人教版高中化學(xué)選修3物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)

第一章原子結(jié)構(gòu)與性質(zhì)

本章說明

一、教學(xué)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（1~36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(yùn)動狀態(tài)，知道電子云和原子軌道。

4.認(rèn)識原子結(jié)構(gòu)與元素周期系的關(guān)系，了解元素周期系的應(yīng)用價(jià)值。

5.能說出元素電離能、電負(fù)性的涵義，能應(yīng)用元素的電離能說明元素的某些性質(zhì)。

6.從科學(xué)家探索物質(zhì)構(gòu)成奧秘的史實(shí)中體會科學(xué)探究的過程和方法，在抽象思維、理論分析的過程中逐步形

成科學(xué)的價(jià)值觀。

二、內(nèi)容分析

1.地位與功能

本章是在學(xué)生已有原子結(jié)構(gòu)知識的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步深入地研究原子的結(jié)構(gòu)，從構(gòu)造原理和能量最低原理介

紹了原子的核外電子排布以及原子光譜等，并圖文并茂地描述了電子云和原子軌道;在原子結(jié)構(gòu)知識的基礎(chǔ)上,

介紹了元素周期系、元素周期表及元素周期律?總之，本章按照課程標(biāo)準(zhǔn)要求比較系統(tǒng)而深入地介紹了原子結(jié)

構(gòu)與元素的性質(zhì)，為后續(xù)章節(jié)內(nèi)容的學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)。盡管本章內(nèi)容比較抽象，是學(xué)習(xí)難點(diǎn)，但作為本書的第一

章，教科書從內(nèi)容和形式上都比較注意激發(fā)和保持學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，重視培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)，有利于增強(qiáng)學(xué)

生學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣。

通過本章的學(xué)習(xí)，學(xué)生能夠比較系統(tǒng)地掌握原子結(jié)構(gòu)的知識，在原子水平上認(rèn)識物質(zhì)構(gòu)成的規(guī)律，并能運(yùn)

用原子結(jié)構(gòu)知識解釋一些化學(xué)現(xiàn)象。

2.內(nèi)容的選擇與呈現(xiàn)

根據(jù)課程標(biāo)準(zhǔn)對“物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)”模塊的要求，本章依據(jù)本模塊的“主題1原子結(jié)構(gòu)與元素的性質(zhì)”

的要求進(jìn)行內(nèi)容的選取，充分考慮了初中化學(xué)和化學(xué)2中的原子結(jié)構(gòu)知識的基礎(chǔ)，注意知識的銜接與深化。

在第一節(jié)“原子結(jié)構(gòu)”中，在學(xué)生已有知識的基礎(chǔ)上，教科書不再重復(fù)建立原子結(jié)構(gòu)的概念，而是直接建

立核外電子的能層（即“電子層”）和能級（即“電子亞層”）的概念，給出每一能層有幾個(gè)能級，每個(gè)能級

最多可以容納幾個(gè)電子，教科書沒有介紹原子核的組成；有了能層和能級的概念，直接給出構(gòu)造原理，并根據(jù)

構(gòu)造原理進(jìn)行核外電子排布；有了構(gòu)造原理，又由構(gòu)造原理引出了能量最低原理，并同時(shí)引出了基態(tài)和激發(fā)態(tài)

的概念，以及原子光譜；由于在第二章介紹共價(jià)鍵時(shí)需要涉及電子云和原子軌道等概念，該節(jié)在描述原子核外

電子的運(yùn)動狀態(tài)時(shí)介紹了這兩個(gè)概念，有了原子軌道的概念，結(jié)合原子核外電子的軌道排布式，簡單介紹了泡

利原理和洪特規(guī)則。本節(jié)內(nèi)容在陳述方式上可以說是一種倒敘式，即直接給出知識而不加以理論上解釋，如把

構(gòu)造原理看作是一個(gè)經(jīng)驗(yàn)規(guī)律，直接給出了原子核外電子排布的次序。但隨著學(xué)習(xí)的不斷深入，前面直接給出

的一些結(jié)論性的知識也不斷地得到了解釋。

在第二節(jié)“原子結(jié)構(gòu)與元素的性質(zhì)”中，首先山原子核外電子排布的變化規(guī)律引出元素周期系，接著介紹

了元素周期表，由于學(xué)生對元素周期表的結(jié)構(gòu)已有淀的了解，為了避免重復(fù)，教科書設(shè)計(jì)了一個(gè)“科學(xué)探

究”，要求學(xué)生從更高的視角來進(jìn)一步認(rèn)識元素周期表的結(jié)構(gòu)：元素周期律的內(nèi)涵比較廣泛，教科書重點(diǎn)討論

了原子半徑、電離能和電負(fù)性的周期性變化，而對于學(xué)生已知同周期的主族元素的最高化合價(jià)和最低化合價(jià)、

金屬性和非金屬性的周期性變化，教科書設(shè)計(jì)了一個(gè)“學(xué)與問”；在本節(jié)的最后設(shè)計(jì)了一個(gè)“科學(xué)探究”，結(jié)

合元素周期表與元素的電負(fù)性簡單介紹了對角線規(guī)則。本節(jié)在呈現(xiàn)方式上，充分體現(xiàn)了學(xué)生自主學(xué)習(xí)，設(shè)計(jì)了

兩個(gè)“科學(xué)探究”和三個(gè)“學(xué)與問”，以及兩個(gè)“科學(xué)史話”；另外，教科書還使用了多樣化的圖表。

除學(xué)科知識外，本章內(nèi)容的選取也注意了對學(xué)生進(jìn)行科學(xué)方法、科學(xué)態(tài)度的教育，如“科學(xué)史話”中提供

的素材，既有利于對學(xué)生進(jìn)行科學(xué)方法、科學(xué)態(tài)度的教育，也有利于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

關(guān)于章圖和節(jié)背景圖的說明：①本章章圖由一幅主圖、一幅組圖和一小圖組成，主圖為原子隧道掃描顯微

鏡的探測器正檢測原子存儲的信息；組圖包含七幅小圖，描述了人類認(rèn)識原子結(jié)構(gòu)的發(fā)展史；另一小圖是在固

體表面操縱原子寫出的“原子”兩字。②節(jié)背景圖是用隧道掃描顯微鏡獲得的銅原子的圖像。

3.內(nèi)容結(jié)構(gòu)

三、課時(shí)建議

第一節(jié)原子結(jié)構(gòu)3課時(shí)

第二節(jié)原子結(jié)構(gòu)與元素的性質(zhì)3課時(shí)

復(fù)習(xí)與機(jī)動2課時(shí)

第一節(jié)原子結(jié)構(gòu)

一、教學(xué)設(shè)計(jì)

本節(jié)從介紹原子的誕生（宇宙大爆炸）入手，在介紹能層、能級的概念后，直接給出構(gòu)造原理并根據(jù)構(gòu)造

原理進(jìn)行原子的核外電子排布；在原子的基態(tài)與激發(fā)態(tài)概念的基礎(chǔ)上介紹電子的躍遷和光譜分析；根據(jù)電子云

與原子軌道等概念，進(jìn)一步介紹核外電子的運(yùn)動狀態(tài)，并導(dǎo)出泡利原理和洪特規(guī)則。本節(jié)內(nèi)容比較抽象，教學(xué)

過程中應(yīng)注意培養(yǎng)學(xué)生的空間想象能力、分析推理能力及抽象概括能力。

教學(xué)重點(diǎn)：

1.根據(jù)構(gòu)造原理寫出「36號元素原子的電子排布式；

2.核外電子的運(yùn)動狀態(tài)，電子云與原子軌道；

3.泡利原理、洪特規(guī)則。

教學(xué)難點(diǎn)：

1.電子云與原子軌道；

2.基態(tài)、激發(fā)態(tài)與光譜。

具體教學(xué)建議：

1.結(jié)合本章章圖可以課前安排學(xué)生收集有關(guān)原子結(jié)構(gòu)理論發(fā)展史的材料，課上組織交流討論。通過活動

使學(xué)生了解原子結(jié)構(gòu)理論發(fā)展史中各種理論的要點(diǎn)和相關(guān)科學(xué)家的重要貢獻(xiàn)，體會人類對原子結(jié)構(gòu)的認(rèn)識是一

個(gè)逐步深入的過程，科學(xué)理論的發(fā)展是一個(gè)逐步完善的過程。在活動中使學(xué)生感悟科學(xué)家獻(xiàn)身科學(xué)的精神和進(jìn)

行科學(xué)探索中所具有的科學(xué)態(tài)度。

2.在介紹能層與能級時(shí)，可以通過思考“電子是怎樣在核外空間排布的？”，引發(fā)學(xué)生對核外電子分層

排布的復(fù)習(xí)。根據(jù)學(xué)生已有的核外電子分層排布的知識進(jìn)一步明確核外電子是按照能量的不同分成不同的能層

及能級。在理解能層與能級之間的關(guān)系時(shí)，可利用教科書中的形象比喻：“能層是樓層，能級是樓梯的階級”。

3.對于構(gòu)造原理的教學(xué)，重點(diǎn)應(yīng)放在應(yīng)用上。構(gòu)造原理給出了電子的排布次序，教學(xué)時(shí)要求學(xué)生會應(yīng)用

構(gòu)造原理寫出基態(tài)原子的電子排布式，不要求學(xué)生深究構(gòu)造原理中能級次序的原因。

4.對于電子云與原子軌道的教學(xué)，可以運(yùn)用電腦模擬或制作原子軌道模型等手段幫助學(xué)生理解電子云與

原子軌道的概念。

教學(xué)方案參考

【方案1】問題探究學(xué)習(xí)能層、能級和構(gòu)造原理

創(chuàng)設(shè)問題情景：從宇宙大爆炸、原子的誕生等素材引發(fā)學(xué)生探索原子奧秘的興趣。

提出問題：組織學(xué)生交流課前收集的有關(guān)原子結(jié)構(gòu)理論發(fā)展的歷史資料，結(jié)合本章章圖中人類認(rèn)識原子結(jié)

構(gòu)理論發(fā)展的圖示，形成對現(xiàn)代原子結(jié)構(gòu)理論的初步認(rèn)識，進(jìn)而提出問題——核外電子是怎樣排布的？

問題探究：（1）學(xué)生根據(jù)已有的核外電子分層排布的知識，結(jié)合“學(xué)與問”的三個(gè)問題，閱讀教科書，

形成對能層、能級的認(rèn)識；（2）讓學(xué)生帶著問題去分析構(gòu)造原理（教科書中的圖12）,探究其中的規(guī)律。

討論與交流：根據(jù)上述問題學(xué)生發(fā)表自己的見解，并相互交流補(bǔ)充。

總結(jié)評價(jià)：引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)核外電子排布所遵循的規(guī)律和方法。（1）根據(jù)構(gòu)造原理給出的電子排布次序，

可以寫出基態(tài)原子的電子排布式；（2）對于處在不同能層的英文字母不同的能級，電子排布的先后次序?yàn)椋?/p>

（n—2）f、（n—l）d,ns?

應(yīng)用反饋：通過練習(xí)書寫一些元素（如N、Cl、K、Fe等）原子的核外電子排布式，進(jìn)一步掌握構(gòu)造原理。

【方案II】問題解決學(xué)習(xí)原子基態(tài)、激發(fā)態(tài)與光譜

創(chuàng)設(shè)問題情景：利用錄像播放或計(jì)算機(jī)演示II常生活中的一些光現(xiàn)象，如霓虹燈光、激光、節(jié)Ir燃放的五

彩繽紛的焰火等。

提出問題：這些光現(xiàn)象是怎樣產(chǎn)生的？

問題探究：指導(dǎo)學(xué)生閱讀教科書，引導(dǎo)學(xué)生從原子中電子能量變化的角度去認(rèn)識光產(chǎn)生的原因。

問題解決：聯(lián)系原子的電子排布所遵循的構(gòu)造原理，理解原子基態(tài)、激發(fā)態(tài)與電子躍遷等概念，并利用這

些概念解釋光譜產(chǎn)生的原因。

應(yīng)用反饋：舉例說明光譜分析的應(yīng)用，如科學(xué)家們通過太陽光譜的分析發(fā)現(xiàn)了稀有氣體氨，化學(xué)研究中利

用光譜分析檢測?些物質(zhì)的存在與含量,還可以讓學(xué)生在課后查閱光譜分析方法及應(yīng)用的有關(guān)資料以擴(kuò)展他們

的知識面。

【方案問題探究學(xué)習(xí)電子云、原子軌道、泡利原理及洪特規(guī)則

提出問題：組織學(xué)生從質(zhì)量、運(yùn)動速度、運(yùn)動范圍等方面對比核外電子運(yùn)動和宏觀物體運(yùn)動的區(qū)別，得出

不能用描述宏觀物體運(yùn)動的方法來描述微觀粒子運(yùn)動的結(jié)論，并提出問題——如何描述電子在原子核外的運(yùn)

動？

問題探究：（1）指導(dǎo)學(xué)生閱讀教科書的相關(guān)內(nèi)容，分析理解電子在原子核外空間出現(xiàn)概率的方式來描述

電子的運(yùn)動。通過電腦動畫演示電子云的形成過程、用模型直觀地展示原子軌道等手段認(rèn)識電子云和原子軌道

的概念；（2）根據(jù)教科書中“科學(xué)探究”給出的第二周期基態(tài)原子的電子排布圖，組織學(xué)生討論電子在同一

能級上排布的規(guī)律。

討論與交流：讓學(xué)生發(fā)表自己的見解，并相互交流補(bǔ)充。

總結(jié)評價(jià)：引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)核外電子在同一能級上排布時(shí)所遵循的規(guī)律。（1）一個(gè)軌道上最多只能容納2

個(gè)電子且自旋方向相反即泡利原理；（2）電子在同一能級上排布時(shí)，總是優(yōu)先單獨(dú)占據(jù)不同的軌道而且自旋

方向相同，即洪特規(guī)則。

應(yīng)用反饋：通過練習(xí)一些元素（如N、0、Mg、Si等）原子的電子排布圖，加深對泡利原理和洪特規(guī)則的

理解。

二、活動建議

【科學(xué)探究】

1.每個(gè)原子軌道里最多只能容納2個(gè)電子。

2.當(dāng)電子排布在同一能級時(shí)，總是優(yōu)先單獨(dú)占據(jù)不同的軌道而且自旋方向相同。

教科書在此設(shè)計(jì)一個(gè)科學(xué)探究，具有承上啟下的作用，一方面把剛介紹的原子軌道圖形用方框來代表，有

了方框表示法就有了元素基態(tài)原子的電子排布的軌道表示式;通過探究第二周期元素基態(tài)原子的電子排布的軌

道表示式，引出了泡利原理和洪特規(guī)則。在引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行探究活動的過程中，要注意引導(dǎo)學(xué)生觀察，既要觀察

每種元素基態(tài)原子的電子排布圖，也要觀察整個(gè)第二周期元素基態(tài)原子的電子排布的特點(diǎn)。在全面觀察的基礎(chǔ)

上，要注意引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)規(guī)律，并組織學(xué)生把發(fā)現(xiàn)的規(guī)律進(jìn)行交流。

三、問題交流

【學(xué)與問】

1.原子核外電子的每一個(gè)能層最多可容納的電子數(shù)為2n）

2.每個(gè)能層所具有的能級數(shù)等于能層的序數(shù)（n）。

3.英文字母相同的不同能級中所容納的最多電子數(shù)相同。

【思考與交流】

1.銅、銀、金的外圍電子排布不符合構(gòu)造原理。

2.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。

0：[He]2s22P,Si：[Ne]3s23p2Fe：[Ne]3s23P63d64s?或[Ar]3d64s?

四、習(xí)題參考答案

1.A,D2.D3.B4.C5.C

6.C是Mg的基態(tài)原子的電子排布式，而A、B、D都不是基態(tài)原子的電子排布。

原子序數(shù)電子排布式電子層數(shù)最外層電子數(shù)

9F.1322522Ps27

17Cl：15z2sz2p63sz3p$31

3SBr：Id2322P63323P63d4/4p$47

8.

元素電子樣布式地高化合價(jià)最低化合價(jià)

NaNa：?2522P639+10

SS：2P635r3p，+6一2

第二節(jié)原子結(jié)構(gòu)與元素的性質(zhì)

一、教學(xué)設(shè)計(jì)

本節(jié)內(nèi)容分為兩部分：第一部分在復(fù)習(xí)原子結(jié)構(gòu)及元素周期表相關(guān)知識的基礎(chǔ)上，從原子核外電子排布的

特點(diǎn)出發(fā)，結(jié)合元素周期表進(jìn)一步探究元素在周期表中的位置與原子結(jié)構(gòu)的關(guān)系。第二部分在復(fù)習(xí)元素的核外

電子排布、元素的主要化合價(jià)、元素的金屬性與非金屬性周期性變化的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步從原子半徑、電離能以

及電負(fù)性等方面探究元素性質(zhì)的周期性變化規(guī)律。教學(xué)過程中應(yīng)注意幫助學(xué)生根據(jù)元素原子核外電子排布特

點(diǎn)，以及從原子半徑、電離能及電負(fù)性等方面加深對元素周期律、元素周期表及元素“位一構(gòu)一性”三者關(guān)系

的理解。

教學(xué)重點(diǎn)：

1.元素的原子結(jié)構(gòu)與元素周期表結(jié)構(gòu)的關(guān)系；

2.電離能、電負(fù)性與元素性質(zhì)的關(guān)系；

3.原子半徑、第一電離能、電負(fù)性的周期性變化。

教學(xué)難點(diǎn)：

1.元素周期表的分區(qū)；

2.電離能、電負(fù)性。

具體教學(xué)建議：

1.可以以問題思考的形式復(fù)習(xí)原子結(jié)構(gòu)、元素周期律和元素周期表的相關(guān)知識，引導(dǎo)學(xué)生從元素原子核

外電子排布特征的角度進(jìn)一步認(rèn)識、理解原子結(jié)構(gòu)與元素在周期表中位置的關(guān)系。

2.對于電離能和電負(fù)性概念的教學(xué)，應(yīng)突出電離能、電負(fù)性與元素性質(zhì)間的關(guān)系。在了解電離能概念和

概念要點(diǎn)的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識、理解元素電離能與元素性質(zhì)間的關(guān)系。通過教科書中圖121列舉的

Li~Ne、Na'Ar第一電離能數(shù)值，討論元素的第一電離能與元素金屬性、非金屬性的關(guān)系。通過“學(xué)與問”

表格中所列的Na、Mg、Al的逐級電離能的數(shù)據(jù)引導(dǎo)學(xué)生尋找其中的規(guī)律并分析：Na、Mg、Al的電離能為什么

會逐漸增大？Na、Mg、Al的逐級電離能數(shù)據(jù)為什么會出現(xiàn)突變？這與它們的化合價(jià)有何關(guān)系？等等。從而加

深學(xué)生對電離能與元素性質(zhì)關(guān)系的理解。

電負(fù)性概念的教學(xué)，可以通過引導(dǎo)學(xué)生對教科書中圖123所列元素的電負(fù)性數(shù)據(jù)與元素性質(zhì)間規(guī)律的

探究，使學(xué)生認(rèn)識到：金屬元素的電負(fù)性較小，非金屬元素的電負(fù)性較大；元素的電負(fù)性越小，元素的金屬性

越強(qiáng)，元素的電負(fù)性越大，元素的非金屬性越強(qiáng)，電負(fù)性的大小可以作為判斷元素金屬性和非金屬性強(qiáng)弱的尺

度。

3.可利用數(shù)據(jù)、圖表進(jìn)行教學(xué)，如利用教科書中圖120引導(dǎo)學(xué)生推出原子半徑的變化規(guī)律：同一周期

元素從左到右，原子半徑逐漸減??；同一主族元素從上到下，原子半徑逐漸增大。利用教科書中圖121探

索元素的第一電離能的變化規(guī)律。利用教科書中圖123探究電負(fù)性周期性變化的規(guī)律：同一周期的元素的

電負(fù)性從左到右逐漸增大；同一主族的元素的電負(fù)性從上到下逐漸減小。

教學(xué)方案參考

【方案1】問題探究學(xué)習(xí)原子結(jié)構(gòu)與元素周期表的關(guān)系

回憶復(fù)習(xí)：（1）元素原子核外電子排布的周期性變化有什么特點(diǎn)？（2）元素周期表的結(jié)構(gòu)如何？（3）

元素的原子結(jié)構(gòu)與元素在周期表中的位置有什么關(guān)系？

提出問題:元素原子的核外電子排布與元素周期表的關(guān)系是怎樣的？進(jìn)而引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)步探究原子結(jié)構(gòu)與

元素周期表的關(guān)系。

討論與思考：結(jié)合上述問題開展課堂討論，復(fù)習(xí)相關(guān)的原子結(jié)構(gòu)與元素周期表知識，引導(dǎo)學(xué)生從元素原子

核外電子排布特征的角度進(jìn)一步思考原子結(jié)構(gòu)與元素在周期表中位置的關(guān)系。

問題探究與討論：結(jié)合教科書中的“科學(xué)探究”引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行問題探究，并在探究的基礎(chǔ)上進(jìn)一步討論下

列問題：（1）為什么元素周期系中的周期不是單調(diào)的？試用構(gòu)造原理加以解釋；（2）將元素周期表分成s

區(qū)、p區(qū)、d區(qū)、f區(qū)和ds區(qū)的依據(jù)是什么？（3）元素周期表中的區(qū)與族存在著什么樣的關(guān)系？

總結(jié)評價(jià)：在學(xué)生討論交流的基礎(chǔ)上，總結(jié)歸納出元素的外圍電子排布的特征與元素周期表結(jié)構(gòu)的關(guān)系;

元素原子的核外電子排布與元素在周期表中的位置、元素性質(zhì)三者間的關(guān)系。

【方案H】問題解決學(xué)習(xí)原子半徑、電離能和電負(fù)性周期性變化的規(guī)律

回憶復(fù)習(xí)：隨著元素原子的核電荷數(shù)的遞增，核外電子排布、化合價(jià)、金屬性和非金屬性等發(fā)生周期性的

變化。

提出問題：元素的原子半徑、電離能、電負(fù)性等隨著元素原子的核電荷數(shù)的遞增是否也呈現(xiàn)周期性變化？

問題解決：（1）指導(dǎo)學(xué)生分析教科書中的圖120,找出主族元素原子半徑在同一周期、同一主族中的

變化規(guī)律，并分析發(fā)生這種變化的原因；（2）指導(dǎo)學(xué)生閱讀教科書相關(guān)內(nèi)容，了解電離能的概念，理解“氣

態(tài)”“基態(tài)”“電中性”“失去一個(gè)電子”等要點(diǎn)。通過教科書中圖-21列舉的Li~Ne、Na~Ar第一電離

能數(shù)值，找出元素的第一電離能與元素金屬性、非金屬性的關(guān)系，以及元素第一電離能發(fā)生周期性變化的規(guī)律;

（3）根據(jù)教科書中的圖廠23,找出元素電負(fù)性發(fā)生周期性變化的規(guī)律，以及元素的電負(fù)性與元素性質(zhì)間的關(guān)

系。

討論與交流：通過上述解決問題的學(xué)習(xí)活動后，組織學(xué)生參與課堂討論與交流互補(bǔ)，得出規(guī)律或結(jié)論。

總結(jié)評價(jià)：在分析討論的基礎(chǔ)上，引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)原子半徑、第一電離能、電負(fù)性發(fā)生周期性變化的規(guī)律;

總結(jié)利用數(shù)據(jù)和圖表探索規(guī)律的思想方法。

二、活動建議

【科學(xué)探究1】

1.元素周期表共有7個(gè)周期，每個(gè)周期包括的元素?cái)?shù)目分別為：第一周期2種；第二周期8種；第三周

期8種；第四周期18種；第五周期18種；第六周期32種；第七周期為不完全周期。每個(gè)周期開頭第一個(gè)元

素的最外層電子的排布通式為ns',結(jié)尾元素的最外層電子的排布通式為ns2np6。因?yàn)榈谝恢芷谠刂挥?個(gè)

1s能級，其結(jié)尾元素的電子排布式為11,跟其他周期的結(jié)尾元素的電子排布式不同。

2.元素周期表共有18個(gè)縱列；每個(gè)縱列的價(jià)電子層的電子總數(shù)相等。

3.s區(qū)有2個(gè)縱列，d區(qū)有8個(gè)縱列，p區(qū)有6個(gè)縱列；從元素的價(jià)電子層結(jié)構(gòu)可以看出，s區(qū)、d區(qū)和

ds區(qū)的元素在發(fā)生化學(xué)反應(yīng)時(shí)容易失去最外層電子及倒數(shù)第二層的d電子，呈現(xiàn)金屬性，所以s區(qū)、d區(qū)和

ds區(qū)的元素都是金屬。

4.元素周期表可分為主族、副族和0族；從教科書中圖1-16可知，副族元素（包括d區(qū)和ds區(qū)的元素）

介于s區(qū)元素（主要是金屬元素）和p區(qū)（主要是非金屬元素）之間，處于由金屬元素向非金屬元素過渡的區(qū)

域，因此，把副族元素又稱為過渡元素。

5.這是山元素的價(jià)電子層結(jié)構(gòu)和元素周期表中元素性質(zhì)遞變規(guī)律決定的，在元素周期表中，同周期元素

從左到右非金屬性逐漸增強(qiáng)，金屬性逐漸減弱，同主族元素從上到下非金屬性逐漸減弱，金屬性逐漸增強(qiáng)，結(jié)

果使元素周期表右上角三角區(qū)域內(nèi)的元素主要呈現(xiàn)出非金屬性。

6.由于元素的金屬性和非金屬性之間并沒有嚴(yán)格的界線，處于非金屬三角區(qū)邊緣的元素既能表現(xiàn)出一定

的非金屬性，又能表現(xiàn)出一定的金屬性，因此，這些元素常被稱為半金屬或準(zhǔn)金屬。

【科學(xué)探究2】

1.（略）

2.鋰和鎂在過量的氧氣中燃燒，不形成過氧化物，只生成正常氧化物；鍍和鋁的氫氧化物都是兩性氫氧化物;

硼和硅的含氧酸酸性的強(qiáng)度很接近，都是弱酸。教科書上幾對處于對角的元素在性質(zhì)上相似，可以粗略認(rèn)為它

們的電負(fù)性相近的緣故。

【學(xué)與問1]

同周期的主族元素從左到右，元素最高化合價(jià)和最低化合價(jià)逐漸升高；金屬性逐漸減弱，非金屬性逐漸增

強(qiáng)。

【學(xué)與問2]

同周期主族元素從左到右，原子半徑逐漸減小。其主要原因是由于核電荷數(shù)的增加使核對電子的引力增加

而帶來原子半徑減小的趨勢大于增加電子后電子間斥力增大帶來原子半徑增大的趨勢。

同主族元素從上到下，原子半徑逐漸增大。其主要原因是由于電子能層增加，電子間的斥力使原子的半徑

增大?

【學(xué)與問3]

1.第一電離能越小，越易失電子，金屬的活潑性就越強(qiáng)。因此堿金屬元素的第一-電離能越小，金屬的活

潑性就越強(qiáng)。

2.氣態(tài)電中性基態(tài)原子失去一個(gè)電子轉(zhuǎn)化為氣態(tài)基態(tài)正離子所需要的最低能量叫做第一電離能(用L表

示)，從一價(jià)氣態(tài)基態(tài)正離子中再失去一個(gè)電子所需消耗的能量叫做第二電離能(用h表示)，依次類推，

可得到L、I.……同一種元素的逐級電離能的大小關(guān)系：……即一個(gè)原子的逐級電離能是逐漸增大的。

這是因?yàn)殡S著電子的逐個(gè)失去，陽離子所帶的正電荷數(shù)越來越大，再要失去一個(gè)電子需克服的電性引力也越來

越大，消耗的能量也越來越多。

Na的L比L小很多，電離能差值很大，說明失去第一個(gè)電子比失去第二電子容易得多，所以Na容易失

去一個(gè)電子形成+1價(jià)離子；Mg的L和L相差不多，而Iz比L小很多，所以Mg容易失去兩個(gè)電子形成+2價(jià)

離子；A1的L、L、L相差不多，而L比L小很多，所以A1容易失去三個(gè)電子形成+3價(jià)離子。

四、習(xí)題參考答案

1.能層數(shù)最外層電子數(shù)最外層電子數(shù)能層數(shù)

2.堿金屬稀有氣體

在周期表是金屬還是最高價(jià)氧化物的水化物氣態(tài)氫化物

原子序數(shù)電子排布式

中的位宣隼金屬化學(xué)式及酸堿性的化學(xué)式

第三周期

2P車全屬H3Po.酸PH

VA族3

第三周期

16車全局HtSO.酸HzS

VIA族

7車金屬HNO：酸Nbb

4.(1)三VOAIs22s22P63s23PsClHC104

li

(2)四2AIs22s22P3s23P64s2CaCa(0H)2

5.主族元素的核外電子排布最后填入的能級是s或p,而副族元素的核外電子排布最后填入的能級為d或f；

主族元素的價(jià)電子層為最外層的s、p能級，都不包含d能級，而副族元素的價(jià)電子層除最外層的s、p能級外,

還包含次外層的d能級及倒數(shù)第三層的f能級。

6.氫原子核外只有一個(gè)電子(Isl),既可以失去這一個(gè)電子變成+1價(jià)，又可以獲得一個(gè)電子變成T價(jià)，與

稀有氣體He的核外電子排布相同。根據(jù)H的電子排布和化合價(jià)不難理解H在周期表中的位置既可以放在IA,

又可以放在VI1A。

7.元素的金屬性與非金屬性隨核電荷數(shù)遞增呈現(xiàn)周期性變化，在同周期中，從左到右元素的金屬性遞減非

金屬性遞增。例如，第三周期元素:根據(jù)Na、Mg、Al與水的反應(yīng)越來越困難,以及NaOH、Mg(0H)2、A1(OH)3

堿性遞減，說明Na、Mg、Al的金屬性逐漸減弱：根據(jù)Si、P、S、Cl形成氫化物越來越容易，且生成的氫化物

穩(wěn)定性依次增強(qiáng)，以及HzSiOs、LPO,、HSO”、HC1O,酸性遞增，說明Si、P、S、Cl的非金屬性逐漸增強(qiáng)。

8.金屬元素越容易失電子，對鍵合電子的吸引能力越小，電負(fù)性越小，其金屬性越強(qiáng)；非金屬元素越容易得

電子，對鍵合電子的吸引能力越大，電負(fù)性越大，其非金屬性越強(qiáng)；故可以用電負(fù)性來度量金屬性與非金屬性

的強(qiáng)弱。

9.元素原子的最外層電子數(shù)隨原子的核電荷數(shù)遞增呈現(xiàn)周期性的變化，由于原子的最外層電子數(shù)決定了元素

的化合價(jià)，所以元素的化合價(jià)就會隨著原子的核電荷數(shù)遞增呈現(xiàn)周期性變化。

*10.第八周期總共應(yīng)有50種元素。

*11.(略)

復(fù)習(xí)題參考答案

1.A2,A3.A4.B

5.(1)NaKMgAlC0ClBrArAr

(2)NaOH

(3)K>Na>Mg

(4)H202HQ+2Na=2NaOH+H2t>

(5)NaBr

(6)18

6CO2和SG。

7X在第二周期VIA族，Y在第三周期VIA族；SO?和S03。

*8(略)*9(略)*10(略

教學(xué)資源1

1.原子概念和原子結(jié)構(gòu)模型的演變

人類對原子的認(rèn)識史可以大致劃分為5個(gè)階段：（1）古代原子論；（2）道爾頓原子論；（3）湯姆生原

子模型和盧瑟福原子模型；（4）波爾原子模型；（5）原子結(jié)構(gòu)（核外電子運(yùn)動）的量子力學(xué)模型。

（1）古代原子論

古希臘原子論有以下5個(gè)要點(diǎn)：

①所有物體都是由原子構(gòu)成的。原子極小，看不到，不能繼續(xù)被分割成更小的組成部分。

②原子之間是虛空。古希臘原子論者的“虛空”就是“真空”。

③原子完完全全是實(shí)實(shí)在在的固體。換句話說，原子內(nèi)部不再有虛空。

④原子是均一?的，或者說，是沒有內(nèi)部結(jié)構(gòu)的。

⑤原子是不同的。即大小不同，形狀不同，重量（質(zhì)量）不同。

（2）道爾頓原子論

1805年道爾頓明確地提出了他的原子論，這個(gè)理論的要點(diǎn)有：每一種元素有一種原子（他稱其為“簡單

原子”）；同種原子質(zhì)量相同，不同種原子質(zhì)量不同；原子不可再分；一種原子不會轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N原子；化學(xué)

反應(yīng)只是改變了原子的結(jié)合方式，使反應(yīng)前的物質(zhì)變成反應(yīng)后的物質(zhì)。道爾頓還創(chuàng)立了相對原子質(zhì)量的概念,

認(rèn)為相對原子質(zhì)量是一種原子不同于另一種原子的本質(zhì)特征。正是道爾頓的原子的概念明確地與化學(xué)元素掛起

鉤來，道爾頓的原子論可稱為“化學(xué)原子論”。道爾頓建立的化學(xué)原子論揭示了物質(zhì)的組成和化學(xué)變化的本質(zhì),

確立了化學(xué)組成和變化的定量基礎(chǔ)，開創(chuàng)了化學(xué)的現(xiàn)代發(fā)展。圖1-1是道爾頓用來表示原子的符號，是最早的

元素符號。

（某些化合物的錯(cuò)誤組成是由于錯(cuò)誤的相對原子質(zhì)量導(dǎo)致的）

圖1-1道爾頓的（簡單）原子和復(fù)合原子（分子）

（3）湯姆生原子模型和盧瑟福原子模型

1897年湯姆生發(fā)現(xiàn)原子中存在電子以后，又于1904年提出了一種原子模型，認(rèn)為原子是一個(gè)平均分布著

正電荷的粒子，其中鑲嵌著許多電子，中和了正電荷，從而形成了中性原子。

1911年盧瑟福在。粒子散射實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上提出了“行星系式”原子模型：“在原子的中心有一個(gè)帶正電

荷的核，它的質(zhì)量幾乎等于原子的全部質(zhì)量，電子在它的周圍沿著不同的軌道運(yùn)動，就像行星環(huán)繞太陽運(yùn)轉(zhuǎn)一

樣。電子在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的離心力和原子核對電子的吸引力達(dá)到平衡，因此電子能夠與原子核保持一定的距離,

正像行星和太陽保持一定的距離一樣。原子越重，正電荷也就越大，電子數(shù)也越多?！?/p>

（4）波爾原子模型

盧瑟福的原子帶核模型中沒有原子核外電子的結(jié)構(gòu)。1913年，年輕的丹麥物理學(xué)家玻爾在總結(jié)當(dāng)時(shí)最新

的物理學(xué)發(fā)現(xiàn)（普朗克黑體輻射和量子概念、愛因斯坦光子論、盧瑟福原子帶核模型等）的基礎(chǔ)上建立了氫原

子核外電子運(yùn)動模型，解釋了氫原子光譜，后人稱為玻爾理論，該理論的主要內(nèi)容包括“行星模型”“定態(tài)假

設(shè)”“量子化條件”“躍遷規(guī)則”等內(nèi)容。波爾原子模型認(rèn)為：電子在原子核外空間的一定軌道上繞核做高速

的圓周運(yùn)動。

（5）原子結(jié)構(gòu)（核外電子運(yùn)動）的量子力學(xué)模型

由于原子結(jié)構(gòu)（核外電子運(yùn)動）的量子學(xué)模型難度較大，在此不作專門討論。

2.原子的起源和演化

（1）宇宙之初

現(xiàn)代宇宙學(xué)理論認(rèn)為現(xiàn)今的宇宙起源于一次“大爆炸”。構(gòu)成現(xiàn)今宇宙的所有物質(zhì)在爆炸前聚集在一個(gè)密

度極大、溫度極高的原始核中。由于某種未明原因，宇宙的原始核發(fā)生了大爆炸，宇宙物質(zhì)均勻地分布到整個(gè)

宇宙空間。一開始，宇宙中只有中子，中子的半衰期是678±30s。一個(gè)中子發(fā)生衰變將同時(shí)得到一個(gè)質(zhì)子、

一個(gè)電子和一個(gè)反中微子：

nfp+e+v?

ti/2=ll.3min

這就是說，大爆炸后的第11min左右，整個(gè)宇宙充滿著幾乎等量的中子（n）、質(zhì)子（p）和電子（e）,

還有反中微子（V。）（注：按照現(xiàn)代粒子物理學(xué)標(biāo)準(zhǔn)模型，物質(zhì)由12種基本粒子構(gòu)成，它們是：6種夸克（下

夸克、上夸克、奇異夸克、粲夸克、底夸克和頂夸克）和6種輕子（電子、電子中微子、U子、U中微子、

T子、T中微子）。2000年7月21日，在美國費(fèi)米國家實(shí)驗(yàn)室工作的國際小組用3年時(shí)間從600多萬個(gè)粒

子的軌跡中鑒定出4個(gè)粒子是T中微子，12種基本粒子的存在已全部被實(shí)驗(yàn)證實(shí)。此外，還有一種存在暗物

質(zhì)的理論，但至今尚無任何實(shí)驗(yàn)證據(jù)證實(shí)暗物質(zhì)的存在。）。這時(shí)的溫度在500X106K左右。約經(jīng)歷10個(gè)中

子半衰期，即2h后，宇宙中的絕大部分物質(zhì)便是氫原子了，盡管其間也合成了相當(dāng)數(shù)量的氯原子。其后，氫

原子和氨原子凝集成星團(tuán)，其他原子之生從此開始。由現(xiàn)今觀察到的宇宙直徑可以推算出來，宇宙的年齡至今

約140億年了。氫仍然是宇宙中最豐富的元素，約占所有原子總數(shù)的88.6%,氮的豐度則約為氫的豐度的1/8,

它們加在一起占宇宙原子總數(shù)的99.7%以上。上述宇宙大爆炸理論描述的元素誕生的情景使人回想起，早在

1815年普魯特（W.Prout）就曾經(jīng)預(yù)言過所有元素之母是氫，盡管他的預(yù)言因根據(jù)不足，100多年來一直遭人

嘲笑。

（2）氫燃燒

宇宙大爆炸形成的氫和氫冷凝成星團(tuán)，由于自身的引力收縮作用釋放熱能，溫度穩(wěn)步上升到約107K,引

發(fā)了稱之為“氫燃燒”的核反應(yīng)：

%+%一下+3+b。（e--正電子，——中微子）

2II+'H-；lH+Y（Y—高能量光子）

3H+3He-'He+2'H

這三個(gè)反應(yīng)的半衰期差別很大。以太陽為例，第一個(gè)反應(yīng)的半衰期為1.4X10'°a,第二個(gè)反應(yīng)短得只有

0.6s,第三個(gè)反應(yīng)則為1（/a。于是總的結(jié)果是：

+

4'H-'He+2e+2vG

由于氫轉(zhuǎn)變?yōu)榈馁|(zhì)量虧損，則會釋放出巨大的能量。如果一個(gè)恒星的質(zhì)量相當(dāng)于太陽，每秒有600X10'」

kg的氫經(jīng)燃燒轉(zhuǎn)變?yōu)?95.5X109kgM，則有虧損的4.5X10"kg質(zhì)量轉(zhuǎn)化為能量，以光和熱的形式釋放。

（3）氫燃燒

氫燃燒使近10%的氫轉(zhuǎn)變?yōu)闅鋾r(shí)，若恒星的質(zhì)量足夠大，由于引力收縮，溫度繼續(xù)升高，發(fā)生“氫燃燒”

得到"C：

Hc+He-*Be

sBe4-lHe-*,2C-文,+>

反應(yīng)得到的，2C導(dǎo)致誕生“、2°Ne、21Mg等原子的新的氫燃燒反應(yīng)：

,2C+'Hc-hi()+y

R+HlN+y

■,Nc+1He-*2Mg+y

(4)碳燃燒

由氫燃燒得到的足夠大的紅巨星的密度若達(dá)到10'g/cm：',會發(fā)生如下的“碳燃燒”：

!2c+,2c-削g+Y

,2C+12C-23Na+'H

12C+l2C-20Ne-He

碳燃燒得到的元素的質(zhì)量數(shù)為20左右，但還有氫和氫生成，為繼續(xù)生成新元素成為可能。

(5)a過程

質(zhì)量大于L4個(gè)太陽質(zhì)量的紅巨星在碳燃燒后再次收縮使溫度上升到10,K左右，引發(fā)了?個(gè)吸收Y射

線而放出a粒子的核反應(yīng)：20Ne(Y,a)'6O,這是一個(gè)吸熱反應(yīng)(括號前是反應(yīng)物，括號后是生成物，括號里

逗號前的是反應(yīng)吸收的粒子，逗號后是反應(yīng)放出的粒子)。反應(yīng)放出的氨核(即a粒子)熔入化核產(chǎn)生更

多的”,熔入z°Ne核產(chǎn)生更多的"Mg,熔入"Mg核產(chǎn)生"i,熔入2ssi產(chǎn)生%,熔入%核產(chǎn)生最后,

反應(yīng)停止再生成叱a。這個(gè)過程稱為a過程.在a過程中還發(fā)生其他核反應(yīng)得到鈦、銃等元素。發(fā)生a過

程后，紅巨星演變成白矮星。

(6)e過程

對于質(zhì)量處于L4~3.5個(gè)太陽質(zhì)量的恒星，氫燃燒的同時(shí)會發(fā)生氫燃燒，發(fā)生猛烈的爆炸，向星際噴發(fā)大

量物質(zhì)，稱為“超新星爆發(fā)”。幾秒鐘或幾分鐘之內(nèi)溫度升至3X109K以上，導(dǎo)致許多新的核反應(yīng)，產(chǎn)生從

鈦到銅各種原子，其中56Fe的豐度最大。這個(gè)過程叫做e過程。

(7)重元素的誕生

更重的原子的誕生被認(rèn)為是在紅巨星中發(fā)生“中子俘獲”和“質(zhì)子俘獲”的結(jié)果。中子俘獲不僅誕生了質(zhì)

量數(shù)Ar=63~209的核素，還得到更多的質(zhì)量數(shù)Ar=23、46的核素。質(zhì)子俘獲過程誕生了36種核素，從最輕的7,Se

到最重的跳Hg。壽命最長的重核素如232Th(1/2=1.4X10%)、2381J(tl/2=4.5X10%)和2351j(t"2=7.OX10'a)的半衰

期很長，杜的半衰期甚至與宇宙年齡(約1.8X10，)相仿，因此，對于太陽系而言，它們肯定誕生在太陽系

之前,因?yàn)樘栂档哪挲g為4.6X109~5.0Xl()9a。

最后需要指出，太陽的質(zhì)量不大，是一個(gè)年輕的恒星，尚未發(fā)生氫燃燒，不可能合成比氫重的原子，因此，

太陽以及太陽系各星體，包括地球的組成中的所有比氯重的原子都是在形成太陽系時(shí)從其他星體的噴發(fā)物質(zhì)中

俘獲的。太陽中重元素的存在，特別是碳和氮的存在卻大大催化了太陽的氫燃燒。這種催化反應(yīng)被稱為C-N

循環(huán)。

(8)宇宙大爆炸理論的是非

有3個(gè)觀察事實(shí)支撐了宇宙大爆炸理論。它們是：整個(gè)宇宙的元素豐度、宇宙的背景輻射以及恒星光譜的

紅移現(xiàn)象。早在1925—1928年人們就用光譜技術(shù)得出了宇宙元素豐度。大爆炸理論很好地解釋了元素豐度分

布位于氫氫、碳氮氧、鐵等處的峰值的存在。1965年探測到，整個(gè)星際空間的溫度不是0K而是2.7K,相當(dāng)

于存在一個(gè)各向同性的黑體熱輻射，稱為宇宙的背景輻射。大爆炸理論認(rèn)為這是大爆炸的殘余。早在1842年

奧地利科學(xué)家多普勒(C.J.Doppler1803-1853)就發(fā)現(xiàn)，聲波的波長會因物體的運(yùn)動而發(fā)生改變，這種現(xiàn)

象被稱為多普勒效應(yīng)。觀測發(fā)現(xiàn)，發(fā)自星體的光的波長都長于地球上同一種元素的光譜數(shù)據(jù)，稱為“紅移”。

大爆炸理論用星體因大爆炸后的膨脹而背離我們運(yùn)動來解釋紅移。迄今為止，除了大爆炸理論，尚沒有另一種

理論能夠這樣全面解釋這3個(gè)基本觀察事實(shí)。

大爆炸理論是不是宇宙起源的終極理論？還有沒有可能創(chuàng)造一種完全不同的理論來否定宇宙大爆炸理論，

正像達(dá)爾文進(jìn)化論否定了神創(chuàng)論一樣？這還不能定論。還有，即使認(rèn)為宇宙大爆炸是客觀事實(shí)，至今人們?nèi)噪y

以就涉及宇宙年齡、宇宙大小和宇宙膨脹速度3個(gè)宇宙學(xué)基本數(shù)據(jù)相關(guān)的所謂“哈勃常數(shù)”的取值達(dá)成-致意

見，因?yàn)楂@得它的主要依據(jù)是來自遠(yuǎn)離地球的星體的光譜強(qiáng)度，而人們無法知道某一強(qiáng)度的光究竟是因?yàn)樾求w

離地球的遠(yuǎn)近還是星體發(fā)光的強(qiáng)弱所致，也難以確切估計(jì)它達(dá)到地球之前被吸收了多少。我們相信，隨著新事

實(shí)的發(fā)現(xiàn)，如黑洞、暗物質(zhì)或反物質(zhì)、反引力等，在21世紀(jì)十分有可能產(chǎn)生一種新的宇宙學(xué)，當(dāng)然也十分可

能只是修正大爆炸理論。不過，即使大爆炸理論被推翻，我們在此討論到的以及尚未涉及的諸多從氫燃燒開始

的元素誕生理論似乎不會受到根本的影響。

(摘編自北京師范大學(xué)等編《無機(jī)化學(xué)(上冊?第四版)》，高等教育出版社，2002年版)

3.對構(gòu)造原理的一些說明

(1)能量最低原理

構(gòu)造原理是元素隨原子序數(shù)的遞增，絕大多數(shù)基態(tài)原子的核外電子的排布規(guī)律。在教科書中，我們是用一

張圖來表述這個(gè)規(guī)律的。構(gòu)造原理的提出是在量子力學(xué)建立以前，它是一個(gè)經(jīng)驗(yàn)規(guī)律，是可以通過原子光譜確

定的。在教科書中，只要求學(xué)生把這個(gè)原理作為一個(gè)事實(shí)知道這個(gè)原理，沒有要求對它作任何解釋。

首先應(yīng)當(dāng)指出，在許多其他教科書中，把對構(gòu)造原理的解釋，如“能級交錯(cuò)”“屏蔽效應(yīng)”“鉆穿效應(yīng)”

等寫在構(gòu)造原理之前，把它們作為構(gòu)造原理提出的依據(jù)。我們認(rèn)為這種觀念是值得商榷的，并認(rèn)為“能級交

錯(cuò)”“屏蔽效應(yīng)”“鉆穿效應(yīng)”等，只是對構(gòu)造原理的解釋而L1,構(gòu)造原理并不是這些解釋的邏輯結(jié)果。

其次應(yīng)該指出，多電子原子的電子排布，是以一系列假設(shè)和近似為基礎(chǔ)的，如當(dāng)描述該體系的一個(gè)電子時(shí)，

不描述其他電子，而將其他電子對該電子的排斥集中到原子核上，得到所謂“單電子函數(shù)”，或稱“獨(dú)立子”，

這種近似稱為中心力場近似。只有作這種近似，才使描述多電子原子體系中的電子成為可能，才可借用氫原子

核外電子的運(yùn)動狀態(tài)，即Is,2s,2p……來描述它們；這時(shí)，電子的能量被稱為“軌道能”，而每一個(gè)電子

的軌道能多大，不僅跟原子核電荷多少有關(guān)，而且還與核外存在幾個(gè)電子以及這些電子處于什么狀態(tài)(Is,2s,

2p……)有關(guān)。例如,Fe和Fe",核電荷數(shù)都是26,然而，對于核外有26個(gè)電子的Fe,按[Ar]3dzs?排布

得到的軌道能的總和小于按[Ar]3ds排布的軌道能總和，因而基態(tài)Fe的電子排布是前者而不是后者；而對于

核外只有24個(gè)電子的Fe2+,按[Ar]3d6排布的軌道能總和比按[Ar]3d,4sz排布的軌道能總和小，因而基

態(tài)Fe"的電子排布是前者而不是后者。換句話說，4s軌道和3d軌道的能量哪個(gè)低，不是一成不變的，而是隨

核電荷數(shù)、電子數(shù)、電子所處的狀態(tài)3個(gè)因素相關(guān)的，是動態(tài)可變的。因此，在教科書中，能量最低原理的表

述是“整個(gè)原子處于能量最低的狀態(tài)”，而不是說電子填充到能量最低的軌道中去.

(2)能級交錯(cuò)

在以上討論中，我們并沒有提到“能級交錯(cuò)”。其實(shí)，對于多電子原子，本來就只有軌道能而無所謂“能

層”，說“能層”只是跟氫原子對比的形象化說法所作的近似，因而鮑林(L.Pauling)稱其為“近似能級”

(即能層)。在只有1個(gè)電子的氯原子中，主量子數(shù)相同的各能級中的電子的能量是相同的，如4s,4p,4d,

4f的能量是相等的，然而在多電子原子中，由于處于不同能級的電子受到其他電子的相互作用(排斥力不同)，

導(dǎo)致同一能層不同能級的電子的能量不同，即對于多電子原子來說，由于原子中各電子之間的相互作用，當(dāng)電

子處在不同狀態(tài)時(shí)，其能量不僅與主量子數(shù)n有關(guān)，而且還與角量子數(shù)1有關(guān)。例如，在主量子數(shù)n相同時(shí),

1的數(shù)值越大，其電子的能量越高。也就是說在同一能層中，s電子的能量低于p電子，p電子低于d電子，d

電子低于f電子的能量：

E4sVE411VE/VE”

1取值：0123

是由元素的精細(xì)光譜實(shí)驗(yàn)得到的結(jié)果，一般地說，電子的能量完全取決于主量子數(shù)n和角量子數(shù)1,如果

n、1的數(shù)值相同，則電子的能量就相同，由不同的n和1組成的各分層，如2s,3p,4d……其能量必然不同，

從能量的角度看，這些分層也常稱為能級。

鮑林根據(jù)光譜實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，提出了多電子原子中原子軌道的近似能級圖。應(yīng)當(dāng)指出的是，鮑林近似能級圖

中的能級順序只是指價(jià)電子層中填入電子時(shí)各能級能量的相對高低，正如前面已經(jīng)指出的，當(dāng)電子填入原子軌

道后，電子的能量會發(fā)生變化，各電子的軌道能不再維持鮑林的近似能級圖順序。

對于n和1值都不同的原子軌道的能級能量高低,我國化學(xué)家徐光憲歸納出這樣的規(guī)律,即用該軌道的(n+0.71)

值來判斷，(n+0.71)值越小，能級的能量越低。如4s和3d兩個(gè)能級，它們的(n+0.71)值分別為(4+0.7X0)

=4.0和(3+0.7X2)=4.4,因此EgVEg,這種現(xiàn)象稱為能級交錯(cuò)。

(3)屏蔽效應(yīng)

在多電子原子中，一個(gè)電子不僅受到原子核的引力，還要受到其他電子的排斥力。如鋰原子核帶有三個(gè)正

電荷，核外有三個(gè)電子，第一層有兩個(gè)電子，第二層有一個(gè)電子，對于第二層的這一個(gè)電子來說，除了受核對

它的吸引力以外，還受到第一層兩個(gè)電子對它的排斥力的作用，這種排斥力實(shí)際上相當(dāng)于減弱了原子核對外層

電子的吸引力，相當(dāng)于使核的有效電荷數(shù)減少。我們把由于其他電子對某電子的排斥作用而抵消了一部分核

電荷，使有效核電荷降低，消弱了核電荷對該電子的吸引，這種作用稱為屏蔽作用或屏蔽效應(yīng)。

屏蔽效應(yīng)與原子內(nèi)電子的多少和電子所處的軌道有關(guān)，內(nèi)層電子對外層電子的屏蔽作用較大，電子越靠近

原子核，它對外層電子屏蔽作用越大，同層電子屏蔽作用較小，外層電子對內(nèi)層電子幾乎沒有屏蔽作用。

（4）鉆穿效應(yīng)

由電子云徑向分布圖可以看出，n值較大的電子在離核較遠(yuǎn)的區(qū)域出現(xiàn)的概率大，但在離核較近的區(qū)域也

有概率較小的峰出現(xiàn)，這種外層電子鉆到內(nèi)層空間而靠近原子核的現(xiàn)象稱為鉆穿效應(yīng)。鉆穿效應(yīng)主要表現(xiàn)在鉆

入內(nèi)層的小峰上，峰的數(shù)目越多，鉆穿效應(yīng)越大。電子的鉆穿效應(yīng)和屏蔽效應(yīng)是相互聯(lián)系的，某電子的鉆穿效

應(yīng)越強(qiáng)，其被屏蔽的可能性就越小。鉆穿效應(yīng)可以用來解釋能級交錯(cuò)現(xiàn)象。

4.有關(guān)電子云的一些問答

（1）電子云圖中的小點(diǎn)的總數(shù)可多可少嗎？

電子云圖中的小點(diǎn)的總數(shù)是可多可少的。這要看你“記錄”的電子在核外空間出現(xiàn)的次數(shù)。通俗地講，每

個(gè)小點(diǎn)相當(dāng)于一次記錄。如果電子云圖里有500個(gè)小點(diǎn)，就相當(dāng)于記錄了500次;如果有10000個(gè)點(diǎn)，就相當(dāng)

于記錄了10000次。記錄的次數(shù)越多，小點(diǎn)就越多。

（2）如何制作電子云圖？

用計(jì)算機(jī)程序可以制作電子云圖。如果在上課時(shí)能夠直接上網(wǎng)，可打開如下網(wǎng)站：

/StuHome/cabell_f/Density,html,在該網(wǎng)頁的電子概率密度applet程序上直

接輸入主量子數(shù)（n）、角量子數(shù)（1）和磁量子數(shù)（m）,可快速地得到不同狀態(tài)的電子云的圖像。該程序得到

的圖像還分為單色（實(shí)為中2即P的圖像）和彩色（實(shí)為卬的圖像），該網(wǎng)站還有徑向函數(shù)的曲線可供教師

參考（建議不要在教學(xué)中討論）。

圖1—2概率與概率密度

（3）為什么說電子云圖是電子的概率密度分布圖而不是概率分布圖？

首先，我們需要理解概率的概念。無論電子云圖里有多少個(gè)點(diǎn)，我們都必須設(shè)定這張圖的總概率P=1（即

100%）。如圖1-2中共有500個(gè)點(diǎn)，在圖的左上角的方框內(nèi)有18個(gè)點(diǎn)，我們就可以說，在這個(gè)長方形區(qū)域里

找到電子的概率為P=18/500=0.036；同樣，在圖的左上角的橢球形區(qū)域內(nèi)找到電子的概率為P=5/500=0.01。

其次，我們來討論概率密度。概率密度等于概率除以體積，用希臘小寫字母P（讀音“ru”）為符號，

概率與概率密度的關(guān)系式是：p=P/VO設(shè)圖中的某體積為V的區(qū)域（就說是左上角的橢球內(nèi)吧）的概率密度為

P=P/V?如果我們再設(shè)這個(gè)橢球區(qū)域里小點(diǎn)的分布是完全均勻的，接著我們僅考察半個(gè)橢球的概率密度，我們

得到它的概率密度為P=（P/2）/（V/2）,結(jié)果仍為P/V!如果我們?nèi)∵@個(gè)橢球里更小的區(qū)域，假設(shè)在這個(gè)區(qū)域里

電子的概率分布（即小點(diǎn)的分布）仍是均勻的，結(jié)果概率密度還等于P=P/V!把所取的區(qū)域劃定得更小，等

于小點(diǎn)的體積（只要這個(gè)體積不等于零就行），這個(gè)微小的區(qū)域內(nèi)的概率密度仍等于P=P/V!由此可見，電

子云圖中的每個(gè)點(diǎn)都代表了電子在一個(gè)微小區(qū)域里出現(xiàn)的概率密度,而電子云圖給出了這些小點(diǎn)在空間里的分

布，小點(diǎn)越密處，電子的概率密度越大，因此，電子云圖是電子的概率密度分布圖！

教學(xué)資源2

5.長式周期表中主副族的劃分

近年來，長式周期表為許多國家所采用。但是在這種周期表中關(guān)于主族和副族的劃分方法，曾引起過爭議。

1923年，戴明（Deming）把包含典型元素的族定為主族，在族序數(shù)后標(biāo)以符號A,把過渡元素的各族定為副族,

在族序數(shù)后標(biāo)以符號B。我國基本上采用Deming的劃分法，只是把稀有氣體定為0族，而且對它和第VID族均

不劃分主、副族，不標(biāo)A、B符號。另一種劃分法是把堿金屬、堿土金屬和除銅族、鋅族外的過渡元素均定為

主族，標(biāo)以符號A,把銅族、鋅族以及其后的各族均定為副族，標(biāo)以符號B。1970年國際純粹和應(yīng)用化學(xué)聯(lián)合

會（IUPAC）支持這種劃分法。由于在長式周期表中主、副族的劃分方式不一致，在學(xué)術(shù)界引起了混亂。因此，

在1989年國際純粹和應(yīng)用化學(xué)聯(lián)合會建議不再劃分主、副族，把長式周期表的各族自左至右統(tǒng)一編號為P18

列?，F(xiàn)在許多國家已經(jīng)采用了這種表述形式。長式周期表主副族元素劃分方式的演變見表1-1。

在長式周期表中氫的位置也有一個(gè)演變過程。從前把氫放在長式周期表的上中部，以兩條線分別跟堿金屬

和鹵素相連，表示氫既跟堿金屬相似，又跟鹵素相似。另一些周期表把氫放在堿金屬或者鹵素的頂部，個(gè)別的

還在堿金屬和鹵素的頂部都標(biāo)上氫。1989年，國際純粹和應(yīng)用化學(xué)聯(lián)合會推薦的18列周期表中，把氫列在堿

金屬的頂部，這跟近年來研究金屬氫取得進(jìn)展及制得Na-（相當(dāng)于H-）化合物、發(fā)現(xiàn)鋰鍵（相當(dāng)于氫鍵）等有

關(guān)。

6.元素周期系的遠(yuǎn)景

元素的存在，是與原子結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，特別是與原子核的穩(wěn)定性有關(guān)。人們發(fā)現(xiàn)，原子序數(shù)大于83（錫

之后）的元素，都是放射性元素，而原子序數(shù)在92之后（超鈾元素）的元素，全部是用人工方法合成的元素

（Np、Pu在自然界中也有，但含量極微）。目前己公認(rèn)了112號元素的合成方法。人們要問：新的人工合成

的元素究竟還可以合成多少種？

物理學(xué)家根據(jù)原子核結(jié)構(gòu)理論計(jì)算，認(rèn)為周期系最后可能出現(xiàn)的是原子序數(shù)為175的元素。人工合成的元

素，將會完成第七周期（零族元素的原子序數(shù)應(yīng)為118）,并進(jìn)入第八周期，甚至第九周期。在未來的第八、

九周期中，原子中的電子依次填充新的能級——5g能級和6g能級。依照已有的規(guī)律，可以推知g能級最多能

容納18個(gè)電子。

能級：spdfg

電子數(shù)：26101418

由此可以預(yù)見，第八、九周期都將有50種元素，是超長周期。在這兩個(gè)周期里，將有“超鋼系”和“新

超鋼系”的5g~6f和6g?7f內(nèi)過渡系(各為32種元素)?

7.不同歷史階段的元素周期表

(1)拉瓦錫在1778年出版的《化學(xué)大綱》中，對33種化學(xué)元素的分類

①氣體元素：氧、氮、氫、光、熱；

②金屬元素：銀、錫、銅、碑、睇、桃、銀、金、鉆、鐵、鋁、鴿、鎰、銷、鉛、鋅、汞；

③非金屬元素：硫、磷、碳、鹽酸基、氟酸基、硼酸基；

④能成鹽的土質(zhì)元素：石灰、鎂土、鋼土、鋁土、硅土。

由于拉瓦錫(A.L.Lavoisier)受時(shí)代的限制，把一些不是元素的東西都當(dāng)成元素；同時(shí)又把元素分為“土

質(zhì)元素”，這顯然含有亞里士多德(Aristotle)水、火、土、氣“四素說”的思想痕跡。

(2)1829年，德國化學(xué)家德貝萊納(D.beriner)的“三元素組”

①鋰、鈉、鉀；②鈣、鍬、鋼；③氯、漠、碘；④硫、硒、礎(chǔ)；⑤磷、碑、睇。

(3)門捷列夫(口.H.MeHHeneeB)的第一個(gè)元素周期表(1869年)

Ti=50ZL9O?/=180

51Nb94Ta-182

<*r52Mo96W186

Mil=55Rh104,4Pi197.4.4

Fe-56T<ii104,4It198

Ni-Cc-59IM=1O6,6Os-199

Cu63.4A14insHM--200