1.1 原子结构 课件(共42张PPT)2023-2024学年高二化学人教版（2019）选择性必修二

(共42张PPT)
选择性必修2：物质结构基础
1、铁易生锈，真金不怕火炼;
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；
3、CO易燃，CO2却能灭火；
4、分子式为C2H6O的物质可能
有图示两种结构，前者与水互溶
而后者不能；
思考：
物质的组成与结构决定物质性质与变化的
思考：
物质的组成与结构决定物质性质与变化的
右图两种物质：前者是第一种用医学的磺胺药，为什么服用此药后可杀死细菌？
左图是鲍鱼及其剖面图，图中标出了它的两层不同结构的壳。
分子结构
原子结构
晶体结构
结构
性质
决定
可见：
第一章 原子结构与性质
人类认识原子过程
道尔顿
近代原子学说
1913年
氢原子模型
1920年
玻尔
玻尔
构造原理
1869年
门捷列夫
元素周期律
19世纪初
马德龙
完整的构造原理
1936年
即从氢开始，随核电荷数递增，新增电子填入原子核外“壳层”的顺序，由此开启了用原子结构解释元素周期律的篇章。
5年后，玻尔的“壳层”落实为“能层”与“能级”，厘清了核外电子的可能状态，复杂的原子光谱得以诠释。
以原子光谱为事实依据
随着现代科学技术的发展，我们现在所学习的科学理论，还会随着人类对客观事物的认识而不断地深入和发展。
数学之概率小游戏：
n：n=1、2、3、4、5、6、7……
l：l=0、1、 2、 3、（n-1） ……
m：m=0、±1、 ± 2、 ± 3、 ±l ……
当n=1时，
当n=2时
0；
0
l=
m=
0；
0
l=
m=
1；
0
± 1
l=
m=
当n=3时
0；
0
l=
m=
1；
0
± 1
l=
m=
2；
0
± 1
±2
l=
m=
1、原子核外电子排布
①能层：
n
n= 1、2、3、4、5、6、7……
K、 L、 M、N、O、P、 Q……
每层所能容纳的最大电子数为2n2；
能量由低到高
E(K)＜E(L)＜E(M)＜E(N)＜E(O)＜E(P)＜E(Q)
1、原子核外电子排布
②能级：
l
l= 0、1、2、3、4、5、6……
s、 p、d、f、 g ……
每能层所含有的能级数为能层序数；
1s、2s、2p、3s、3p、3d、……
能量由低到高
③轨道：
m
m= 0、±1、 ± 2、 ± 3、……
即：s能级有 个轨道；p能级有 个轨道；d能级有 个轨道；
则：
第一能层有 个能级， 为 ；共有 个轨道；
第二能层有 个能级，分别为 ；共有 个轨道；
第三能层有 个能级，分别为 ；共有 个轨道；
1
1
2
3s、3p、3d
3
2s、2p
1s
4
9
可见：每一能层所含有的轨道数为能层序数的平方，即n2；
注意：同一能级中的相同能量轨道也称为简并轨道；
1
3
5
1、原子核外电子排布
④自旋量子数：
ms
用↑↓表示
可见：每个轨道只能容纳两个电子，且自旋反向；
上知：每个能层有n2个轨道，
则每个能层最多容纳2n2个电子
泡里原理：
在一个原子轨道里，最多只能容纳2个电子，而且它们的自旋状态相反；
1、原子核外电子排布
C: Cl: Ca:
1、原子核外电子排布
判断能量高低的方法:主要由能层和能级决定
(3)当能级符号相同时,能层序数越大,能量越高,
例如E1s(1)首先看能层,一般能层序数越大,能量越高。
(2)再看能级,同一能层中的各能级,能量由低到高的顺序是ns注意：
a、构造原理：
2、原子核外电子的排布规律
能级交错
b、电子排布式
请大家尝试书写1—36号元素电子排布式：
2、原子核外电子的排布规律
思考：经过翻阅周期表，24号和29号元素电子排布与预期不同，原因呢？
小结：
（2）少数元素的基态原子的电子排布，它们对于构造原理有1个电子的偏差。因为能量相同的原子轨道在全充满(如p6和d10)、半充满(如p3和d5)和全空(如p0和d0)状态时，体系的能量较低，原子较稳定。
（1）绝大多数元素原子的核外电子排布，都是按照构造原理中的能级顺序依次进入原子轨道，而使整个原子处于能量最低状态，称之为基态。（能量最低原理）
请大家重新默背1—36号元素电子排布式：
全满、半满、全空更稳定
2、原子核外电子的排布规律
请问，周期表中为什么电子排布式没有写完整？
Na：
[Ne]3s1
Fe：
[Ar]3d64s2
请大家再次默写1—36号元素电子排布简式：
上式方括号里的符号的意义是：
该元素前一个周期的惰性气体电子排布结构；
2、原子核外电子的排布规律
c、电子排布简式
d、轨道表示式 （电子排布图）
用方框表示原子轨道，用箭头表示电子；
N：
Ca：
请大家书写第二周期原子电子排布图；
洪特规则：
当电子排布在同一能级的不同轨道时，基态原子中的电子总是优先单独占据一个轨道，且自旋状态相同；
K：
2、原子核外电子的排布规律
（1）基态与激发态
生活中，我们看到的许多可见光，都与原子核外电子跃迁释放能量有关。
3、光谱相关问题
光（辐射）是电子跃迁释放能量的重要形式。
一般在能量相近的能级间发生电子跃迁。如1s22s22p2 表示基态碳原子，1s22s12p3为激发态碳原子（电子数不变）。
激发态原子不稳定，易释放能量变为基态原子。激发态原子释放能量变为基态原子时，其能量可转化为可见光，如：焰火、激光、霓虹灯……
（1）基态与激发态
3、光谱相关问题
原子
基态原子
激发态原子
吸收能量
释放能量
处于最低能量
处于较高能量
特别提醒:
电子的跃迁是物理变化（未发生电子转移），而原子得失电子时发生的是化学变化。
（1）基态与激发态
3、光谱相关问题
（2）原子光谱
3、光谱相关问题
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，总称原子光谱。
光谱：按照一定能量次序排列的光带。
可见光光谱：可以被人眼观察的光带。
历史上，许多元素是通过原子光谱发现的
（2）原子光谱
3、光谱相关问题
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
He 氦
① 发现新元素
（3）原子光谱应用
3、光谱相关问题
② 检验元素
（3）原子光谱应用
3、光谱相关问题
不同元素的焰色试验
金属原子中,核外电子按
一定轨道顺序排列,轨道离核
越远,能量越高。灼(燃)烧时,
电子获得能量,能量较低的电子发生跃迁,从基态变为激发态。随即电子又从能量较高的激发态跃迁到能量较低的激发态乃至基态,便以光(辐射)的形式释放能量,形成不同的焰色。
③ 生产生活
（3）原子光谱应用
3、光谱相关问题
节日燃放的焰火与金属内层的电子跃迁有关
激光的产生与电子受激跃迁有关
(1)____________________________________________________,
简称能量最低原理。_________________________叫做基态原子
(2)当基态原子的电子吸收能量后，电子会______________，变成激发态原子。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时，将_________能量。光（辐射）是电子___________能量的重要形式之一。
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，
处于最低能量的原子
跃迁到较高能级
释放
释放
(3)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________光谱或__________光谱，总称_______光谱。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元素，称为________。
吸收
发射
原子
光谱分析
练习：
4、电子云与原子轨道
宏观微观的差距；
宏观物体的运动特征：
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；可以描画它们的运动轨迹。
微观物体的运动特征：
核外电子质量小，运动空间小，运动速率大，无确定的轨道，无法描述其运动轨迹，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。
4、电子云与原子轨道
氢原子的1s电子在原子核外出现的概率分布图
小点是1s电子在原子核外出现外出现的概率密度的形象描述
小点越密，表明概率密度越大
概率密度：

P表示电子在某处出现的概率；
V表示该处的体积；
4、电子云与原子轨道
由于核外电子的概率密度分布看起来像一片云雾，因而被形象地称为电子云
电子云是处于一定空间运动状态的电子在原子核外空间的概率密度分布的形象化描述；
1、电子云
电子云图很难绘制，使用不便，我们常使用电子云轮廓图
电子云轮廓图的绘制过程
将出现概率90%的空间圈出来
4、电子云与原子轨道
相同原子的s电子的电子云轮廓图
（1）不同能级s电子的电子云形状
一致，均为球形。
（2）能层越高，s电子的电子云半径越大。
原因：由于电子能量依次增高，电子在离核更远的区域出现的概率增大，电子云越来越向更大的空间扩展
1、电子云
4、电子云与原子轨道
2、原子轨道
电子在原子核外的一个空间运动状态称为一个原子轨道。
s能级的原子轨道呈球形对称（原子核位于球心），能层序数越大，原子轨道的半径越大。
4、电子云与原子轨道
2、原子轨道
p能级的原子轨道是什么形状？
4、电子云与原子轨道
2、原子轨道
p电子的原子轨道呈哑铃状。
p能级有三个原子轨道，它们互相垂直，分别以px、py、pz表示，
同一能层中px、py、pz的能量相同（简并轨道）。
4、电子云与原子轨道
2、原子轨道
d电子的原子轨道（5个）
4、电子云与原子轨道
2、原子轨道
f电子的原子
轨道（7个）
g轨道呢（？个）
泡利原理的研究史
为什么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？
钠原子光谱实验
只有1个最外层电子的碱金属原子光谱为什么会在光谱里呈现双线？
为什么只有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？
斯特恩-盖拉赫实验
泡
利
原
理
1925年，乌伦贝克和哥德斯密根据实验事实提出假设：电子除了空间运动状态外，还存在一种运动状态叫自旋。
后来，人们认识到，自旋是微观粒子普遍存在的一种如同电荷、质量一样的内在属性。
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。
泡利原理的研究史
1925年，泡利正式提出，在一个原子轨道里，最多只能容内2个电子，它们的自旋相反，这个原理被称为泡利原理（也称泡利不相容原理）。
能层、能级、原子轨道和自旋状态四个方面共同决定电子的运动状态，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
没有泡利原理，复杂的原子光谱无法得到诠释，以光谱事实为基础的构造原理也无法建立。电子自旋可以帮助我们理解物质的磁性本质。
如2s2的电子排布图为 ,不能表示为 。
泡利原理的研究史
1925年，洪特根据多电子原子的原子光谱正式提出洪特规则：基态原子中，填入简并轨道的电子总是优先以自旋平行的方式分别占据不同轨道。
如：2p3的电子排布为 ，
不能为
洪特规则不仅适用于基态原子，也适用于基态离子
洪特规则适用于电子填入简并轨道，并不适用于电子填入能量不同的轨道
洪特规则
有少数元素的基态原子的电子排布对于构造原理有1个电子的偏差。因为能量相同的原子轨道在全充满、半充满、 全空状态时，体系的能量较低，原子较稳定。
相对稳定的状态
全充满：p6、d10、f14
半充满:p3、d5、f7
全空:p0、d0、f0
当原子轨道为全空、半充满或全充满时，这些状态下总的电子云的分布是空间对称的，原子体系的能量低，原子的电子排布最稳定。
洪特规则
相邻能级能量相差很大时，电子填入能量低的能级即可使整个原子能量最低；但当相邻能级能量差别不大时，有1～2个电子填入能量稍高的能级可能反而降低电子排斥能，进而使原子整体能量最低。例如所有副族元素的基态原子。
实际上，整个原子的能量是由核电荷数、电子数和电子状态三个因素共同决定。
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，
使整个原子的能量最低，这就是能量最低原理
能量最低原理—自然界普适
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“1s→2s→2p→3s→3p→4s→3d→4p”这一顺序。
能量最低原理—自然界普适