選擇性原子結構

第1課時能層與能級、基態(tài)與激發(fā)態(tài)

原子光譜、構造原理與電子排布式第一節(jié)原子結構【學習目標】1.進一步認識原子核外電子的分層排布。了解能層、能級與電子的能量關系。2.了解原子結構的構造原理,知道原子核外電子的能級分布。3.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。4.了解原子的基態(tài)、激發(fā)態(tài)以及其與光譜之間的關系。知識點一能層與能級1.能層(1)含義:核外電子按

不同分成能層(電子層)。

(2)能層序數及符號:電子的能層由內向外排序,其序號、符號以及所能容納的最多電子數如下:新課探究能層一二三四五六七符號

OPQ最多電子數2

18

507298能量KLMN832(3)不同能層能量關系:能層越高,電子的能量

,能量的高低順序為E(K)

E(L)

E(M)

E(N)

E(O)

E(P)

E(Q)。

2.能級(1)含義:同一能層的電子,分成

能級。

(2)表示方法:新課探究

KLMNO能級1s2s2p3s3p3d4s4p4d4f5s5p…最多電子數226261026101426…越高<不同<<<<①任一能層的能級總是從

能級開始,能級數等于該

,即第一能層只有

個能級(1s),第二能層有

個能級(2s和2p),第三能層有

個能級(3s、3p和3d),依次類推。

②能級的字母代號總是按

……排序的,字母前的數字是它們的能層序數,它們可容納的最多電子數依次為自然數中奇數序列

…的2倍。

(3)多電子原子中,同一能層各能級的能量關系:E(ns)

E(np)

E(nd)

E(nf)……

新課探究s能層序數123s、p、d、f

1,3,5,7<<<3.理清能層、能級與最多容納的電子數、能量之間的相互關系新課探究能層(n)一二三四五六七…符號KLMNOPQ…能級1s2s2p3s3p3d4s4p4d4f5s…………最多容納電子數22626102610142…………28183250……每一能層最多可容納的電子數是2n2離核遠近由近到遠不同能層能量逐漸增大同一能層各能級的能量逐漸增大[素養(yǎng)養(yǎng)成]每一能層最多可容納的電子數是多少?不同能層中的相同類型的能級中最多可容納的電子數有什么規(guī)律?提示:每一能層最多可容納的電子數為2n2(n為能層序數);不同能層中的相同類型的能級中最多可容納的電子數是相同的(與能層序數沒有關系)。新課探究例1以下能級符號正確的是(

)

A.3f B.2dC.4s D.2fC

[解析]第三能層有3個能級(3s、3p、3d),沒有3f能級,故A錯誤;第二能層有2個能級(2s和2p),沒有2d能級,故B錯誤;第四能層有4個能級(4s、4p、4d、4f),故C正確;第二能層有2個能級(2s和2p),沒有2f能級,故D錯誤。新課探究例2下列有關認識正確的是(

)A.各能層的能級數按順序分別為1、2、3、4……B.各能層的能級都是從s能級開始至f能級結束C.各能層含有的能級數為n-1D.各能層含有的電子數為2n2A

[解析]各能層的能級數按順序分別為1、2、3、4……,A項正確;各能層的能級總是從s能級開始,而且能級數等于該能層序數,因此第一能層只有s能級,第二能層有s、p能級,依次類推,B項錯誤;由B項分析可知,各能層含有的能級數為n,C項錯誤;各能層含有的電子數最多為2n2,可以不排滿,D項錯誤。新課探究[歸納總結](1)能層(n)即為電子層,任何能層均含有s能級,但不是任何能層均含有任何能級;各能層的能級都是從s能級開始,每個能層上能級個數與能層數相等。(2)同一能層里,各能級的能量按照s、p、d、f……順序依次遞增。(3)不同能層中同一能級,能層序數越大,能量越高。例如:1s<2s<3s<4s……新課探究知識點二基態(tài)與激發(fā)態(tài)原子光譜1.基態(tài)原子與激發(fā)態(tài)原子最低能量狀態(tài)吸收新課探究釋放較高能量狀態(tài)較高(1)電子躍遷的能量變化與可見現象激發(fā)態(tài)原子不穩(wěn)定,電子從能量較高的激發(fā)態(tài)躍遷到能量較低的激發(fā)態(tài)乃至基態(tài)時,將釋放能量。光(輻射)是電子躍遷釋放能量的重要形式之一。霓虹燈光、激光、焰火等可見光都與原子核外電子發(fā)生躍遷釋放能量有關。(2)金屬元素的焰色的成因金屬原子中,核外電子按一定軌道順序排列,軌道離核越遠,能量越高。灼(燃)燒時,電子獲得能量,能量較低的電子發(fā)生躍遷,從基態(tài)變?yōu)榧ぐl(fā)態(tài)。隨即電子又從能量較高的激發(fā)態(tài)躍遷到能量較低的激發(fā)態(tài)乃至基態(tài),便以光(輻射)的形式釋放能量,形成不同的焰色。新課探究(3)原子光譜①不同元素原子的電子發(fā)生

時會吸收或釋放不同的光,可以用光譜儀攝取各種元素原子的

光譜或

光譜,總稱原子光譜。

②光譜分類新課探究躍遷吸收發(fā)射2.光譜分析在現代化學中,常利用

上的特征譜線來鑒定元素,稱為光譜分析。

原子光譜新課探究提示:這與原子核外電子發(fā)生躍遷釋放能量有關。金屬元素的核外電子被爆炸的火藥激發(fā)到較高能級后,電子再從較高能量的激發(fā)態(tài)躍遷到較低能量的激發(fā)態(tài)乃至基態(tài)時,能量以光的形式釋放出來,產生發(fā)射光譜。該過程不是化學變化。新課探究[問題思考]在節(jié)日里我們經常放焰火來慶祝,請你思考這與原子結構有關系嗎?若與原子結構有關,請用原子結構解釋節(jié)日燃放的焰火產生的原理,該過程是化學變化嗎?例3下列現象和應用與電子躍遷無關的是(

)A.激光 B.焰色試驗C.緩慢氧化放熱 D.霓虹燈C

[解析]電子躍遷本質上是組成物質的粒子(原子、離子或分子)中電子的一種能量變化,如激光、焰色試驗、霓虹燈都與電子躍遷有關。激光與電子躍遷有關,故A錯誤;當堿金屬及其鹽在火焰上灼燒時,原子中的電子吸收了能量,從能量較低的軌道躍遷到能量較高的軌道,但處于能量較高軌道上的電子是不穩(wěn)定的,很快躍遷回能量較低的軌道,這時就將多余的能量以光的形式放出,因而能使火焰呈現顏色,與電子躍遷有關,故B錯誤;緩慢氧化放熱是化學能轉化為熱能,與電子躍遷無關,故C正確;霓虹燈的各色的光是原子核外電子發(fā)生能級躍遷的結果,與電子躍遷有關,故D錯誤。新課探究例4對充有氖氣的霓虹燈管通電,燈管發(fā)出紅色光。產生這一現象的主要原因是(

)A.電子由激發(fā)態(tài)向基態(tài)躍遷時以光的形式釋放能量B.電子由基態(tài)向激發(fā)態(tài)躍遷時吸收除紅光以外的光線C.氖原子獲得電子后轉變成發(fā)出紅光的物質D.在電流的作用下,氖原子與構成燈管的物質發(fā)生反應A

[解析]在電流作用下,基態(tài)氖原子的電子吸收能量躍遷到較高能級,變?yōu)榧ぐl(fā)態(tài)原子,這一過程要吸收能量,不會發(fā)出紅色光;而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)或基態(tài)時,將釋放能量,從而產生紅光,A項正確。新課探究[規(guī)律小結]1.焰色試驗只是激發(fā)態(tài)原子核外電子的一種能量釋放形式,當電子從激發(fā)態(tài)躍遷到基態(tài)時,其多余的能量以特定波長的光的形式釋放出去,也可稱之為發(fā)射光譜,是元素檢驗的一種有效的方法。2.電子的躍遷是物理變化(未發(fā)生電子轉移),而原子得失電子時發(fā)生的是化學變化。3.一般在能量相近的能級間發(fā)生電子躍遷。新課探究知識點三構造原理與電子排布式1.構造原理(1)以

事實為基礎,從氫開始,隨核電荷數遞增,新增電子填入

的順序稱為

。

構造原理示意圖如右圖所示。即電子所排的能級順序:1s、2s、2p、3s、3p、

、

、4p、5s、

、5p、6s、

、

、6p、7s……

光譜學新課探究能級構造原理能層能級4s3d4d4f5d(2)能級交錯隨核電荷數遞增,電子并不總是填滿一個能層后再開始填入下一個能層的。電子是按3p→

→

的順序而不是按3p→3d→4s的順序填充的,這種現象被稱為能級交錯。

構造原理呈現的能級交錯源于

,即鉀和鈣的光譜證實它們的最外層電子是4s1和4s2,是經驗的,而不是任何理論推導的結果。構造原理是一個

,是個假想過程。

新課探究4s3d

光譜學事實思維模型2.電子排布式、簡化電子排布式、價層電子排布式、簡單離子電子排布式表示方法(1)電子排布式電子排布式表示方法:按照構造原理,元素的核電荷數每遞增一個,同時增加一個核電荷和一個

,就得到一個

的電子排布。電子填滿了一個

,開始填入下一個

,由此構建了元素周期系中各元素的基態(tài)原子的電子排布。電子排布式中,能級符號右上角的數字表示該能級的

。從氫到碳的基態(tài)原子電子排布式如下:

1s1→

→

→1s22s2→

→1s22s22p2

氫氦

鋰鈹

硼

碳新課探究核外電子基態(tài)原子能級能級電子數1s21s22s11s22s22p1①在書寫電子排布式時,一般情況下,能層低的能級要寫在左邊,而不是按構造原理順序寫。書寫順序:1s、2s、2p、3s、3p、3d、4s、4p、4d、4f、5s……電子填充順序(構造原理):1s、2s、2p、3s、3p、4s、3d、4p、5s……如:Mg原子的電子排布式為②由原子光譜得知有些過渡金屬元素基態(tài)原子電子排布不符合構造原理,如Cr和Cu的最后兩個能級的電子排布分別為3d54s1和3d104s1,可見構造原理是被理想化了的。新課探究(2)簡化電子排布式為了避免電子排布式過于煩瑣,我們可以把內層電子達到稀有氣體結構的部分,以相應稀有氣體元素符號外加方括號來表示。如Na的核外電子排布式為1s22s22p63s1,其中第一、二能層與Ne(1s22s22p6)的核外電子排布結構相同,所以其電子排布式可簡化為[Ne]3s1。(3)價層電子排布式將在化學反應中可能發(fā)生電子變動的能級稱為價電子層(簡稱價層)。例如,Fe的簡化電子排布式為[Ar]3d64s2,價層電子排布為3d64s2。通常,元素周期表只給出價層電子排布。新課探究①價電子不一定是最外層電子,只有主族元素的價電子才是最外層電子。對于過渡元素還包括部分內層電子。②元素的價電子數不一定等于其所在族的族序數,這只對主族元素成立,對部分過渡元素是不成立的。③同一族元素的價電子排布不一定相同,如過渡元素中的鑭系元素和錒系元素就不相同,在第Ⅷ族中部分元素的價電子排布也不相同。(4)簡單離子電子排布式先寫原子的電子排布式,然后再考慮得失得失電子的情況。如O2-的電子排布式,先寫O原子的電子排布式為1s22s22p4,再得2個電子知O2-的電子排布式為1s22s22p6。新課探究提示:能層序數大,但能級的能量不一定高。部分能級有交錯現象。K原子在排滿第二層后,先排布3s、3p能級,3d能級能量高于4s能級,故最后一個電子排入4s能級而不是3d能級,所以它的原子結構示意圖是

。新課探究[素養(yǎng)養(yǎng)成]為什么K原子的原子結構示意圖不是,而是?例5下列各離子或原子的電子排布式錯誤的是(

)A.Ca2+:1s22s22p63s23p6B.O2-:1s22s22p4C.K:1s22s22p63s23p64s1D.Fe3+:1s22s22p63s23p63d5B

[解析]

已知O原子的電子排布式為1s22s22p4,故O2-的電子排布式為1s22s22p6,B項錯誤。新課探究例6

構造原理揭示的電子排布能級順序,實質是各能級能量高低。若以E(nl)表示某能級的能量,以下各式中正確的是(

)A.E(5s)>E(4f)>E(4s)>E(3d)B.E(3d)>E(4s)>E(3p)>E(3s)C.E(4s)<E(3s)<E(2s)<E(1s)D.E(5s)>E(4s)>E(4f)>E(3d)B

[解析]根據構造原理,各能級填充的電子的能量由小到大的順序為1s、2s、2p、3s、3p、4s、3d、4p、5s……,A項和D項正確順序為E(4f)>E(5s)>E(3d)>E(4s);對于不同能層的相同能級,能層序數越大,能量越高,C項錯,其正確順序為E(4s)>E(3s)>E(2s)>E(1s);E(3d)>E(4s)>E(3p)>E(3s)符合構造原理,B項正確。新課探究[歸納總結]能層中各能級的能量關系(1)在相同能層各能級能量由低到高的順序是ns<np<nd<nf……(2)不同能層中同一能級,能層序數越大,能量越高。例如:1s<2s<3s<4s……(3)從構造原理圖可以看出,從第三能層開始,不同能層的能級出現“能級交錯”現象。能級交錯指電子層數較大的某些能級的能量反而低于電子層數較小的某些能級的能量的現象,如4s<3d、6s<4f<5d,一般規(guī)律為ns<(n-2)f<(n-1)d<np。新課探究1.判斷正誤(正確的打“√”,錯誤的打“×”)。(1)能層就是電子層 (

)(2)不同能層的p能級能量高低相同 (

)(3)高能層的所有能級能量都比低能層能級的能量高 (

)(4)Mg的簡化電子排布式為[Ne]3s2 (

)(5)原子核外每一能層最多可容納n2個電子 (

)×

課堂評價√

√

×

×

2.下列能級中,可容納電子最多的是(

)A.6s B.4p C.3d D.7sC

[解析]根據能級和能層的劃分可知,s、p、d、f分別能容納的電子是2、6、10、14。課堂評價3.以下能級符號錯誤的是(

)A.5p B.7sC.2f D.4dC

[解析]s能級在每一能層上都有,p能級至少在第二能層及以上,d能級至少在第三能層及以上,f能級至少在第四能層及以上,因此能級符號錯誤的是2f。課堂評價4.下列圖像中所發(fā)生的現象與電子的躍遷無關的是(

)A.燃放煙花 B.霓虹燈廣告

C.燃燒蠟燭 D.平面鏡成像D

[解析]平面鏡成像是光線反射的結果,與電子躍遷無關,霓虹燈廣告、燃燒蠟燭、節(jié)日里燃放的焰火是原子的發(fā)射光譜,與原子核外電子發(fā)生躍遷有關。課堂評價5.下列敘述正確的是(

)A.能級就是電子層

B.每個能層最多可容納的電子數是2n2C.同一能層中不同能級的能量高低相同D.不同能層中的s能級的能量高低相同B

[解析]能層是電子層,能級是同一能層中不同能量的電子所占據的分層。同一能層中不同能級的能量高低的順序是E(ns)<E(np)<E(nd)<E(nf)……(n表示不同能層)。不同能層能級符號相同時,n越大,能量越高。課堂評價6.有幾種元素的粒子核外電子排布式均為1s22s22p63s23p6,其中:(1)某電中性粒子一般不和其他元素的原子反應,這種粒子的符號是

。

(2)某粒子的鹽溶液能使溴水褪色,并出現渾濁,這種粒子的符號是

。Ar課堂評價[解析](1)符合題述核外電子排布式的電中性粒子,很難發(fā)生化學反應的應為稀有氣體

Ar;(2)能使溴水褪色,并出現渾濁,應為還原性較強的

S2-,發(fā)生反應

S2-+Br2＝S↓+2Br-;S2-

6.有幾種元素的粒子核外電子排布式均為1s22s22p63s23p6,其中:(3)某粒子氧化性很弱,但得到電子后還原性很強,且這種粒子的原子有一個單電子,這種粒子的符號是

。

(4)某粒子還原性雖弱,但失去電子后氧化性強,且這種粒子的原子得到一個電子即達穩(wěn)定結構,這種粒子的符號是

。

K+

課堂評價(3)氧化性很弱,得電子后還原性很強,對應原子有一個單電子,應為

K+;(4)對應原子得一個電子即達穩(wěn)定結構,故該粒子應為

Cl-。Cl-7.(1)下列是某元素基態(tài)原子的價層電子排布,其單質與稀鹽酸反應最劇烈的是(

)A.3d104s1 B.3s2C.3d64s2 D.2s22p2(2)該原子的原子結構示意圖為

,其在周期表中的位置為

。

B

課堂評價第三周期第ⅡA族8.請根據構造原理,寫出下列基態(tài)原子的電子排布式。(1)N:

。

(2)Ne:

。

(3)29Cu:

。

(4)Ca:

。

課堂評價1s22s22p31s22s22p61s22s22p63s23p63d104s11s22s22p63s23p64s21.下列能級符號正確的是(

)

A.6s B.2d C.3f D.1pA

[解析]

能層序數為6,存在s軌道,A項正確;能層序數為2,存在s、p軌道,不存在d軌道,B項錯誤;能層序數為3,存在s、p、d軌道,不存在f軌道,C項錯誤;能層序數為1,只存在s軌道,D項錯誤。教師備用習題2.下列能層的能量由低到高的順序是(

)A.K、M、N、LB.M、N、Q、PC.L、M、N、OD.M、N、P、OC

[解析]能量由低到高的順序是K、L、M、N,故