最新人教版高中化学《原子结构》教材梳理

庖丁巧解牛
诱学·导入·点拨
材料：金属和它们的盐类，在灼烧时能产生不同的颜色。

利用焰色反应，可以根据火焰的颜色鉴别碱金属元素的存在与否。

这是因为当碱金属及其盐在火焰上灼烧时，原子中的电子吸收了能量，从能量较低的轨道跃迁到能量较高的轨道，但处于能量较高轨道上的电子是不稳定的，很快跃迁回能量较低的轨道，这时就将多余的能量以光的形式放出。

而放出的光的波长在可见光范围内（波长为400～760 nm ），因而能使火焰呈现颜色。

由于碱金属的原子结构不同，电子跃迁时能量的变化就不相同，就发出不同波长的光，所以放出光的颜色也就不同。

问题设置：能量轨道是什么？原子中的电子是如何进行轨道跃迁的？ 导入点拨：原子内部的空间是不同的，根据能量不同我们把原子内部空间分成不同的能层和轨道。

电子在不同的能量轨道跃迁时会发生能量变化：吸收或释放能量。

轨道是如何定义的？又该怎么理解电子在不同轨道的跃迁呢？
知识·巧学·升华
一、开天辟地——原子的诞生 1.原子的诞生
2.宇宙的组成与各元素的含量
3.元素的分类
科学史话 普卢特在1815年预言过氢是所有元素之母，他的预言是一种思辨性推测，不是经过科学论证的。

虽然后来得到了理论上的解释，但缺乏科学事实和理论依据，更没有系统的科学观察和实验论证，因此仍然是不科学的。

4.原子结构
（1）构成原子的各种微粒的关系
要点提示
Z A Z
的含义：代表一个质量数为A 、质子数为Z 的原子
(2)元素、核素、同位素之间的关系 一种元素X 可能有多种核素［
X X
21A Z A Z ］互为同位素
一种元素Y 可能有多种核素［Y Y
21
A Z
A
Z ］互为同位素不是同种元素
(3)核外电子的运动特征——电子云与原子轨道 ①核外电子运动的空间极小，运动速率极快。

②无法预测某时刻电子所在的位置，也不能测定电子的运动速度。

③人们用统计图示的方法来形象地描绘电子在核外空间出现机会的大小。

④原子轨道即电子云轮廓图。

s 电子的原子轨道呈球形，p 电子的原子轨道呈纺锤形。

二、能层与能级
1.能层
（1）定义：多电子原子的核外电子的能量是不同的，按电子的能量差异，可以将核外电子分成不同的能层。

能层即是我们通常说的电子层。

（2）表示方法
要点提示 ①每一层最多容纳电子数：2
2n 个。

②最外层电子数不超过8个（K 层为最外层时不超过2个）。

③次外层电子数不超过18个，倒数第三层不超过32个。

2.能级
（1）定义：在多电子原子中，同一能层的电子，能量也可能不同，还可以把它们分成能级，用s 、p 、d 、f 表示。

（2）能级表示方法及各能级所容纳的最多电子数：
要点提示 ①在第n 层中，能级符号的顺序是 nf nd np ns 、、、
②任一能层的能级总是从s 能级开始，而且能级数等于该能层的序数，即第一能层只有
1个能级（1s ），第二能层有2个能级（2s 和2p ），第三能层有3个能级（3s 、3p 和3d ），依次类推。

③以s 、p 、d 、f …排序的各能级可容纳的最多电子数依次为1、3、5、7…的2倍，即2、6、10、14。

三、构造原理 1.定义
随着原子核电荷数的递增，绝大多数元素的原子核外电子的排布遵循下列顺序，这个排布顺序被称为构造原理。

1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p 5s 4d 5p 6s 4f 5d 6p 7s 5f 6d 7p （能级的能量逐渐升高） 构造原理中的排布顺序，其实质是各能级的能量高低顺序，可由下列公式得出
n n n n ns (p d )1(f )2(<-<-<表示能层序数, 4≥n 时公式中出现d,6≥n 6时出现f)
如钾原子的电子排布顺序为：1626224s p 32s 2p 2s s 1→→→、、
2.构造原理的应用
(1)写电子排布式：按能量由低到高依次写出能级符号，用数字在能级符号右上角表明
该能级排布的电子数，这就是电子排布式。

如Na:1s 22s 22p 63s 1。

(2)元素的基态原子的电子排布式。

(3)构造原理是我们进行元素原子核外电子排布的依据。

要点提示 ①原子的电子排布遵循构造原理，能使整个原子的能量处于最低状态。

②原子序数＝原子的核电荷数。

③有少数元素的基态原子的电子排布对于构造原理有1个电子的偏差如Cu 、Ag 、Au 、Cr 等。

四、能量最低原理、基态与激发态、光谱 1.能量最低原理
原子的电子排布遵循构造原理能使整个原子的能量处于最低状态，简称能量最低原理。

2.基态原子与激发态原子
处于最低能量的原子叫做基态原子。

当基态原子的电子吸收能量后，电子会跃迁到较高能级，变成激发态原子。

激发态原子不稳定，又跃迁回较低能级，并释放出能量。

3.基态、激发态相互转化与能量转化的关系
要点提示 ①光辐射是电子释放能量的重要形式之一。

②在日常生活中，我们看到的许多可见光，如灯光、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。

4.光谱
每种原子只能发出具有本身特征的某些波长的光，形成的谱线又叫做原子的特征谱线。

（1）发射光谱 物体发光直接产生的光谱叫做发射光谱。

其中炽热的固体、液体和高压气体的发射光谱是连续光谱；而稀薄气体或金属蒸气的发射光谱是一些不连续的亮线，叫做明线光谱。

明线光谱是由游离态的原子发射的，所以也叫原子光谱。

还有一些物质的发射光谱呈带状，是由该元素的原子团或分子发射的，叫做带状光谱或分子光谱。

（2）吸收光谱 吸收光谱是指高温物体发出的白光（其中包含连续分布的一切波长的光），通过物质时，某些波长的光波物质吸收后产生的光谱。

所以吸收光谱是以连续光谱为背景的若干条暗线。

各种原子的吸收光谱中的每条暗线，都跟该种原子的发射光谱中的一条明线相对应。

五、电子云与原子轨道 1.电子云
（1）概念：是在一定时间间隔内电子在原子核外出现概率的统计，电子每出现一次，在图中就增加一个小点，然后把核外出现概率分布图照片叠加在一起得到的图像。

由此得到
的概率分布图看起来像一片云雾，因而被形象地称作电子云。

（2）电子云轮廓图的制作：为了描绘电子云的形状，人们通常按下图的方式制作电子云的轮廓图。

2.原子轨道
(1)定义：电子云轮廓图称为原子轨道。

(2)原子轨道的形状：s 电子的原子轨道是球形的，p 电子的原子轨道是纺锤 形的 。

常见电子云轮廓图： s 轨道电子云
(3)各能级包含的原子轨道数： n s 能级各有1个轨道 n p 能级各有3个轨道 n d 能级各有5个轨道 n f 能级各有7个轨道 3.泡利原理
1个原子轨道里最多只能容纳2个点子，而且自旋方向相反（用↑、↓表示），这个原理称为泡利原理。

4.洪特规则
当电子排布在同一能级的不同轨道时，总是优先单独占据一个轨道，而且自旋方向相同。

归纳总结 多电子原子中，电子填充原子轨道时，原子轨道能量的高低存在如下规律： ①相同电子层上原子轨道能量的高低：n s ＜n p ＜n d ＜n f
②形状相同的原子轨道能量的高低：1s ＜2s ＜3s ＜4s ……
③电子层和形状相同的原子轨道的能量相等，如2p x 、2p y 、2p z 轨道能量相等。

问题·思路·探究
问题 原子的最外层电子数为什么不超过8个？次外层电子数为什么不超过18个？ 导思：在学习了原子的核外电子排布式后，结合构造原理来说明。

探究：根据构造原理，当出现d 轨道时，s )1(d +<n n E E ，这样p ,3n n ≥充满时（共4个轨道，最多容纳8个电子），多余电子不是填入n d ，而是首先形成新电子层，填入s n )1(+轨道中，因此最外层电子数不可能超过8个。

同理，若最外层是第n 层，次外层就是(n -1)层。

根据构造原理d )1(s )1(f )1(-+->>n n n E E E ,在第(n +1)层出现前，次外层只有(n -1)s 、(n -1)p 、(n -1)d 上有电子，共9个轨道，最多可容纳18个电子。

因此，次外层电子数不
超过18个，例如当原子最外层是第五层时，次外层就是第四层，由于d 4p 5s 6f 4E E E E >>>，在第六层出现前，次外层（第四层）只在4s 、4p 、4d 共9个轨道上有电子，最多容纳18个电子。

典题·热题·新题
一、重点：构造原理与原子轨道
例1下列各原子或离子的电子排布式错误的是( ) A.K + 1s 22s 22p 63s 23p 6 B.F 1s 22s 22p 5 C.S 2- 1s 22s 22p 63s 23p 4 D.Ar 1s 22s 22p 63s 23p 6
解析：根据构造原理，s 能级最多可容纳2个电子，p 能级有3个轨道最多可容纳6个
电子，电子总是优先从能量低的能层、能级排列，其中s 2
是原子得两个电子形成的稳定的
结构，所以第三能层中的电子排布应为3s 23p 6。

答案：C
误区警示 原子得到或者失去电子，变成离子，使离子的电子排布式与原子有很大差别，
单原子离子的最外层是全充满的。

很多离子的电子排布式是相同的。

如K +、S 2-、Cl -、Ca 2+
等，而与原子有很大差别。

例2比较下列多电子原子的原子轨道的能量高低。

(1)2s 3s (2)2s 3d (3)3s 4p (4)4f 6f
解析：相同电子层上原子轨道能量的高低：n s ＜n p ＜n d ＜n f ；形状相同的原子轨道能量的高低：1s ＜2s ＜3s ＜4s ……
答案：（1）＜ (2)＜ (3)＜ (4)＜
深化升华 记住构造原理的轨道顺序，是进行电子排布的关键。

轨道能量的高低是构造原理的基础。

二、难点：原子的电子排布式和基态电子示意图
例3以下是两个原子的2p 能级或3d 能级的电子排布情况，试分析有无错误，若有错误违反了什么原则？
（1）
（2）
答案：泡利原理：在同一个原子轨道内的电子的自旋方向是相反的。

而（2）中的第三个轨道中的两个电子自旋方向完全相同，所以违反了泡利不相容原理。

洪特规则：当电子排布在同一能级的不同轨道时，总是优先单独占据一个轨道，而且自旋方向相同。

而（1）中的第三个轨道内的电子的自旋方向与前两个轨道的电子自旋方向相反，违反了洪特规则。

规律总结 核外电子排布必须遵循三个基本原则：①最低能量原理——电子在原子轨道上的排布，要尽可能使电子的能量最低。

②泡利原理——每个原子轨道最多只能容纳两个电子，且自旋方向必须相反。

③洪特规则——电子在等价轨道（能量相同的轨道）上排布时，总是尽可能分占不同的轨道，且自旋方向相同。

这种排布，电子的能量最低。

三、疑点：光谱分析和原子结构发展历史
例4 (2005上海高考)在探索微观世界的过程中，科学家们常通过建立假说模型来把握
物质的结构及特点，不断拓展认识新领域。

关于假说，有如下表述，其中正确的是( )
A.假说是对现实中已知事物或现象的一种简化处理
B.假说是对未知领域的事物或现象提出的一种推测
C.假说是对一个问题的所有幻觉和假定
D.假说最终都可以变成科学理论
解析：假说是科学家在探索微观世界的过程中，为把握物质的结构特点而建立的一种模型，它是对未知领域的事物或现象提出的一种推测，然后通过实验或推理去验证它的正确与否。

答案：B
深化升华该题着眼于科学研究的方法，考查对“假说”这种处理问题的方法的认识。