【教學(xué)課件】第2節(jié) 原子結(jié)構(gòu)與元素周期表 參考課件

第2節(jié)

原子結(jié)構(gòu)與元素周期表（第1課時(shí)）第1章

原子結(jié)構(gòu)與元素性質(zhì)新課導(dǎo)入1~18號(hào)元素的原子結(jié)構(gòu)示意圖新課導(dǎo)入①為什么第一層最多只能容納2個(gè)電子，第二層最多只能容納8個(gè)電子？第三、四、五層呢？②原子核外電子排布與上節(jié)課所學(xué)的原子軌道有什么關(guān)系？①各電子層最多能容納2n2個(gè)電子；②最外層電子數(shù)目不超過(guò)8個(gè)(K層為最外層時(shí)不超過(guò)2個(gè))；次外層電子數(shù)不超過(guò)18個(gè)；③核外電子在距核由近到遠(yuǎn)，能量由低到高的電子層上依次排列。能量最低原理基態(tài)氫原子的核外電子排布?xì)湓拥脑榆壍烙?s、2s、2px、2py、2pz等，其核外的唯一電子在基態(tài)時(shí)只能處在能量最低的1s原子軌道上。1.能量最低原理在構(gòu)建基態(tài)原子時(shí)，電子將盡可能地占據(jù)能量最低的原子軌道，使整個(gè)原子的能量最低。能量最低原理的普遍性：能量越低越穩(wěn)定，它是自然界的一個(gè)普遍規(guī)律。基態(tài)是能量最低的狀態(tài)，所以基態(tài)原子的電子排布是能量最低的原子軌道原子軌道組合。泡利不相容原理基態(tài)氦原子核外有兩個(gè)電子，根據(jù)元素周期表及原子結(jié)構(gòu)示意圖，結(jié)合能量最低原理，兩電子都應(yīng)當(dāng)排布在ls軌道上，電子排布式為ls2請(qǐng)嘗試畫(huà)出基態(tài)氦原子核外電子排布的軌道表示式。這兩個(gè)電子在1s軌道上的排布可能是下列兩種狀態(tài)之一：自旋狀態(tài)相同自旋狀態(tài)不同泡利不相容原理2.泡利不相容原理1925年，泡利正式提出，在一個(gè)原子軌道里，最多只能容納2個(gè)電子，他們的自旋相反。泡利原理是核外電子在軌道上排布必須遵循的原則泡利不相容原理電子自旋概念的提出解決了原子結(jié)構(gòu)理論中的諸多困惑，比如：①只有1個(gè)最外層電子的堿金屬原子光譜為什么會(huì)在光譜里呈雙線？②只有1個(gè)最外層電子的Ag原子飛行通過(guò)一個(gè)不對(duì)稱(chēng)磁場(chǎng)時(shí)會(huì)分為兩束？③…………電子排布式與軌道表示式電子排布式：表示原子核外電子排布的一種方式。在ns、np、nd等各能級(jí)符號(hào)的右上角用數(shù)字表示出該能級(jí)中的電子數(shù)目。電子排布式與軌道表示式“三步法”書(shū)寫(xiě)電子排布式書(shū)寫(xiě)電子排布式的方法第三步：去掉空能級(jí)，并按照能層順序排列即可得到電子排布式。如S的電子排布式是1s22s22p63s23p6第二步：根據(jù)各能級(jí)容納的電子數(shù)填充電子第一步：按照構(gòu)造原理寫(xiě)出電子填入能級(jí)的順序，1s→2s→2p→3s→3p→4s→3d→4p→5s→4d→5p→6s......隨著核電荷數(shù)的增加，基態(tài)原子的電子排布式越來(lái)越長(zhǎng)，書(shū)寫(xiě)繁瑣，如何精簡(jiǎn)表達(dá)？【深度思考】例：Al的電子排布式為1s22s22p63s23p1，紅色部分我們可用[Ne]表示，因此Al的電子排布就可以簡(jiǎn)化為[Ne]3s23p1V的電子排布式為1s22s22p63s23p63d34s2，紅色部分我們可用[Ar]表示，因此V的電子排布就可以簡(jiǎn)化為[Ar]3d34s2電子排布式與軌道表示式電子排布式與軌道表示式軌道表達(dá)式：用方框（或小圓圈、短線）表示一個(gè)原子軌道，用箭頭“↑”或“↓”來(lái)區(qū)別自旋狀態(tài)不同的電子。在軌道表示式中，用方框表示原子軌道能量相同的原子軌道的方框相連能量相同的原子軌道也稱(chēng)為簡(jiǎn)并軌道箭頭表示一種自旋狀態(tài)的電子，稱(chēng)電子對(duì)，或稱(chēng)單電子或未成對(duì)電子箭頭同向的單電子稱(chēng)自旋平行。通常在方框下方或上方標(biāo)記能級(jí)符號(hào)。電子排布式與軌道表示式H和He的基態(tài)原子軌道表示式如圖所示根據(jù)示例，寫(xiě)出3-7號(hào)元素基態(tài)原子的軌道表示式HHeLiBeB電子排布式與軌道表示式C和N在2p能級(jí)的電子出現(xiàn)了至少3種排布方式，這三種方式的能量相同么？哪種的能量最低？能量最低的排布有規(guī)律可循么？這種規(guī)律可以推廣到其他元素的基態(tài)原子么？洪特規(guī)則3.洪特規(guī)則對(duì)于基態(tài)原子，核外電子在能量相同的原子軌道上排布時(shí)，將盡可能分占不同的原子軌道并且自旋狀態(tài)相同。洪特規(guī)則是洪特在詮釋復(fù)雜原子光譜時(shí)，依據(jù)大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)歸納出的經(jīng)驗(yàn)規(guī)則。洪特規(guī)則按照洪特規(guī)則，C、N基態(tài)原子的軌道表示式分別應(yīng)為CN洪特規(guī)則在軌道表示式中，簡(jiǎn)并軌道不做進(jìn)一步區(qū)分，因此C也可寫(xiě)作下面這兩種，它們是完全等價(jià)的。簡(jiǎn)并軌道上的電子自旋平行即可，即單電子全部用用向下的箭頭表示也可以。CCC解析A表示的是氟的基態(tài)原子。B中同一個(gè)軌道里電子自旋平行，違反了泡利不相容原理，不存在這種電子排布。下列軌道表示式中哪個(gè)是氟的基態(tài)原子，為什么？課堂練習(xí)A.B.A解析A表示的是氧的基態(tài)原子。B中2p軌道的電子違反了洪特規(guī)則中的自旋平行，C中2p軌道的電子違反了洪特規(guī)則中的優(yōu)先分占簡(jiǎn)并軌道。2.下列軌道表示式中哪個(gè)是氧的基態(tài)原子，為什么？課堂練習(xí)A.B.C.A（1）在從小到大書(shū)寫(xiě)1-20號(hào)元素的軌道表示式中，第一個(gè)需要用到泡利不相容原理的原子所對(duì)應(yīng)的元素的元素符號(hào)是？深度思考He分析思路：在同一個(gè)軌道中填入兩個(gè)電子時(shí)就需要滿足泡利原理，讓兩個(gè)電子自旋相反，故第一個(gè)需要用泡利原理的應(yīng)該是在最低能級(jí)1s中填入兩個(gè)電子，該元素為氦深度思考（2）在從小到大書(shū)寫(xiě)1-20號(hào)元素的軌道表示式中，第一個(gè)需要用到洪特規(guī)則的原子所對(duì)應(yīng)的元素的元素符號(hào)是？C分析思路：洪特規(guī)則是針對(duì)簡(jiǎn)并軌道的，按照構(gòu)造原理，第一組簡(jiǎn)并軌道是2p能級(jí)，2p上只有1個(gè)電子不涉及分占軌道和自旋平行問(wèn)題，故2p上至少有2個(gè)電子。此時(shí)電子構(gòu)型為1s22s22p2，6個(gè)電子對(duì)應(yīng)6號(hào)元素碳（3）在1-20號(hào)元素的基態(tài)原子的軌道表示式中，單電子數(shù)量最多的的原子所對(duì)應(yīng)的元素的元素符號(hào)是？深度思考N和P分析思路：?jiǎn)坞娮訑?shù)量最多，一定是單電子占滿了一組簡(jiǎn)并軌道中全部軌道，在1-20號(hào)元素中填充的簡(jiǎn)并軌道有2p和3p，他們應(yīng)滿足2p3和3p3，結(jié)合構(gòu)造原理可知，兩個(gè)原子的電子構(gòu)型分別為1s22s22p3和1s22s22p63s23p3，二者分別是7電子和15電子，故對(duì)應(yīng)氮和磷。（4）在1-20號(hào)元素的基態(tài)原子的軌道表示式中，哪些不涉及洪特規(guī)則？深度思考H、He、Li、Be、B、F、Ne、Na、Mg、Al、Cl、Ar、K、Ca分析思路：不涉及洪特規(guī)則可以分為三類(lèi)①電子填入軌道不是簡(jiǎn)并軌道，如H、He、Li、Be這類(lèi)②電子填入簡(jiǎn)并軌道但是只有1個(gè)單電子，如B、Al、F、Cl這類(lèi)③電子填入簡(jiǎn)并軌道無(wú)單電子，如Ne、Ar這類(lèi)構(gòu)造原理解決了電子填入軌道順序的問(wèn)題，但是無(wú)法詳細(xì)指出電子在不同軌道上的排布狀態(tài)，軌道容納電子數(shù)量的問(wèn)題。泡利原理指出了每個(gè)軌道所能容納的最大電子數(shù)洪特規(guī)則指出了電子填入簡(jiǎn)并軌道時(shí)遵循的規(guī)則基于上述3條規(guī)律，我們就可以用軌道表示式更精細(xì)的表達(dá)核外電子排布及每個(gè)能級(jí)中電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。深度思考課