1.1原子结构(教学课件)——高二化学人教版(2019)选择性必修2

1、判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)
√
√
×
×
×
课堂练习
2、如图甲是氢原子的1s电子云图(即概率密度分布图)，图乙、丙分别表示s、p能级的电子云轮廓图。下列有关说法正确的是( )A. 电子云图(即概率密度分布图)就是原子轨道图B．3p2表示3p能级中有两个原子轨道C．由图乙可知，s能级的电子云轮廓图呈圆形， 有无数条对称轴D．由图丙可知，p能级的原子轨道图呈哑铃形， 且有3个伸展方向
用方框（也可用圆圈）表示原子轨道，能量相同的原子轨道（简并轨道）的方框相连，箭头（↑↓）表示一种自旋状态电子。
能级符号
原子轨道
单电子（未成对电子）
“↑↓”代表自旋相反的电子对
能量相同的原子轨道（简并轨道）
自旋平行
思考讨论
1、利用泡利原理写出基态碳原子的可能轨道排布式
52%
45%
39%
70%
洪特规则
科学史话：书P11
离散的谱线
项目一
离散的谱线
原子光谱为什么是离散的谱线而不是连续的呢？
科学史话
1913年，玻尔创造性地假设，被束缚在原子核外的电子的能量是量子化的，只能取一定数值，称为定态，而原子光谱的谱线是不同定态的电子发生跃迁产生的，因而是离散的而不是连续的谱线。
1925年，德国科学家洪特解释了复杂光谱，得出了过渡元素（包括铬和铜等）的光谱学基态原子的电子排布，为构造原理的确立奠定了基础
思考讨论
1、利用泡利原理、洪特规则基态铬原子、铜原子的电子排布式和价电子排布图
24Cr 1s22s22p63s23p63d54s1
29Cu 1s22s22p63s23p63d104s1
52%
45%
39%
70%
洪特规则特例
简并轨道全充满、半充满或全空状态是能量较低的稳定状态。
相对稳定的状态
全充满： p6、d10、f14
基态原子中，填入简并轨道的电子总是先单独分占，且自旋平行
2p4的电子排布为 不能为
↑↓
↑
↓
2p
↑↓
↑↓
2p
使用范围
2、洪特规则适用于电子填入简并轨道，并不适用于电子 填入能量不同的轨道
1、洪特规则不仅适用于基态原子，也适用于基态离子
电子层数
一
二
三
四
五
六
七
符号
K
L
M
N
O
P
Q
最多容纳电子数
2
8
18
32
50
72
98
在多电子原子中，核外电子能量不同，按照核外电子的能量不同分成能层。（强调电子的能量差异）
1、能层
阅读并勾画书P6-P7
数量关系
能量顺序
每层容纳的电子数不超过2n2
能层越高，电子的能量越高E (K)<E (L)<E (M)<E (N)<E (O)<E (P)<E (Q)
1. 已知n 为能层序数,下列有关认识正确的是( )A.各能层含有的电子数为2n2B.各能层的能级都是从s能级开始至f能级结束C.各能层含有的能级数为n-1D.各能级最多容纳的电子数按s、p、d、f的顺序依次为1、3、5、7的2倍
课堂练习
D
2. 下列能级符号中，不正确的是( ) A.3s B.3p C.3d D.2d
①光（辐射）是电子释放能量的重要形式之一；
②灯光、霓虹灯光、激光、焰火等都与原子核外电子发生跃迁释放能量有关。
不同元素的能级不同，跃迁时释放的能量就不同
1.当镁原子由1s22s22p63s2 →1s22s22p63p2时，以下说法正确的是（ ） A．镁原子由基态转化成激发态，这一过程中吸收能量 B．镁原子由激发态转化成基态，这一过程中释放能量 C．镁原子由基态转化成激发态，这一过程中释放能量 D．镁原子由激发态转化成基态，这一过程中吸收能量
1925年，乌伦贝克和哥德斯密提出：电子除了空间运动状态外，还存在一种运动状态叫自旋
战
自旋
自旋是微观粒子普遍存在的一种如电荷、质量一样的内在属性
自旋相反
电子自旋在空间有顺时针和逆时针两种取向，简称自旋相反 常用上下箭头（↑和↓）表示自旋相反的电子
电子的运动状态由能层、能级、原子轨道和自旋状态四个方面共同决定
每一行对应一个能层
每一小圈对应一个能级
各圆圈间连接线的方向表示随核电荷数递增而增加的电子填入能级的顺序
三、构造原理与电子排布式
阅读并勾画书P8-P9
对构造原理示意图的理解①构造原理是绝大多数基态原子的核外电子排布顺序。②电子按照构造原理排布，会使整个原子的能量处于最低状态，原子相对较稳定。③从构造原理图可以看出，从第三能层开始，不同能层的能级出现“能级交错”现象。能级交错指电子层数较大的某些能级的能量反而低于电子层数较小的某些能级的能量的现象，如4s＜3d、6s＜4f＜5d，一般规律为ns＜(n－2)f＜(n－1)d＜np。
A
核心观点
一定空间运动状态的电子并不在玻尔假定的线性轨道上运行
电子在核外空间各处都可能出现，但出现的概率不同
电子在某处出现的概率用P 表示，该处的体积用V 表示，则P/V 称为概率密度，用ρ 表示
电子云
五、电子云与原子轨道
阅读并勾画书P12-P14
电子云
电子云如何绘制呢？
小黑点表示电子在原子核外出现的概率密度。小点越密，表明概率密度越大。
核外电子的概率密度分布看起来像一片云雾，因而被形象地称为电子云
电子云
电子云轮廓图
电子云图很难绘制,使用不方便，我们可以标会出电子云的轮廓图，如把将电子在原子核外空间出现的概率P ＝90% 的空间圈出来
球形——s能级电子云轮廓图
s能级电子云
45%
9%
70%
px
py
pz
p 能级电子云
d、f 能级电子云
原子轨道数=电子云轮廓图数
原子轨道数目
原子轨道数=电子云轮廓图数
ns原子轨道1个
np原子轨道有3个
nd原子轨道有5个
nf 原子轨道有7个
不同能层的能级、原子轨道及电子云轮廓图
能层
能级
原子轨道数
原子轨道名称
电子云轮廓图的性质与取向
形状
取向
K
1s
1
1s
球形
L
2s
1
2s
球形
2p
3
2px、2py、2pz
半充满：p3、d5、f7
全空： p0、d0、f0
思考：亚铁离子和铁离子谁的稳定性强，为什么？
能量最低原理
整个原子的能量由核电荷数、电子数和电子状态三个因素共同决定。
1、相邻能级能量相差很大时，电子填入能量较低的能级可使原子能量最低。如所有主族元素的基态原子。
2、当相邻能级能量差别不大时，有1-2个电子填入能量稍高的能级可能反而降低电子的排斥能，进而使原子整体能量最低。如所有副族元素的基态原子。
②利用原子光谱的特征谱线来鉴定元素
如：1868年根据太阳光谱中有一条地球已知元素中所没有的鲜黄色的明线，发现了元素氦。
科学史话
1814年，德国物理学家夫琅禾费发明了分光镜并用来观察太阳光，发现在太阳光谱中有570多条黑线（现知几千条），后人称之为夫琅禾费线。
1859年,德国科学家本生 和基尔霍夫发明了光谱仪，证实了夫琅禾费线实质上是原子的吸收光谱，并一一找到对应的元素。例如，被夫琅禾费标记为 D 的双线源自钠（如图)，后人称为钠双线
阅读并勾画书P9-P11
四、基态与激发态、光谱
基态原子: 处于最低能量的原子 (稳定)
电子吸收能量
电子释放能量
1、基态与激发态
↓
↓
吸收光谱
发射光谱
(1)电子的跃迁是物理变化(未发生电子转移)，而原子得失电子时发生的是化学变化。(2)一般在能量相近的能级间发生电子跃迁。
基态与激发态相互转化的应用
物质结构与性质 第一章 原子结构与性质 第一节 原子结构
记忆1-36号元素名称及符号
宇宙大爆炸
大量的氢少量的氦极少量的锂
其他元素
一、开天辟地—原子的诞生
1932年勒梅特首次提出了现代宇宙大爆炸理论
1、原子的诞生
1803年
道尔顿
1904年
1911年
1913年
D
思考交流
钠的最外层只有一个电子，光谱里呈现两条能量相近的线，氢原子只有一个电子，也出现两条能量相近的线
大胆猜想：一个电子也可能呈现不同的运动状态
六、基态原子核外电子的排布原则
阅读并勾画书P14-P16
思考交流
斯特恩-盖拉赫实验
只有1个最外层电子的银原子在外加电场里加速飞行通过一个不对称磁场时会分成两束
每个d能级有5个不同伸展方向的电子云
每个f 能级有7个不同伸展方向的电子云
原子轨道
s、p、d、f 能级电子云形状不同，电子的空间运动状态不同
1s、2s…电子云体积不同，电子的空间运动状态也不同
电子在原子核外的一种空间运动状态称为一个原子轨道。常用电子云轮廓图的形状和取向来表示原子轨道的形状和取向。
等于
3
1
3
5
7
相同
(4)在相同能层各能级能量由低到高的顺序是
ns<np<nd<nf
典例2.原子核外P 能层和p 能级可容纳的最多电子数分别为A.32 和2 B.50 和6 C.72 和6 D.86 和10
√
书P7思考与讨论
52%
45%
39%
70%
构造原理规律
1s；2s 2p；3s 3p；4s 3d 4p；5s 4d 5p; 6s 4f 5d 6p；7s 5f 6d
次外层电子数不超过18
倒数第三层电子数不超过32
最外层电子数不超过8(K层为最外层时，电子数不超过2)
2、能级
同一能层的电子，能量也有不同
能级符号：ns、np、nd、nf（n代表能层）
能级数＝能层序数（n）
3、能层、能级与最多容纳的电子数
最多电子数
由上表可知：(1)能层序数_____该能层所包含的能级数，如第三能层有____个能级。(2)s、p、d、f 各能级可容纳的电子数分别为___、___、___、___的2倍。(3)英文字母相同的不同能级中所能容纳最多电子数是否相同？
1926～1935年
汤姆孙
卢瑟福
波尔
薛定谔
提出原子
确认电子
实心球模型
葡萄干面包模型
行星式模型
分层模型
现代电子云模型
提出电子分层运动
提出电子没有确定轨道
2、人类对原子结构认识的演变
典例1.在物质结构研究的历史上，首先提出原子内有原子核的科学家是
√
阅读并勾画书P6第一段
52%
45%
39%
70%
二、能层与能级
A
2.判断下列表达是正确还是错误？(1) 1s22s2 2p63s2 3p63d54s2 属于激发态(2) 1s22s2 2p63d1 属于激发态
课堂练习
x
√
3、光谱与光谱分析
（1）光谱：不同元素的原子发生跃迁时会吸收或放出不同的光，可以用光谱仪摄取各种元素的电子吸收光谱或发射光谱，总称原子光谱。（2）光谱分析：在现代化学中，常利用原子光谱上的特征谱线来鉴定元素，称为光谱分析。
特征:暗背景, 亮线, 线状不连续
特征:亮背景, 暗线, 线状不连续
③化学研究中利用光谱分析检测一些物质的存在与含量等
①通过原子光谱发现许多元素。
如：铯（1860年）和铷（1861年），其光谱中有特征的蓝光和红光；1868年科学家们通过太阳光谱的分析发现了稀有气体氦。
一个原子中不可能存在运动状态完全相同的2个电子
补充
F有几个运动状态的电子？
F有几个空间运动状态的电子？
9
5
战
泡利原理
在一个原子轨道里,最多只能容纳2个电子,且它们的自旋相反。这个原理被称为泡利原理（也称泡利不相容原理）
如何表示出电子在轨道中的运动状态呢？
思考
战
例如
轨道表示式
轨道表示式（又称电子排布图）是表述电子排布的一种图式
哑铃形
相互垂直
M
3s
1
3s
球形
3p
3
3px、3py、3pz
哑铃形
相互垂直
3d
5
……
……
……
4
9
2
3
N
4s
1
4s
球形
4p
3
4px、4py、4pz
哑铃形
相互垂直
4d
5
……
……
……
4f
7
……
……
……
4
16原子轨道ຫໍສະໝຸດ =能层序数的平方书P14课堂练习
（1）在原子中第n 能层,电子占有的轨道数最多为n2。 ( )（2）同一原子中的npx与npy轨道形状相同,半径相同且在空间相互垂直。( )（3）电子云图中小黑点密度的大小可表示电子的多少。( )（4）p 轨道呈哑铃形,因此 p 轨道上的电子运动轨迹呈哑铃形。( )（5）2p、3p、4p 能级的轨道数依次增多( )
课堂练习
3. 下列关于同一原子中基态和激发态说法正确的是( ) A.基态时能量比激发态时的高 B.激发态时比较稳定 C.由基态转化为激发态过程中吸收能量 D.电子仅在激发态跃迁到基态时才会产省原子
D
C
课堂练习
4.以下现象与核外电子的跃迁有关的是( )①霓虹灯发出有色光 ②棱镜分光 ③激光器产生激光 ④石油蒸馏 ⑤凸透镜聚光 ⑥燃放的焰火，在夜空中呈现五彩缤纷的礼花 ⑦日光灯通电发光 ⑧冷却结晶A.①③⑥⑦ B.②④⑤⑧C.①③⑤⑥⑦ D.①②③⑤⑥⑦