新人教版高中化学选修3原子结构教案

原子结构

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一、能层与能级

对多电子原子的核外电子，按能量的差异将其分成不同的能层(n)；各能层最多容纳的电子数为2n2。对于同一能层里能量不同的电子，将其分成不同的能级(l)；能级类型的种类数与能层数相对应；同一能层里，能级的能量按s、p、d、f的顺序升高，即E(s)＜E(p)＜E(d)＜E(f)。

1．电子云：电子在原子核外出现的概率密度分布。电子云是核外电子运动状态的形象化描述。

2．原子轨道：不同能级上的电子出现概率约为90%的电子云空间轮廓图。s电子的原子轨道呈球形对称，ns能级各有1个原子轨道；p电子的原子轨道呈纺锤形，np能级各有3个原子轨道，相互垂直（用px、py、pz表示）；nd能级各有5个原子轨道；nf能级各有7个原子轨道。

三、核外电子排布规律

1．构造原理：绝大多数基态原子核外电子的排布都遵循下列顺序：

1s、2s、2p、3s、3p、4s、3d、4p、5s、4d、5p、6s、4f……

构造原理揭示了原子核外电子的能级分布。从中可以看出，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)、E(4f)＞E(6s)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。

2．能量最低原理：原子核外电子遵循构造原理排布时，原子的能量处于最低状态。即在基态原子里，电子优先排布在能量最低的能级里，然后排布在能量逐渐升高的能级里。

3．泡利原理：每个原子轨道里最多只能容纳2个自旋方向相反的电子。

4．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。

四、基态、激发态、光谱

1．基态：最低能量状态。如处于最低能量状态的原子称为基态原子。

2．激发态：较高能量状态（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．光谱：不同元素的原子发生跃迁时会吸收（基态→激发态）和放出（基态→激发态）能量，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。

【例题解析】

例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

分析电子云是对电子运动的形象化描述，它仅表示电子在某一区域内出现的概率，并非原

子核真被电子云雾所包裹，故选项A错误。原子轨道是电子出现的概率约为90%的空间轮廓，

它表明电子在这一区域内出现的机会大，在此区域外出现的机会少，故选项B错误。无论能

层序数n怎样变化，每个p能级都是3个原子轨道且相互垂直，故选项C错误。由于按1p、

2p、3p……的顺序，电子的能量依次增高，电子在离核更远的区域出现的概率逐渐增大，电

子云越来越向更大的空间扩展，原子轨道的平均半径逐渐增大。

答案 D

例2 已知锰的核电荷数为25，以下是一些同学绘制的基态锰原子核外电子的轨道表示式（即

电子排布图），其中最能准确表示基态锰原子核外电子运动状态的是（）

A

B

C

D

分析由构造原理可知E(4s)＜E(3d)，而选项A、B中 E(3d)＜E(4s)。洪特规则指出：

“电子排布在同一能级的不同轨道时优单独占据一个轨道，且自旋方向相同”而选项A中未

单独占据一个轨道，选项C 中虽然单独占据一个轨道但自旋方向不相同。根据泡利原理：“1

个原子轨道里最多可容纳2个自旋方向相反的电子”而选项B中的s轨道的自旋方向相同。

答案 D

例3 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

分析根据核外电子排布规律，该元素基态原子的电子排布式为

1s22s22p63s23p63d104s24p64d15s2。由此可见：该元素原子中共有39个电子，分5个电子

层，其中M能层上有18个电子，最外层上有2个电子。

答案 B