2022年原子结构教案 .pdf

学习好资料欢迎下载原子结构精品教案教学目标能力目标：1. 对概念的理解能力和分析能力。2. 空间的想象能力和抽象思维能力。3. 分析推理能力。知识目标：1. 掌握原子构成的初步知识；构成原子的粒子间的关系。2. 原子核外电子运动的特征。3. 了解核外电子的分层排布规律，能画出 118 号元素的原子结构示意图情感目标：1. 培养学生的唯物观，世界是物质的。2. 物质的运动是有规律的。3. 培养学生用普遍联系的观点分析问题。教学建议教材分析本节教材分三部分。第一部分讲述原子核的结构，用生动形象的比喻说明原精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页，共 48 页学习好资料欢迎下载子核体积很小。然后以列表的形式给出构成原子的粒子及其性质。在初中学习的基础上简洁的加以概括。根据原子不显电性和电子质量很小，可以忽略不计的事实，归纳出两个关系式。初步介绍的含义。第二部分讲述原子核外电子运动的特征，重点阐述了电子的运动与普通宏观物体的运动不同，它没有确定的轨道，因而自然引出电子云的概念，给出在通常状况下氢原子电子云示意图。电子云的概念是本节的一个难点，学生理解起来有困难，因此教材中提供了一段阅读材料，用形象的语言帮助学生理解抽象的概念。第三部分是原子核外电子的排布。教材采用学生讨论填表的形式，培养他们的思维能力和学习的积极性。最后教材给出关于原子结构模型演变的阅读材料，对学生进行化学史教育，同时使他们体会到人类对客观事物的认识是不断深入，不断发展的。与旧教材相比，新教材把旧教材中原子核和原子核外电子的排布两节内容进行重组，把相关内容合并在一起，使得原子的结构，原子核，核外电子的运动特征和排布等内容浑然一体。渗透辩证唯物主义观点的教育和化学史教育，培养学生的辩证思维，否定之否定规律：如“原子结构模型的演变”和丰富多彩的化学反应就是否定之否定规律的具体体现。事精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页，共 48 页学习好资料欢迎下载实上，自然界中的一切事物都是在不断否定的过程中向前发展的。没有否定，就没有创新；没有否定，就没有发展。本节教学重点：原子核外电子的排布规律。本节教学难点：原子核外电子运动的特征，电子云，原子核外电子的排布规律。核外电子排布的教学建议初中已学过一些原子核外电子的排布规律。在本节的教学中，教师可指导学生研究教材表“稀有气体元素原子电子层排布”，依次根据课本的讨论题组织课堂讨论，引导学生发现规律，并当堂完成表“核电荷数为120 的元素原子核外电子层排布”、表“核外电子分层排布的一般规律”的填空内容。“能量最低原理”一词，课本上没有出现，但内容体现了这层涵义。教师讲课时虽然不必强调这一名词，可是应当讲清“电子总是尽先排布在能量最低的电子层里”，还可以编一些违背“能量最低原理”的原子结构示意图，组织学生辨认、改正。例如，钠的原子结构示意图写成， 错在哪里？精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页，共 48 页学习好资料欢迎下载关于各电子层最多能容纳多少电子的问题，可首先引导学生回忆 l 18 号元素的原子结构示意图，完成表“核电荷数为 120 的元素原子核外电子层排布”。在此基础上，组织学生阅读课本的表“稀有气体元素原子电子层排布”，分析稀有气体元素原子的电子层排布情况，得出每个电子层最多容纳个电子的结论。具体分析过程建议采用以下表格形式：为了巩固这一内容，可以编写一些违反各电子层最多容纳规律的课堂练习。例如，氯原子结构示意图写成是否正确？说明理由。对于最外层、次外层、倒数第三层最多容纳电子数的讨论，建议结合课本的表52 由教师设问：最外层最多能容纳几个电子？从哪种元素能判断你的结论是正确的？次外层不超过几个电子？从哪种元素能判断你的结论是正确的？进而作出分析归纳。也应编写一些违背此规律的课堂练习。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页，共 48 页学习好资料欢迎下载例如，下列原子结构示意图是否正确？教学过程中应结合本章教材内容，组织学生画118 号元素的原子结构示意图。另外，教师要指出，核外电子的排布是经过大量科学实验研究出现的，并不是人为编制的核外电子运动特征的教学建议这段内容很抽象，建议讲课时尽量用直观教具和形象的比喻使抽象的概念具体化。教学中应当尽力培养学生的空间想象能力、抽象思维能力和科学的分析推理能力。建议教师在教学中采用“四步走”的方法：（l ）复习初中化学介绍的原子核外电子的运动特征；（2）揭示核外电子的运动规律； （3）介绍“电子云” ； （4）认识氢原子的电子云。 “电子云”的概念比较抽象。利用一定的教具或用微机制成三维动画进行研究，是一种很好的方法。参照教材给氢原子照相的方法，将投影片或幻灯片逐张重叠投影或放映出来，也可以达到理想的效果。应使学生正确理解课本在通常状况下氢原子电子云示意图中的小黑点只是表示氢原子核外的一个电子曾经在这里出现过的“痕迹”，绝不是无数个精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页，共 48 页学习好资料欢迎下载电子在核外运动的状态。正确认识原子的构成原子是物质进行化学变化的最小微粒。原子有复杂的结构，要求学生学好原子结构要抓住以下三点：（1）掌握构成原子的三种微粒：原子由原子核和核外电子构成，原子核在原子的中心，由带正电的质子与不带电的中子构成，带负电的电子绕核作高速运动。也就是说，质子、中子和电子是构成原子的三种微粒。在原子中，原子核带正电荷，其正电荷数由所含质子数决定核电荷数核内质子数（Z）原子是电中性的，质子数与电子数的关系是：核内质子数核外电子数电子的质量很小，仅约为质子质量的1/1836 ，原子的质量集中在原子核上，原子核内质子数与中子数之和叫质量数质量数（ A）质子数（ Z）中子数（ N）质子、中子、电子三种微粒的性质、作用和相互关系，可以列表归纳如下：精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页，共 48 页学习好资料欢迎下载（2）掌握原子核外电子的排布规律核外电子绕核运动的特点，可以用“极小的质量（）”、“极小的运动范围（直径）”、“极高的运动速度”、“无确定轨道”这四句话来概括，好象是带负电的云雾笼罩在原子核周围，可以形象地称之为电子云。在含有多个电子的原子里，电子的能量和距离远近不同，分为不同的电子层，离核最近的叫第一层， 又称 K层；离核稍远叫第二层，又称 L 层；第三层叫 M层；第四层叫N层。实验证明核外电子最多分为7 层。符号K L M N O P Q 层数1 2 3 4 5 6 7 核外电子分层排布的规律是：14 层各电子层（ n）最多容纳的电子数目是K 层为最外层时，最外层电子数不超过两个；其它层为最外层时，最外层电子数不超过8 个。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页，共 48 页学习好资料欢迎下载次外层电子数目不超过18 个，倒数第三层电子数目不超过 32 个。核外电子总是尽先排布在能量最低的电子层，只有当能量最低电子层排满后，才由里往外，依次排布在能量较高的电子层里。要求学生依据上述规律，能够熟练排出118 号元素的核外电子排布，并准确画出它们的原子结构示意图。原子核的教学建议结合初中的知识复习原子结构的有关内容：原子的构成、原子的特点、原子核的构成以及质子、中子、电子的质量和电性。然后组织学生阅读教材中“构成原子的粒子及其性质”的图表，归纳出核电荷数与质子数、电子数之间的关系。通过研究三种粒子的质量，引出质量数的概念，由于电子的质量很小，可以忽略。因此导出质量数与中子数、质子数的关系。最后明确符号的含义，得出组成原子的粒子间的关系：课题：第一节原子结构第一课时教学目标：精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页，共 48 页学习好资料欢迎下载知识目标：掌握原子构成的初步知识；构成原子的粒子间的关系。能力目标：情感目标：1. 培养学生的唯物观，世界是物质的。2. 物质的运动是有规律的。3. 培养学生用普遍联系的观点分析问题。教学重点：构成原子的粒子间的关系教学过程：引入 ：前面我们学习了典型金属元素碱金属和典型非金属元素卤素的知识，性质的形似与递变和结构有密切的联系，从今天开始我们将学习有关物质结构的知识。提问 ：初中化学学习了哪些有关原子结构的知识？小结并板书 ：精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页，共 48 页学习好资料欢迎下载核电荷数核内质子数核外电子数指导学生阅读 ：教材中有关原子及其组成粒子的质量的内容让学生辨析 ：绝对质量和相对质量，首先，讨论绝对质量 （真实质量），质子的绝对质量为1.6726 1027kg，电子的质量大约是质子质量的，然后引导学生得出结论：既然是相对质量，就得有一个质量标准，提问学生：这个质量标准是什么？学生计算 ：质子的相对质量为1.007 ，中子的相对质量为1.008 ，并且引导学生回忆相对原子质量的概念。讲述 ：忽略电子的质量，将原子核内所有的质子和中子的相对质量取近似整数值加起来所得的数值，叫做质量数，符号A。板书 ：质量数（ A）质子数（ Z）中子数（ N）思考 ：某原子的质量数能否为小数？以质子数为11，中子数为 12 的钠原子为例。学生讨论 ：精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 10 页，共 48 页学习好资料欢迎下载教师评价 ：质量数是整数值思考 ：质量数表示原子的质量关系，质子数、中子数是数量关系，为何二者能画等号？学生讨论 ：教师评价 ：质量数质子相对质量中子相对质量1 个质子相对质量质子数1 个中子相对质量中子数，由于二者的相对质量均近似为1，所以才有：质量数（A）质子数（Z）中子数（ N），从而把质量关系和数量关系联系了起来。小结 ：讲述 ：的含义。观看视频 ：原子的结构练习巩固 ：1. 已知五种简单离子的核外电子数相等，与它们对应的原子的核电荷数由大到小的顺序是。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 11 页，共 48 页学习好资料欢迎下载参考答案： E、D、C、B、A 2现有和两种离子，它们的电子层结构相同，则与下列式子有相等关系的是（）ABCD参考答案： B 3某元素的阳离子，核外共用x 个电子，原子的质量数为 A，则该元素原子里的中子数为（）ABCD参考答案： A 4（ 94 上海）某微粒用表示，下列关于该微粒的叙述正确的是（）A所含质子数An B所含中子数 AZ C所含电子数Zn D质量数ZA 参考答案： B 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 12 页，共 48 页学习好资料欢迎下载5（ 95 全国）据报导， 1994 年 12 月科学家发现了一种新元素，它的原子核内有161 个中子，质量数272。该元素的原子序数为（）A111 B 161 C272 D433 参考答案： A 板书设计：第一节原子结构一、原子核1课题：第一节原子结构第二课时教学目标：精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 13 页，共 48 页学习好资料欢迎下载知识目标：1. 原子核外电子运动的特征。2. 了解核外电子的分层排布规律，能画出118 号元素的原子结构示意图能力目标：1. 空间的想象能力和抽象思维能力。2. 分析推理能力。情感目标：1. 培养学生的唯物观，世界是物质的。2. 物质的运动是有规律的。3. 培养学生用普遍联系的观点分析问题。教学重点：原子核外电子的排布规律教学难点：原子核外电子运动的特征，电子云，原子核外电子的排布规律。教学过程：精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 14 页，共 48 页学习好资料欢迎下载引入 ：普通物体的运动有固定的轨迹，可以测定或根据一定的数据计算出来在某一时刻的位置，并且能描绘出其运动轨迹。而原子核外电子的运动没有固定的轨迹，不能测定或计算出电子在某一时刻的位置，也无法描绘出其运动轨迹。但是电子的运动并不是毫无规律可循的。今天我们将学习有关核外电子运动的知识。板书 ：二、核外电子运动特征1. 核外电子运动的特殊性：质量小带负电荷，运动范围小，速度快，与宏观物体不同。讲述 ：我们在描述核外电子的运动时，只能指出它在原子核外空间某处出现机会的多少。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荷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”板书 ：2. 电子云投影演示 ：采用给氢原子照相的比喻来讲解电子云概念，将事先绘制的投影片逐张重叠放映出来，使学生对电子在原子核外的运动情形有生动鲜明的印象，从而形成电子云的概念。阅读 ：教材中氢原子核外电子运动的相关内容精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 15 页，共 48 页学习好资料欢迎下载学生讨论 ：氢原子电子云示意图呈什么形状？小黑点的分布有什么规律？电子在核外单位体积空间中出现机会的多少与离核远近有什么关系？师生共同小结 ：（1）呈球形对称。 （2）在离核近处密度大，离核远处密度小。（3）在离核近处单位体积的空间电子出现的机会多，在离核远处单位体积的空间电子出现的机会少。教师举例 ：蜜蜂采蜜，其行踪没有规则，但是哪里花多，它在哪里出现的几率就越多。过渡 ：氢原子只有一个电子，因此其运动情况比较简单。钠原子核外有11 个电子，这11 个电子的运动情况同样可以用电子云来描述，但是这11 个电子各有其运动区域。让学生画出钠原子的结构示意图。讲述 ：我们把核外电子运动的不同区域看成不同的电子层，并用 n1、2、3、4、5、6、7 表示从内到外的电子层，这七个电子层又可分别称为K、L、M 、N、O 、P、Q层。板书 ：三、原子核外电子的排布规律1. 核外电子是分层排布的精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 16 页，共 48 页学习好资料欢迎下载2. 不同电子层上的电子能量不同，离核越近，能量越低。提问 ：氯原子有几个电子层，每层有几个电子，能量最高的电子在哪一层？3. 电子优先排布在能量最低的电子层里。提出 ：每个电子层最多可以排布多少个电子呢？请同学们研究一下稀有气体元素原子电子层排布的情况，自己得出结论。学生讨论 ：小结 ：4. 每个电子层所能容纳的电子数为2n2（n 为电子层数）。提问 ：第 N层最多能容纳多少电子？那么教材中氙原子核外电子排布为2、8、18、18、8。N层只有 18 个电子， 为什么？指导学生填表： 120 元素原子的核外电子排布，找出规律。小结 ：5. 最外层电子数不超过8 个（ K为最外层时不超过2个），次外层不超过18 个，倒数第三层不超过32 个。提问 ：原子结构示意图错在哪里？精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 17 页，共 48 页学习好资料欢迎下载练习巩固 ：1. 某元素原子的最外层电子数为次外层电子数的3 倍，则该元素原子核内质子数为（）A3 B 7 C8 D10 答案： C 2. （97 年高考题）下列各组微粒中，核外电子总数相等的是（）（A）（B）（C）（D ）答案： D 作业 ：本节书后练习板书设计：二、核外电子运动特征1. 核外电子运动的特殊性：质量小带负电荷，运动范围小，速度快，与宏观物体不同。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 18 页，共 48 页学习好资料欢迎下载2. 电子云三、原子核外电子的排布规律1. 核外电子是分层排布的2. 不同电子层上的电子能量不同，离核越近，能量越低。提问：氯原子有几个电子层，每层有几个电子，能量最高的电子在哪一层？3. 电子优先排布在能量最低的电子层里。4. 每个电子层所能容纳的电子数为2n2（n 为电子层数）。5. 最外层电子数不超过8 个（ K 为最外层时不超过2个），次外层不超过18 个，倒数第三层不超过32 个。典型例题例 1 某元素的阳离子，核外共用x 个电子，原子的质量数为 A，则该元素原子里的中子数为（）A B精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 19 页，共 48 页学习好资料欢迎下载C D选择目的：这是一道考查原子和离子中关于质子数、中子数、核外电子数、质量数之间关系的选择题。解析：根据质量关系：质量数质子数中子数，因此要求中子数必须先要知道质量数和质子数。根据题意，质量数为已知，而质子数则可根据该离子所带电荷数和它的核外电子数求得。阳离子核外电子数为x， 则该阳离子对应原子的核外电子数是，核内的质子数也为。所以。答案： A 启示：本题主要考查的是元素的原子得、失电子后，核电荷数和阴、阳离子的核外电子数及离子电荷数的关系。由于阳离子带正电，为原子失去电子的结果；阴离子带负电，为原子获得电子所致。所以阳离子的核外电子数应该是原子的质子数减去阳离子的电荷数，阴离子的核外电子数为原子的质子数加上阴离子的电荷数，本题型做错的主要原因是计算阳离子核电荷数时，把核外电子数减去阳离子的电荷数或在计算阴离子核电荷数时，把核外电子数加上阴离子的电荷数。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 20 页，共 48 页学习好资料欢迎下载例 2 某元素原子的最外层电子数为次外层电子数的3倍，则该元素原子核内质子数为（）A3 B7 C8 D10 选题目的：本题的解题关键是明确核外电子排布规律，可根据核外电子排布规律画出原子结构示意图进行分析。解析：可根据核外电子排布规律和题干中所给的信息画出该元素原子的结构示意图，然后对照选项， 选出正确答案。根据原子核外电子排布规律可知，该元素的原子结构示意图为，在原子中，质子数核外电子数8。答案： C 启示：此题型的解题关键首先是要掌握核外电子排布规律。应注意多电子原子中的电子排布要同时满足这几条规律，缺一不可，否则会出现差错。其次还应掌握核电荷数为120 的原子的核外电子排布，能熟练写出这些原子以及它们常见离子的结构示意图。例 3 现有和两种离子，它们的电子层结构相同，则与下列式子有相等关系的是（）ABCD精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 21 页，共 48 页学习好资料欢迎下载选题目的：本题考查原子的组成。解析：因两种离子电子层结构相同，所以具有相等的电子数。答案： B 例 4 已知五种简单离子的核外电子数相等，与它们对应的原子的核电荷数由大到小的顺序是。选题目的：本题考查原子的组成和结构。解析：在原子中，质子数核电荷数核外电子总数。在化学反应中，原子得失电子数离子所带电荷数，阴离子（或阳离子）的核电荷数等于阴离子（或阳离子）核外电子总数减去（或加上）离子所带的电荷数。据此可知，它们对应的原子核电荷数大小的顺序应是E、D 、C、B、A。答案： E、D、C、B、A 扩展资料物质结构精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 22 页，共 48 页学习好资料欢迎下载二三百年前，人们发现物质由分子及原子组成。到19世纪末，在科学实验基础上，科学家认识到原子由原子核和核外电子构成。原子很小，直径约亿分之一厘米。原子核大约是原子的10 万分之一，电子则更小，大约是原子的亿分之一。再进一步， 人们发现原子核又是由质子和中子组成的。到此，曾有人以为找到了构成物质的最小“砖块”。然而，不久人们就发现了这种认识的局限性。通过对宇宙射线的观察分析和高能加速器的实验，又发现了比上述微粒更小、更基本的大批新粒子，如介子、 中微子、 反粒子以及组成质子、中子的夸克等，达到几百种之多。其中，大部分在自然界中并不存在，而是在高能束流的轰击下才产生出来的。微观粒子之间存在不同的相互作用。根据这些相互作用力的特点，可把几百种粒子分为强子、轻子和传播子三类。强子是指参与强相互作用的那些粒子，包括质子。中子、介子等。强子有其内部结构，由夸克组成。轻子与强作用无关，只参与弱力、 电磁力和引力相互作用，如电子、 中微子、子、 子等。人们会问：这样无限分下去有什么意义呢？一是哲学上的意义，证明世界的物质性和人类认识永无止境；二是科学理论上的意义，丰富了人们关于物质世界的基本知识；三是实践上的意义。当年对原子核内部结构的探索，导致了核能的广泛利用和开发。反物质有可能成为未来人类更强大的能源。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 23 页，共 48 页学习好资料欢迎下载除这些以外；研究超微观世界，需要庞大的高能实验设备，如对撞机、加速器等，这些设备的研制是高技术发展极强的推动力量，如我国自行设计、研制的北京正负电子对撞机，不仅取得了“精确测量轻子质量”这一高水平理论研究成果，而且，在对撞机的研制过程中，还带动了一大批高技术的发展。大家知道物质是由分子组成的，分子又是由原子组成的，而原子又是由原子核和电子组成，原子核由质子等粒子组成。按照物理学中的等效真空理论，宇宙中的每一种粒子都应该有一与之对应的反粒子，它带有数值相等而符号相反的电荷，宇宙中有多少由质子，中子和电子结成的物质，就必定有同样多的反质子、反中子和正电子结成的反物质，宇宙中的正反物质应该是严格对称的。目前虽然发现和制造的反物质粒子并不多，但反物质的一种形式 - 正电子已经有了许多实际用途。例如正电子发射X 射线层析照相术(PET)， 医生利用 PET扫描不仅能得出病人软组织的详细图像，而且能够观察他们体内的化学过程，其中包括在进行认识活动时大脑各部分消耗 燃料 的速度。星际航行火箭的超级燃料。将氢和反氢混合湮灭来获得能量，那么这种燃料的1% 克所产生的推力就相当于120 吨由液态氢和液态氧组成的传统燃料。物质和反物质这一物理体系精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 24 页，共 48 页学习好资料欢迎下载给物理学家、化学家、天体物理学家带来一系列新的课题，同时也给人类带来新的憧憬。人类认识世界的脚步从来没有停止过，微观领域的研究更是如此，科学指引着哪些积极探索的人们不断向前。发现电子电子是在研究阴极射线的本质过程中得到的，阴极射线究竟是什么？物理学家汤姆逊设计了一个巧妙的实验装置，证实了阴极射线是由带负电荷的粒子组成的，并推算出其质量和电荷比值。得出来源于各种不同物质的阴极射线粒子都是一样的，而且是比原子小得多的粒子，其质量只是氢离子的千分之一。汤姆逊认定这种粒子必定是“建造一切化学元素的物质”，也就是一切化学原子所共有的组成部分。期间，物理学家佩兰利用当时刚问世的借助于散射光，分辨率比普通显微镜高20 倍的超显微镜开展了一系列检验布朗运动理论的实验，于1909 年发表了布朗运动和分子实在性的论文，引起强烈的反响，佩兰1926 年获物理奖。至此，各国科学家一致认为，分子和原子的实在性已没有怀疑的余地了。正如爱因斯坦所说的那样“分子和原子是否存精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 25 页，共 48 页学习好资料欢迎下载在的问题是他在大学时代关心和讨论的一个重大问题，而今天再也没有物理学家为这个问题而操心了”。返回核外电子的排布规律一、最低能量原理所谓最低能量原理是，原子核外的电子，总是尽先占有能量最低的原子轨道，只有当能量较低的原子轨道被占满后，电子才依次进入能量较高的轨道，以使原子处于能量最低的稳定状态。原子轨道能量的高低为：1当 n 相同， l 不同时，轨道的能量次序不spdf 。例如， E3SE3PE3d。2当 n 不同， l 相同时， n 愈大，各相应的轨道能量愈高。例如， E2SE3SE4S。3当 n 和 l 都不相同时，轨道能量有交错现象。即（n1）d 轨道能量大于ns 轨道的能量，（n-1 ）f 轨道的能量精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 26 页，共 48 页学习好资料欢迎下载大于 np 轨道的能量。在同一周期中，各元素随着原子序数递增核外电子的填充次序为ns，（n2）f ，（n1）d，np。核外电子填充次序如图1 所示。图 1 电子填充的次序二、鲍利（ Pauli ）不相容原理鲍利不相容原理的内容是：在同一原子中没有四个量子数完全相同的电子，或者说在同一原子中没有运动状态完全相同的电子。例如，氦原子的1s 轨道中有两个电子，描述其中一个原子中没有运动状态的一组量子数（n，l ，m ，ms ）为 1，0，0，+1/2 ，另一个电子的一组量子数必然是1，0，0， 1/2 ，即两个电子的其他状态相同但自旋方向相反。根据鲍利不相容原理可以得出这样的结论，在每一个原子轨道中，最多只能容纳自旋方向相反的两个电子。于是，不精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 27 页，共 48 页学习好资料欢迎下载难推算出各电子层最多容纳的电子数为2n2个。例如， n=2时，电子可以处于四个量子数不同组合的8 种状态，即n=2时，最多可容纳8 个电子，见下表。N 2 2 2 2 2 2 2 2 L 0 0 1 1 1 1 1 1 M 0 0 0 0 +1 +1 1 1 ms +1/2 1/2 +1/2 1/2 +1/2 1/2 +1/2 1/2 在等价轨道中，电子尽可能分占不同的轨道，且自旋方向相同，这就叫洪特规则。洪特规则实际上是最低能量原理的补充。因为两个电子同占一个轨道时，电子间的排斥作用会使体系能量升高，只有分占等价轨道，才有利于降低体系的能量。例如，碳原子核外有 6 个电子， 除了有 2 个电子分布在1s 轨道，2 个电子分布在 2s 轨道外，另外2 个电子不是占1 个 2p 轨道，而是以自旋相同的方向分占能量相同，但伸展方向不同的两个2p 轨道。碳原子核外6 个电子的排布情况如下：精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 28 页，共 48 页学习好资料欢迎下载作为洪特规则的特例，等价轨道全充满，半充满或全空的状态是比较稳定的。全充满、半充满和全空的结构分别表示如下：全充满：；半充满：；全空：。用洪特规则可以解释为什么Cr 原子的外层电子排布为3d54s1而不是 3d44s2，Cu原子的外层电子排布为3d104s1而不是 3d94s2。应该指出，核外电子排布的原理是从大量事实中概括出来的一般规律，绝大多数原子核外电子的实际排布与这些原理是一致的。但是随着原子序数的增大，核外电子排布变得复杂，用核外电子排布的原理不能满意地解释某些实验的事实。在学习中，我们首先应该尊重事实，不要拿原理去适应事实。也不能因为原理不完善而全盘否定原理。科学的任务是承认矛盾，不断地发展这些原理，使之更加趋于完善。核外电子的运动状态电子在原子中的运动状态，可以用n，l ，m ，ms四个量子数来描述。一、主量子数n精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 29 页，共 48 页学习好资料欢迎下载主量子数 n 是用来描述原子中电子出现几率最大区域离核 的远近，或者说它是决定电子层数的。主量子数的n 的取值为 1，2，3等正整数。例如，n=1 代表电子离核的平均距离最近的一层，即第一电子层；n=2 代表电子离核的平均距离比第一层稍远的一层，即第二电子层。余此类推。可见 n 愈大电子离核的平均距离愈远。在光谱学上常用大写拉丁字母K，L，M ，N，O ，P，Q代表电子层数。主量子数（n）1 2 3 4 5 6 7 电子层符号K L M N O P Q 主量子数 n 是决定电子能量高低的主要因素。对单电子原子来说， n 值愈大，电子的能量愈高。但是对多电子原子来说，核外电子的能量除了同主量子数n 有关以外还同原子轨道（或电子云）的形状有关。因此，n 值愈大，电子的能量愈高这名话，只有在原子轨道（或电子云）的形状相同的条件下，才是正确的。二、副量子数l副量子数又称角量子数。当 n 给定时， l 可取值为 0，1，2，3（n1）。在每一个主量子数n 中，有 n 个副量子数，精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 30 页，共 48 页学习好资料欢迎下载其最大值为n1。例如 n=1 时，只有一个副量子数，l=0 ，n=2 时，有两个副量子数，l=0 ，l=1 。余此类推。按光谱学上的习惯 l 还可以用 s，p，d，f 等符号表示。l 0 1 2 3 光谱符号s p d F 副量子数 l 的一个重要物理意义是表示原子轨道（或电子云）的形状。 L=0 时（称 s 轨道），其原子轨道（或电子云）呈球形分布；l=1 时（称 p 轨道），其原子轨道（或电子云）呈哑铃形分布如图所示；图 为 p 电子云副量子数 l 的另一个物理意义是表示同一电子层中具有不同状态的亚层。例如，n=3 时， l 可取值为 0，1，2。即在第三层电子层上有三个亚层，分别为 s ，p，d 亚层。为了区别不同电子层上的亚层，在亚层符号前面冠以电子层数。例如， 2s 是第二电子层上的亚层，3p 是第三电子层上的p 亚精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 31 页，共 48 页学习好资料欢迎下载层。表 4-1 列出了主量子数n，副量子数l 及相应电子层、亚层之间的关系。表中为主量子数n，副量子数l 及其相应电子层亚层之间的关系n 电子层l 亚层1 1 0 1s 2 2 0 2s 1 2p 3 3 0 3s 1 3p 2 3d 4 4 0 4s 1 4p 2 4d 3 4f 前已述及，对于单电子体系的氢原子来说，各种状态的电子能量只与n 有关。但是对于多电子原子来说，由于原子中各电子之间的相互作用，因而当n 相同， l 不同时，各种状态的电子能量也不同，l 愈大，能量愈高。即同一电子层上的不同亚层其能量不同，这些亚层又称为能级。因此副量精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 32 页，共 48 页学习好资料欢迎下载子数 l 的第三个物理意义是：它同多电子原子中电子的能量有关，是决定多电子原子中电子能量的次要因素。三、磁量子数m磁量子数 m决定原子轨道（或电子云）在空间的伸展方向。当 l 给定时， m的取值为从 - l 到+l 之间的一切整数 （包括 0 在内），即 0，1，2， 3， l ，共有 2l+1 个取值。即原子轨道（或电子云）在空间有2l+1 个伸展方向。原子轨道（或电子云）在空间的每一个伸展方向称做一个轨道。例如， l=0 时， s 电子云呈球形对称分布，没有方向性。m只能有一个值，即m=0 ，说明 s 亚层只有一个轨道为s 轨道。当 l=1 时， m可有 1，0，+1 三个取值，说明p 电子云在空间有三种取向，即p 亚层中有三个以x,y,z轴为对称轴的 px，py，pz 轨道。当 l=2时， m可有五个取值，即d 电子云在空间有五种取向，d 亚层中有五个不同伸展方向的d轨道。 n ，l 相同， m 不同的各轨道具有相同的能量，把能量相同的轨道称为等价轨道。四、自旋量子数ms原子中的电子除绕核作高速运动外，还绕自己的轴作自旋运动。电子的自旋运动用自旋量子数ms表示。 ms 的取值精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 33 页，共 48 页学习好资料欢迎下载有两个， +1/2 和 1/2 。说明电子的自旋只有两个方向，即顺时针方向和逆时针方向。通常用“”和“”表示。综上所述，原子中每个电子的运动状态可以用n，l ，m ，ms四个量子数来描述。 主量子数 n 决定电子出现几率最大的区域离核的远近（或电子层），并且是决定电子能量的主要因素；副量子数 l决定原子轨道（或电子云）的形状，同时也影响电子的能量；磁量子数m决定原子轨道（或电子云）在空间的伸展方向；自旋量子数ms决定电子自旋的方向。因此四个量子数确定之后，电子在核外空间的运动状态也就确定了。核外电子运动的特征我们知道，地球沿着固定轨道围绕太阳运动，地球的卫星（月球或人造卫星）也以固定的轨道绕地球运转。这些宏观物体运动的共同规律是有固定的轨道，人们可以在任何时间内同时准确地测出它们的运动速度和所在位置。电子是一种极微小的粒子， 质量为 9.1 10-31kg ，在核外的运动速度快（接近光速）。因此电子的运动和宏观物体的运动不同。和光一样，电子的运动具有微粒性和波动性的双重性质。对于质量为 m ，运动速度为v 的电子，其动量为：P=mv ，其相应的波长为： =h/P=h/mv 式中，左边是电子的波长，它表明电子波动性的特征，右边是电子的动量P（或 mv ），它精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 34 页，共 48 页学习好资料欢迎下载表明电子的微粒性特征，两者通过普朗克常数h 联系起来。实验证明，对于具有波动性的微粒来说，不能同时准确地确定它在空间的位置和动量（运动速度）。也就是说电子的位置测得愈准时，它的动量（运动速度）就愈测不准，反之亦然。但是用统计的方法，可以知道电子在原子中某一区域内出现的几率。电子在原子核外空间各区域出现的几率是不同的。在一定时间内，在某些地方电子出现的几率较大。而在另一些地方出现的几率较小。对于氢原子来说，核外只有一个电子。为了在一瞬间找到电子在氢原子核外的确切位置，假定我们用高速照相机给某个氢原子拍几万张照片，叠加这些照片进行分析，发现原子核外的一个电子在核外空间各处都有出现的可能，但在各处出现的几率不同。如果用小黑点的疏密来表示电子在核外各处的几率密度（单位体积中出现的几率）大小，黑点密的地方，是电子出现几率密度大的地方；疏的地方，是电子出现几率密度小的地方。像这样用小黑点的疏密形象地描述电子在原子核外空间的几率密度分布图象叫做电子云。所以电子云是电子在核外运动具有统计性的一种形象表示法。氢原子的电子云是球形的，离核越近的地方其电子云密度越大。但是由于离原子核越近，球壳的总体积越小，因此在这一区域内黑点的总数并不多。而是在半径为53pm 附近精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 35 页，共 48 页学习好资料欢迎下载的球壳中电子出现的几率最大，这是氢原子最稳定状态。为了方便，通常用电子云的界面表示原子中电子云的分布情况。所谓界面， 是指电子在这个界面内出现的几率很大（95%以上），而在界面外出现的几率很小（5% 以下）。探究活动下面提供一些探究课题，教师可以根据情况进行选择。其目的就是充分发挥学生的积极性和主动性，通过自己查阅资料，上网搜集相关内容的一系列活动，感受到科学的发展，人类认识世界的脚步从来没有停止过，微观领域的研究更是如此，科学指引着哪些积极探索的人们不断向前。1. 可以安排学生写科普小论文：“我想像中的原子结构”。2. 收集资料写一篇关于原子结构的发现的文章。3. 物质结构领域的发展前沿：人们发现的新粒子，如介子、中微子、反粒子以及组成质子、中子的夸克等的最新报道。4. 关于 STM （扫描隧道显微镜）