原子结构和元素的性质.ppt

原子结构和元素的性质原子结构和元素的性质能层与能级能层与能级1.1.能层能层（1 1）定义：在多电子的原子核外电子的能）定义：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，可量是不同的，按电子的能量差异，可 以将核外电子分成不同的能层。以将核外电子分成不同的能层。（2 2）表示方法及各能层所容纳的最多电子数：）表示方法及各能层所容纳的最多电子数：每一个能层最多可容纳的电子数为每一个能层最多可容纳的电子数为2n2n2 2个。个。2 2.能级能级（1 1）定义：在多电子原子中，同一能层的电子，）定义：在多电子原子中，同一能层的电子，能量可以不同，还可以把它们分成能级。能量可以不同，还可以把它们分成能级。（2 2）表示方法及各能级所容纳的最多电子数：）表示方法及各能级所容纳的最多电子数：小结：小结：1.任一能层的能级数等于该能层的序数。任一能层的能级数等于该能层的序数。2.在同一能层中，原子的序号的顺序是在同一能层中，原子的序号的顺序是EnsEnpEndEnf。不同层。不同层 中，符号相同的能级中所容纳的最多电子数相同。以中，符号相同的能级中所容纳的最多电子数相同。以s、p、d、f排排 序的各能级可容纳的的最多电子数依次为序的各能级可容纳的的最多电子数依次为1、3、5、7的二倍，即的二倍，即 2、6、10、14。基态与激发态、光谱基态与激发态、光谱 1.1.基态原子与激发态原子基态原子与激发态原子（1 1）基态原子：处于最低能量）基态原子：处于最低能量 的原子叫基态原子。的原子叫基态原子。（2 2）激发态原子：）激发态原子：当基态原子的电子当基态原子的电子 吸收能量后，电子吸收能量后，电子 会跃迁到较高的能会跃迁到较高的能 级，变成激发态原级，变成激发态原 子。子。2.原子光谱原子光谱:不同元素的原子发生跃迁时会吸收或释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放不同的光，可以用光谱仪摄取各种 元素的电子的元素的电子的吸收光谱或发射光谱吸收光谱或发射光谱，总，总 称为原子光谱。称为原子光谱。3.原子光谱的应用：原子光谱的应用：在现代化学中，常利用原子光谱的特征在现代化学中，常利用原子光谱的特征 谱线谱线,通过光谱分析从而来鉴定元素。通过光谱分析从而来鉴定元素。锂、氦、汞的吸收光谱锂、氦、汞的吸收光谱图图1-2 1-2 构造原理构造原理 1.1.1.1.电子在原子核外空间一定范围内出现，可电子在原子核外空间一定范围内出现，可电子在原子核外空间一定范围内出现，可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，以想象为一团带负电的云雾笼罩在原子核周围，以想象为一团带负电的云雾笼罩在原子核周围，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所以，人们形象地把它叫做所以，人们形象地把它叫做所以，人们形象地把它叫做“电子云电子云电子云电子云”电子云与原子轨道电子云与原子轨道2.2.原子轨道：电子云轮廓图称为原子轨道原子轨道：电子云轮廓图称为原子轨道3.3.原子轨道的特点原子轨道的特点s能级的原子轨道图p能级的原子轨道图4.4.各能级包含的原子轨道数：各能级包含的原子轨道数：（1 1）nsns能级各有能级各有1 1个原子轨道；个原子轨道；（2 2）npnp能级各有能级各有3 3个原子轨道；个原子轨道；（3 3）ndnd能级各有能级各有5 5个原子轨道；个原子轨道；（4 4）nfnf能级各有能级各有7 7个原子轨道；个原子轨道；第二周期元素基态原子的电子排布如下图所示第二周期元素基态原子的电子排布如下图所示（在图中每个方框代表一个原子轨道（在图中每个方框代表一个原子轨道,每个箭头每个箭头代表一个电子）：代表一个电子）：由图总结：1.每个原子轨道里最多只能容纳几个电子？方向如何？2.当电子排布在同一能级时，又什么规律？第二周期元素基态原子的电子排布图1.1.每个原子轨道里最多只能容纳每个原子轨道里最多只能容纳2 2个电子，个电子，而且自旋方向相反（用而且自旋方向相反（用“”表示）表示）泡利原理泡利原理2.2.当电子排布在同一能级的不同轨道时，总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，而且自旋方向相是优先单独占据一个轨道，而且自旋方向相同。同。洪特规则洪特规则3.3.各电子层包含的原子轨道各电子层包含的原子轨道和可容纳的电子数目和可容纳的电子数目电子电子层层原子轨原子轨道类型道类型原子轨道原子轨道类型数目类型数目可容纳的可容纳的电子数目电子数目1 11s1s1 12 22 22s2s，2p2p4 48 83 33s3s，3p3p，3d3d9 918185 54s4s，4p4p，4d4d，4f4f16163232n nn n2 22n2n2 24.4.各原子轨道的能量高低：各原子轨道的能量高低：多电子原子中，电子填充电子轨道时，多电子原子中，电子填充电子轨道时，原子轨道能量的高低存在以下规律原子轨道能量的高低存在以下规律:(1).相同电子层上原子轨道能量的高低相同电子层上原子轨道能量的高低：nsnpndnf(2).形状相同的原子轨道能量的高低：形状相同的原子轨道能量的高低：1s2s3s4s(3).电子层和形状相同的原子轨道的能量相电子层和形状相同的原子轨道的能量相 等等，如2px、2py、2pz轨道的能量相等。小结电子在排布时必须遵循的规律电子在排布时必须遵循的规律(1).能量最低原理；能量最低原理；(2).泡利原理；泡利原理；(3).洪特规则。洪特规则。四、构造原理和能量最低原理四、构造原理和能量最低原理1.构造原理：随着原子核电荷数的递增，构造原理：随着原子核电荷数的递增，绝大多数元素的原子核外电子排布将遵绝大多数元素的原子核外电子排布将遵 循图循图1-2的排布顺序，其实质是各能级的的排布顺序，其实质是各能级的 能量高低顺序，可由下列公式得出能量高低顺序，可由下列公式得出 ns(n-2)f(n-1)d 问题问题3：将下列元素按第一电离能由大到小的顺序排列：将下列元素按第一电离能由大到小的顺序排列：（1）K Na Li;(2)B C Be N;(3)He Ne Ar；（；（4）Na Al S P答案答案（1）Li Na K；（2）N C Be B(3)He Ne Ar;(4)P S Al Na问题问题4：短周期元素：短周期元素A、B，A元素的最外层电子数等于最元素的最外层电子数等于最内层上的电子数；内层上的电子数；B元素最外层电子数是最内层上电子数元素最外层电子数是最内层上电子数的的3倍。试判断倍。试判断A、B可能有的元素并写出它们的原子电子可能有的元素并写出它们的原子电子排布式；比较当排布式；比较当A、B在同一周期时它们的第一电离能在同一周期时它们的第一电离能 数数值大小关系。值大小关系。提示提示:A元素有：元素有：Be：1S2 2S2或或 Mg:1S2 2S22P6 3S2 B元素有：元素有：O:1S2 2S22P4或或 S:1S2 2S22P6 3S23P4 第一电离能：第一电离能：Be O;Mg S。问题问题5：有短周期两种金属元素：有短周期两种金属元素A、B，已知已知MA:MB=9:8,分分别取别取A、B金属与盐酸反应，当放出等物质的量氢气金属与盐酸反应，当放出等物质的量氢气时，时，耗耗A、B的物质的量比时的物质的量比时nA：nB2:3。试推断试推断A、B元素的元素的名称，写出各原子核外电子的电子排布式和轨道表示式，名称，写出各原子核外电子的电子排布式和轨道表示式，并比较它们的第一电离能的大小。并比较它们的第一电离能的大小。提示：由题中条件可推出提示：由题中条件可推出A元素的化合价为元素的化合价为3价，价，B元元素的化合价为素的化合价为2价；再根据条件可算出价；再根据条件可算出A、B的摩尔质的摩尔质量分别为量分别为27g/mol、24g/mol，A为为Al元素，元素，B为为Mg元素。元素。拓展思考题拓展思考题：1.用表中提供的数据解释：为什么钠原子的最外层电子用表中提供的数据解释：为什么钠原子的最外层电子数是数是1而镁原子的最外层电子数为而镁原子的最外层电子数为2？参考答案：钠元素参考答案：钠元素I1远小于远小于I2、I3，说明钠原子核外有说明钠原子核外有一个电子离核远，受核的引力小，易失去；同时也说明一个电子离核远，受核的引力小，易失去；同时也说明I2、I3代表的电子与代表的电子与I1代表的电子不在同一电子层，所代表的电子不在同一电子层，所以钠原子的最外层电子数为以钠原子的最外层电子数为1。而镁元素的。而镁元素的I1和和I2相差不相差不大，说明它们代表的电子是在同一电子层，大，说明它们代表的电子是在同一电子层，I3远大于远大于I1、I2，说明说明I3代表的电子与代表的电子与I1、I2代表的电子不在同一电子代表的电子不在同一电子层，所以镁原子最外层的电子数为层，所以镁原子最外层的电子数为2。元素元素I1 KJ/molI2 KJ/molI3 KJ/molNa49645626912Mg738145177332.从下表的电离能数据中你能发现一些问题吗？如：电从下表的电离能数据中你能发现一些问题吗？如：电离能的数值大小与原子核外电子排布的关系、金属元离能的数值大小与原子核外电子排布的关系、金属元素与非金属元素的区别等。请提出并作适当的解释。素与非金属元素的区别等。请提出并作适当的解释。元元素素I1 KJ/molI2 KJ/molI3 KJ/molI4 KJ/molI5 KJ/molI6 KJ/molI7 KJ/molI8 KJ/molLi520729511815C10862351461962203781847216O131433875298746610986133207130784048（第三课时）电负性、对角线规则（第三课时）电负性、对角线规则 电负性是用来描述不同元素的原子对键合电负性是用来描述不同元素的原子对键合电子的电子的 吸引吸引 能力大小的一个量。能力大小的一个量。1、电负性的概念：、电负性的概念：三、电负性三、电负性 键合电子键合电子：原子通过化学键形成物质，我：原子通过化学键形成物质，我们把原子里用于形成化学键的电子称为键合电们把原子里用于形成化学键的电子称为键合电子子为了比较元素的原子吸引电子能为了比较元素的原子吸引电子能力的大小，美国化学家鲍林于力的大小，美国化学家鲍林于1932年首先提出了用电负性来衡年首先提出了用电负性来衡量元素在化合物中吸引电子的能量元素在化合物中吸引电子的能力。经计算确定氟的电负性为力。经计算确定氟的电负性为4.0，锂的为，锂的为1.0，并以此为标准确定，并以此为标准确定其它与元素的电负性。其它与元素的电负性。2.电负性的意义电负性的意义电负性数值的大小衡量元素在化合物里吸引电电负性数值的大小衡量元素在化合物里吸引电子的大小。元素的电负性越大，表示该原子对子的大小。元素的电负性越大，表示该原子对键合电子的吸引能力越大，生成阴离子的倾向键合电子的吸引能力越大，生成阴离子的倾向越大。反之，吸引能力越小，生成阳离子的倾越大。反之，吸引能力越小，生成阳离子的倾向越大。向越大。3.电负性大小的标准电负性大小的标准 分别以氟、锂的电负性为标准。分别以氟、锂的电负性为标准。F：4.0 Li：1.0 请同学们仔细阅读电负性数值的表格，并请同学们仔细阅读电负性数值的表格，并分析电负性的周期性递变。说出同周期、分析电负性的周期性递变。说出同周期、同主族元素电负性的递变规律。同主族元素电负性的递变规律。电负性逐渐电负性逐渐 。增增 大大电电负负性性有有 的的趋趋势势减减小小电负性最大电负性最大电负性最小电负性最小4 4、电负性的递变规律：、电负性的递变规律：原因？原因？原因解释1、同周期从左至右元素的电负性逐渐增大、同周期从左至右元素的电负性逐渐增大 原因：同周期从左至右，电子层数相同，原因：同周期从左至右，电子层数相同，核电核电荷数增大荷数增大，原子半径递减，有效核电荷递增，原子半径递减，有效核电荷递增，对外层电子的吸引能力逐渐增强，因而电负性对外层电子的吸引能力逐渐增强，因而电负性只增加只增加2、同一主族中，从上到下，元素的电负性逐、同一主族中，从上到下，元素的电负性逐渐减小渐减小 原因：同主族元素从上到下，虽然核电荷数也增原因：同主族元素从上到下，虽然核电荷数也增多，但多，但电子层数增多电子层数增多引起原子半径增大比较明引起原子半径增大比较明显，原子和对外层电子的吸引能力逐渐减弱，显，原子和对外层电子的吸引能力逐渐减弱，元素的电负性值递减元素的电负性值递减5、电负性的应用、电负性的应用 （1 1）判断元素金属性和非金属性的）判断元素金属性和非金属性的强弱。强弱。一般认为：一般认为：电负性电负性 1.81.8的元素为非金属元素，电负的元素为非金属元素，电负性数值越大，元素的非金属性越强。性数值越大，元素的非金属性越强。电负性电负性 1.81.8的元素为金属元素的元素为金属元素。电负性。电负性数值越小，元素的金属性越强。数值越小，元素的金属性越强。电负性等于电负性等于1.8的元素为的元素为半金属半金属或或准金属准金属元素元素大于大于小于小于一般认为：一般认为：如果两个成键元素间的电负性差值如果两个成键元素间的电负性差值大于大于1.71.7，他们之间通常形成，他们之间通常形成 键；键；如果两个成键元素间的电负性差值如果两个成键元素间的电负性差值小于小于1.71.7，他们之间通常形成，他们之间通常形成 键。键。离子离子共价共价（2）判断化合物的成键类型）判断化合物的成键类型并不是所有电负性差值大于并不是所有电负性差值大于1.7的都形成离子的都形成离子化合物。化合物。如如:HF H：2.1 F：4.0对角线规则：对角线规则：某些主族元素与其右下方的主族元素的有某些主族元素与其右下方的主族元素的有些性质是相似的。些性质是相似的。试从试从电负性电负性的角度分析对角线规则。的角度分析对角线规则。Li Be B CNa Mg Al Si1.锂和镁在空气里燃烧，不生成过氧化物，只锂和镁在空气里燃烧，不生成过氧化物，只生成正常的氧化物（白色，不易溶于水）。生成正常的氧化物（白色，不易溶于水）。2.铍和铝的氢氧化物都呈两性。铍和铝的氢氧化物都呈两性。3.硼和硅的含氧酸盐都能形成玻璃，且互溶。硼和硅的含氧酸盐都能形成玻璃，且互溶。硼酸和硅酸都难溶于水。硼酸和硅酸都难溶于水。（3）判断化合物中各元素化合价的正负判断化合物中各元素化合价的正负 电负性数值小的元素在化合物里吸引电子的能力弱，元电负性数值小的元素在化合物里吸引电子的能力弱，元素的化合价为正值；电负性数值大的元素在化合物里吸引素的化合价为正值；电负性数值大的元素在化合物里吸引电子的能力强，元素的化合价为负值；电子的能力强，元素的化合价为负值；NaH SO2 ICl 判断他们哪些是离子化合物，哪判断他们哪些是离子化合物，哪些是共价化合物些是共价化合物NaFNaF HClHCl NO NO MgOMgO KClKCl CH CH4 4离子化合物：离子化合物：。共价化合物：共价化合物：。NaFNaF、MgOMgO、KClKClHClHCl、NONO、CHCH4 4元素元素HCNOFNa Mg ClK电负性值电负性值2.1 2.5 3.0 3.5 4.0 0.9 1.2 3.0 0.8练习练习 请查阅下列化合物中元素的电负性请查阅下列化合物中元素的电负性值，指出化合物中化合价为正值的元素值，指出化合物中化合价为正值的元素 NaHNaH IClICl NF NF3 3 练习练习1 1、下列各组元素按电负性由大到小顺序排、下列各组元素按电负性由大到小顺序排列的是列的是()()A.F N O B.O A.F N O B.O ClCl F F C.As P H D.C.As P H D.ClCl S As S AsD2 2、下列哪个系列的排列顺序正好是电负性、下列哪个系列的排列顺序正好是电负性减小的顺序减小的顺序()()A.K Na Li B.O A.K Na Li B.O ClCl H H C.As P H D.C.As P H D.三者都是三者都是B巩固练习巩固练习4 4、下列不是元素电负性的应用的是、下列不是元素电负性的应用的是()()A.A.判断一种元素是金属还是非金属判断一种元素是金属还是非金属 B.B.判断化合物中元素化合价的正负判断化合物中元素化合价的正负 C.C.判断化学键的类型判断化学键的类型 D.D.判断化合物的溶解度判断化合物的溶解度D 3 3、电负性差值大的元素之间形成的化学键主要、电负性差值大的元素之间形成的化学键主要为为()()A.A.共价键共价键 B.B.离子键离子键B6 6、在下列空格中，填上适当的元素、在下列空格中，填上适当的元素符号符号。(1)(1)在第在第3 3周期中周期中,第一电离能最小的元素第一电离能最小的元素是是 ，第一电离能最大的元素是，第一电离能最大的元素是 ；电电负性最小的元素是负性最小的元素是 ，电负性最大的元，电负性最大的元素是素是 。(2)(2)在元素周期表中，第一电离能最小的元在元素周期表中，第一电离能最小的元素是素是 ，第一电离能最大的元素是，第一电离能最大的元素是 ；电负性最小的元素是电负性最小的元素是 ，电负性最大的元，电负性最大的元素是素是 。(不考虑放射形元素不考虑放射形元素!)!)NaArClNaCsHeCsF7 7、A A、B B、C C、D D四种元素，已知四种元素，已知A A元素是自然界元素是自然界中含量最多的元素中含量最多的元素；B B元素为金属元素，已知元素为金属元素，已知它的原子核外它的原子核外K K、L L层上电子数之和等于层上电子数之和等于M M、N N层层电子数之和电子数之和；C C元素是第元素是第3 3周期第一电离能最小周期第一电离能最小的元素，的元素，D D元素在第元素在第3 3周期中电负性最大。周期中电负性最大。(1)(1)试推断试推断A A、B B、C C、D D四种元素的名称和符号。四种元素的名称和符号。(2)(2)写出上述元素两两化合生成的离子化合物写出上述元素两两化合生成的离子化合物的的 化学式。化学式。O Ca Na ClCaO Na2O Na2O2 CaCl2 NaCl小结：元素电负性及其周期性变化小结：元素电负性及其周期性变化一般情况下，活泼非金属元素与活泼金属一般情况下，活泼非金属元素与活泼金属元素以离子键结合形成离子化合物，非金元素以离子键结合形成离子化合物，非金属元素之间以共价键结合形成共价化合物。属元素之间以共价键结合形成共价化合物。成键原子之间是形成离子键还是形成共价成键原子之间是形成离子键还是形成共价键，主要取决于键，主要取决于成键原子吸引电子能力成键原子吸引电子能力的的差异。差异。电负性递变规律电负性递变规律同一周期，主族元素的电负性从左到右逐渐增同一周期，主族元素的电负性从左到右逐渐增大，表明其吸电子的能力逐渐增强（非金属性，大，表明其吸电子的能力逐渐增强（非金属性，氧化性增强）。氧化性增强）。同一主族，元素的电负性从上到下呈现减小的同一主族，元素的电负性从上到下呈现减小的趋势，表明其吸引电子的能力逐渐减弱（金属性、趋势，表明其吸引电子的能力逐渐减弱（金属性、还原性增强）还原性增强）电负性的规律电负性的规律电负性的应用电负性的应用1判断元素的金属性和非金属性判断元素的金属性和非金属性 金属性元素的电负性一般在金属性元素的电负性一般在1.8以下，非金属性性元素一般在以下，非金属性性元素一般在1.8以上。电负性最大的元素是以上。电负性最大的元素是位于右上方的位于右上方的F，电负性最小的元素是位于左下方的，电负性最小的元素是位于左下方的Fr（Fr是放是放射性元素）射性元素）2估计化学键的类型估计化学键的类型 在化合物中，可以根据电负在化合物中，可以根据电负性的差值大小，估计化学键的类型。电负性差越大，性的差值大小，估计化学键的类型。电负性差越大，离子性越强，一般说来，离子性越强，一般说来，电负性差大于电负性差大于1.7时，可认时，可认为是离子键，小于为是离子键，小于1.7时为共价键。时为共价键。科学探究科学探究 如何利用电负性理论，结合我们所学的元素化合如何利用电负性理论，结合我们所学的元素化合物知识，理解这三对元素的物知识，理解这三对元素的”对角线对角线”规则？规则？查阅下列化合物中的元素的电负性数值的差值，判断它们哪些是离子化合物，哪些是共价化查阅下列化合物中的元素的电负性数值的差值，判断它们哪些是离子化合物，哪些是共价化合物？合物？NaF HCl NO MgO KCl CH4根据电负性知识，请指出下列化合物中化合价为正值的元素根据电负性知识，请指出下列化合物中化合价为正值的元素。CH4 NaH NF3 HClO ICl HBr练习练习5亲和能 详见课本参考书