第二讲原子核外电子的运动.doc

2012级高一化学竞赛辅导材料[物质结构与性质] 2012、12、6
第二讲 原子核外电子的运动
一、 学习目标：
1、认识原子结构核外电子的运动状态，了解电子云、电子层（能层）、原子轨道（能级）的含义。
2、了解多电子原子中核外电子分层排布遵循的原理，能用电子排布式表示常见的元素（1~36）原子核外电子的排布。
二、教学内容：
一、人类探索物质结构的历史
（一）1．人类探索原子结构的历史
（1）公元前5世纪，希腊哲学家德谟克利特等人认为 ：万物是由大量的不可分割的微粒构成的，即原子。
（2）19世纪初，英国科学家道尔顿提出近代原子学说，他认为：物质由原子组成，原子不能被创造也不能被毁灭，在化学变化中原子不可再分割，它们的化学性质在化学反应中保持不变。
（3）原子分子论的创立
1811年,阿伏加德罗提出了分子的概念,他认为气体分子是由几个原子构成的.
1860年,国际化学界确立了原子分子论.
2、原子结构模型的演变
3．元素周期表的发现
1869年，已有63种元素为科学家所认识，门捷列夫将各元素按原子量的变化联系起来，揭示了自然界的一条基本规律---元素周期律。
4．对有机物认识的进展
碳原子的四价，有机物碳原子成键的立体结构，有机物分子中键的饱和性等相继被发现
5．物理学上的重大发现
19世纪末20世纪初，量子力学（微观粒子具有波粒二象性）确立。量子力学是研究原子和分子结构的理论基础
6．实验方法上的改进
光谱、衍射等新方法应用于研究原子、分子和晶体结构
（二）原子结构模型的演变
（1）19世纪初，英国科学家道尔顿提出近代原子学说，他认为原子是微小的不可分割的实心球体。
（2）1897年，英国科学家汤姆生发现了电子。
1904年提出“葡萄干面包式”的原子结构模型
（3）1911年英国物理学家卢瑟福（汤姆生的学生）提出了带核的原子结构模型，他被称为“原子之父”
（4）1913年丹麦物理学家波尔（卢瑟福的学生）引入量子论观点，提出电子在一定轨道上运动的原子结构模型。
（5）奥地利物理学家薛定谔提出电子云模型（几率说）
二、原子核外电子的运动
（一）原子核外电子的运动特点
1．原子核外电子以极高的速度、在极小的空间内作永不停止的运动。
2．核外电子的运动不遵循宏观物体所具有的运动规律（不能测出在某一时刻的位置、速度，即不能描画出它的运动轨迹）。描述核外电子运动通常采用统计的方法---电子云
*对“电子云”图的认识：
（1）电子云是人们形象地描述电子在原子核外空间出现的机会的多少
（2）电子云图通常是用小黑点的疏密来描述电子在原子核外空间出现的机会的多少所得到的图形，即小黑点的疏密与电子在该区域内出现的机会大小成正比。小黑点密表示电子在该区域出现的机会多，小黑点疏表示电子在该区域出现的机会少
（二）核外电子的运动状态
1．电子层（n）1 2 3 4 5 6 7
符号 K L M N O P Q
分层依据：电子运动的能量不同、电子运动的主要区域离核的远近不同
2．原子轨道
分 类： s、p、d、f
分类依据：同一电子层中电子运动的能量仍有区别，电子云的形状也不相同
（1）原子轨道形状----决定轨道的类型

s----球形

p---纺锥形

d、f轨道较复杂
（2）原子轨道的空间伸展方向----决定该种轨道类型的个数
s------1 p-----3 d-------5 f-----7
3．电子的自旋：原子核外电子有两种不同的自旋方式。通常“↑”和“↓”用表示
填表
电子层
原子轨道类型
原子轨道数目
可容纳电子数
1

2

3

4

n

小结：（1）原子核外电子的运动状态是由该电子所处的电子层、原子轨道（包括形状和伸展方向）、电子自旋几个方面决定
（2）从能量角度看，不同的电子层具有不同的能量（因此电子层也称为不同的能层）；
同一电子层（即同一能层）中不同形状的轨道也具有不同的能量（因此一定电子层中具有一定形状的轨道也称为能级），但同一能级的不同伸展方向的能级具有相同的能量
（3）轨道能量（能级）的高低顺序
1s＜2s＜2p＜3s＜3p＜4s＜3d＜4p＜5s＜4d＜5p＜6s＜4f＜5d＜6p＜7s＜5f＜6d
（注意从3p开始出现能级交错现象）
三、原子核外电子的排布
（一）原子核外电子排布遵守的原理
1．能量最低原理：原子核外电子尽先占有能量最低的轨道（即优先进入能量低的能级）

构造原理：绝大多数基态原子核外电子的排布都遵循下列顺序：
1s、2s、2p、3s、3p、4s、3d、4p、5s、4d、5p、6s、4f……
构造原理揭示了原子核外电子的能级分布。
从中可以看出，不同能层的能级有交错现象，
如E(3d)＞E(4s)、E(4d)＞E(5s)、E(5d)＞E(6s)、
E(6d)＞E(7s)、E(4f)＞E(5p)、E(4f)＞E(6s)等。
构造原理是书写基态原子电子排布式的依据，
也是绘制基态原子电子排布图（即轨道表示式）
的主要依据之一。
2．泡利不相容原理：每个原子轨道上最多只能容纳2个自旋方向不同的2个电子
3．洪特规则：在能量相同轨道上的电子，将尽先分占不同轨道且自旋方向相同
4．洪特规则特例：当原子核外电子排布在能量相等的原子轨道形成全空（s0、p0、d0、f0）、半满（s1、p3、d5、f7）全满（s2、p6、d10、f14）时，原子能量、稳定。
（二）原子核外电子的表示
1．电子排布式
电子排布式的书写格式：
①元素符号；②轨道符号；③轨道顺序按电子层由里到外和s 、p、d、f的顺序；
④电子个数（右上角）如Na：1s22s22p63s1
2．轨道表示式
轨道表示式的书写格式
①元素符号；②轨道框（一个轨道一个框，能量相同的轨道连在一起）；③电子自旋状态（用“↑”、“↓”表示）；④轨道符号（轨道框下面）
如Na：

几个名词：
1．原子实：原子核外内层电子已达到稀有气体结构的部分
2．外围电子排布式：原子电子排布式中省去原子实的剩余部分
3．价电子：主族元素的外围电子排布式，也就是主族元素的最外层电子
4．基态：最低能量状态。如处于最低能量状态的原子称为基态原子。
5．激发态：较高能量状态（相对基态而言）。如基态原子的电子吸收能量后，电子跃迁至较高能级成为激发态原子。
6．光谱：不同元素的原子发生跃迁时会吸收（基态→激发态）和放出（激发态→基态）能量，产生不同的光谱——原子光谱（吸收光谱和发射光谱）。光是电子释放能量的重要形式。利用光谱分析可以发现新元素或利用特征谱线鉴定元素。

练习：
1．下列各原子或离子的电子排布式错误的是 （ ）
A．Al 1s22s22p63s23p1 B．O2- 1s22s22p6
C．Na+ 1s22s22p6 D．Si 1s22s22p2
2．写出下列基态原子的电子排布式和轨道表示式
（1）N （2）Ne （3）29Cu （4）Ca
3．若某基态原子的外围电子排布为4d15s2，则下列说法正确的是 （ ）
A．该元素基态原子中共有3个电子
B．该元素原子核外有5个电子层
C．该元素原子最外层共有3个电子
D．该元素原子M能层共有8个电子
4．下列微粒的核外电子的表示方法是否正确？若不正确请说明理由并改正
（1）C
1s 2s 2p
（2）P原子外围电子轨道式
3s 3p
（3）Cr原子的外围电子排布式 3d44s1
（4）Fe2+ 1s22s22p63s23p63d44s2
5．按照下列元素基态原子的电子排布特征判断元素，并回答问题。
A的原子中只有一个能层且只含1 个电子；B的原子3p轨道上得到1个电子后不能再容纳外来电子；C的原子的2p轨道上有1个电子的自旋方向与其它电子的自旋方向相反；D的原子第三能层上有8个电子，第四能层上只有1个电子；E原子的外围电子排布为3s23p6。
（1）写出由A、B、C、D中的三种元素组成的化合物的化学式（至少写出5个）：
；
（2）写出用上述元素组成的物质制得A的单质的化学方程式（至少写出2个）：
、 ；
（3）检验某溶液中是否含有D+的离子，可通过______________反应来实现；
检验某溶液中是否含有B—的离子，通常所用的试是_________和_______
（4）写出E的元素符号___________，要证明太阳上是否含有E元素，可采用的方法是__ 。
写出1~36号元素的原子的核外电子排布式。