高三化學(xué)原子結(jié)構(gòu)與元素周期表

1、原子結(jié)構(gòu)與元素周期表（建議2課時(shí)完成）考試目標(biāo) （1）了解原子構(gòu)成，了解原子序數(shù)、核電荷數(shù)、質(zhì)子數(shù)、中子數(shù)、核外電子數(shù)以及它們之間的相互關(guān)系。（2）了解元素、核素和同位素的含義。（3）了解原子核外電子排布（4）了解原子核外電子的能級(jí)分布，能用電子排布式表示常見元素（136號(hào)）原子核外電子的排布，了解原子核外電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。(選考內(nèi)容)（5）了解元素周期表(長式)的結(jié)構(gòu)(周期、族)及其應(yīng)用。（6）知道原子核外電子在一定條件下會(huì)發(fā)生躍遷，了解其簡單應(yīng)用。(選考內(nèi)容)要點(diǎn)精析一、原子結(jié)構(gòu)理論發(fā)展經(jīng)歷了五個(gè)發(fā)展階段：1803年英國化學(xué)家道爾頓家建立了原子學(xué)說；1903年湯姆遜發(fā)現(xiàn)了電子建立了“葡萄干布

2、丁”模型；1911年英國物理學(xué)家盧瑟福根據(jù)粒子散射實(shí)驗(yàn)提出原子結(jié)構(gòu)的核式模型；1913年丹麥科學(xué)家玻爾建立了核外電子分層排布的原子結(jié)構(gòu)模型；20世紀(jì)20年代建立了現(xiàn)代量子力學(xué)模型。二、原子的組成決定決定原子種類中子N（0） 核素、同位素原子核 質(zhì)量數(shù)（A）近似相對(duì)原子質(zhì)量主族元素的化學(xué)性質(zhì)及最高正價(jià)和族序數(shù)決定元素種類質(zhì)子Z（+1） 元素符號(hào) 原子結(jié)構(gòu) 最外層電子數(shù)：電子數(shù):核外電子電子層數(shù)決定 內(nèi)層電子數(shù)： e（-1） 排布規(guī)律 ：分層排布 周期序數(shù)及原子半徑 1、原子中存在的兩個(gè)關(guān)系式是： 質(zhì)量關(guān)系：質(zhì)量數(shù)A=Z+N （1個(gè)質(zhì)子質(zhì)量約為1.673×10-27Kg，1個(gè)中子質(zhì)量約為

3、1.675×10-27Kg，用其分別與12C原子質(zhì)量的1/12（1.661×10-27Kg）相比而得1個(gè)質(zhì)子和中子相對(duì)質(zhì)量分別為1.007和1.008，1個(gè)電子的相對(duì)質(zhì)量約為質(zhì)子質(zhì)量的1/1836，所以，原子的質(zhì)量主要集中在原子核上） 電子關(guān)系：中性原子的核外電子數(shù)=質(zhì)子數(shù)=核電荷數(shù)= 原子序數(shù)陽離子的核外電子數(shù)=質(zhì)子數(shù)陽離子所帶電荷數(shù)陰離子的核外電子數(shù)=質(zhì)子數(shù) + 陽離子所帶電荷數(shù)實(shí)例：微粒所含質(zhì)子數(shù)_17_；中子數(shù)_35-17=18_；電子數(shù)_17+1=18_；質(zhì)量數(shù)_35_。2、元素、核素、同位素、同素異形體:元素同位素核素同素異形體概念具有相同核電荷數(shù)的同一類原子的

4、總稱質(zhì)子數(shù)相同而中子數(shù)不同的用一元素的不同原子互稱為同位素（化學(xué)性質(zhì)幾乎完全相同，只是某些物理性質(zhì)略有不同）具有一定數(shù)目的質(zhì)子和一定數(shù)目的中子的一種原子由同種元素組成的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)不同的單質(zhì)互稱為同素異形體例氧（O）元素氫（H）元素如160、17O、180是氧元素的三種核素，互為同位素。如1H(H)、2H(D)、3H(T)就各為一種核素。O2和O3 紅磷和白磷 金剛石和石墨3、質(zhì)量數(shù)、元素的近似相對(duì)原子質(zhì)量質(zhì)量數(shù)是忽略電子質(zhì)量，將核素中所有質(zhì)子相對(duì)質(zhì)量和中子相對(duì)質(zhì)量取近似整數(shù)值之和。實(shí)例:相對(duì)原子質(zhì)量為的核素35Cl的質(zhì)量數(shù)為35。相對(duì)原子質(zhì)量為的核素37Cl的質(zhì)量數(shù)為37。元素的近似相對(duì)原子質(zhì)

5、量是該元素各種天然同位素原子的質(zhì)量數(shù)與其原子百分比的乘積之和。 實(shí)例：（1） Cl元素的兩種核素35Cl、37Cl的相對(duì)原子質(zhì)量分別34.969和36.966，則35Cl和37Cl的關(guān)系是_同位素_。其質(zhì)量數(shù)分別是_35_、_37_。（2） 若35Cl和37Cl在自然界的原子百分組成之比是31，則Cl元素的近似相對(duì)原子質(zhì)量為_35_×3/4 + 37×1/4 =35.5_。三、原子核外電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài) 1、基態(tài)和激發(fā)態(tài)處于最低能量的原子叫做基態(tài)原子。當(dāng)基態(tài)原子的電子吸收能量后，電子會(huì)躍遷到較高能級(jí)，變成激發(fā)態(tài)原子。電子從較高能量的激發(fā)態(tài)躍遷到較低能量的激發(fā)態(tài)乃至基態(tài)時(shí)，將釋放

6、能量。不同元素的原子發(fā)生躍遷時(shí)會(huì)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，總稱原子光譜。許多元素是通過原子光譜發(fā)現(xiàn)的。在現(xiàn)代化學(xué)中，常利用原子光譜上的特征譜線來鑒定元素，稱為光譜分析。練習(xí)當(dāng)氫原子中的電子從2p能級(jí)，向其他低能量能級(jí)躍遷時(shí) ( )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. 產(chǎn)生的光譜線的條數(shù)可能是2 條 D. 電子的勢(shì)能將升高.2、電子云和原子軌道： 量子力學(xué)中：電子質(zhì)量非常小，運(yùn)動(dòng)速度非?？欤豢赡芡瑫r(shí)準(zhǔn)確測(cè)定電子運(yùn)動(dòng)的速度和空間位置，沒有確定運(yùn)動(dòng)軌道，只能采用統(tǒng)計(jì)的方法，作出幾率性的判斷。電子云是用小黑點(diǎn)的疏密表示在一定時(shí)間間隔

7、內(nèi)電子在原子核外電子出現(xiàn)概率的統(tǒng)計(jì)。 其規(guī)律是：在離核近的地方小黑點(diǎn)密度大，表示電子在此出現(xiàn)的機(jī)會(huì)多；離核遠(yuǎn)的地方小黑點(diǎn)密度小，表示電子出現(xiàn)的機(jī)會(huì)少。注意：氫原子電子云示意圖中的小黑點(diǎn)只是表示氫原子核外的一個(gè)電子曾經(jīng)在這里出現(xiàn)過，而絕不是無數(shù)個(gè)電子在核外的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。常把電子出現(xiàn)的概率約為90%的空間圈出來，人們把這種電子云輪廓圖稱為原子軌道。原子軌道是用來描寫原子核外電子在空間運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的圖象。S軌道是球形的；P軌道是紡錘形的有3個(gè)軌道，它們互相垂直分別以Px、Py、Pz為符號(hào)。能層序數(shù)越大，原子軌道的半徑就越大。四、核外電子的分層排布1、能層和能級(jí)在多電子原子中，電子的排布分成不同的能層，同一

8、能層的電子能量也可能不同，還可以分成不同的能級(jí)。電子層（能層）原子軌道類型（能 級(jí)）原子軌道數(shù)目最多容納電子數(shù)K（1）1s12L（2）2s 2p48M（3）3s 3p 3d918N （4）4s 4p 4d 4f1632O（5）5s 5p 5d 5f 5g2550(n)n 22n 2（1） 任一能層，能級(jí)數(shù)=能層序數(shù)（2） s、p、d、f的軌道數(shù)依次是1、3、5、7（3） s、p、d、f可容納的電子數(shù)依次是其軌道數(shù)1、3、5、7的兩倍（4） 各電子層最多容納的電子數(shù)為2n2個(gè)。（5） 最外層最多容納8個(gè)電子；次外層最多容納18個(gè)（若此外層為1或2，最多只能有2或8個(gè)電子）；倒數(shù)第三層最多只有32

9、個(gè)電子（若該層n=1，2，3，最多只能有2，8，18個(gè)電子）2、基態(tài)原子的電子排布的三個(gè)原理（1）能量最低原理：基態(tài)原子的核外電子排布遵循構(gòu)造原理，電子總是優(yōu)先排布在能量最低的原子軌道里，然后再依次進(jìn)入能量逐漸升高的原子軌道，這樣使整個(gè)原子處于最低的能量狀態(tài)。構(gòu)造原理： 三層以上的電子層中出現(xiàn)能級(jí)交錯(cuò)現(xiàn)象，對(duì)核外電子排布的影響很大。規(guī)律：能量順序按照1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p 5s 4d 5p 6s 4 5d 6p 7s能量由低到高即按照ns (n-2)f (n-1)d np順序排列 能量高低1s<2s<3s 2p<3p<4p ns<np<

10、;nd<nf實(shí)例：17Cl的電子排布是1s22s22p63s23p5；若寫為1s12s22p63s23p6則違背了能量最低原理（2）泡利不相容原理：每個(gè)原子軌道上最多只能容納兩個(gè)電子，且自旋方向相反。實(shí)例：氮原子的軌道表示式是：1s 2s 2p1s 2s 2p 1s 2s 2p不能寫成 或 （3）洪特規(guī)則：當(dāng)電子排布在同一能級(jí)的不同軌道時(shí)，應(yīng)盡可能分占不同的軌道并且自旋方向相同（或平行）。 1s 2s 2p 1s 2s 2p實(shí)例：氮原子的軌道表示式不能寫成： 或者洪特規(guī)則的特例：對(duì)于同一個(gè)能級(jí)當(dāng)電子排布為全充滿、半充滿或全空時(shí)是比較穩(wěn)定的。 全充滿：p6,d10,f14相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài) 半

11、充滿：p3,d5,f7全空：p0,d0,f0實(shí)例：鉻 24Cr Ar3d54s1 銅 29Cu Ar3d104s1 3、核外電子排布的表示方法：（1）原子（離子）結(jié)構(gòu)示意圖 實(shí)例：Cl原子 Cl-離子 （2）電子排布式：在能級(jí)符號(hào)的右上方用數(shù)字表示該能級(jí)上排布的電子數(shù)的式子。實(shí)例：氯：1s22s22p63s23p5 鈧：1s22s22p63s23p63d14s2（注：ns2 表示該原子核外的n能層數(shù) 的s能級(jí)有兩個(gè)電子）為避免電子結(jié)構(gòu)過長，通常把內(nèi)層已達(dá)到稀有氣體的電子層寫成“原子芯”（原子實(shí)），并以稀有氣體符號(hào)加方括號(hào)表示。 實(shí)例： 氯： Ne3s23p5 鈧： Ar 3d14s2價(jià)電子排布

12、式：只標(biāo)出基態(tài)原子的外圍電子排布。 實(shí)例：氯：3s23p5 注意區(qū)別電子式和電子排布式 實(shí)例：11Na 的電子式為 Na· 電子排布式為1s22s22p63s1（3） 軌道表示法，它用一個(gè)圓圈或一個(gè)小方格表示一個(gè)原子軌道，在它們的下面或上面注明該軌道的能級(jí)，用向上或向下的箭頭表示電子的自旋狀態(tài)。軌道表示式：用方框表示原子軌道，框內(nèi)的箭頭表示電子的式子。 1s 2s 2p實(shí)例：6C，排布為 Mg:五、原子結(jié)構(gòu)與元素周期表1、 鮑林近似能級(jí)圖與周期表的關(guān)系： 能級(jí)組 周期 元素個(gè)數(shù)7 7 326 6 325 5 184 4 183 3 82 2 81 1 2近似能級(jí)圖：按原子軌道能量高低

13、順序排列的圖。 能級(jí)組：能量相近的能級(jí)劃為一組能級(jí)組內(nèi)各軌道能量相近，不同能級(jí)組之間能量差別較大。能級(jí)組的劃分是造成元素周期表中元素劃分為周期的本質(zhì)原因。、按原子序數(shù)遞增的順序從左到右排列；排列原則 、將電子層數(shù)相同的元素排成一個(gè)橫行； 、把最外層電子數(shù)相同的元素（個(gè)別除外）排成一個(gè)縱行。、短周期（一、二、三周期）2、元素周期表七主七副零和八三長三短一不全的結(jié)構(gòu) 周期（7個(gè)橫行） 、長周期（四、五、六周期） 、不完全周期（第七周期）周期表結(jié)構(gòu) 、主族（AA共7個(gè)） 族（18個(gè)縱行） 、副族（BB共7個(gè)）、族（8、9、10縱行）、零族（稀有氣體） 3、元素周期表分區(qū)幾個(gè)量的關(guān)系：（1）原子序數(shù)=

14、核電荷數(shù)=質(zhì)子數(shù) =核外電子數(shù)（2）周期序數(shù)=核外電子層數(shù)=能級(jí)組數(shù)，每周期元素?cái)?shù)目=該能級(jí)組容納電子總數(shù)。（3）族的序數(shù)=特征電子數(shù)之和a.主族序數(shù)=最外層電子數(shù)=元素的最高正價(jià)數(shù)（F無正價(jià)，O一般也無正價(jià)）b. B到B和族的第一列：最高能級(jí)組中的電子總數(shù)=族數(shù) 如：鈧Ar 3d14s2B和B：最外層電子數(shù)=族數(shù) 如： 銅 29Cu Ar3d104s1 鐵Ar3d64s2（4） 非金屬元素|最高正價(jià)數(shù)|+|負(fù)價(jià)數(shù)|=8實(shí)例：已知某元素在周期表中位于第五周期、A族位置上。試寫出該元素的基態(tài)原子的電子排布式、元素的名稱、符導(dǎo)和原子序數(shù)。解：元素位于第五周期，故電子的最高能級(jí)組是第五能級(jí)組；元素是

15、A族的，故最外層電子數(shù)應(yīng)為6，故有5s25p4；A族屬于p區(qū)，其4d一定是全充滿的。電子結(jié)構(gòu)式為Kr4d105s25p4，元素名稱是碲，符導(dǎo)Te，核外共有52個(gè)電子，原子序數(shù)是52。3、周期表中部分規(guī)律總結(jié)（1）最外層電子數(shù)大于或等于3而又小于8的元素一定是主族元素；最外層電子數(shù)為1或2的元素可能是主族、副族或0族（He）元素；最外層電子數(shù)為8的元素是稀有氣體元素（He例外）。（2）同周期第A與A族元素的原子序數(shù)：第13周期（短周期）元素原子序數(shù)相差1；第4、5周期相差11；第6、7周期相差25。（3）同主族相鄰元素的原子序數(shù)：第A、A族，上一周期元素的原子序數(shù)+該周期元素的數(shù)目=下一同期元素的原子序數(shù)；第AA族，上一周期元素的原子序數(shù)+下一周期元素的數(shù)目=下一周期元素的原子序數(shù)。（4）由序數(shù)確定位置的方法：2He ，10Ne,18Ar ,36Kr, 54Xe,86Rn縱列數(shù)=原子序數(shù)比其小而相近的稀有氣體元素的原子序數(shù)。 （5）除第族元素以外，原子序數(shù)為奇（或偶）數(shù)的元素，元素所在族的序數(shù)及主要化合價(jià)也為奇（或偶）數(shù)。（6）若主族元素族序數(shù)為m周期數(shù)為n,則當(dāng)m/n<1時(shí)，為金屬