(共23张PPT)
第一节 原子结构(第四课时)
《物质结构与性质》
资料卡片-电子自旋
钠原子光谱实验
斯特恩-盖拉赫实验
提出猜想 :轨道中的单电子可能存在两种不同的运动状态
1925年:“电子自旋”概念的提出
只有1个最外层电子的碱金属原子光谱会在光谱里呈现双线
只有1个最外层电子的银原子在外加电场里加速飞行通过一个不对称磁场时会分成两束
电子自旋
自旋是微观粒子的内在属性,电子自旋在空间有顺时针和逆时针两种取向,简称自旋相反,常用上下箭头( “↑”“↓” )表示自旋相反的电子。
【思考】原子核外电子是如何排布的?当一个原子核外有多个电子时,优先占据哪一个能层或能级?
(1)核外电子在原子轨道中的排布规律I——能量最低原理
在构建基态原子时,电子将尽可能地占据能量最低的原子轨道,使原子的整体能量最低。
任务一:原子核外电子排布模型的初探
注释:能级的能量高低顺序如构造原理所示(对于1~36号元素来说,应重点掌握和记忆“ ”这一顺序)。
1s→2s→2p→3s→3p→4s→3d→4p
【思考】每个轨道最多能够容纳多少个电子? s、p 、d 、f 能级各有几条原子轨道?各能级分别最多可容纳多少电子?
能层 K L M N O 能级 1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s 4p 4d 4f 5s 5p ...
最多电子数 2 2 6 2 6 10 2 6 10 14 2 6
原子轨道数 1 1 3 1 3 5 1 3 5 7 1 3
【交流与讨论】请大家以元素周期表和原子结构示意图为基础,小组讨论下列元素原子核外电子时如何排布到核外的不同能级上的?
元素符号 推测依据 推测过程中遇到的问题 电子排布式
H
He
1个电子如何排入1s原子轨道?
两个电子如何排入1s原子轨道?
或者
1s
1s
【思考】每个原子轨道中最多可容纳两个电子,那么这两个电子的运动状态有什么差异呢?
轨道表示式(电子排布图)
a、在轨道表示式中,用方框(也可用圆圈)表示原子轨道,能量相同的原子轨道(简并轨道)的方框相连,在方框的下方用能级符号表示轨道所属能级。
b、各轨道按照离核由近到远,从左到右依次排列。
c、箭头表示一种自旋状态的电子,“ ”称为电子对,“ ”或“ ”称为单电子(或称未成对电子)。箭头同向的单电子称自旋平行,箭头相反的电子对称自旋相反。
【资料】轨道表示式(又称电子排布图):表示电子排布的一种图式.
(2)核外电子在原子轨道中的排布规律II——泡利原理
在一个原子轨道里,最多只能容纳2个电子,它们自旋相反。又称泡利不相容原理
(1)核外电子在原子轨道中的排布规律I——能量最低原理
在构建基态原子时,电子将尽可能地占据能量最低的原子轨道,使原子的整体能量最低。
任务一:原子核外电子排布模型的初探
【交流与讨论】请大家以元素周期表和原子结构示意图为基础,小组讨论下列元素原子核外电子时如何排布到核外的不同能级上的?
元素符号 推测依据 推测过程中遇到的问题 电子排布式
H
He
1s22s22p2
1s22s22p2
1s22s22p2
1s22s22p2
1s22s22p3
1个电子如何排入1s原子轨道?
两个电子如何排入1s原子轨道?
或者
1s
1s
1s1
1s2
1s2
轨道表式式(电子排布图)
【交流与讨论】请大家以元素周期表和原子结构示意图为基础,小组讨论下列元素原子核外电子时如何排布到核外的不同能级上的?
元素符号 轨道表示式 推测依据 推测过程中遇到的问题 电子排布式
C
N
两个电子如何排入2p的三个原子轨道?
三个电子如何排入2p的三个原子轨道?
【问题】一个能级存在多个能量相同的原子轨道时,核外电子应如何填入这些原子轨道?
或
(2)核外电子在原子轨道中的排布规律II——泡利原理
在一个原子轨道里,最多只能容纳2个电子,它们自旋相反。又称泡利不相容原理
(1)核外电子在原子轨道中的排布规律I——能量最低原理
在构建基态原子时,电子将尽可能地占据能量最低的原子轨道,使原子的整体能量最低。
任务一:原子核外电子排布模型的初探
基态原子中,填入简并轨道的电子总是先单独分占,且自旋平行
(3)核外电子在原子轨道中的排布规律Ⅲ——洪特规则
【交流与讨论】请大家以元素周期表和原子结构示意图为基础,小组讨论下列元素原子核外电子时如何排布到核外的不同能级上的?
元素符号 轨道表示式 推测依据 推测过程中遇到的问题 电子排布式
C
N
两个电子如何排入2p的三个原子轨道?
三个电子如何排入2p的三个原子轨道?
Cr
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
1s
2s
2p
↑↓
3s
↑↓
3p
↑↓
↑↓
↑↓
4s
↑↓
3d
↑
↑
↑
↑
Cr
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
1s
2s
2p
↑↓
3s
↑↓
3p
↑↓
↑↓
↑↓
4s
3d
↑
↑
↑
↑
↑
↑
思考:下面哪一种轨道表示式正确表达了基态铬原子核外电子的排布呢?
洪特规则特例:
简并轨道全充满、半充满或全空状态是能量较低的稳定状态。
√
(2)核外电子在原子轨道中的排布规律I——泡利原理
在一个原子轨道里,最多只能容纳2个电子,它们自旋相反。又称泡利不相容原理
(1)核外电子在原子轨道中的排布规律Ⅲ——能量最低原理
在构建基态原子时,电子将尽可能地占据能量最低的原子轨道,使原子的整体能量最低。
任务二:原子核外电子排布模型的建立
(3)核外电子在原子轨道中的排布规律Ⅱ——洪特规则
基态原子中,填入简并轨道的电子总是先单独分占,且自旋平行
洪特规则特例:
简并轨道全充满、半充满或全空状态是能量较低的稳定状态。
【资料】基态原子核外电子轨道表示式中各符号、数字的意义
↑↓↑↓↑↓↑↓↑↓↑↓↑↓↑↓↑↓↑↓↑↓↑↑↑↑洪特规则泡利原理能量最低原理1s2s2p3p3d3s4s26Fe:1s22s22p63s23p63d64s2【思考】画出铁原子的核外电子排布图,想一想铁原子中有没有运动状态完全相同的两个电子吗?电子的运动状态由能层、能级、原子轨道和自旋状态四个方面共同决定;电子能量与能层、能级有关,电子运动的空间范围与原子轨道有关。一个原子中不可能存在运动状态完全相同的2个电子。【典型例题1】某元素原子序数为24,试问:
(2)它有 个能层; 个能级;占有 个原子轨道。
(1)该元素电子排布式:
(3)此元素有 个未成对电子;它的价电子数是 ;
1s2 2s22p6 3s23p63d5 4s1
4
7
15
6
6
(4)基态Fe2+与Fe3+离子中未成对的电子数之比为________。
4:5
任务三:原子核外电子排布模型的运用
【即时训练】根据核外电子排布规律,请大家书写11到18号基态原子的电子排布图。
原子符号 电子排布图 原子符号 电子排布图
Na Mg
Al Si
P S
Cl Ar
【变式1】下列电子排布式或轨道表示式正确的是( )
A.C的轨道表示式:
B.Ca的电子排布式: 1s22s22p63s23p63d2
C.N的轨道表示式:
D.Br-的电子排布式: [Ar]3d104s24p6
D
归纳小结——核外电子排布常见方法(以铝原子为例)
意义 举例
原子结构示意图
电子排布式
简化电子排布式
价电子排布式
电子排布图
1s22s22p63s23p1
[Ar]3s23p1
3s23p1
直观反映出核内质子数、核外电子层数及各电子层上的电子数
能直观反映出核外电子层、能级及能级上的电子数
避免电子式书写繁琐
能直观反映出基态原子的电子层数、参与成键的电子数及最外层电子数
能直观反映出电子的排布情况及电子的自旋状态
2. 下列电子排布图能表示氮原子的最低能量状态的是( )
课堂反馈
A
1、以下锂原子的轨道表示式表示的状态中,能量最高的是( ),能量最低的是( )
1s
↑
↑↓
2s
2p
A
1s
↑
↑↓
2s
2p
B
1s
↑↓
↑
2s
2p
C
1s
↑↓
↑
2s
2p
D
C
D
3.现有A、B、C、D四种短周期主族元素,它们的原子序数依次增大,其中A元素原子的核外电子仅占据一种原子轨道,也是宇宙中含量最多的元素,B元素基态原子核外p轨道电子数比s轨道电子数少1,C为金属元素且基态原子核外p轨道电子数和s轨道电子数相等,D元素的原子核外所有p轨道全充满或半充满。
(1)写出四种元素的元素符号:
A________,B________,C________,D________。
(2)写出C、D两种元素基态原子核外电子排布图:
C__________________________________________________;
D__________________________________________________。
(3)写出B、C两种元素的单质在一定条件下反应的化学方程式:______
H N Mg P
原子核外电子的运动状态和排布规律——思维模型
核外电子的运动状态
微观探析
能层
能级
原子轨道
电子自旋
核外电子排布表示方法
宏观辨识
原子结构示意图
电子排布式
轨道表示式
证据推理
核外电子排布规律
构造原理
泡利原理
洪特规则
能量最低原理