原子结构课件.ppt

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1、,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,黑龙江省庆安一中 孙秀民,（化学奥赛辅导版）,Company Logo,宇宙大爆炸,Company Logo,问题：宇宙大爆炸是怎么回事？物质是由原子构成的，那么原子是怎样诞生的呢？,Company Logo,宇宙中最丰富的元素是那一种？宇宙年龄有多大？地球年龄有多大？,氢元素是宇宙中最丰富的元素，占88.6%（氦约为氢的18），另外还有90多种元素，它们的原子总数加起来不足1%。宇宙年龄距近约140亿年，地球年龄已有46亿年。地球上的元素绝大多数是金属，非金属仅22种。,阅读课本P4,一、开天辟地原子的诞生,Company L

2、ogo,人类认识原子的过程,人类在认识自然的过程中，经历了无数的艰辛，正是因为有了无数的探索者，才使人类对事物的认识一步步地走向深入，也越来越接近事物的本质。随着现代科学技术的发展，我们现在所学习的科学理论，还会随着人类对客观事物的认识而不断地深入和发展。,Company Logo,近代原子论,发现电子,带核原子结构模型,轨道原子结构模型,电子云模型,Company Logo,近代科学原子论（1803年）,一切物质都是由最小的不能再分的粒子原子构成。原子模型：原子是坚实的、不可再分的实心球。,英国化学家道尔顿（J.Dalton , 17661844),道尔顿原子模型,Company Logo,

3、原子并不是构成物质的最小微粒 汤姆生发现了电子(1897年),电子是种带负电、有一定质量的微粒，普遍存在于各种原子之中。汤姆生原子模型：原子是一个平均分布着正电荷的粒子，其中镶嵌着许多电子，中和了电荷，从而形成了中性原子。原子是一个球体，正电荷均匀分布在整个球体内，电子像面包里的葡萄干镶嵌其中。,英国物理学家汤姆生（J.J.Thomson ,18561940）,汤姆生原子模型,Company Logo,汤姆生原子模型,汤姆生,Company Logo,粒子散射实验（1909年）原子有核,卢瑟福和他的助手做了著名粒子散射实验。根据实验，卢瑟福在1911年提出原子有核模型。卢瑟福原子模型（又称行星

4、原子模型）：原子是由居于原子中心的带正电的原子核和核外带负电的电子构成。原子核的质量几乎等于原子的全部质量，电子在原子核外空间绕核做高速运动。,英国科学家卢瑟福（E.Rutherford,18711937),卢瑟福原子模型,Company Logo,粒子散射实验,Au,Company Logo,卢瑟福原子模型,Company Logo,玻尔原子模型（1913年）,玻尔借助诞生不久的量子理论改进了卢瑟福的模型。玻尔原子模型（又称分层模型）：当原子只有一个电子时，电子沿特定球形轨道运转；当原子有多个电子时，它们将分布在多个球壳中绕核运动。不同的电子运转轨道是具有一定级差的稳定轨道。,丹麦物理学家玻

5、尔（N.Bohr,18851962),玻尔原子模型,Company Logo,玻尔原子模型（1913年）,Company Logo,电子云模型,电子云模型（1935年）,Company Logo,现代物质结构学说,氢原子电子云图,Company Logo,二、能层与能级,（1）能层,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，可以将核外电子分成不同的能层。,Company Logo,依据核外电子的能量不同：离核远近：近 远 能量高低：低 高,核外电子分层排布,Company Logo,Company Logo,（2）能级,表示方法及各能级所容纳的最多电子数：,在多电子原子中，同一能

6、层的电子，能量可以不同，还可以把它们分成能级。,Company Logo,Company Logo,【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？,能层最多可容纳的电子数为2n2个。,【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？,第一能层只有1个能级(1s)，第二能层有2个能级(2s和2p)，第3能层有3个能级(3s、3p和3d)，依次类推。以s、p、d、f排序的各能级可容纳的最多电子数依次为1、3、5、7的二倍!,Company Logo,【学与问】3.英文字母相同的不同能级中所容纳的最多电子数是否相同？,不同能级中

7、的s级，所容纳的电子数是相同的，但是能量是不同的。,Company Logo,能层的能级数等于该能层序数。任一能层的能级总是从s能级开始。在每一能层中，能级符号与能量大小的顺序是：nsnpndnf,总结：,Company Logo,A前者大于后者B后者大于前者C前者等于后者D无法确定,B,练习：在同一个原子中，M能层上的电子与Q能层上的电子的能量( ),Company Logo,问题探究,根据已有知识，试写出K原子的可能电子排布式与原子结构示意图？,猜想一：,1s22s22p63s23p63d1,猜想二：,1s22s22p63s23p64s1,Company Logo,能级交错,Company

8、 Logo,三、构造原理与电子排布式,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。,Company Logo,核外电子填充顺序图,构造原理： 1s；2s 2p；3s 3p；4s 3d 4p； 5s 4d 5p; 6s 4f 5d 6p；7s 5f 6d,Company Logo,问题解释：,猜想一：,1s22s22p63s23p63d1,猜想二：,1s22s22p63s23p64s1,Company Logo,Company Logo,构造原理中排布顺序的实质,(1)相同能层的不同能级的能量高低顺序 ： nsnpndnf(2)英文字

9、母相同的不同能级的能量高低顺序： 1s2s3s4s；2p3p4p; 3d4d(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),-各能级的能量高低顺序,Company Logo,2、根据2n2的规律推算第一到第四电子层最多可以容纳的电子数目为 。,1、按能量由低到高的顺序排列，正确的一组是：( )A1s、2p、3d、4s B1s、2s、3s、2pC2s、2p、3s、3p D4p、3d、4s、3p,2、8、18、32,C,练习：,Company Logo,钙Ca 1s22s22p63s23p64s2,钙Ca,Company Logo,4、电子排布式

10、：,氢 H钠 Na 铝 Al,1s22s22p63s1,1s22s22p63s23p1,1s1,用数字在能级符号右上角表明该能级上的排布的电子数。,Company Logo,原子结构示意图,电子排布式,Li: 1s22s1,请写出410号元素原子的电子排布式。,Company Logo,4 铍Be 5 硼B 6 碳C7 氮N 8 氧O 9 氟F 10 氖Ne,1s2 2s21s2 2s22p11s2 2s22p21s2 2s22p31s2 2s22p41s2 2s22p51s2 2s22p6,Company Logo,【练习】试书写N、Cl、K、26Fe原子的核外电子排布式。,问题：为什么Fe

11、的化合价有+2价和+3价？,Cl: K: 26Fe:,1s2 2s22p6 3s23p5,1s2 2s22p6 3s23p6 4s1,1s2 2s22p6 3s23p63d6 4s2,Company Logo,鲍林（Pauling），卓越的美国化学家。主要研究结构化学，曾获1954年诺贝尔化学奖和1963年诺贝尔和平奖。,Company Logo,练习：请根据构造原理，写出下列元素基态原子的电子排布式：（1）Ne 。（2）S 。（3）29Cu 。（4）32Ge 。,1s22s22p6,1s22s22p63s23p4,1s22s22p63s23p63d104s1,1s22s22p63s23p63

12、d104s24p2,Company Logo,练习：请写出第四周期2136号元素原子的基态电子排布式。,钪Sc： ；钛Ti： ；钒V： ；铬Cr： ；锰Mn： ；铁Fe： ；钴Co： ；镍Ni： ；,1s22s22p63s23p63d14s2,1s22s22p63s23p63d24s2,1s22s22p63s23p63d34s2,1s22s22p63s23p63d54s1,1s22s22p63s23p63d54s2,1s22s22p63s23p63d64s2,1s22s22p63s23p63d74s2,1s22s22p63s23p63d84s2,Company Logo,练习：请写出第四周期2

13、136号元素原子的基态电子排布式。,铜Cu： ；锌Zn： ；镓Ga： ； 锗Ge： ；砷As： ； 硒Se： ；溴Br： ； 氪Kr： ；,1s22s22p63s23p63d104s1,1s22s22p63s23p63d104s2,1s22s22p63s23p63d104s24p1,1s22s22p63s23p63d104s24p2,1s22s22p63s23p63d104s24p3,1s22s22p63s23p63d104s24p4,1s22s22p63s23p63d104s24p5,1s22s22p63s23p63d104s24p6,Company Logo,1s22s22p63s23p6

14、3d54s1,1s22s22p63s23p63d104s1,练习：136号元素中是否都遵循构造原理？举出能否具体的例子？,Company Logo,注 意,Company Logo,原子的简化电子排布：原子实,Ne3s1,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？,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,Na的简化电子排布：,He2s22p4,Ne3s23p2,Ar3d64s2,Company Logo,下列各原子或离子的电子排布式错误的是（ ）,A. Ca2+ 1s22s22p63s23p6,B. O2- 1s22s23p4,C.

15、 Cl- 1s22s22p63s23p5,D. Ar 1s22s22p63s23p6,BC,练习 1：,Company Logo,练习2：(1)电子排布式为1s22s22p63s23p6 某原子， 则该元素的核电荷数是_,(2)某元素原子的价电子构型为3s23p4, 则此元素在周期表的位置是_,18,第3周期，第VIA族,Company Logo,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 ( )AE(3s)E(2s)E(1s) BE(3s)E(3p)E(3d) CE(4f)E(4s)E(3d) DE(5s)E(4s)E(4f)

16、,3一个电子排布为1s22s22p63s23p1的元素最可能的价态是( )A +1 B +2 C +3 D -1,C,A,Company Logo,5.下列各原子或离子的电子排布式错误的是( )A.Al 1s22s22p63s23p1 B. O2- 1s22s22p6C.Na+ 1s22s22p6 D. Si 1s22s22p24.下列表达方式错误的是( )A.甲烷的电子式 B.氟化钠的电子式 C.硫离子的核外电子排布式 1s22s22p63s23p4 D.碳12原子符号 126C,D,C,Company Logo,小 结,Company Logo,思考题：原子核外电子在排布时，最外层为什么不

17、超过8个电子？,Company Logo,四.能量最低原理、基态与激发态、光谱,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。,基态原子: 处于最低能量的原子 (稳定),电子放出能量,电子吸收能量,Company Logo,基态与激发态的关系,基态原子,激发态原子,吸收能量,释放能量,发射光谱,吸收光谱,能量较高,能量最低,Company Logo,基态与激发态相互转化的应用,焰色 反应,Company Logo,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10s）便

18、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。,焰火呈现五颜六色的原因,Company Logo,_ ,简称能量最低原理。_叫做基态原子。,当基态原子的电子吸收能量后，电子会_，变成激发态原子。电子从较高能量的激发态跃迁到较低能量的激发态乃至基态时，将_能量。光（辐射）是电子_能量的重要形式之一。,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,处于最低能量的原子,跃迁到较高能级,释放,释放,Company Log

19、o,1.当镁原子由1s22s22p63s2 1s22s22p63p2时，以下说法正确的是（ ） A镁原子由基态转化成激发态，这一过程中吸收能量 B镁原子由激发态转化成基态，这一过程中释放能量 C镁原子由基态转化成激发态，这一过程中释放能量 D镁原子由激发态转化成基态，这一过程中吸收能量,A,课堂练习,Company Logo,2.判断下列表达是正确还是错误？(1) 1s22s2 2p63s2 3p63d54s2 属于激发态(2) 1s22s2 2p63d1 属于激发态,构造原理： 1s；2s 2p；3s 3p；4s 3d 4p； 5s 4d 5p; 6s 4f 5d 6p；7s 5f 6d,C

20、ompany Logo,光谱：,按一定次序排列的彩色光带,Company Logo,用光谱仪测定氢气放电管发射的氢的发射光谱,Company Logo,锂、氦、汞的发射光谱,锂、氦、汞的吸收光谱,特征:暗背景, 亮线, 线状不连续,特征:亮背景, 暗线, 线状不连续,Company Logo,原子光谱,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。,Company Logo,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。,Company Logo,化学研究中利用光谱分析检测一些物质的存在与含量等。

21、,光谱分析的应用,通过原子光谱发现许多元素。,如：铯（1860年）和铷（1861年），其光谱中有特征的篮光和红光。又如：1868年科学家们通过太阳光谱的分析发现了稀有气体氦。,Company Logo,下图是锂、氦、汞的吸收光谱和发射光谱。其中图_是原子由基态转化为激发态时的吸收光谱，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。,Company Logo,课堂练习,2.关于光谱分析，下列说法错误的（ ）A、光谱分析的依据是每种元素都有其独特的 特征谱线 B、光谱分析不能用连续光谱 C、光谱分析既可以用发射谱也

22、可以用吸收光谱 D、分析月亮的光谱可得知月球的化学组成,D,Company Logo,3.在太阳的光谱中有许多暗线，这表明（ ） A、太阳内部含有这些暗线所对应的元素 B、太阳大气层中缺少这些暗线所对应的元素 C、太阳大气层中含有这些暗线所对应的元素 D、地球的大气层中含有这些暗线所对应的元素,课堂练习,C,Company Logo,4.下列有几元素的核外电荷数，其中最外层电子数目最多的是（ ）A. 8 B. 14 C. 18 D. 205.由下列原子的最外层电子排布，能确定形成该原子的元素在周期表中的位置的是（ ） A1s2 B3s23p1 C2s22p6 Dns2np3,C,BC,Comp

23、any Logo,6.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_光谱或_光谱，总称_光谱。许多元素是通过原子光谱发现的。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 。,吸收,发射,原子,光谱分析,Company Logo,思考：,宏观物体的运动特征：,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,Company Logo, 核外电子质量小(只有9.1110-31 kg)，运动空间小（相对于宏观物体而言），运动速率大(近光速)。,核外电子运动的特征,无确定的轨道，无法描述其运动轨迹。,无法

24、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),Company Logo,电子云:电子在原子核外出现的概率分布图。,1s电子在原子核外出现的概率分布图,核外电子运动状态的描述,Company Logo,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。,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。,Company Logo,Company Logo,电子轮廓图的制作,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。,Company Logo

25、,Company Logo,电子云轮廓图原子轨道,S能级的原子轨道是球形对称的.,Company Logo,2. 原子轨道：即电子云轮廓图,电子云形状s电子云呈球形，在半径相同的球面上，电子出现的机会相同；p电子云呈哑铃形 (或纺锤形)；d电子云是花瓣形；f电子云更为复杂。,Company Logo,4下列有关说法正确的是 （ ）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,C,课堂练习,Company Logo,原子轨道图,Company Logo,S能级的原子轨道图,

26、* 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,Company Logo,P能级的原子轨道图,* P能级的原子轨道是哑铃形的,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。,Company Logo,S能级的原子轨道图,Company Logo,P能级的原子轨道图,Company Logo,d能级的原子轨道图,Company Logo,原子结构示意图,电子排布式,Li: 1s22s1,Company Logo,观察下图，这些图称为原子的电子排布图。,1.每个原子轨道最多只能容纳几个电子？,2.当电子排在同一个能级内时，有什么规律？,科学探究,1个原

27、子轨道里最多只能容纳2个电子，且自旋方向相反(顺时针、逆时针)。,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，而且自旋方向相同。,Company Logo,Company Logo,泡利(Pauli),奥地利科学家,对于量子力学的形成以及原子结构理论的发展有重大的贡献，获得1945年诺贝尔物理奖。他对科学理论有着很深刻的洞察力，语锋犀利，被称为“理论物理学的心脏” 。,Company Logo,泡利原理,一个原子轨道中最多只能容纳两个电子，且这两个电子的自旋方向必须相反，此时体系最稳定，原子的总能量最低。,Company Logo,泡利不相容原理,电子排布式,1s 2s,电子排

28、布图,用一个表示一个原子轨道，在中用“”或“”表示该轨道上排入的电子。,Li: 1s22s1,Company Logo,?,C ：1s2 2s22p2,Company Logo,洪特规则,对于基态原子，电子在能量相同的轨道上排布时，将尽可能分占不同的轨道并且自旋方向相同。,C ：1s2 2s22p2,Company Logo,洪特规则,对于基态原子，电子在能量相同的轨道上排布时，将尽可能分占不同的轨道并且自旋方向相同。,C ：1s2 2s22p2,Company Logo,1.每个原子轨道上最多能容纳_个电子，且自旋方向_,科学研究,2.当电子排在同一能级时有什么规律？,当电子排布在同一能级的

29、不同轨道时，总是_，而且自旋方向_,洪特规则,2,不同,泡利原理,首先单独占一个轨道,相同,N,O,C,Company Logo,泡利原理：洪特规则：,当电子排布在同一能级的不同轨道时，总是优先单独占一个轨道（即分占不同的轨道），而且自旋状态相同。,一个原子轨道最多容纳2个电子，而且自旋方向相反。,洪特规则特例：全空、半充满、全充满时相对稳定,Company Logo,洪特规则特例：,相对稳定的状态,全充满（p6，d10，f14）,全空时（p0，d0，f0）,半充满（p3，d5，f7）,Company Logo,铁原子的电子排布图,洪特规则,泡利原理,能量最低原理,1s,2s,2p,3p,3d

30、,3s,4s,Company Logo,能量最低原理表述的是“整个原子处于能量最低状态”，而不是说电子填充到能量最低的轨道中去，泡利原理和洪特规则都使“整个原子处于能量最低状态”。,注意：,Company Logo,小结：核外电子排布规则,1.能量最低原理,2.泡利不相容原理,3.洪特规则,Company Logo,其中最能准确表示基态锰原子核外电子运动状态的是（ ）,A,B,C,D,C,想一想,Company Logo,当碳原子的核外电子排布由,转变为,时，下列说法正确的是 （ ）,A.碳原子由基态变为激发态 B.碳原子由激发态变为基态C.碳原子要从外界环境中吸收能量D.碳原子要向外界环境释

31、放能量,A C,巩固,1s,2s,2p,3s,3p,3d,Company Logo,5下列有关原子轨道的叙述中不正确的（ ） A.氢原子的3s轨道能量较3p能级低 B.锂原子的2s与5s 轨道皆为球形分布 C.p能级的原子轨道呈纺锤形，随着能层序数的增加，p能级原子轨道也在增多 D.能层n4的原子轨道最多可容纳16个电子,课堂练习,CD,Company Logo,6基态碳原子的最外能层的各能级中，电子排布的方式正确的是（ ） A B C D,C,课堂练习,Company Logo,7、以下是表示铁原子的3种不同化学用语。,请你通过比较、归纳，分别说出3种不同化学用语所能反映的粒子结构信息。,结

32、构示意图：能直观地反映核内的质子数和核外的电子层数 及各能层上的电子数。电子排布式：能直观地反映核外电子的能层、能级和各能级 上的电子数。电子排布图：能反映各轨道的能量的高低及各轨道上的电子 分布情况，自旋方向。,Company Logo,小结：,一、原子核外电子排布遵循的原理和规则,二、原子核外电子排布的表示式,能量最低原则,泡利不相容原理,洪特规则,电子排布式,电子排布图,Company Logo,确定原子序数,解答基态原子电子排布问题的一般思路：,能级排布,电子排布,小结：,Company Logo,巩固练习,1、某元素原子序数为24，试问：,(1)该元素电子排布式：,1s2 2s22p6 3s23p63d5 4s1,(2)它有 个能层； 个能级；占有,个原子轨道。,(3)此元素有 个未成对电子；它的价电子数是 。,6,4,7,15,6,Company Logo,巩固练习,2、填表：,4,1s22s2,第2周期第A族,13,第3周期第A族,Al,22,1s22s22p63s23p63d24s2,Ti,Cu,第4周期第B族,1s22s22p63s23p63d104s1,第4周期第B族,32,1s22s22p63s23p63d104s24p2,第4周期第A族,再见,