1.1原子结构 课件（共51张ppt）化学人教版（2019）选择性必修2

(共51张PPT)
引 言
------世上万物，神奇莫测
化学研究的是构成宏观物体的物质。
研究物质的组成与结构
研究物质的性质与变化
1、铁易生锈，真金不怕火炼等事例说明了什么问题？为什么？
2、O2和O3是同素异形体，空气中的O2是须臾不能离开的，而空气中的O3多于1.2mg/L则有害；CO易燃，CO2却能灭火。这又说明了什么问题？为什么？
3、分子式为C2H6O的物质可能有图示两种结构，如课本P引言，前者与水互溶而后者不能。这也说明了什么问题？
4、课本P引言图示鲍鱼及其剖面图，图中标出了它的两层不同结构的壳。你能说出这两层壳的功用是什么？为什么？
引 言
1、原子的组成与结构决定性质：铁易生锈、钠易与一些物质反应。
-----第一章原子结构与性质
2、分子的组成与结构决定性质：
对氨基苯磺酰胺（磺胺药）和对氨基苯甲酸
21世纪化学的重要课题：模拟生物体中酶的结构创造具有酶的性质的物质。
-----第二章分子结构与性质
3、 晶体的组成与结构决定性质：
金刚石和石墨 方解石和霰石
-----第三章晶体结构与性质
分子结构
原子结构
晶体结构
结构
性质
决定
一、开天辟地──原子的诞生
1、现代大爆炸宇宙学理论
其他元素
原子核的熔合反应
大量氢
少量氦
极少量锂
约2h后
宇宙
大爆炸
诞生于
2、氢是宇宙中最丰富的元素，是所有元素之母。
3、地球上的元素绝大多数是金属，非金属（包括稀有气体）仅22种。
第一节 原子结构
德莫克利特
道尔顿
汤姆生
卢瑟福
玻尔
薛定谔
人类认识原子的历史
1.古希腊原子论
古希腊哲学家
原子是最小的、不可分割的物质粒子。原子之间存在着虚空，无数原子从古以来就存在于虚空之中，既不能创生，也不能毁灭，它们在无限的虚空中运动着构成万物。
（ Democritus ，约公元前 460 年—前 370 年）
原子
2.道尔顿原子模型(1805年)
原子在一切化学变化中不可再分，并保持自己的独特性质；同一元素所有原子的质量、性质都完全相同。化学反应只是改变了原子的结合方式使之变成反应后的物质。
（化学原子论）
3.汤姆生原子模型(1904年)
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，中和了正电荷，从而形成了中性原子。
（“葡萄干布丁”模型）
（西瓜模型）
4.卢瑟福原子模型(1911年)
原子中心有一个带正电荷的核，它的质量几乎等于原子的全部质量，电子在它的周围沿着不同的轨道运转，就象行星环绕太阳运转一样。
(“行星系式”原子模型)
(核式模型)
5.波尔原子模型(1913年)
电子在原子核外空间的一定轨道上绕核做高速的圆周运动。
(电子分层排布模型)
6.电子云模型(1926年)
现代物质结构学说。波粒二象性。
(量子力学模型)
电子云
现代物质结构学说
现代科学家们在实验中发现，电子在原子核周围有的区域出现的次数多，有的区域出现的次数少，就像“云雾”笼罩在原子核周围。因而提出了“电子云模型”。
电子云密度大的地方，表明电子在核外单位体积内出现的机会多，反之，出现的机会少。
如：氢原子的电子云
1、能层（电子层）
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。
（1） 概念
（2） 能层的表示方法及容纳的最多电子数
每层最多容纳的电子数为
二、能层与能级
2n2
核外电子总是尽先排满能量最低、离核最近的能层，然后才由里往外，依次排在能量较高能层。而失电子总是先失最外层电子。
同一能层的电子，能量可以不同，还可以把它们分成能级
2、能级（电子亚层）
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。每一能层中，能级符号顺序为ns、 np、nd、nf ...... ,能量依次增加。
（1）概念
（2）能层与能级的关系
能层符号 K L M N O 能层序数(n) 1 2 3 4 5 能级(l) 1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s 4p 4d 4f 5s 5d …
最多容纳电子数 2 2 6 2 6 10 2 6 10 14 2 6 …
2 8 18 32 …
总结由上述表格我们可到了什么规律？
能层 K L M N O 能级 …
最多容纳电子 …
1s
2s
2p
3s
3p
3d
4s
4p
4d
4f
5s
5d
2
2
6
2
6
10
2
6
14
10
2
6
①每一能层中能级符号的顺序是ns、np、nd、nf……(n代表能层)
②任一能层的能级总从s能级开始，能级数=能层序数。
④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。
③各能级所在能层的取值
ns→n≥1；
np→n≥2；
nd→n≥3；
······
2
8
18
32
2n2
1、以下能级符号正确的是（ ）
A、6s B、2d C、3f D、7p
2、若n=3，以下能级符号错误的是（ ）
A．n p B．n f C．n d D．n s
AD
B
3、下列各电子能层中，不包含 d 能级的是 （ ）
A、N能层 B、M能层 C、L能层 D、K能层
CD
7
6
5
4
3
2
1
4f
1s
2s
3s
4s
5s
6s
7s
2p
3p
4p
5p
6p
7p
6d
5d
4d
3d
5f
核
外
电
子
填
充
顺
序
图
1.构造原理：绝大多数原子核外电子的排布的能级顺序都遵循下列顺序，填满一个能级
再填一个新能级.
实质：能量高低顺序
三、构造原理与电子排布式
构造原理： 1s；2s 2p；3s 3p；4s 3d 4p；5s 4d 5p; 6s 4f 5d 6p；7s 5f 6d
能级组
【问题探究】根据构造原理各能级能量高低顺序有何规律？
1、同一能层不同能级:
Ens Enp End Enf
2、同类能级:
n值越大，能级组能量越高
3、Ens E(n-2)f E(n-1)d Enp （能量交错），当n≥( )时,出现d,当n≥( )时
出现f。
能级交错
＜
＜
＜
＜
＜
＜
4
6
2.电子排布式：
Na：1s22s22p63s1
能层序数
该能级上排布的电子数
能级符号
K
L
M
Fe：1s22s22p63s23p63d64s2
K
L
M
N
按能层次序书写，按构造原理充入电子。
用数字在能级符号右上角表明该能级上排布的电子数。
写出下列元素原子的电子排布式：
C 、O 、Al、P
21Sc 、25Mn、27Co、36Kr
教材P7
简化电子排布式：
[Ne]3s1
表示钠的内层电子排布与稀有气体元素Ne的核外电子排布相同
简化为:
如：
Na：1s22s22p63s1
［稀有气体元素符号］+余下电子排布
该元素前一个周期的惰性气体电子排布结构
外围电子排布式：
价电子排布式
元素周期表
试写出8号、14号、26号、35号元素的简化排布式？
1、下列粒子中，电子排布式为1s22s22p63s23p6的有（ ）
A．Sc3+ B．Mg2+ C．Cl- D．Br-
2、下列化学用语，不能表示氯离子的是（ ）
A．Cl-
D．1s22s22p63s23p6
B．
C．
B
AC
3、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(nl)表示某能级的能量，以下各式中正确的是（ ）
A．E(4s)＞E(3s)＞E(2s)＞E(1s) B．E(3d)＞E(4s)＞E(3p)＞E(3s)
C．E(5s)＞E(4f)＞E(4s)＞E(3d) D．E(5s)＞E(4s)＞E(4f)＞E(3d)
AB
4、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____________
第3周期，第VIA族
5、请写出下列元素原子的电子排布式。
铍Be
硼B
碳C
氮N
氧O
氟F
氖Ne
1s2 2s2
1s2 2s22p1
1s2 2s22p2
1s2 2s22p3
1s2 2s22p4
1s2 2s22p5
1s2 2s22p6
钪Sc：
钛Ti：
钒V：
铬Cr：
锰Mn：
铁Fe：
钴Co：
镍Ni： ；
1s22s22p63s2 3p63d14s2
1s22s22p63s23p63d24s2
1s22s22p63s23p63d34s2
1s22s22p63s23p63d54s1
1s22s22p63s23p63d54s2
1s22s22p63s23p63d64s2
1s22s22p63s23p63d74s2
1s22s22p63s23p63d84s2
铜Cu： ；
锌Zn： ；
镓Ga： ；
锗Ge： ；
砷As： ；
硒Se： ；
溴Br： ；
氪Kr： ；
1s22s22p63s23p63d104s1
1s22s22p63s23p63d104s2
1s22s22p63s23p63d104s24p1
1s22s22p63s23p63d104s24p2
1s22s22p63s23p63d104s24p3
1s22s22p63s23p63d104s24p4
1s22s22p63s23p63d104s24p5
1s22s22p63s23p63d104s24p6
小结：
元素符号 电子式 电子排布式 结构示意图 简化电子排布式 外围电子排布式
Ca
从能层的角度：
从能级的角度：
用原子结构示意图表示原子核外电子排布
用电子式表示原子的最外层电子
用电子排布式能级符号表示原子核外电子排布
（3）无法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。
核外电子运动的特征
【知识回顾】
（1）核外电子质量小，运动空间小，运动速率大。
（2）无确定的轨道，无法描述其运动轨迹。
四、电子云与原子轨道
1、电子云：
电子在原子核外出现的概率密度分布的形象描述。
P表示电子在某处出现的概率，V表示体积，P/V称为概率密度，用ρ表示。
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。
氢原子的1s电子在原子
核外出现的概率分布图
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。
2、 原子轨道：
电子在原子核外的一个空间状态称为一个原子轨道
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
S能级的原子轨道图
问：
1、为什么所有原子的任一能层的s电子云轮廓图都是一个球形
2、为什么n值越大，电子云更扩散？
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。
p原子轨道的平均半径也随能层序数增大而_____
d的原子轨道
d的原子轨道呈现花瓣状，在空间有5个伸展方向，所以d的原子轨道有5个.
(了解)f 能级的
原子轨道图
f的原子轨道有7个
各能层所包含的能级类型及各能层、能级最多容纳的电子数能层(n)一二三四五六七符号KLMNOPQ能级(l)1s2s2p3s3p3d4s4p4d4f······原子轨道数1131351357电子云形状球形球形哑铃形球形哑铃形花瓣球形哑铃形花瓣电子云取向无无相互垂直无相互垂直无相互垂直最多容纳的电子数2262610261014······2818322n21、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)。
第二周期元素原子的电子排布如下图所示在图中每个方框代表一个原子轨道,每个箭头代表一个电子），此图称为原子的电子排布图。
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。
——泡利原理
——洪特规则
洪特规则特例：全空、半充满、全充满时相对稳定
1s
2s
电子排布图(平式)
1s22s1
电子排布式
五、泡利原理和洪特规则
1、写出以下几种原子的结构示意图，电子排布式及电子排布图。
(1)Na
(2)S
(3)K
(4)Fe
练一练
方框表示原子轨道；箭头表示电子
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑
↑
↑
↑
洪特规则
泡利原理
能量最低原理
1s
2s
2p
3p
3d
3s
4s
铁原子的电子排布图（轨道表达式）
【思考与交流】
1、1-36号元素原子的电子排布式是否都遵循构造原理？
洪特规则特例：
1s22s22p63s23p63d54s1
1s22s22p63s23p63d104s1
24号铬： 29号铜：
在等价轨道的全充满（p6，d10，f14）、半充满（p3，d5，f7）全空时(p0,d0,f0)的状态，具有较低的能量和较大的稳定性。
前36号元素中，
全空的有：Be（2s2 ） Mg（ 3s2 ） Ca（ 4s2）
半充满的有：
N（ 2s22p3 ） P（ 3s23p3 ） Cr（ 3d54s1 ） Mn（ 3d54s2 ） As（4s24p3）
全充满的有：Ne（ 2s22p6 ） Ar（ 3s23p6 ） Cu（ 3d104s1 ）
Zn（ 3d104s2 ） Kr（4s24p6）
2p0
3p0
3d0
不是指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”。
六、能量最低原理、基态与激发态、光谱
1、能量最低原理:
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
激发态原子:基态原子的电子吸收能量后电子会跃迁到较高的能级,变为激发态原子。
(不稳定)
2、基态与激发态:
↓
↓
发射光谱
吸收光谱
基态与激发态相互转化的应用
焰
火
①光（辐射）是电子释放能量的重要形式之一；
②在日常生活中，我们看到的许多可见光，如灯光、霓虹灯光、激光、焰火等都与原子核外电子发生跃迁释放能量有关。
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10－８s）便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。
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
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
3、光谱与光谱分析
（1）光谱：不同元素的原子发生跃迁时会吸收或放出不同的光，可以用光谱仪摄取各种元素的电子吸收光谱或发射光谱，总称原子光谱。
（2）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、汞的发射光谱
特征:暗背景, 亮线,
线状不连续
特征:亮背景, 暗线,
线状不连续
①“光谱”的提出：牛顿，1672年
②“七基色”：“红、橙、黄、绿、青、蓝、紫”
③1859年，德国科学家本生和基尔霍夫发明了光谱仪，摄取了当时已知元素的光谱图
④1913年，丹麦科学家波尔建立了量子力学
科学史话：P8~P9
氢原子的光谱
②化学研究中利用光谱分析检测一些物质的存在与含量等。
①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。
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。
①③⑤
②④⑥
1.写出下列原子或离子的①电子排布式、②价层电子的轨道表示式、③电子的空间运动状态、④未成对电子数。
(1)N：①_________，②__________________，③_____，④_____。
(2)Cl：①__________________________，②__________________，③____，④____。
(3)Fe2＋：①___________________________，②____________________，③_____，
④____。
一、原子核外电子排布的规范表达
1s22s22p3
5
3
1s22s22p63s23p5(或[Ne]3s23p5)
9 1
1s22s22p63s23p63d6(或[Ar]3d6)
14
4
课后练习：
(4)Cu：①________________________________，②_________________________，
③____，④____。
(5)Se：①_______________________________________，②___________________，
③____，④____。
(6)Br－：①______________________________________，②__________________，
③____，④____。
1s22s22p63s23p63d104s1(或[Ar]3d104s1)
15 1
1s22s22p63s23p63d104s24p4(或[Ar]3d104s24p4)
18 2
1s22s22p63s23p63d104s24p6(或[Ar]3d104s24p6)
18 0
2.(1)与铬同周期的所有元素的基态原子中最外层电子数与铬原子相同的元素有________(填元素符号)。
(2)基态Fe3＋的M层电子排布式为_________，基态铝原子核外自旋平行的电子最多有_____个，与铝同族的第四周期元素原子的价电子排布式为_______，基态磷原子的核外电子运动状态共有_____种，其价电子排布式为________。
(3)基态Ge原子有____个未成对电子。
二、原子核外电子排布规律的应用
K、Cu
3s23p63d5
7
4s24p1
15
3s23p3
2
3.F元素的基态原子最外层电子排布式为nsnnpn＋2，则n＝____；基态原子中能量最高的是____电子，核外电子的轨道表示式为_______________________。
2
2p