第一章原子结构与性质解析.ppt

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1、化学化学选修选修3物质结构与性质物质结构与性质【思考并讨论思考并讨论】1.1.“物质的组成与结构物质的组成与结构”与与“物质的性质与变物质的性质与变化化”两方面是什么关系？两方面是什么关系？物质的组成与结构决定了物质的性质与变化。“四素说”：土、水、气、火“五行说”：金、木、水、火、土2.2.物质的组成与结构如何决定性质？分别举例物质的组成与结构如何决定性质？分别举例说明。说明。（1）物质的元素组成决定了性质：）物质的元素组成决定了性质：不同元素的原子结构不同，性质不同 不同元素的原子结构相似，性质相似（2）分子组成与分子结构决定了性质：）分子组成与分子结构决定了性质：例：A.氧气和臭氧、二氧

2、化碳和一氧化碳 B.同分异构体：乙醇和乙醚 C.分子组成不同但结构相似：对氨基苯磺酰胺和对氨基苯甲酸（3）晶体结构性质：）晶体结构性质：第一章第一章 原子结构与性质原子结构与性质原子概念和原子结构模型原子概念和原子结构模型演变简介演变简介1 1公元前公元前5 5世纪，希腊哲学家世纪，希腊哲学家德谟德谟克利特克利特等人认为：万物是由大量等人认为：万物是由大量的不可分割的微粒构成的，即原的不可分割的微粒构成的，即原子；原子的结合和分离是万物变子；原子的结合和分离是万物变化的根本。化的根本。2.192.19世纪初（世纪初（18081808年），英国科学家年），英国科学家道尔道尔顿顿提出提出近代原子说

3、近代原子说,认为物质由原子组成，认为物质由原子组成，且原子为实心球体，不能用物理方法分割；且原子为实心球体，不能用物理方法分割；同种分子的质量和性质相同。同种分子的质量和性质相同。18691869年，俄国科学家年，俄国科学家门捷列夫门捷列夫建立了根建立了根据原子量大小排列的据原子量大小排列的周期表周期表，揭示了原子，揭示了原子结构与元素性质有关系结构与元素性质有关系 3.18973.1897年，英国年，英国科学家科学家汤姆生汤姆生发发现了电子，提出现了电子，提出原子结构的原子结构的“葡葡萄干布丁萄干布丁”模型模型：原子是一个平均原子是一个平均分布着正电荷的分布着正电荷的粒子，电子镶嵌粒子，电子

4、镶嵌其中并中和正电其中并中和正电荷，使原子呈电荷，使原子呈电中性，原子是可中性，原子是可以再分的。以再分的。4.19114.1911年，英国物理学家年，英国物理学家卢瑟福卢瑟福电子绕核旋转电子绕核旋转的原子结构模型，卢瑟福原子模型：原子由原子的原子结构模型，卢瑟福原子模型：原子由原子核和核外电子组成。原子核带正电荷，位于原子核和核外电子组成。原子核带正电荷，位于原子的中心并几乎集中了原子的全部质量，电子带负的中心并几乎集中了原子的全部质量，电子带负电荷，在原子核周围空间作高速运动。电荷，在原子核周围空间作高速运动。5 519131913年，丹麦科学家玻尔提出年，丹麦科学家玻尔提出波尔原子波尔原

5、子模型：电子在原子核外一定轨道上绕核作模型：电子在原子核外一定轨道上绕核作高速运动高速运动6 62020世纪世纪2020年代中期，奥地利物理学家年代中期，奥地利物理学家薛薛定谔定谔等人以等人以量子力学量子力学为基础为基础电子云电子云模型模型宇宙大爆炸宇宙大爆炸宇宙大爆炸宇宙大爆炸原始原始原子原子2h2h后后诞生诞生大量的氢大量的氢大量的氦大量的氦极少量的锂极少量的锂原子核原子核熔合熔合反应反应其他元素其他元素一、原子的诞生一、原子的诞生1932年勒梅特首次提出了现代宇宙大爆炸理论年勒梅特首次提出了现代宇宙大爆炸理论 1.1.原子的诞生原子的诞生宇宙宇宙大爆炸大爆炸【思考与交流思考与交流】（1

6、1）宇宙中最丰富的元素是那一种？）宇宙中最丰富的元素是那一种？（2 2）宇宙年龄有多大？）宇宙年龄有多大？2.2.宇宙的组成与各元素的含量宇宙的组成与各元素的含量 H元素：约占原子总数的88.6%He元素：约占H原子的1/8 其他元素：加和不足1%3.3.元素的分类元素的分类 非金属元素：金属元素：22种（包括稀有气体元素）绝大多数（1 1）原子组成结构）原子组成结构原子原子原子核原子核核外电子核外电子 质子质子 中子中子核电荷数=核内质子数=核外电子数质量数=质子数+中子数【复习回顾复习回顾】（2）核外电子排布规律）核外电子排布规律 电子层由内到外，能量由低到高电子层由内到外，能量由低到高

7、最外层电子数最多不超过最外层电子数最多不超过8 8（K K层不超过层不超过8 8）次外层电子数最多不超过次外层电子数最多不超过1818 倒数第三层不超过倒数第三层不超过3232 每个电子层最多容纳电子不超过每个电子层最多容纳电子不超过2n2n2 2依据核外电子的能量不同：依据核外电子的能量不同：离核远近：离核远近：近近 远远 能量高低：能量高低：低低 高高核外电子分层排布核外电子分层排布1234567KLMNOPQ二、能层与能级二、能层与能级 1.1.能层（能层（n n）在多电子的原子核外电子的能量是不同的，按电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

8、层。子的能量差异，可以将核外电子分成不同的能层。【思考思考】原子核外电子的每一个能层最多可容纳的电子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（数与能层的序数（n n）间存在什么关系？间存在什么关系？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(l)(l)在多电子原子中，同一能层的电子，能量可在多电子原子中，同一能层的电子，能量可以不同，还可以把它们分成能级。以不同，还可以把它们分成能级。各能层各能层最多电子数最多电子数【思考思考】1.1.不同的能层分别有多少个能级，与能层的序数不同的能层分别有多少个能级，与能层的序数（n n）

9、间存在什么关系？间存在什么关系？2.2.不同能层中，符号相同的能级所容纳的最多电不同能层中，符号相同的能级所容纳的最多电子数是否相同？以子数是否相同？以s s、p p、d d、f f排序的各能排序的各能级可容纳的最多电子数是多少？级可容纳的最多电子数是多少？任一能层的能级个数等于该能层的序数。任一能层的能级个数等于该能层的序数。不同能层中，符号相同的能级中所容纳的最不同能层中，符号相同的能级中所容纳的最多电子数相同。以多电子数相同。以s s、p p、d d、f f排序的各能排序的各能级可容纳的最多电子数依次为级可容纳的最多电子数依次为1 1、3 3、5 5、7 7的二倍，即的二倍，即2 2、6

10、 6、1010、1414。3.3.规律规律1.每个能层每个能层(n)(n)中，能级符号的顺序是中，能级符号的顺序是_。2.2.任一能层中：能级个数任一能层中：能级个数=_数数3.s3.s、p p、d d、f f各能级可容纳的电子数各能级可容纳的电子数依次是依次是1,3,5,71,3,5,7的二倍。的二倍。（即（即2,6,10,142,6,10,14）nsns、npnp、ndnd、nfnf 能能层层序序【课堂达标测试课堂达标测试】1、以下能级符号正确的是、以下能级符号正确的是 （）A 6s B 2d C 3f D 7p2、下列各能层中不包含、下列各能层中不包含p能级的是能级的是 （）A.N B.

11、M C.L D.K3、原子核外、原子核外P能层和能层和p能级可容纳的最多电子数分能级可容纳的最多电子数分别为别为 （）A 32和和2 B 50和和6 C 72和和6 D 86和和10ADDC4.下列有关认识正确的是下列有关认识正确的是 （）A.各能级上最多的电子按各能级上最多的电子按s、p、d、f的顺的顺序分别为序分别为2、6、10、14 B.各能层的能级都是从各能层的能级都是从s能级开始至能级开始至f能级结能级结束束 C.各能层含有的能级数为各能层含有的能级数为n1 D.各能层含有的电子数为各能层含有的电子数为2n2A名称名称序数序数n符号符号能能 层层能能级级最多电最多电子数子数能层能层最

12、多最多可容纳电可容纳电子数子数一一二二三三四四五五 六六 七七12345 6 7KLMNO P Q1s2s2p 3s3p 3d 4s 4p 4d 4f2262610 26 10 14符号符号281832【练习练习】写出钾元素原子的核外电子层排布？写出钾元素原子的核外电子层排布？钾原子的核外电子排布为什么钾原子的核外电子排布为什么是是2 2、8 8、8 8、1 1而不是而不是2 2、8 8、9 9？原子核外电子排布遵循原子核外电子排布遵循构造原理构造原理三、构造原理三、构造原理 绝大多数绝大多数基态原子基态原子核外电核外电子排布的能级顺序都遵循下子排布的能级顺序都遵循下列顺序：列顺序：1.1.构

13、造原理：构造原理：1s 2s 2p 3s 3p 1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d4s 3d 4p4p 5s5s 4d 5p 6s 4d 5p 6s 4f4f （存在能级交错现象）（存在能级交错现象）2.2.构造原理排布顺序的实质构造原理排布顺序的实质 A.A.同一能层的不同能级的能量：同一能层的不同能级的能量：ns nsnpnp ndnd nfnf B.B.字母相同的不同能级的能量：字母相同的不同能级的能量：1s2s3s4s1s2s3s4s C.C.不同能层不同能级的能量存在能级交错不同能层不同能级的能量存在能级交错现象现象:ns(n-2)f(n-1)d ns(n-2)f(n-1)d

14、npnp(n(n为能层序数为能层序数)-各能级的能量高低顺序各能级的能量高低顺序（1 1）在各能级符号右上角表明该能级上排布）在各能级符号右上角表明该能级上排布的电子数。的电子数。（2 2）书写电子排布式时，将能层序数小的能）书写电子排布式时，将能层序数小的能级写在左边（级写在左边（不能按填充顺序写不能按填充顺序写）3.3.原子的电子排布式：原子的电子排布式：【练习练习】氢氢 H H氮氮 N N钪钪 ScSc1s1s2 22s2s2 22p2p3 31s1s2 22s2s2 22p2p6 63s3s2 23p3p6 63d3d1 14s4s2 21s1s1 1 写出溴和氪的电子排布式，它们的最

15、外写出溴和氪的电子排布式，它们的最外层有几个电子？层有几个电子？【例例】（3）原子的简化电子排布：）原子的简化电子排布：Ne3sNe3s1 1方括号里的符号含义方括号里的符号含义：该元素上一周期中惰性气体元素原子的核外电该元素上一周期中惰性气体元素原子的核外电子排布结构子排布结构钠钠 NaNa的的电电子排布可子排布可简简化化为为：仿照钠的简化电子排布式写出第仿照钠的简化电子排布式写出第8 8号元素氧、号元素氧、第第1414号元素硅和第号元素硅和第2626号元素铁的简化电子排布号元素铁的简化电子排布式吗？式吗？O O：He2sHe2s2 22p2p4 4 Si Si：Ne3sNe3s2 23p3

16、p2 2FeFe：Ar3dAr3d6 64s4s2 2【练习练习】写出写出NeNe和和NaNa的电子排布式的电子排布式1 1在同一个原子中，离核越近、在同一个原子中，离核越近、n n越小的越小的能层能量能层能量 。在同一能层中，各能级。在同一能层中，各能级的能量按的能量按s s、p p、d d、f f的次序的次序 。2 2理论研究证明，多电子原子中，同一理论研究证明，多电子原子中，同一能层的电子，能量也可能不同，还可以把能层的电子，能量也可能不同，还可以把它们分成能级，第三能层有它们分成能级，第三能层有3 3个能级分别个能级分别为为 。越低越低增大增大 3S 3P 3d【练习练习】3.3.写出

17、写出1313AlAl、2323V V、2727CoCo、3131GaGa的电子排布，的电子排布，并写出其简化核外电子排布式并写出其简化核外电子排布式4.4.下列符号代表一些能层或能级的能量，下列符号代表一些能层或能级的能量，请将它们按能量由低到高的顺序排列：请将它们按能量由低到高的顺序排列：（1 1）E EK K E EN N E EL L E EM M ，（2 2）E E3S3S E E2S2S E E4S4S E E1S 1S ，（3 3）E E3S3S E E3d3d E E2P2P E E4f4f 。5.5.一一个个电电子子排排布布为为1s1s2 22s2s2 22p2p6 63s3s

18、2 23p3p1 1的的元元素素最可能的价态是最可能的价态是()()A A+1 B+1 B+2 C+2 C+3 D+3 D -1-1 6.6.由由下下列列微微粒粒的的最最外外层层电电子子排排布布，能能确确定定形形成成该微粒的元素在周期表中的位置的是（该微粒的元素在周期表中的位置的是（）A A1s1s2 2 B B3s3s2 23p3p1 1 C C2s2s2 22p2p6 6 D Dnsns2 2npnp3 3 B7.7.下列各原子或离子的电子排布式错误的是下列各原子或离子的电子排布式错误的是 （）A.Al 1s A.Al 1s2 22s2s2 22p2p6 63s3s2 23p3p1 1 B

19、.O B.O2-2-1s 1s2 22s2s2 22p2p6 6 C.Na C.Na+1s 1s2 22s2s2 22p2p6 6 D.Si 1s D.Si 1s2 22s2s2 22p2p2 2D 基态原子的电子吸收能量后，基态原子的电子吸收能量后，电子会跃迁到较高的能级，变成激发态原子。电子会跃迁到较高的能级，变成激发态原子。4.4.能量最低原理能量最低原理 原子的电子排布遵循构造原理使原子的电子排布遵循构造原理使整个原子的整个原子的能量能量处于最低状态，简称能量最低原理处于最低状态，简称能量最低原理四、基态与激发态、光谱四、基态与激发态、光谱 1.1.基态与激发态基态与激发态（1 1）基

20、）基态原态原子：子：（2 2）激）激发态原发态原子：子：处于最低能量的原子。处于最低能量的原子。（3 3）基）基态与激发态的态与激发态的关系：关系：基态原子基态原子激发态原子激发态原子吸收能量吸收能量释放能量释放能量 生活中与电子跃迁有关的事物 焰色反应是某些金属原子的电子在焰色反应是某些金属原子的电子在高温高温火焰中，火焰中，吸收了能量吸收了能量，使原子外层的电子从，使原子外层的电子从基态激基态激跃迁到激发态跃迁到激发态；处于；处于激发态的电子激发态的电子是是十分十分不稳定不稳定的，在极短的时间内（约的，在极短的时间内（约1010s s）便跃迁到基态或较低的能级上，并在跃便跃迁到基态或较低的

21、能级上，并在跃迁过程中将迁过程中将能量以一定波长（颜色）的光释能量以一定波长（颜色）的光释放出来放出来。由于各种元素的能级是被限定的，。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。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。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：焰火呈现五颜六色的原因：2.2.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，总称为原子光谱原子光谱。3.3.光谱分析：

22、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。锂、氦、汞的吸收光谱锂、氦、汞的吸收光谱锂、氦、汞的发射光谱锂、氦、汞的发射光谱（2 2）化学研究中利用光谱分析检测一些物质的）化学研究中利用光谱分析检测一些物质的存在与含量等存在与含量等4.4.光谱分析的应用：光谱分析的应用：（1 1）通过原子光谱发现许多元素。）通过原子光谱发现许多元素。如：铯（如：铯（18601860年）和铷（年）和铷（18611861年），其光谱中年），其光谱中有特征的篮光和红光。有特征的篮光和红光。又如：又如：18681868年科学家们通过太阳光谱的分析发年科学家们通过太阳光谱的分析发现了稀有

23、气体氦。现了稀有气体氦。1._1._ ,_ ,简称简称能量最低原理能量最低原理。_叫做叫做基态原子基态原子。原子的电子排布遵循构造原理能使整个原子的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能量处于最低状态 【课堂达标测试课堂达标测试】2.2.当基态原子的电子吸收能量后，电子会当基态原子的电子吸收能量后，电子会_，变成，变成激发态原子激发态原子。电子从较高。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能量的激发态跃迁到较低能量的激发态乃至基态时，将时，将_能量。光（辐射）是电子能量。光（辐射）是电子_能量的重要形式之一。能量的重要形式之一。处处于最低能量的原子于最低能量的

24、原子跃跃迁到迁到较较高能高能级级 释释放放 释释放放 3.3.不同元素的原子发生跃迁时会吸收或释放不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同的光，可以用光谱仪摄取各种元素的电子的_光谱或光谱或_光谱，总称光谱，总称_光光谱。许多元素是通过原子光谱发现的。在现代谱。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化学中，常利用原子光谱上的特征谱线来鉴定元素，称为元素，称为_。吸收吸收 发射发射 原子原子 光谱分析光谱分析4.判断下列表达是正确还是错误判断下列表达是正确还是错误1）1s22p1属于基态；属于基态；2）1s22s2

25、2p63s2 3p63d54s1属于激发态；属于激发态；3）1s22s2 2p63d1属于激发态；属于激发态；4）1s22s2 2p63p1属于基态；属于基态；答案：答案：(1)x(2)x(3)(4)x【课堂练习课堂练习】5.下下列图象中所发生的现象与电子的跃迁无关的列图象中所发生的现象与电子的跃迁无关的【自主学习自主学习】P9科学史话科学史话牛牛顿顿和和七七基基色色1、光谱一词最早是由、光谱一词最早是由伟大的物理学家牛顿伟大的物理学家牛顿提出的。提出的。2、牛顿类比音乐音阶，、牛顿类比音乐音阶，选定红、橙、黄、绿、选定红、橙、黄、绿、青、篮、紫为青、篮、紫为“七基色七基色”3、1859年德国

26、科学家年德国科学家本生和基尔霍夫发明了本生和基尔霍夫发明了光谱仪，摄取了当时已光谱仪，摄取了当时已知元素的光谱图。知元素的光谱图。1913年，丹麦科学家波尔第一次认识到氢原子光谱是氢原子大的电子跃迁产生的，并通过纯粹的理论计算得到氢原子光谱的谱线波长，跟实验结果几乎完全相同。原子核外电子是如何运动的？原子核外电子是如何运动的？五、电子云和原子轨道五、电子云和原子轨道 1.1.电子运动的特点电子运动的特点电子在核外的空间运动能否用宏观的牛顿定电子在核外的空间运动能否用宏观的牛顿定律描述？律描述？（1 1）质量极小）质量极小（2 2）运动空间极小）运动空间极小（3 3）极高速运动）极高速运动 因此

27、，无法计算电子在某一刻所在的位置，因此，无法计算电子在某一刻所在的位置，不能用牛顿定律描述电子的运动，只能不能用牛顿定律描述电子的运动，只能用统计的用统计的方法描述电子在核外空间某处出现的机会的多少方法描述电子在核外空间某处出现的机会的多少（概率）（概率）。图中图中 表示原子核，一个小黑点代表表示原子核，一个小黑点代表电子在这里出现过一次电子在这里出现过一次 小黑点的疏密表示电子在小黑点的疏密表示电子在核外空间核外空间单位体积内单位体积内出现的概率的大小。出现的概率的大小。电子云电子云2.2.电子云电子云（1 1）电子云：）电子云：电子在原子核外空间运动的概率密度概率密度分布的形象化描述。（2

28、 2）电子云中的小黑点：）电子云中的小黑点：表示电子在此空间出现的表示电子在此空间出现的机率机率。电子云电子云密度大密度大的地方的地方说明电子出现的机会说明电子出现的机会多多，反之，反之，说明电子出现的机会说明电子出现的机会少。少。（3 3）电子轮廓图）电子轮廓图 把电子出现概率为90%的空间全出来电子云电子云轮廓图轮廓图原子原子轨道轨道（1 1）S S能级的原子轨道能级的原子轨道 S S能级能级的原子轨道是的原子轨道是球形球形对称的对称的.同一原子中同一原子中能层能层序数序数n n越大越大,原子轨道半径原子轨道半径越大越大3.3.原子轨道原子轨道 S S能级能级只有只有1 1个个原子轨道原子

29、轨道.P电子原子轨道的平均电子原子轨道的平均半径半径也也随着能层序数随着能层序数的增大而增大。的增大而增大。（2 2）P P能级的原子轨道能级的原子轨道 P P能级能级的原子轨道是的原子轨道是纺锤形纺锤形（哑铃状哑铃状），每个），每个P P能级有能级有3 3个个原子轨道原子轨道,它们它们相互垂直相互垂直,分别以分别以P Px x,P,Py y,P,PZ Z表示表示.d d能级的原子轨道图能级的原子轨道图（3）各能级原子轨道数）各能级原子轨道数 s s、p p、d d、f f能级的原子轨道数分别能级的原子轨道数分别为为1 1、3 3、5 5、7 7.f f能级的原子轨道图能级的原子轨道图【练习练

30、习】1 1、下列有关电子云和原子轨道的说法正确的、下列有关电子云和原子轨道的说法正确的是（是（）A A原子核外的电子象云雾一样笼罩在原子原子核外的电子象云雾一样笼罩在原子核周围，故称电子云核周围，故称电子云 B Bs s能级的原子轨道呈球形，处在该轨道上能级的原子轨道呈球形，处在该轨道上的电子只能在球壳内运动的电子只能在球壳内运动 C Cp p能级的原子轨道呈纺锤形，随着能层的能级的原子轨道呈纺锤形，随着能层的增加，增加，p p能级原子轨道也在增多能级原子轨道也在增多 D D与与s s电子原子轨道相同，电子原子轨道相同，p p电子原子轨道电子原子轨道的平均半径随能层的增大而增大的平均半径随能层的增大而增大 D