化学选修3原子结构课件.pptx

第一章原子结构与性质第一章原子结构与性质第一节原子结构第一节原子结构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公元前公元前5世纪，希腊哲学世纪，希腊哲学家家德谟克利特德谟克利特等人认为等人认为：万物是由大量的不可分割万物是由大量的不可分割的微粒构成的，即原子。的微粒构成的，即原子。219世纪初，英国科学家世纪初，英国科学家道尔顿道尔顿提出近提出近代原子学说，他认为原子是微小的不可分代原子学说，他认为原子是微小的不可分割的实心球体。割的实心球体。道尔顿原子学说道尔顿原子学说1、一切物质都是由不可见的、不可分、一切物质都是由不可见的、不可分割的原子组成，原子不可自生自灭割的原子组成，原子不可自生自灭2、同种类的原子在质量、形状和性质、同种类的原子在质量、形状和性质上完全相同，不同种类的原子则不同上完全相同，不同种类的原子则不同3、每一种物质都是由它自己的原子构、每一种物质都是由它自己的原子构成。单质是由简单原子组成，化合物成。单质是由简单原子组成，化合物是由复杂原子组成。复杂原子的质量是由复杂原子组成。复杂原子的质量等于组成它的简单原子的质量总和。等于组成它的简单原子的质量总和。3 318971897年英国科学家年英国科学家汤姆生汤姆生发现了电子。发现了电子。原子是一个平均分配着正电荷的粒子，原子是一个平均分配着正电荷的粒子，其中镶嵌着许多电子，中和了正电荷，其中镶嵌着许多电子，中和了正电荷，从而形成中性原子从而形成中性原子41911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的原子结构模型电子绕核旋转的原子结构模型51913年，丹麦科学家年，丹麦科学家玻尔玻尔核外电核外电子分层排布的原子结构模型子分层排布的原子结构模型620世纪世纪20年代中期，奥地利物理学家年代中期，奥地利物理学家薛定谔薛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近近代代原原子子论论发发现现电电子子带带核核原原子子结结构构模模型型轨轨道道原原子子结结构构模模型型电电子子云云模模型型人类探索物质结构的历史人类探索物质结构的历史德谟克利特德谟克利特的古代原子学说的古代原子学说道尔顿道尔顿的近代原子学说（模型）的近代原子学说（模型）汤姆生汤姆生原子模型原子模型卢瑟福卢瑟福原子模型原子模型玻尔玻尔原原 子模型子模型电子云电子云模型模型原子结构的衍变过程原子结构的衍变过程一一 、开天辟地、开天辟地原子的诞生原子的诞生现代大爆炸宇宙学理论现代大爆炸宇宙学理论宇宙诞生于约宇宙诞生于约140亿年前的一次大爆炸亿年前的一次大爆炸大爆炸后约大爆炸后约2小时，诞生了大量的小时，诞生了大量的H，少量的少量的He和极少量的和极少量的Li 我们今天熟悉的各种元素（原子），我们今天熟悉的各种元素（原子），都是从那时起经历了漫长复杂的物理化学都是从那时起经历了漫长复杂的物理化学变化，分批分期合成而来的变化，分批分期合成而来的1、氢元素是宇宙中最丰富的元素。氢元素是宇宙中最丰富的元素。2、宇宙年龄距今约、宇宙年龄距今约140亿年，地球亿年，地球年龄已有年龄已有46亿年。亿年。3、地球上的元素绝大多数是金属，、地球上的元素绝大多数是金属，非金属仅有非金属仅有22种。种。原子的结构原子的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电荷数=核内质子数核内质子数=核外电子数核外电子数质量数质量数=质子数质子数+中子数中子数1 能层：按能层：按原子核外电子原子核外电子能能量的差异，可以将核外电子量的差异，可以将核外电子分为不同的能层即电子层。分为不同的能层即电子层。二、能层与能级二、能层与能级能层能层12345n符号符号KLMNO最多最多电子电子数数212222232 2422522n2 能层（能层（既电子层）既电子层）（1）先排能量低的电子层，再排能量高）先排能量低的电子层，再排能量高的电子层，由里往外。的电子层，由里往外。（2）每一层最多容纳电子数：）每一层最多容纳电子数：2n2个。个。（3）最外层电子数不超过）最外层电子数不超过8个（个（K层为层为最外层时不超过最外层时不超过2个）。个）。（4）次外层电子数不超过）次外层电子数不超过18个，倒数第个，倒数第三层不超过三层不超过32个。个。核外电子的排布规律核外电子的排布规律:规定，任一能层的能级总是从规定，任一能层的能级总是从 s 能级能级开始，依次称开始，依次称p、d、f、g能级能级能层能层 K L M N O能级能级 1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s 4p 4d 4f 5s 最多最多电子电子数数2 2 6 2 6 10 2 6 10 142、能级、能级:在多电子原子中，同一能层在多电子原子中，同一能层的电子的能量也可能不同，可以将它们的电子的能量也可能不同，可以将它们分为不同的能级分为不同的能级（既亚层）（既亚层）。学与问学与问1、原子核外电子的每一个能层最、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多可容纳的电子数与能层的序数(n)间存在什么关系？间存在什么关系？（2n2）2、不同能层分别有多少个能级，、不同能层分别有多少个能级，与能层的序数间存在什么关系？与能层的序数间存在什么关系？（所含能级个数能层序数（所含能级个数能层序数 n）s 122p 326d 5210f 7214g 9218不同能层中的不同能层中的s s、p p、d d、f f、g g能级能级最最多多能容纳的电子数是相同的，各为：能容纳的电子数是相同的，各为：3、英文字母相同的不同能级中所、英文字母相同的不同能级中所能容纳的最多电子数是否相同？能容纳的最多电子数是否相同？三、构造原理三、构造原理原子核外电子排布必须遵循原子核外电子排布必须遵循一定的排布顺序一定的排布顺序 构造原理构造原理存在着能级交错存在着能级交错1s-2s-2p-3s-3p-4s-1s-2s-2p-3s-3p-4s-3d-4p-5s-4d-3d-4p-5s-4d-核核外外电电子子排排布布的的构构造造原原理理图图 试书写试书写N、Cl、K、26Fe原子原子的的 核外电子排布式核外电子排布式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能量整个原子的能量处于最低状态，简处于最低状态，简称称能量最低原理能量最低原理思考与交流思考与交流电子排布式可以简化，如可以电子排布式可以简化，如可以把钠的电子排布式写成把钠的电子排布式写成【Ne】3s1。试问：上式方括号中的符。试问：上式方括号中的符号的意义是什么？你能仿照钠号的意义是什么？你能仿照钠原子的简化电子排布式写出原子的简化电子排布式写出O、Si、Fe的简化电子排布式吗的简化电子排布式吗？道尔顿的原子学说曾经起了很大的道尔顿的原子学说曾经起了很大的作用。他的学说中主要有下列三个论点：作用。他的学说中主要有下列三个论点：原子是不能再分的微粒；原子是不能再分的微粒；同种元素同种元素的原子的各种性质和质量都相同；的原子的各种性质和质量都相同；原原子是微小的实心球体。从现代原子子是微小的实心球体。从现代原子分子学说的观点看，你认为不正确的是分子学说的观点看，你认为不正确的是（）A A 只有只有 B B 只有只有 C C 只有只有 D D D在同一个原子中，离核越近、在同一个原子中，离核越近、n n越小越小的电子层能量的电子层能量 。在同一电子层中，。在同一电子层中，各亚层的能量按各亚层的能量按s s、p p、d d、f f的次序的次序 理论研究证明，多电子原子中，同理论研究证明，多电子原子中，同一能层的电子，能量也可能不同，还可一能层的电子，能量也可能不同，还可以把它们分成能级，第三能层有以把它们分成能级，第三能层有3 3个能级个能级分别为分别为 。越低越低增大增大。3S 3P 3d三三.能量最低原理能量最低原理原子的电子排布遵循构造原原子的电子排布遵循构造原理使理使整个原子的能量整个原子的能量处于最低处于最低状态，简称能量最低原理状态，简称能量最低原理下列各原子的电子排布正确的下列各原子的电子排布正确的是（）是（）A.BeA.Be1s1s2 22s2s1 12p2p1 1 B.CB.C1s1s2 22s2s2 22p2p2 2 C.HeC.He1s1s1 12s2s1 1 D.ClD.Cl1s1s2 22s2s2 22p2p6 63s3s2 23p3p5 5BD2.2.书写下列原子的电子排布式书写下列原子的电子排布式S Fe Sc V Se Ga Br3 3下列各原子或离子的电子下列各原子或离子的电子排布式错误的是（排布式错误的是（）A Al 1sA Al 1s2 22s2s2 22p2p6 63s3s2 23p3p1 1 B OB O2-2-1s 1s2 22s2s2 22p2p6 6C NaC Na+1s 1s2 22s2s2 22p2p6 6 D Si 1sD Si 1s2 22s2s2 22p2p2 2D在同一个原子中，离核越近、在同一个原子中，离核越近、n n越小越小的电子层能量的电子层能量 。在同一电子层中，。在同一电子层中，各亚层的能量按各亚层的能量按s s、p p、d d、f f的次序的次序 理论研究证明，多电子原子中，同理论研究证明，多电子原子中，同一能层的电子，能量也可能不同，还可一能层的电子，能量也可能不同，还可以把它们分成能级，第三能层有以把它们分成能级，第三能层有3 3个能级个能级分别为分别为_ 。越低越低增大增大。3S 3P 3d四、基态与激发态、原子光谱四、基态与激发态、原子光谱1 1基态原子与激发态原子基态原子与激发态原子 处于最低能量的原子叫做基态原子处于最低能量的原子叫做基态原子当基态原子的电子吸收能量后，当基态原子的电子吸收能量后，电子会跃迁到较高能级，变成电子会跃迁到较高能级，变成激发态原子激发态原子可利用原子光谱上的特征谱线来鉴可利用原子光谱上的特征谱线来鉴定元素，称为定元素，称为光谱分析光谱分析不同元素的原子发生跃迁时会吸收不同元素的原子发生跃迁时会吸收或释放不同的能量或释放不同的能量表现为光的形式表现为光的形式用光谱仪摄取用光谱仪摄取得到各种元素的电子的得到各种元素的电子的吸收光谱或发射光谱吸收光谱或发射光谱1、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 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课堂练习课堂练习五、电子云与原子轨道五、电子云与原子轨道思考思考:宏观物体与微观物体（电子）宏观物体与微观物体（电子）的运动有什么区别的运动有什么区别?宏观物体的运动特征：宏观物体的运动特征：可以准确地测出它们在某一时刻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；所处的位置及运行的速度；可以描画它们的运动轨迹。可以描画它们的运动轨迹。微观物体的运动特征：微观物体的运动特征：电子的质量很小，只有电子的质量很小，只有9.1110-31千千克；克；核外电子的运动范围很小（相对于核外电子的运动范围很小（相对于宏观物体而言）；宏观物体而言）；电子的运动速度很大；电子的运动速度很大；测不准测不准1 1、电子云、电子云图中图中 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。1s1s电子在原子核外电子在原子核外出现的概率分布图出现的概率分布图量子力学中将量子力学中将这种电子云轮廓这种电子云轮廓图称为图称为“原子轨道原子轨道”as电子的原子轨道（电子云）形电子的原子轨道（电子云）形状状 是以原子核为中心的球体，只有是以原子核为中心的球体，只有一个伸展方向一个伸展方向 2 2、原子轨道、原子轨道 b bp p电子云电子云/原子轨道的形状是纺锤形原子轨道的形状是纺锤形（或称为哑铃形），其伸展方向是互向（或称为哑铃形），其伸展方向是互向垂直的三个方向（垂直的三个方向（P Px x、P Py y、P Pz z）。）。P电子原子轨道半径同样随着电子原子轨道半径同样随着n增大而增大增大而增大科学探究科学探究观察图观察图1-141-14，这些图称为，这些图称为原子的原子的电子轨道表示式电子轨道表示式1 1每个原子轨道最多只能每个原子轨道最多只能容纳容纳几几个电子？个电子？电子层电子层原子轨原子轨道类型道类型原子轨原子轨道数目道数目可容纳可容纳电子数电子数1 12 23 34 4n n1s2s，2p4s,4p,4d,4f3s,3p,3d14916n22818322n2练习练习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核外电子排布规则核外电子排布规则:1.1.能量最低原理能量最低原理 2.2.泡利不相容原理泡利不相容原理 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 个个自旋方向自旋方向 相反相反 的电子。的电子。3.3.洪特规则洪特规则 4.4.补充规则补充规则相对稳定的状态相对稳定的状态全充满（全充满（p6，d10，f14）全空时（全空时（p0，d0，f0）半充满（半充满（p3，d5，f7）电子排布在同一能级时，总优先单电子排布在同一能级时，总优先单独占据一个轨道，且自旋方向相同。独占据一个轨道，且自旋方向相同。24Cr原子的电子排布图原子的电子排布图:1s22s22p63s23p63d54s1不是不是3d44s2例：例：注意注意小结：小结：1各原子轨道的能量高低比较各原子轨道的能量高低比较（1）nsnpndnf（2）1s2s3s4s（3）同一能层同一能级的各原子）同一能层同一能级的各原子轨道能量相等：轨道能量相等：2Px2Py2Pz3 3下列有关认识正确的是（下列有关认识正确的是（）A A各能级的原子轨道数按各能级的原子轨道数按s s、p p、d d、f f 的顺序分别为的顺序分别为1 1、3 3、5 5、7 7B B各能层的能级都是从各能层的能级都是从s s能级开始至能级开始至f f能能 级结束级结束C C各能层含有的能级数为各能层含有的能级数为n n1 1个个 D D各能层含有的电子数为各能层含有的电子数为2 2n n2 2A 4按能量由低到高的顺序排列，按能量由低到高的顺序排列，正确的一组是（正确的一组是（）A1s、2p、3d、4s B1s、2s、3s、2p C2s、2p、3s、3p D4p、3d、4s、3pC6电子排布在同一能级时，总是（电子排布在同一能级时，总是（）A优先单独占据不同轨道，且自旋方向优先单独占据不同轨道，且自旋方向相同相同 B优先单独占据不同轨道，且自旋方向优先单独占据不同轨道，且自旋方向相反相反C自由配对，优先占据同轨道，且自旋自由配对，优先占据同轨道，且自旋方向相同方向相同D自由配对，优先占据同一轨道，且自自由配对，优先占据同一轨道，且自旋方相反旋方相反A5“各能级最多容纳的电子数，各能级最多容纳的电子数，是该能级原子轨道数的二倍是该能级原子轨道数的二倍”，支撑这一结论的理论是（，支撑这一结论的理论是（）A构造原理构造原理 B泡利原理泡利原理 C洪特规则洪特规则 D能量最低原理能量最低原理B1、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 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2图图1和图和图2分别是分别是1s电子的概率概率分布电子的概率概率分布图和原子轨道图。下列有关认识正确的是图和原子轨道图。下列有关认识正确的是（）A图图1中的每个小黑点表示中的每个小黑点表示1个电子个电子 B图图2表示表示1s电子只能在球体内出现电子只能在球体内出现 C图图2表明表明1s轨道呈圆形，有无数对称轴轨道呈圆形，有无数对称轴 D图图1中的小黑点表示某一时刻，电子在中的小黑点表示某一时刻，电子在核外所处的位置核外所处的位置2 2当电子排在同一个能级内时，当电子排在同一个能级内时，有什么规律？有什么规律？小结：小结：1各原子轨道的能量高低比较各原子轨道的能量高低比较（1）nsnpndnf（2）1s2s3s4s（3）同一能层同一能级的各原子）同一能层同一能级的各原子轨道能量相等：轨道能量相等：2Px2Py2Pz