高中化学第一章原子结构与性质第一节原子结构教学案苏教版选修

第一章原子结构与性质引言【知识要点】组成和性质化学研究性质和变化1、分子的组成不同——结构不同——性质不同元素种类一样2、分子组成相同——结构不同——性质不同化学式3、分子组成不同，但结构相似——性质相似4、无机物中，化学组成相同，但晶体结构不同，从而导致性质不同。

第一章原子结构与性质第一节原子结构【学习重点】1、根据构造原理写出1～36号元素原子的电子排布式；2、核外电子的运动状态，电子云与原子轨道；3、泡利原理、洪特规则。

【学习难点】1、电子云和原子轨道；2、基态、激发态和光谱。

（第1课时）【知识要点】一、原子的诞生1932年勒梅特首次提出了现代宇宙大爆炸理论：整个宇宙最初聚集在一个“原始原子”中，后来发生了大爆炸，碎片向四面八方散开，形成了我们的宇宙。

大爆炸后两小时，诞生了大量的、少量的及极少量的Li，然后经过长或短的发展过程，以上元素发生原子核的熔合反应，分期分批的合成了其它元素。

元素宇宙中最丰富的元素占88.6%（氦1／8），地球上的元素大多数是金属，非金属元素（包括稀有气体）仅种。

二、原子结构模型（人类对原子结构的认识历史）古希腊哲学家德谟克利特是原子学说的奠基人，他认为原子是构成物质的粒子。

万物都是由间断的、不可分的粒子即原子构成的，原子的结合和分离是万物变化的根本原因。

1、道尔顿原子模型（1803年）英国科学家道尔顿是近代原子学说的创始人。

他认为原子是组成物质的基本粒子，它们是坚实、不可再分的实心球，同种原子的质量和性质都相同。

2、汤姆生原子模型（1904年）英国科学家汤姆生发现了电子。

他认为原子是一个平均分布着正电荷的粒子，其中镶嵌着许多电子，中和了正电荷，从而形成了中性原子。

（也称“枣糕”模型或“葡萄干布丁”模型）3、卢瑟福原子模型（1911年）英国物理学家卢瑟福根据α—粒子散射实验提出：在原子的中心有一个带正电荷的核，它的质量几乎等于原子的全部质量，电子在它的周围沿着不同的轨道运转，就象行星环绕太阳运转一样。

（电子绕核旋转的原子结构模型）4、玻尔原子模型（1913年）丹麦物理学家玻尔通过光谱研究提出电子在核外空间的一定轨道内绕核做高速圆周运动的理论。

（核外电子分层排布的原子结构模型）5、电子云模型（1927年—1935年）又称现代物质结构学说。

奥地利物理学家薛定谔等人以量子力学为基础，根据微观世界的波粒二象性规律，提出用量子力学的方法描述核外电子运动，即用电子云描述核外电子的运动。

随着现代科学技术的发展，科学家已经能利用电子显微镜和扫描隧道显微镜来拍摄表示原子图像的照片，并且能在晶体硅表面上用探针对硅原子进行“搬迁”。

三、能层与能级1、对于多电子原子的核外电子，按能量的差异将其分成不同的；在同一个原子中，离核越近，电子能量越。

由里向外，分别用字母：、、、、、、…表示相应的分别第一、二、三、四、五、六、七能层。

各能层最多容纳的电子数为。

能层一二三四五六七……符号K L M N O P Q……最多电子数2、对于多电子原子，同一能层的电子能量也可能不同，将其分成不同的。

同一能层里，能级的能量按s、p、d、f、……的次序，即E（s）＜E（p）＜E（d）＜E（f）。

注意：K层指包含一个能级，即s能级；L层包含两个能级，s和p能级；M层包含三个能级，s、p和d能级；N层包含四个能级，s、p、d、f能级。

每个能层中，能级符号的顺序是ns、np、nd、nf……能层(n) 一二三四五六七符号K L M N O P Q 能级(l) 1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s 4p 4d 4f 5s ………最多电子数2 ……………2n2小结：（1）每个能层中，能级符号的顺序是ns、np、nd、nf……（2）任一能层，能级数能层序数（填“＞”“＜”或“＝”）（3）s、p、d、f……可容纳的电子数依次是、、、……的两倍（4）同一能级容纳的电子数相同［练习］：写出下列原子的电子排布式。

1H 2He 5B10Ne 11Na 19K［思考］钾原子的电子排布为什么是2、8、8、1而非2、8、9？三、构造原理——基态原子电子排布式构造原理：电子填充的先后顺序（构造原理）为：1s2s2p3s3p4s3d4p5s4d5p6s4f5d6p7s5f6d7p…… ns (n－2)f (n－1)d np 构造原理揭示了原子核外电子的能级分布。

不同能层的能级有交错现象，如E(3d)＞E(4s)、E(4d)＞E(5s)、E(5d)＞E(6s)、E(6d)＞E(7s)、E(4f)＞E(5p)等。

构造原理是书写基态原子电子排布式的依据，也是绘制基态原子电子排布图（即轨道表示式）的主要依据之一。

如：Na：1s22s22p63s1，能级符号上面数字是该能级上的电子数。

［练习］：写出下列原子的电子排布式。

13Al 19K 20Ca26Fe 35Br 37Rb也可以简写：如7N : [Ne] 2s22p211Na : [He] 3s1［练习］：写出下列原子的电子排布式的简写形式。

13Al 19K 20Ca26Fe 35Br 37Rb注意：1~36号元素24Cr、29Cu不符合构造原理。

24Cr 1s 22s22p63s23p63d54s129Cu 1s22s22p63s23p63d104s1四、基态、激发态、光谱1、基态：能量状态。

如处于最低能量状态的原子称为基态原子。

2、激发态：能量状态（相对基态而言）。

如基态原子的电子吸收能量后，电子跃迁至较高能级成为激发态原子。

3、基态与激发态相互转化的能量转化的关系（）能量基态原子激发态原子（）能量4、光谱：不同元素的原子发生跃迁时会能量（基态→激发态）和能量（基态→激发态），产生不同的光谱——原子光谱（吸收光谱和发射光谱）。

利用光谱分析可以发现新元素或利用特征谱线鉴定元素。

如科学家们通过太阳光谱的分析发现了稀有气体氦，化学研究中利用光谱分析检测一些物质的存在与含量。

五、电子云与原子轨道核外电子运动的特点：①质量极小②运动空间极小③极高速运动1、电子云：电子在原子核外空间一定范围内出现的，象一团带负电的云雾笼罩在原子周围。

电子云是核外电子运动状态的形象化描述。

［思考］：1s电子云，许多黑点是否代表电子？2、原子轨道——不同能级上的电子出现概率约为的电子云空间轮廓图［思考］：原子轨道与宏观物体运动的轨道是否相同？s电子的原子轨道呈对称，每个s能级能级各有个原子轨道，能层序数越大，s 原子轨道的半径越大。

；p电子的原子轨道呈形，，每个p能级有个轨道，它们互相垂直，分别以p x、p y、p z为符号。

p原子轨道的平均半径也随能层序数增大而增大。

d 能级各有 个原子轨道； f 能级各有 个原子轨道。

[小结]：s 、p 、d 、f……可容纳的电子数依次是1、3、5、7……的两倍，此处的1、3、5、7……应为s 、p 、d 、f……的轨道数。

据此分析每个轨道最多容纳 各电子。

3、轨道表示式：用“□”表示轨道，用“↑”或“↓”表示容纳的电子。

1s 1s 如：1H 2He1s 2s 1s 2s 2p 3Li 6C 注意：、ns 能级各有1个轨道，np 能级各有3个轨道，nd 能级各有5个轨道，nf 能级各有7个轨道。

而每个轨道里最多能容纳2个电子，通常称为电子对，用方向相反的箭头“↑↓”来表示。

“↑” “↓”表示自选方向相反。

［练习］：写出下列原子的轨道表示式。

7N 8O 13Al 18Ar 26Fe 27Co（1）泡利原理：每个原子轨道里最多只能容纳 个电子，且自旋方向 。

也称泡利不相容原理，任何一个原子里绝不会出现运动状态完全相同的电子。

能层 运动状态包含 能级 轨道 自旋方向（2）洪特规则：电子排布在同一能级的各个轨道时，优先占据不同的轨道且自旋方向相同。

特例： 24Cr 1s 22s 22p 63s 23p 63d 54s 1 29Cu 1s 22s 22p 63s 23p 63d 104s 13d 3d 充满全充满 [小结]：1、电子排布为全充满、半充满或全空是能量最低，此时最稳定。

2、基态原子的核外电子排布要遵循的原则是 、 、 。

3、核外电子的表示方法 （1）电子式（2）原子结构示意图 （3）核外电子排布式 （4）轨道表示式↑ ↓↑ ↑↓↑↑ ↑ ↓↑↓↑↓↑ ↓↑ ↓↑ ↓↑ ↓↑ ↑ ↑ ↑ ↑ ↑【巩固练习】1、下列有关电子云和原子轨道的说法正确的是（）A、原子核外的电子象云雾一样笼罩在原子核周围，故称电子云B、s能级的原子轨道呈球形，处在该轨道上的电子只能在球壳内运动C、p能级的原子轨道呈纺锤形，随着能层的增加，p能级原子轨道也在增多D、与s电子原子轨道相同，p电子原子轨道的平均半径随能层的增大而增大2、当镁原子由1s22s22p63s2 →1s22s22p63p2时，以下认识正确的是（）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、转化后位于p能级上的两个电子处于同一轨道，且自旋方向相同D、转化后镁原子与硅原子电子层结构相同，化学性质相似3、一个电子排布为1s22s22p63s23p1的元素最可能的价态是（）A、+1B、+2C、+3D、—14、下列关于稀有气体的叙述不正确的是（）A、原子的电子排布最外层都是以P6结束B、其原子与同周期ⅠA、ⅡA族阳离子具有相同电子排布式C、化学性质非常不活泼D、一定条件下，也可以形成稀有气体化合物4、下列基态原子的电子构型中，正确的是（）A、3d94s2B、3d44s2C、4d105s0D、4d85s25、同一原子的基态和激发态相比较（）A、基态时的能量比激发态时高B、基态时比较稳定C、基态时的能量比激发态时低D、激发态时比较稳定6、若某基态原子的外围电子排布为4d15s2，则下列说法正确的是（）A、该元素基态原子中共有3个电子B、该元素原子核外有5个电子层C、该元素原子最外层共有3个电子D、该元素原子M能层共有8个电子7、下表列出了核电荷数为21~25的元素的最高正化合价，回答下列问题：（1）写出下列元素基态原子的核外电子排布式：Sc___ ___ ___ Ti_______________________________ V ____________________________ Mn ______________________________（2）对比上述五种元素原子的核外电子排布与元素的最高正化合价，你发现的规律是____________________________；出现这一现象的原因是_____________________。

8、以下列出的是一些原子的2p能级和3d能级中电子排布的情况。

试判断，哪些违反了泡利不相容原理，哪些违反了洪特规则。