1s 1s2 22s2s2 22p2p6 63s3s2 23p3p4 4 D D 碳碳1212原子原子 12126 6C C