高中化学 1.2.1《基态原子的核外电子排布》教学课件 鲁科版选修3.ppt

第二节第二节 原子结构与元素周期表原子结构与元素周期表用相用相应应的符号描述主量子数的符号描述主量子数n2的所有的原子的所有的原子轨轨道。道。答案答案主量子数主量子数n2的原子的原子轨轨道有道有2s、2px、2py、2pz。1比比较较下列多下列多电电子原子的原子子原子的原子轨轨道的能量高低。道的能量高低。(1)1s，3d(2)3s，3p，3d(3)2p，3p，4p(4)3px，3py，3pz解析解析在多在多电电子原子中，子原子中，电电子填充原子子填充原子轨轨道道时时，原子，原子轨轨道道能量的高低存在如下能量的高低存在如下规规律：律：相同相同电电子子层层上原子上原子轨轨道能量的高低：道能量的高低：nsnpndnf；形状相同的原子形状相同的原子轨轨道能量的高低：道能量的高低：1s2s3s4s；电电子子层层和形状相同的原子和形状相同的原子轨轨道的能量相等。如道的能量相等。如2px，2py，2pz轨轨道的能量相等。道的能量相等。答案答案(1)1s3d(2)3s3p3d(3)2p3p4p(4)3px3py3pz2为为什么第一什么第一电电子子层层最多只能容最多只能容纳纳2个个电电子？第二子？第二层层最多只最多只能容能容纳纳8个个电电子？子？为为什么每什么每层层最多只能容最多只能容纳纳2n2个个电电子，最子，最外外层层最多容最多容纳纳8个个电电子，次外子，次外层层不超不超过过18个个电电子，倒数第子，倒数第三三层层不超不超过过32个个电电子呢？同一子呢？同一层层的的电电子能量是否相等？子能量是否相等？为为什么什么钾钾的的电电子排布是子排布是2、8、8、1而不是而不是2、8、9呢？呢？答案答案依据能量最低原理以及核外依据能量最低原理以及核外电电子排布子排布规规律，将二者律，将二者有机有机结结合，不能合，不能单单一片面理解和一片面理解和应应用。用。3能能够够理解能量最低原理、泡利不相容原理、洪特理解能量最低原理、泡利不相容原理、洪特规则规则并在并在其指其指导导下熟下熟练书练书写写136号元素基号元素基态态原子的核外原子的核外电电子排布子排布和价和价电电子排布。子排布。能能够够从原子从原子结结构的量子力学模型理解元素周期律和元素周构的量子力学模型理解元素周期律和元素周期表的建立依据。期表的建立依据。12第第1课时课时 基态原子的核外电子排布基态原子的核外电子排布基基态态原子核外原子核外电电子排布子排布规则规则(1)能量最低原理能量最低原理在多在多电电子原子中，核外子原子中，核外电电子子总总是尽先占有能量是尽先占有能量_的的轨轨道，然后再依次道，然后再依次进进入能量入能量_的原子的原子轨轨道，以使整个原道，以使整个原子的能量最低，子的能量最低，这这就是能量最低原理。就是能量最低原理。(2)泡利不相容原理泡利不相容原理一个原子一个原子轨轨道只能容道只能容纳纳2个个电电子，且自旋方向子，且自旋方向_。或者。或者说说一个原子中不会存在四个量子数完全相同的一个原子中不会存在四个量子数完全相同的电电子。氦原子。氦原笃学笃学一一基态原子核外电子排布原则基态原子核外电子排布原则1.最低最低较较高高相反相反子的子的轨轨道表示式道表示式为为_，电电子排布式子排布式为为_，原子，原子结结构构 示意示意图为图为_，电电子式子式为为_。(3)洪特洪特规则规则对对于基于基态态原子，原子，电电子在能量相同的子在能量相同的轨轨道上排布道上排布时时，应应尽可尽可能分占能分占_并且自旋并且自旋_(即自旋方向即自旋方向_)。1s2He不同不同轨轨道道方向平行方向平行相同相同基基态态原子核外原子核外电电子排布的表示方法子排布的表示方法(1)电电子排布式：可子排布式：可简单简单写写为为nlx，其中，其中n为为主量子数，主量子数，x为为电电子数，角量子数子数，角量子数l用其所用其所对应对应的符号表示。的符号表示。如如Li原子的原子的电电子排布式子排布式为为：_Al原子的原子的电电子排布式子排布式为为：_(2)轨轨道表示式：用小道表示式：用小圆圆圈圈(或方框、短或方框、短线线)表示一个表示一个给给定量定量子数子数n、l、m的原子的原子轨轨道，并用道，并用“”或或“”区区别别ms不同的不同的电电子。子。如：如：S原子的原子的轨轨道表示式：道表示式：或或_。21s22s11s22s22p63s23p1Ne 基基态铬态铬原子的原子的电电子排布式子排布式为为：_。基基态铜态铜原子的原子的电电子排布式子排布式为为：_。有少数元素的基有少数元素的基态态原子的原子的电电子排布子排布对对于构造原理有于构造原理有1个个电电子子的偏差。因的偏差。因为为能量相同的原子能量相同的原子轨轨道在道在_(如如p6和和d10)、_(如如p3和和d5)和和_(如如p0和和d0)状状态时态时，体系的能量，体系的能量较较低，原子低，原子较稳较稳定。定。笃学二笃学二“1936”号元素的基态原子的核外电子排布号元素的基态原子的核外电子排布1.Cr：1 s22s22p63s23p63d54s12Cu：1s22s22p63s23p63d104s13全充全充满满半充半充满满全空全空在原子中，每个在原子中，每个电电子子层层最多能容最多能容纳纳_个个电电子。子。每个能每个能级级最多能容最多能容纳纳_个个电电子。子。在内在内层层原子原子轨轨道上运道上运动动的的电电子能量子能量_，在外，在外层层原子原子轨轨道上运道上运动动的的电电子能量子能量_，因此一般化学反，因此一般化学反应应只涉及最只涉及最外外层层原子原子轨轨道上的道上的电电子，人子，人们们称称这这些些电电子子为为_。基。基态铁态铁原子的价原子的价电电子排布式子排布式为为_。氯氯原子的价原子的价电电子排子排布式布式为为_。4562n22(2l1)较较低低较较高高价价电电子子3d64s23s23p5 基基态态原子核外原子核外电电子在原子子在原子轨轨道上的排布道上的排布顺顺序是什么？序是什么？有什么有什么规规律律吗吗？提示提示基基态态原子核外原子核外电电子排布的子排布的顺顺序是：序是：1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p 5s 4d 5p 6s 4f 5d 6p 7s 5f 6d 7p。有。有规规律：各能律：各能级级的的能量高低能量高低顺顺序列公式得出序列公式得出ns(n2)f(n1)dnp。【慎思慎思1】为为什么原子最外什么原子最外层层不超不超过过8电电子、次外子、次外层层不超不超过过18电电子、倒数第三子、倒数第三层层最多容最多容纳纳32个个电电子？子？提示提示依据依据电电子排布子排布顺顺序，序，电电子排子排满满np能能级级后接着后接着进进入的入的是是(n1)s能能级级而不是而不是nd能能级级。即：。即：最外最外层层由由ns、np组组成，成，电电子数不大于子数不大于268。次外次外层层由由(n1)s(n1)p(n1)d组组成，所容成，所容纳纳的的电电子数子数不大于不大于261018。倒数第三倒数第三层层由由(n2)s(n2)p(n2)d(n2)f组组成，成，电电子子数不大于数不大于26101432。【慎思慎思2】基基态态原子的原子的电电子排布原子排布原则则(1)能量最低原能量最低原则则：这这个原个原则则是比是比较较抽象的，如果我抽象的，如果我们们打打这样这样个比方就可以理个比方就可以理解了，也易于解了，也易于记忆记忆了。把地球比作原子核，把能力高的大了。把地球比作原子核，把能力高的大雁、老雁、老鹰鹰等等鸟鸟比作能量高的比作能量高的电电子，把能力低的麻雀、小燕子，把能力低的麻雀、小燕子等子等鸟鸟比作能量低的比作能量低的电电子、能力高的子、能力高的鸟鸟常在离地面常在离地面较较高的高的天空天空飞飞翔，能力低的翔，能力低的鸟鸟常在离地面很低的地方活常在离地面很低的地方活动动。原子的原子的电电子排布遵循构造原理能使整个原子的能量子排布遵循构造原理能使整个原子的能量处处于最于最要点一要点一 基态原子的电子排布原则基态原子的电子排布原则1低状低状态态，简简称能量最低原理，称能量最低原理，处处于最低能量的原子叫做基于最低能量的原子叫做基态态原子；当基原子；当基态态原子的原子的电电子吸收能量后，子吸收能量后，电电子会子会跃跃迁到迁到较较高能高能级级，变变成激成激发态发态原子；原子；电电子从子从较较高能量的激高能量的激发态跃发态跃迁迁到到较较低能量的激低能量的激发态发态乃至基乃至基态时态时，将，将释释放能量。放能量。(2)泡利不相容原理泡利不相容原理在同一个原子在同一个原子轨轨道里的道里的电电子的自旋方向是不同的，子的自旋方向是不同的，电电子自子自旋可以比旋可以比喻喻成地球的自成地球的自转转，自旋只有两种方向；，自旋只有两种方向；顺时针顺时针方方向和逆向和逆时针时针方向。方向。在一个原子中没有两个在一个原子中没有两个电电子具有完全相同的四个量子数，子具有完全相同的四个量子数，因此一个因此一个s轨轨道最多只能有道最多只能有2个个电电子，子，p轨轨道最多可以容道最多可以容纳纳6个个电电子。按照子。按照这这个原理，可得出第个原理，可得出第n电电子子层层能容能容纳纳的的电电子子总总数数为为2n2个。个。(3)洪特洪特规则规则对对于基于基态态原子，原子，电电子在能量相同的子在能量相同的轨轨道上排布道上排布时时，应应尽可尽可能分占不同的能分占不同的轨轨道并且自旋方向相同道并且自旋方向相同(即自旋方向平行即自旋方向平行)，这这就是核外就是核外电电子在原子子在原子轨轨道上排布所遵循的第三个原道上排布所遵循的第三个原则则，即洪特即洪特规则规则。基基态态原子核外原子核外电电子排布的表示方法子排布的表示方法结结构示意构示意图图：能直：能直观观地反映核内的地反映核内的质质子数和核外的子数和核外的电电子子层层数及各能数及各能层层上的上的电电子数。子数。电电子排布式：能直子排布式：能直观观地反映核外地反映核外电电子的能子的能层层、能、能级级和各能和各能级级上的上的电电子数。子数。2轨轨道表示式：能反映各道表示式：能反映各轨轨道的能量的高低及各道的能量的高低及各轨轨道上的道上的电电子分布情况，自旋方向。子分布情况，自旋方向。当基当基态态原子的原子的电电子吸收能量后，子吸收能量后，电电子会子会跃跃迁到迁到较较高能高能级时级时，就，就变变成了激成了激发态发态原子。原子。在下列各在下列各组电组电子构型中，子构型中，_属于基属于基态态原子，原子，_属于激属于激发态发态原子，原子，_是是错误错误的排布。的排布。A1s22s2B1s22s23s2C1s22s22p63s23px13py13pz14s1D1s22s22p63s23p54s1E1s22s22p63s23px13py23pz1F1s22s22p62d53s2【例例1】解析解析基基态态原子是指原子是指电电子填充子填充顺顺序符合能量最低原理，各序符合能量最低原理，各轨轨道道电电子排布不子排布不违违背泡利不相容原理和洪特背泡利不相容原理和洪特规则规则的原子；的原子；激激发态发态原子是指原子是指电电子未按子未按轨轨道能量道能量顺顺序填充，但各序填充，但各轨轨道道电电子排布不子排布不违违背泡利不相容原理和洪特背泡利不相容原理和洪特规则规则的原子。的原子。A项项表表示示铍铍原子的基原子的基态态；E项项表示硫原子的基表示硫原子的基态态(还还可以写作可以写作3px23py13px1或或3px13py13pz2)；C项项相当于相当于1个个3p电电子激子激发发到到4s轨轨道上，属于激道上，属于激发态发态原子；同理，原子；同理，D项项中中1个个3p电电子激子激发发到了到了4s能能级级上，属于激上，属于激发态发态原子；原子；B项项不符合能量最低原不符合能量最低原理，也不可能是理，也不可能是1s22s22p2中中2p电电子子跃跃迁的迁的结结果，是果，是错误错误的；的；F项项中的中的2d能能级级是不存在的，也是是不存在的，也是错误错误的。的。答案答案A、EC、DB、F遵循遵循电电子排布三个原理的子排布三个原理的电电子排布式就是基子排布式就是基态态原子原子的的电电子排布，部分价子排布，部分价电电子子跃跃迁到能量更高的能迁到能量更高的能级级上上的的电电子排布就是激子排布就是激发态发态原子的原子的电电子排布。子排布。电电子排布子排布的能量最低原理、泡利不相容原理和洪特的能量最低原理、泡利不相容原理和洪特规则规则是是书书写和判断写和判断电电子排布式的依据。子排布式的依据。下列下列轨轨道表示式能表示最低能量状道表示式能表示最低能量状态态的氮原子的是的氮原子的是 ()。解析解析书书写三原理，才是基写三原理，才是基态态原子。原子。答案答案B【体验体验1】下列下列轨轨道表示式能表示最低能量状道表示式能表示最低能量状态态的氮原子的是的氮原子的是 ()。根据构造原理，核外根据构造原理，核外电电子排布的能子排布的能级顺级顺序序为为：1s2s2p3s3p4s3d4p5s4d5p6s4f5d6p7s只要我只要我们们知道原子序数，就可以写出几乎所有元素原子的知道原子序数，就可以写出几乎所有元素原子的电电子排布。子排布。如：元素原子的如：元素原子的电电子排布：子排布：(119号号)氢氢H 1s1钠钠 Na 1s22s22p63s1钾钾 K 1s22s22p63s23p64s1要点二要点二|1936号元素的基态原子的核外电子排布号元素的基态原子的核外电子排布1第四周期第四周期1936号元素原子的基号元素原子的基态电态电子排布式子排布式钾钾K：1s22s22p63s23p64s1；钙钙Ca：1s22s22p63s23p64s2；铬铬Cr：1s22s22p63s23p63d54s1；铁铁Fe：1s22s22p63s23p63d64s2；钴钴Co：1s22s22p63s23p63d74s2；铜铜Cu：1s22s22p63s23p63d104s1；锌锌Zn：1s22s22p63s23p63d104s2；溴溴Br：1s22s22p63s23p63d104s24p5；氪氪Kr：1s22s22p63s23p63d104s24p6。2注意注意：大多数元素的原子核外：大多数元素的原子核外电电子排布符合构造原理，有子排布符合构造原理，有少数元素的基少数元素的基态态原子的原子的电电子排布子排布对对于构造原理有一个于构造原理有一个电电子子的偏差，如：的偏差，如：K原子的可能原子的可能电电子排布式与原子子排布式与原子结结构示意构示意图图，按能按能层层能能级顺级顺序，序，应为应为1s22s22p63s23p63d1；素；素 ，但按初中已有知但按初中已有知识识，应为应为1s22s22p63s23p64s1；事事实实上，在多上，在多电电子原子中，原子的核外子原子中，原子的核外电电子并不完全按能子并不完全按能层层次序排布。再如：次序排布。再如：24号号铬铬Cr：1s22s22p63s23p63d54s1；29号号铜铜Cu：1s22s22p63s23p63d104s1；这这是因是因为为能量相同的原子能量相同的原子轨轨道在全充道在全充满满(如如p6和和d10)、半充、半充满满(如如p3和和d5)和全空和全空(如如p0和和d0)状状态时态时，体系的能量，体系的能量较较低，低，原子原子较稳较稳定。定。有有A、B、C、D四种元素且原子序数四种元素且原子序数(均不超均不超过过36)依依次次递递增，它增，它们们原子核外的原子核外的电电子子层层数各不相同。数各不相同。A元素原子元素原子核外是核外是仅仅有一种原子有一种原子轨轨道的元素；道的元素；B元素原子核外的元素原子核外的p电电子子数与数与s电电子数相等；子数相等；C元素原子的价元素原子的价电电子排布式子排布式为为3s23p5；D元素原子最外元素原子最外层层只有只有1个个电电子，次外子，次外层层有有13个个电电子。子。(1)写出四种元素的元素符号：写出四种元素的元素符号：A_，B_，C_，D_。(2)写出写出C、D两种元素基两种元素基态态原子核外原子核外电电子子轨轨道表示式。道表示式。C_，【例例2】D_。(3)写出写出B、A两种元素两种元素单质单质在一定条件下反在一定条件下反应应的化学方程的化学方程式式_。(4)写出写出B元素元素单质单质和和氢氢化物的化物的电电子式：子式：单质单质_，氢氢化物化物_。解析解析A可能是可能是H或或He，但由，但由问题问题(3)说说明明A只能是只能是H元素；元素；B是是O或或Mg，但，但C是是Cl，因它，因它们们原子核外原子核外电电子子层层数均不相数均不相同，所以同，所以B是是O元素；元素；D的次外的次外层层有有13个个电电子，最外子，最外层层有有1个个电电子且原子序数不超子且原子序数不超过过36，说说明明D为为Cr。答案答案(1)HOClCr(2)ClNe CrAr(3)O22H2=2H2O 点燃点燃 24Cr原子原子处处于基于基态时态时，价，价电电子排布可用子排布可用电电子排布式子排布式表示成表示成3d54s1，而不是，而不是3d44s2。下列。下列说说法中，正确的是法中，正确的是 ()。A这这两种排布方式都符合能量最低原两种排布方式都符合能量最低原则则B这这两种排布方式都符合泡利不相容原理两种排布方式都符合泡利不相容原理C这这两种排布方式都符合洪特两种排布方式都符合洪特规则规则D这这个个实实例例说说明洪特明洪特规则规则有有时时候和能量最低原候和能量最低原则则是矛盾是矛盾 的的【体验体验2】解析解析洪特洪特规则实际规则实际上是能量最低原上是能量最低原则则的一个特例。的一个特例。电电子子排布排布满满足洪特足洪特规则规则是是为为了更好的遵守能量最低原了更好的遵守能量最低原则则。通。通过过分析光分析光谱实验谱实验的的结结果，洪特指出数量相同的原子果，洪特指出数量相同的原子轨轨道在全道在全满满(p6和和d10)、半、半满满(p3和和d5)和全空和全空(p0和和d0)状状态时态时，体系能，体系能量最低，原子最量最低，原子最稳稳定。定。答案答案B 【案例案例】12345678910 11 12 13 14 1516每一周期只能有每一周期只能有(2n1)个元素，最后一种元素的序数个元素，最后一种元素的序数为为n2，满满壳壳层层者者为为惰性元素，即惰性元素，即1、4、9、16号元素。号元素。答案答案1、4、9、16同学们来学校和回家的路上要注意安全同学们来学校和回家的路上要注意安全