化学选修三第一章第一节 原子结构

能级交错
有兴趣的同学可以阅读 有关屏蔽效应和钻穿效 应的内容了解产生“能 级交错”的原因。
电子填入轨道次序图
第一能级组 1s 第二能级组 2s 第三能级组 3s 2p 3p
能量相近的能 级划为一组,称 为能级组
第四能级组 4s
第五能级组 5s
3d
4d
4p
5p
第六能级组 6s
第七能级组 7s
4f
5f
选修3《物质结构与性质》
.
第一章
原子结构与性质
第一节
原子结构
.
一、原子结构
质子 原子核 中子 原子 核外电子
原子核的体积很小，体积只占原子体积的几千亿分之一 ，电子在原子内有”广阔”的运动空间。核外电子由于 原子核的吸引力绕核做高速运转（光速），那么多电子 的原子核外，电子又是怎样运动的呢？彼此间会不会为 了占领空间而“打架”呢？
N
O
P Q 高 远
二、能层与能级
能层 一 二 三 四 五 六 七
符号n
最多容纳 电子数
n=1
2
n=2
8
n=3
18
n=4
32
n=5 n=6
50 … …
n=7
【学与问】1.原子核外电子的每一个能层最多可容纳 的电子数与能层的序数（n）间存在什么关系？
能层最多可容纳的电子数为2n2个。
二、能层与能级 （2）能级s，p，d，f
二、能层与能级 （1）能层（电子层1，2,3,4,5,6,7 ） 在多电子的原子核外电子的能量是不同的，按电子
的能量差异，可以将核外电子分在不同的能层里，
电子能量高在离核远的区域内运动，电子能量低在离核近的 区域内运动 。 电子层(n) 1 2 3 4 5 6 7
字母表示
能量 离核距离
K L M 低 近
12 C 6
1s22s22p63s23p4
阅读见课本7，8
1、什么是能量最低原理？ 2、什么是基态原子、激发态原子？它们 如何转化？ 3、什么是光谱？光谱分析？
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。 2.基态原子: 处于最低能量的原子 (稳定)
4.原子的简化电子排布：原子实 Na的简化电子排布： [Ne]3s1
上式方括号里的符号的意义是： 该元素前一个周期的惰性气体电子排布结构 练习：写出第8号元素氧、第14号元素硅和第 26号元素铁的简化电子排布式吗？ 22p4 [He]2s O： Si： [Ne]3s23p2 Fe： [Ar]3d64s2
三、构造原理与电子排布式 练习 ：
1.电子排布式为1s22s22p63s23p6 某原子， 18 则该元素的核电荷数是____________ 2.某元素原子的价电子构型为3s23p4, 则此元 第3周期，第VIA族 素在周期表的位置是____________
三、构造原理与电子排布式
3．一个电子排布为1s22s22p63s23p1的元素最可 能的价态是( C )
三、构造原理与电子排布式
电子排布式特例： 24号铬： 1s22s22p63s23p63d54s1
29号铜： 1s22s22p63s23p63d104s1
相对稳定的状态
0 0 0 全空时（p ，d ，f ）
6 10 14 全充满（p ，d ，f ）
半充满（p3，d5，f7）
三、构造原理与电子排布式
钠 Na
1s22s22p63s1 1s22s22p63s23p1
铝 Al
三、构造原理与电子排布式
【练习】试书写 Cl、26Fe原子的核外电子排 布式。
Cl:
26Fe:
1s2 2s22p6 3s23p5
1s2 2s22p6 3s23p63d6 4s2
注意：在书写电子排布式时，能层低的能级要写在左边， 不能按照填充顺序写。 注意：最高能级组电子数为价电子数
A +1
B +2
C +3
D -1
4．构造原理揭示的电子排布能级顺序，实质是 各能级能量高低，若以 E 表示某能级的能量， 下列能量大小顺序中正确的是 ( A ) A．E(3s)＞E(2s)＞E(1s) B．E(3s)＞E(3p)＞E(3d) C．E(4f)＞E(4s)＞E(3d) D．E(5s)＞E(4s)＞E(4f)
P能级的原子轨道图
z
z
z
y x
x
y
x
y
P能级的原子轨道是纺锤形或亚铃形的,每个P能级 有3个原子轨道,它们相互垂直,分别以Px,Py,PZ表 示。P电子原子轨道的平均半径随n增大而增大。 在同一能层中 Px,Py,PZ的能量相同。
P能级的3个原子轨道Px,Py,PZ合在 一起的情形.
P 能 级 的 原 子 轨 道
5d 6p
6d 7p
通式：ns· · · · · · (n-2)f、(n-1)d、np
三、构造原理与电子排布式
2.构造原理中排布顺序的实质 -----各能级的能量高低顺序
(1)相同能层的不同能级的能量高低顺序 ： ns＜np＜nd＜nf (2)英文字母相同的不同能级的能量高低顺序： 1s＜2s＜3s＜4s；2p＜3p＜4p; 3d＜ 4d (3) 不同层不同能级可由下面的公式得出 : ns ＜ (n-2)f ＜ (n-1)d ＜ np (n为能层序数)
在多电子原子中，同一能层的电子，能量可 以不同，还可以把它们进一步分成能级 ，就 好比能层是楼层，能级是楼梯的阶级。
能级表示方法及各能级所容纳的最多电子数：
能层 能级 最多容 纳电子 数 K n=1 1s 2 2 L n=2 2s 2p 3s 2 8 6 2 M n=3 3p 6 18 3d 10 4s 2 N n=4 4p 6 32 4d 10 4f 14
五、电子云与原子轨道
电子轮廓图的制作
2. 常把电子出现的概率约为90%的空间圈出来 ，人们把这种电子云轮廓图称为原子轨道。
问题讨论
原子轨道与火车运行的轨道有何不同? 原子轨道是指一定能级上的电子, 在核外空间运动的一个空间区域.火车 的轨道则是火车运行的一个固定路线.
S能级的原子轨道图
* S能级的原子轨道是球形对称的 * 能层序数n越大,原子轨道半径越大
三、构造原理与电子排布式
5.下列各原子或离子的电子排布式错误的是( A.Al 1s22s22p63s23p1 B. O21s22s22p6
D)
C.Na+ 1s22s22p6 A.甲烷的电子式
B.氟化钠的电子式
D. Si 1s22s22p2
6.下列表达方式错误的是(
C )
C.硫离子的核外电子排布式
D.碳－12原子符号
3、下列各电子能层中，不包含 d 能级的是 （ ） CD A、N能层 B、M能层 C、L能层 D、K能层
总结：
①能层的能级数等于该能层序数。 ②任一能层的能级总是从s能级开始。 ③在每一能层中，能级符号与能量大小的顺序是 ：ns＜np＜nd＜nf…
问题探究
知道了原子核外电子的能层和能级可容纳的 最多电子数，是否就可以得出各种原子的 电子排布规律呢？ 1s22s22p63s23p63d1
小黑点不表示电 子，只表示电子在 这里出现过一次。 小黑点的疏密表示 电子在核外空间内 出现的机会的多少 。 电子云只是形象地表示
电子出现在各点的概率高低 ,而实际上并不存在。
五、电子云与原子轨道
课堂练习 1．下列有关说法正确的是 （ C ） A、通常用小黑点来表示电子的多少 B、小黑点密表示在该核外空间的电子数多 C、小黑点密表示在该核外空间的单位体积内 电子出 现的概率大 D、通常用小黑点来表示绕核作高速圆周运动
三、构造原理与电子排布式
1.构造原理：
随原子核电荷 数递增，绝大 多数原子核外 电子的排布遵 循如右图的排 布顺序，这个 排布顺序被称 为构造原理。
7S
7P 6P 5P 4P 3P 2P 6d 5d 4d 3d 5f 4f
6S
5S
4S
3S
2S
1S
构 造 原 理
注意：从图中可以看出 ，不同能层的能级有交 错现象，如E(4s) ﹤E(3d)
基态与激发态相互转化的应用
焰色
反应
焰火呈现五颜六色的原因 焰色反应就是某些金属原子的电子在高温火 焰中，接受了能量，使原子外层的电子从基态 激跃迁到激发态；处于激发态的电子是十分不 稳定的，在极短的时间内（约10－８s）便跃迁 到基态或较低的能级上，并在跃迁过程中将能 量以一定波长（颜色）的光释放出来。由于各 种元素的能级是被限定的，因此在向基态跃迁 时释放的能量也就不同。碱金属及碱土金属的 能级差正好对应于可见光范围，于是我们就看 到了各种色彩。
【学与问】2.不同的能层分别有多少个能级，与能层的 序数（n）间存在什么关系？
能层序数=能级个数
【学与问】3.英文字母相同的不同能级中所容纳 的电子数是否相同？各级上所能容纳的电子数分 别是多少？ 2 2 2
相同.如：1s 2s 3s
分别是1、3、5、7的2倍
课堂练习
1、以下能级符号正确的是（ AD ） A、6s B、2d C、3f D、7p 2、若n=3，以下能级符号错误的是（B） A ． n p B． n f C ． n d D ． n s
三、构造原理与电子排布式
问题解释：
1s22s22p63s23p63d1
22s22p63s23p64s1 1s 正确书写方法：
想一想
第 3 层 第 4层 第 2层 第 1层
钙Ca+20K层2L层8
8
2
钙Ca 1s22s22p63s23p64s2
M层 N层
三、构造原理与电子排布式
3、电子排布式：
用数字在能级符号右上角表明该能级上的 排布的电子数。 该能级上排布 能层序数 能级符号 的电子数
发射光谱
特征:暗背景, 亮线,
线状不连续
锂、氦、汞的发射光谱
吸收光谱 特征:亮背景, 暗线, 线状不连续
锂、氦、汞的吸收光谱
四.能量最低原理、基态与激发态、光谱
下图是锂、氦、汞的吸收光谱和发射光谱 ①③⑤ 。其中图 _______是原子由基态转化为激发 ②④⑥ 态时的吸收光谱，图 _______是原子由激发 态转化为基态时的发射光谱。不同元素的原 子光谱上的特征谱线不同，请在下图中用线 段将同种元素的吸收光谱和发射光谱连接。
电子放 出能量
3.激发态原子: 基态原子的电子吸收能量后电子会跃迁到较高的 能级,变为激发态原子。 (不稳定 )
↓
↓
电子吸 收能量
四.能量最低原理、基态与激发态、光谱
吸收能量
1s22s22p63s2
基态原子
释放能量
1s22s22p63s13p1
激发态原子
光（辐射）是电子释放能量的重要形式之一 4.原子光谱: 不同元素的原子的核外电子发生跃迁时会吸收 或释放不同频率的光，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，总称为原 子光谱。
x
y
x
y
dxy z y x x z y x x z y z y dz2 z dyz
z
y x dxz
z
x
dx2-y2
d能级的原子轨道图
小结：原子轨道的特点
• 1.s原子轨道是球形的，p原子轨道是纺锤形 • 2.能层序数n越大，原子轨道的半径越大； • 3.不同能层的同种能级的原子轨道形状相似， 只是半径不同；相同能层的同种能级的原子轨 道形状相似，半径相同，能量相同，方向不同 • 4. s能级只有一个原子轨道；p能级有3个原子 轨道，互相垂直，可分别以px、py、pz表示 ，能量相等。如2px、2py、2pz轨道的能量相 等。
三、构造原理与电子排布式
练习：
1.按能量由低到高的顺序排列，正确的一组是：( ) C A．1s、2p、3d、4s B．1s、2s、3s、2p C．2s、2p、3s、3p D．4p、3d、4s、3p 2.比较多电子原子能级的能量大小关系 (1)2s ﹤ 4s; (2)3p﹤ 3d; (3)3d ﹥ 4s; (4)4d ﹤ 5d; (5)2p ﹤ 3s; (6)4d ﹤ 5f。
四.能量最低原理、基态与激发态、光谱
锂、氦、汞的发射光谱
锂、氦、汞的吸收光谱
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。
五、电子云与原子轨道
宏观物体的运动特征： 思考：
可以准确地测出它们在某一时刻所处的
位置及运行的速度； 可以描画它们的运动轨迹。
五、电子云与原子轨道
1.核外电子运动的特征 ⑴ 核外电子质量小(只有9.11×10-31 kg)，运动
空间小（相对于宏观物体而言） 近光速)。
，运动速率大(
⑵无确定的轨道，无法描述其运动轨迹。 ⑶无法计算电子在某一刻所在的位置，只能指出 其在核外空间某处出现的机会的多少(概率)。 测不准原理(海森堡)
核外电子运动状态的描述 1.电子在原子核外空间一定范围内出现，可以 想象为一团带负电的云雾笼罩在原子核周围，所 以，人们形象地把它叫做“电子云”