高中化学选修三物质结构与性质--全套课件

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1、电子云 以量子力学为基础
①电子云 处于一定空间运动状态的电子在原子核外空间 的概率密度分布的形象化描述
小黑点:概率密度 单位体积内出现的概率 小黑点越密概率密度越大
小黑点不是电子!
②电子云轮廓图 电子出现的概率约为90%的空间 即精简版电子云
③电子云轮廓图特点 a.形状 ns能级的电子云轮廓图:球形 np能级的电子云轮廓图:双纺锤形
子。请写出该元素原子的价层电子的轨道表示式 ?
2s
2p
C ↑↓ ↑ ↑
2s
2p
O ↑↓ ↑ ↓ ↑ ↑
【练习】某元素原子的L层上有3对成对电子。请写出该 元素原子的价层电子的轨道表示式 ?
2s
2p
F ↑↓ ↑ ↓ ↑ ↓ ↑
原子结构的表示方法 原子结构示意图
电子排布式 O原子:1s2 2s2 2p4
② n越大,原子轨道半径越大
2p
3p
nd轨道电子云轮廓图
➢d能级的原子轨道图 nd能级有5个能量相等的原子轨道
五、泡利原理和洪特规则
核外电子的基本特征
2020/7/1
能层 能级 轨道 自旋
大范围 小范围
公转 自转
1、泡利原理
填多少
每个轨道最多只能容纳2个电子
且它们的自旋方向相反
2、洪特规则
怎么填
能层
Fe:1s22s22p63s23p63d64s2
➢在书写电子排布式时,能层低的能级要写在左边, 不能按填充顺序写。 虽先排4s后排3d ,但电子排布式中先写3d,后
写4s。26Fe(铁)电子排布式中最后2个能级应写为 3d64s2,而不能写成4s23d6。
➢失电子的顺序: 从外层到内层逐渐失去 Fe2+ :1s22s22p63s23p63d6 Fe3+ :1s22s22p63s23p63d5
nd能级的电子云轮廓图:多纺锤形
b.电子云扩展程度 同类电子云能层序数n越大,电子能量越 大,活动范围越大电子云越向外扩张
2020/7/1
2、原子轨道
①定义
电子在原子核外的一个空间运动状态
②原子轨道与能级
ns能级 ns轨道
npx轨道 简
np能级 npy轨道 npz轨道
并 轨 道
nd能级
ndz2轨道
【练习】请写出K+、S2-、 Cu2+ 离子的电子排布式? K+ :1s22s22p63s23p6 S2- :1s22s22p63s23p6 Cu2+ :1s22s22p63s23p63d9
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③特殊规则 例:写出Cr和Cu的电子排布式
全满规则 半满规则
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四、电子云与原子轨道
第一章 原子的结构与性质
第一节 原子结构
2020/7/1
一、开天辟地——原子的诞生
1、原子的诞生
宇宙大爆炸2小时:大量氢原子、少量氦原子 极少量锂原子
140亿年后的今天: 氢原子占88.6% 氦原子为氢原子数1/8 其他原子总数不到1%
99.7%
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2、地球中的元素
绝大多数为金属元素 包括稀有气体在内的非金属仅22种 地壳中含量在前五位:O、Si、Al、Fe、Ca
电子总是优先单独地占据简并轨道
且它们的自旋方向相同
2020/7/1
③洪特规则 --能量最低原理的特例 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,而且自旋状态相同。 总能量最低
推论:当轨道被电子半充满或全充满时最稳定。 即p3、d5、f7半充满和p6、d10、f14全充满稳定
【思考】从洪特规则解释Cr和Cu的核外电子排布?
➢要求熟练书写1~36号元素原子的电子排布式
原子 元素 元素
电子排布
序数 名称 符号 K
L
M
N
1 氢 H 1s1
2 氦 He 1s2
3 锂 Li 1s2 2s1
4 铍 Be 1s2 2s2
5

B 1s2 2s22p1
6

C 1s2 2s22p2
7 氮 N 1s2 2s22p3
8 氧 O 1s2 2s22p4
①任一能层的能级数等于该能层的序数,依次用ns、np、 nd、nf等表示
②以s、p、d、f……排序的各能级可容纳的的最多电子数
依次为2、6、10、14
1、3、5、7……的二倍。
③不同能层中,符号相同的能级中容纳的最多电子数相同 ④不同能层中,能级的能量高低是 1s<2s<3s<4s….
2p<3p<4p…
2020/7/1
3、原子的认识过程
古希腊哲学家留基伯和德谟克立特 思辨精神
原子:源自古希腊语Atom,不可再分的微粒
1803年 道尔顿(英) 原子是微小的不可分割的实心球体
1897年,英国科学家汤姆生 枣糕模型
2020/7/1
1911年,英国物理学家卢瑟福 电子绕核旋转的原子结构模型
1913年,丹麦科学家玻尔 行星轨道的原子结构模型
③原子轨道的电子云轮廓图 s轨道的电子云轮廓图
npx轨道电 npy轨道电 子云轮廓图 子云轮廓图
npz轨道电 子云轮廓图
➢s能级的原子轨道图(球形)
①ns能级只有一个原子轨道,球形 ②n越大,原子轨道半径越大
➢p能级的原子轨道图(纺锤形)
①np能级有三个能量相等的原子轨道,px、py、pz, 纺锤形,相互垂直。
⑤在同一能层中,能级的能量高低是 ns<np<nd<nf…… 能级分裂
➢能级(电子亚层)
在多电子原子中,同一能层的电子,能量可以不 同,可以把它们分成能级。
KL
M
N
O
能级
+
1s 最多容纳
电子数 2
2s 2p
26
3s 3p 3d 4s 4p 4d 4f
2 6 10 2 6 10 14
能层 K L
M
25 锰 Mn 1s2 2s22p6 3s23p63d5 4s2
26 铁 Fe 1s2 2s22p6 3s23p63d6 4s2
27 钴 Co 1s2 2s22p6 3s23p63d7 4s2
28 镍
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Ni 1s2 2s22p6 3s23p63d8 4s2
原子 序数
29 30 31 32 33 34 35 36
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2、电子排布式
①电子排布式 例:写出Zn的电子排布式
Zn为30号元素,电子共30个 依据构造原理 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10
书写时:1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 4s2 写出K Ca Ti Co Ga Kr Br的电子排布式
2020/7/1
2020/7/1
3、电子排布图
例:写出O原子的电子排布图 O原子的电子排布式: 1s2 2s2 2p4
1s2 2s2
2p4
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【思考】请写出第二周期元素原子的电子排布图(即轨 道表示式)?
1s 2s
Li ↑↓ ↑
1s 2s
Be ↑↓ ↑↓
1s 2s
2p
B ↑↓ ↑↓ ↑
1s 2s
2p
不同元素的原子发生跃迁时会吸收或释放不同的
光,可以用光谱仪摄取各种元素的电子的吸收光谱或 发射光谱,总称原子光谱。
激发态 吸
吸收光谱


量 基态
光(辐射)是电子释放
释 能量的重要形式之一

发射光谱


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节日燃放的焰火 与金属内层的电 子跃迁有关
激光的产生与电子受 激跃迁有关
3、光谱
20 钙 Ca 1s2 2s22p6 3s23p6 4s2
21 钪 Sc 1s2 2s22p6 3s23p63d1 4s2
22 钛 Ti 1s2 2s22p6 3s23p63d2 4s2
23 钒 V 1s2 2s22p6 3s23p63d3 4s2
24 铬 Cr 1s2 2s22p6 3s23p63d5 4s1
N
能级 1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s 4p 4d 4f
能级 电子 2 2 6 2 6 10 2 6 10 14

能层 2 8 电子
18
32
数 2n2 2n2
2n2
2n2
三、构造原理与电子排布式
1、构造原理
多电子基态原子的电子按能级交错的形式排布
电子排布顺序 1s
→ 2s → 2p → 3s → 3p → 4s → 3d → 4p → → 5s → 4d → 5p → → 6s → 4f → 5d → 6p……
电子排布图
1s2 2s2
2p4
O原子
六、能量最低原理、基态与激发态、光谱
1、能量最低原理
能量最低原理:原子电子排布遵循构造原理 能使整个原子的能量处于最低
2、基态原子
基态原子:遵循泡利原理、洪特规则、能量 最低原理的原子
基态原子吸收能量后,电子发生跃迁变为激 发态原子 2020/7/1
②原子光谱 ——核外电子的跃迁
元素 名称
铜 锌 镓 锗 砷 硒 溴 氪
元素 符号 K Cu 1s2 Zn 1s2 Ga 1s2 Ge 1s2 As 1s2 Se 1s2 Br 1s2 Kr 1s2
电子排布
L
M
2s22p6 3s23p63d10
2s22p6 3s23p63d10
2s22p6 3s23p63d10 2s22p6 3s23p63d10
从K至Q ,能层离核越远,能层能量越大 每层最多容纳电子的数量:2n2
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2、能级
同一个能层中电子的能量相同的电子亚层
能级名称:s、p、d、f、g、h…… 能级符号:ns、np、nd、nf…… n代表能层 最多容纳电子的数量 s:2 p:6 d:10 f:14
能层: 一 二

KL
M
四…… N ……
Zn:1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 4s2 Ar 简 化
Zn:[Ar] 3d10 4s2 ②简化电子排布式
价层电子:主族、0族元素最外层 副族、Ⅷ族最外层和次外层
写出K Ca 2020/7/1 Ti Co Ga Kr Br的简化电子排布式
①电子排布式
能级
表示该能级填 充的电子数目
能级: 1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s 4p 4d 4f
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3、注意问题
①能层与能级的关系
每一能层的能级从s开始,s,p,d,f……
能层中能级的数量不超过能层的序数
②能量关系 EK﹤EL ﹤ EM ﹤ EN Ens﹤Enp ﹤ End ﹤ Enf Ens﹤E(n+1) s ﹤ E(n+2) s ﹤ E(n+3) s Enp﹤E(n+1)p ﹤ E(n+2)p ﹤ E(n+3)p
ndx2—y2轨道
ndxy轨道 ndxz轨道 ndyz轨道
同一能级中的轨道能量相等,称为简并轨道
原子轨道: 常把电子出现的概率约为90%的空间圈出来,把 这种电子云轮廓图称为原子轨道
90% 50%
电子云轮廓图:表示电子在核外空间经常出现的区域。 绘202制0/7/电1 子云的轮廓图的方法:等密度面
C ↑↓ ↑↓ ↑ ↑
1s 2s N ↑↓ ↑↓
1s 2s O ↑↓ ↑↓
1s 2s F ↑↓ ↑↓
1s 2s Ne ↑↓ ↑↓
2p ↑↑ ↑
2p ↑↓ ↑ ↑
2p ↑↓ ↑↓ ↑
2p ↑↓ ↑↓ ↑↓
【练习】请写出第四周期元素的电子排布的轨道表示式
【练习】某元素原子的最外层2p轨道上有2个未成对电
Baidu Nhomakorabea
15 磷 P 1s2 2s22p6 3s23p3
16 硫 S 1s2 2s22p6 3s23p4
17 氯 Cl 1s2 2s22p6 3s23p5
18 氩 Ar 1s2 2s22p6 3s23p6
2020/7/1
原子 元素 元素
电子排布
序数 名称 符号 K
L
M
N
19 钾 K 1s2 2s22p6 3s23p6 4s1
2s22p6 3s23p63d10
2s22p6 3s23p63d10
2s22p6 3s23p63d10
2s22p6 3s23p63d10
N 4s1 4s2 4s24p1 4s24p2 4s24p3 4s24p4 4s24p5 4s24p6
【思考】是否所有元素的基态原子的电子排布都遵循构造 原理? 铬、铜、银、金等
9 氟 F 1s2 2s22p5
10 氖 Ne 1s2 2s22p6
原子 元素 元素
电子排布
序数 名称 符号 K
L
M
N
11 钠 Na 1s2 2s22p6 3s1
12 镁 Mg 1s2 2s22p6 3s2
13 铝 Al 1s2 2s22p6 3s23p1
14 硅 Si 1s2 2s22p6 3s23p2
①吸收光谱 光亮普带上的孤立暗线 电子吸收能量跃迁时产生 ②发射光谱 暗背景下的孤立亮线 电子释放能量跃迁时产生
同种原子的两种光谱是可以互补的
2020/7/1
【思考】下面是部分元素的发射光谱和吸收光谱:
Li、He、Hg发射光谱 Li、He、Hg吸收光谱 (1)同一元素发射光谱和吸收光谱有什么差异? (2)为什么不同元素原子具有不同的特征光谱?
1926年,奥地利物理学家薛定谔等 以量子力学为基础提出电子云模型
质子(正电) 原子核 原子 (正电) 中子(不带电) 不显 电性 核外电子 分层排布 (负电) 与物质化学性质密切相关
2020/7/1
学与问
核外电子是怎样排布的?
2020/7/1
二、能层与能级
1、能层
电子层
能层名称 一 二 三 四 五 六 七 能层符号 K L M N O P Q
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