苏教版高中化学选择性必修2专题2原子结构与元素性质第一单元原子核外电子的运动课件(32张)
文档属性
| 名称 | 苏教版高中化学选择性必修2专题2原子结构与元素性质第一单元原子核外电子的运动课件(32张) |  | |
| 格式 | ppt | ||
| 文件大小 | 1.5MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 苏教版（2019） | ||
| 科目 | 化学 | ||
| 更新时间 | 2025-10-05 15:07:34 | ||
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文档简介
(共32张PPT)
专题2 原子结构与元素性质
第一单元 原子核外电子的运动
电子层与原子轨道
1.电子层：在含有多个核外电子的原子中，电子的能量往往是不同的。人们根据电子能量差异和主要运动区域的不同，认为原子核外电子处于不同的电子层上。习惯上人们用英文字母n表示电子层。原子中由内向外的电子层数n可依次取1、2、3、4、5等正整数，对应的电子层符号分别为K、L、M、N、O等。
2.原子轨道：实验和量子力学研究表明，处于同一电子层的原子核外电子，可以在不同类型的原子轨道上运动，其能量也不相同，故可将同一电子层进一步划分为不同的能级。轨道的类型不同，能量不同，形状也不同。人们常用小写的英文字母s、p、d、f分别表示不同形状的轨道。
3.电子层中各原子轨道的能量关系
(1)电子层或原子轨道的能量关系
相同电子层，不同原子轨道：ns＜np＜nd＜nf。
形状相同的原子轨道，不同电子层：1s＜2s＜3s＜4s。
(2)不同电子层、不同原子轨道(即能级)的能量高低顺序(存在能级交错)：ns＜(n－2)f＜(n－1)d＜np。
基态与激发态 原子光谱
1.基态原子与激发态原子
(1)基态原子：处于能量最低状态的原子。
(2)激发态原子：基态原子吸收能量，电子从能量较低的轨道跃迁到能量较高的轨道上，变为激发态原子。
2.原子光谱
当原子中的电子从能量较高的轨道跃迁到能量较低的轨道时，放出光子，将发出的光通过棱镜就得到原子发射光谱。将特定波长范围的光通过某种物质的蒸气，原子中的电子吸收光子，从能量较低的轨道跃迁到能量较高的轨道上，然后将透过光通过棱镜，就得到原子吸收光谱。不同元素的原子中电子发生跃迁时吸收或放出的光是不同的，可以用光谱仪摄取各种元素的原子的发射光谱或吸收光谱。在现代化学中，人们可通过原子发射光谱或吸收光谱来检测元素，称为光谱分析。
3.光谱的成因及分类
构造原理与电子排布式
1.构造原理：科学家经过研究发现，电子是按一定顺序填充的，填满一个能级之后再填下一个能级，这种规律称为构造原理。原子核外电子的运动(也称原子核外电子的排布)遵循构造原理的三大内容：能量最低原理、泡利不相容原理和洪特规则。
2.电子排布式
(1)概念：将能级上所排布的电子数标注在该能级符号的右上角，并按照能层由低到高的顺序排列的式子。
(2)电子排布式的表示方法
①常规方法：常根据构造原理(1s、2s、2p、3s、3p、4s、3d、4p)依次由低能级向高能级排列，如31号元素镓，首先排满1s2，再依次排满2s2、2p6、3s2、3p6、4s2、3d10，最后排4p1。
②原子序数大于18的方法：如31号元素，我们可以用31－18＝13，然后在[Ar]的基础上再填充13个电子，即[Ar]3d104s24p1。
电子云与原子轨道
1.电子云
人们用统计图示的方法来形象地描绘电子在原子核外空间出现机会的大小。用小点代表电子在核外空间区域出现的机会，小点的疏密与电子在该区域内出现的机会大小成正比。用小点的疏密来描述电子在原子核外空间出现的机会大小所得到的图形叫做电子云。
2.原子轨道与能级
(1)类型
原子轨道 形状 伸展方向 轨道数 可容纳的电子数
s 球形 1 1 2
p 纺锤形 3 3 6
d —— 5 5 10
f —— 7 7 14
原子轨道的伸展方向＝原子轨道数
(2)表示方法：原子轨道用表示电子层的n和表示原子轨道形状的s、p、d、f结合起来共同表示，如1s、2s、2p(2px、2py、2pz)、3d等。
(3)各电子层包含的原子轨道数目和可容纳的电子数
电子层 原子轨道类型 原子轨道数目 可容纳的电子数
1 1s 1 2
2 2s、2p 4 8
3 3s、3p、3d 9 18
4 4s、4p、4d、4f 16 32
n —— n2 2n2
(4)电子层和形状均相同的原子轨道的能量相等，如2px、2py、2pz轨道的能量相等。
泡利不相容原理、洪特规则、能量最低原理
1.泡利不相容原理
每个原子轨道最多容纳两个自旋状态不同的电子，称为泡利不相容原理。如2s轨道上的电子排布为 ，不能表示为 。
2.洪特规则
原子核外电子在能量相同的各个轨道上排布时，电子尽可能分占在不同的原子轨道上，且自旋状态相同，这样整个原子的能量最低，这个规则称为洪特规则。如
2p3的电子排布为 ，不能表示为 或 。
洪特规则特例：当能量相同的原子轨道在全满(p6、d10、f14)、半满(p3、d5、f7)和全空(p0、d0、f0)状态时，体系的能量最低，如：24Cr的电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s1；29Cu的电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s1。
3.能量最低原理
原子核外电子先占据能量低的轨道，然后依次进入能量较高的轨道，这样使整个原子处于能量最低的状态，从而满足能量最低原理。如图为构造原理示意图。
电子排布式
1.“能级交错”现象
依据构造原理，绝大多数基态原子核外电子的排布都遵循：1s→2s→2p→3s→3p →4s→3d→4p→5s……但部分过渡金属元素基态原子的电子排布不符合构造原理。如Cr和Cu的最后两个能级的电子排布式分别为3d54s1和3d104s1。
当出现d能级时，电子按ns、(n－1)d、np的顺序填充电子，当出现f能级时，电子按ns、(n－2)f、(n－1)d、np的顺序填充电子。从第三能层开始，各能级能量高低不完全符合能层顺序，产生了能级交错排列，即产生“能级交错”现象。要特别记忆4s＜3d这一能级交错现象。
2.电子排布式的书写
(1)前三周期主族元素可以根据最外层电子数书写，如S的最外层电子数为6，其排布式为[Ne]3s23p4。
(2)第四周期的元素，要熟记元素名称，然后从K开始数，数到几，就可以写成“[Ar]＋几个电子”。如Fe，从钾开始数到铁为8，其排布式为[Ar]3d64s2；Se，从钾开始数到Se为16，其排布式为[Ar]3d104s24p4。
(3)离子核外电子排布式的书写
先写出原子的电子排布式，再根据得失电子情况进行调整。对于主族元素的原子来说，原子失去电子时，一般只失去最外层电子，而过渡元素的原子可能还会进一步失去内层电子；原子得到电子时，一般总是填充到最外层未填满的能级上。
按要求填空。
(1)下列基态微粒的电子排布中未成对电子数最多的是 (填字母)。
a.N3－ b.Fe3＋ c.Cu d.Cr e.C
d
N3－、Fe3＋、Cu、Cr、C的基态原子或离子的外围电子排布式分别为2s22p6、3d5、3d104s1、3d54s1、2s22p2，未成对电子数分别为0个、5个、1个、6个、2个，基态Cr原子的未成对电子数最多。
(2)与铜同周期的所有元素的基态原子中，未成对电子数与铜原子相同的元素有
种。
4
铜元素基态原子的外围电子排布式为3d104s1，有1个未成对电子，Cu位于第四周期，第四周期元素基态原子未成对电子数为1的原子外围电子排布式为4s1、3d14s2、3d104s1、4s24p1、4s24p5，故除Cu外还有4种。
(3)基态铬原子的外围电子排布式是 ，这样排布使整个体系能量最低，原因是 。
3d54s1 3d轨道和4s轨道上的电子均为半充满稳定结构
铬的原子序数为24，铬原子的外围电子排布式为3d54s1，3d和4s轨道上的电子均为半充满状态时，原子能量最低。
(4)基态砷原子的外围电子排布式为 ，其原子核外有 个电子层， 个原子轨道，达到全充满状态的原子轨道个数是 ，与其同周期的元素，基态原子与砷原子未成对电子数相同的元素还有 种。
4s24p3 4 18 15 2
砷的原子序数为33，基态砷原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p3，外围电子排布式为4s24p3，共有4个电子层，18个原子轨道，达到全充满状态的原子轨道个数为15；基态砷原子核外有3个未成对电子，第四周期元素基态原子未成对电子数为3的原子外围电子排布式为3d34s2、3d74s2、4s24p3，即除砷外还有2种元素。
(5)短周期元素中，原子处于基态时具有1个未成对电子的元素共有 种。
7
短周期元素中，原子处于基态时具有1个未成对电子，其外围电子排布应为ns1、ns2np1、ns2np5。在1到18号元素中，有H(1s1)、Li(1s22s1)、B(1s22s22p1)、F(1s22s22p5)、Na(1s22s22p63s1)、Al(1s22s22p63s23p1)、Cl(1s22s22p63s23p5)，共7种元素。
(1)简单离子电子排布式的书写
先写原子的电子排布式，然后根据得失电子情况，将原子的电子排布式改为离子的电子排布式。例如：O2－的电子排布式，先写O原子的电子排布式，为1s22s22p4，再加2个电子得到O2－的电子排布式，为1s22s22p6；Fe3＋的电子排布式，先写Fe原子的电子排布式，为[Ar]3d64s2，再减去3个电子(由外层向内层依次失去电子)得到Fe3＋的电子排布式，为[Ar]3d5。
(2)外围电子排布式的书写
①主族元素原子最外层电子排布式即为外围电子排布式。如钙的外围电子排布式为4s2，溴的外围电子排布式为4s24p5。
②第四周期的过渡元素原子次外层电子常常参与成键，其外围电子包括3d轨道上的电子。如铬的外围电子排布式为3d54s1，铜的外围电子排布式为3d104s1。
(3)电子式、原子结构示意图、电子排布式、外围电子排布式、轨道表示式均能反映原子结构，其中轨道表示式不仅能表示出原子的核外电子排布的电子层、能级和原子轨道，还能表示出这些电子的自旋状态，其对电子运动状态的四个方面都进行了描述，最为详尽。
(4)元素基态原子中未成对电子数目的判断
①ⅠA、ⅢA、ⅦA族→1个未成对电子，ⅣA、ⅥA族→2个未成对电子，ⅤA族→3个未成对电子(主族元素原子中未成对电子数最多)，ⅡA族、0族→不含未成对电子。
②1～36号元素基态原子中，未成对电子数最多的为24Cr(外围电子排布式为3d54s1)，共有6个未成对电子。
电子排布的规则与原理
1.基态原子核外电子排布的三个原理
(1)能量最低原理：电子总是先占有能量最低的轨道，然后依次进入能量较高的轨道，使整个原子的能量处于最低状态。
(2)泡利不相容原理：在一个原子轨道中，最多只能容纳2个电子，并且这两个电子的自旋状态相反。
(3)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，并且自旋状态相同。
注意：24Cr的电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s1；29Cu的电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s1。
2.注意事项
(1)基态原子的能量最低，故基态原子的电子排布是能量最低的原子轨道组合。
(2)基态氦原子不存在1s12s1的状态，但氦处于激发态时可能会存在1s12s1的状态。
(3)电子的运动状态由能层、能级、原子轨道、自旋状态进行描述，在同一个原子中，不可能存在运动状态完全相同的两个电子。
A
电子的能量与电子层、能级有关，ns电子的能量一定高于(n－1)p电子的能量，A错误；根据洪特规则知，2p能级上的两个电子应排在两个不同的轨道上，B正确；根据能量最低原理知，电子先排能量低的轨道，后排能量高的轨道，故应先排4s轨道，即21Sc的电子排布式应为1s22s22p63s23p63d14s2，C正确；根据泡利不相容原理知，3p轨道最多容纳6个电子，D正确。
④电子轨道表示式：能反映各轨道的能量高低，各轨道上的电子分布情况及自旋
方向。
⑤外围电子排布式：如Fe原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2，外围电子排布式为3d64s2。外围电子排布式能反映基态原子的能层数、参与成键的电子数以及最外层电子数。
专题2 原子结构与元素性质
第一单元 原子核外电子的运动
电子层与原子轨道
1.电子层：在含有多个核外电子的原子中，电子的能量往往是不同的。人们根据电子能量差异和主要运动区域的不同，认为原子核外电子处于不同的电子层上。习惯上人们用英文字母n表示电子层。原子中由内向外的电子层数n可依次取1、2、3、4、5等正整数，对应的电子层符号分别为K、L、M、N、O等。
2.原子轨道：实验和量子力学研究表明，处于同一电子层的原子核外电子，可以在不同类型的原子轨道上运动，其能量也不相同，故可将同一电子层进一步划分为不同的能级。轨道的类型不同，能量不同，形状也不同。人们常用小写的英文字母s、p、d、f分别表示不同形状的轨道。
3.电子层中各原子轨道的能量关系
(1)电子层或原子轨道的能量关系
相同电子层，不同原子轨道：ns＜np＜nd＜nf。
形状相同的原子轨道，不同电子层：1s＜2s＜3s＜4s。
(2)不同电子层、不同原子轨道(即能级)的能量高低顺序(存在能级交错)：ns＜(n－2)f＜(n－1)d＜np。
基态与激发态 原子光谱
1.基态原子与激发态原子
(1)基态原子：处于能量最低状态的原子。
(2)激发态原子：基态原子吸收能量，电子从能量较低的轨道跃迁到能量较高的轨道上，变为激发态原子。
2.原子光谱
当原子中的电子从能量较高的轨道跃迁到能量较低的轨道时，放出光子，将发出的光通过棱镜就得到原子发射光谱。将特定波长范围的光通过某种物质的蒸气，原子中的电子吸收光子，从能量较低的轨道跃迁到能量较高的轨道上，然后将透过光通过棱镜，就得到原子吸收光谱。不同元素的原子中电子发生跃迁时吸收或放出的光是不同的，可以用光谱仪摄取各种元素的原子的发射光谱或吸收光谱。在现代化学中，人们可通过原子发射光谱或吸收光谱来检测元素，称为光谱分析。
3.光谱的成因及分类
构造原理与电子排布式
1.构造原理：科学家经过研究发现，电子是按一定顺序填充的，填满一个能级之后再填下一个能级，这种规律称为构造原理。原子核外电子的运动(也称原子核外电子的排布)遵循构造原理的三大内容：能量最低原理、泡利不相容原理和洪特规则。
2.电子排布式
(1)概念：将能级上所排布的电子数标注在该能级符号的右上角，并按照能层由低到高的顺序排列的式子。
(2)电子排布式的表示方法
①常规方法：常根据构造原理(1s、2s、2p、3s、3p、4s、3d、4p)依次由低能级向高能级排列，如31号元素镓，首先排满1s2，再依次排满2s2、2p6、3s2、3p6、4s2、3d10，最后排4p1。
②原子序数大于18的方法：如31号元素，我们可以用31－18＝13，然后在[Ar]的基础上再填充13个电子，即[Ar]3d104s24p1。
电子云与原子轨道
1.电子云
人们用统计图示的方法来形象地描绘电子在原子核外空间出现机会的大小。用小点代表电子在核外空间区域出现的机会，小点的疏密与电子在该区域内出现的机会大小成正比。用小点的疏密来描述电子在原子核外空间出现的机会大小所得到的图形叫做电子云。
2.原子轨道与能级
(1)类型
原子轨道 形状 伸展方向 轨道数 可容纳的电子数
s 球形 1 1 2
p 纺锤形 3 3 6
d —— 5 5 10
f —— 7 7 14
原子轨道的伸展方向＝原子轨道数
(2)表示方法：原子轨道用表示电子层的n和表示原子轨道形状的s、p、d、f结合起来共同表示，如1s、2s、2p(2px、2py、2pz)、3d等。
(3)各电子层包含的原子轨道数目和可容纳的电子数
电子层 原子轨道类型 原子轨道数目 可容纳的电子数
1 1s 1 2
2 2s、2p 4 8
3 3s、3p、3d 9 18
4 4s、4p、4d、4f 16 32
n —— n2 2n2
(4)电子层和形状均相同的原子轨道的能量相等，如2px、2py、2pz轨道的能量相等。
泡利不相容原理、洪特规则、能量最低原理
1.泡利不相容原理
每个原子轨道最多容纳两个自旋状态不同的电子，称为泡利不相容原理。如2s轨道上的电子排布为 ，不能表示为 。
2.洪特规则
原子核外电子在能量相同的各个轨道上排布时，电子尽可能分占在不同的原子轨道上，且自旋状态相同，这样整个原子的能量最低，这个规则称为洪特规则。如
2p3的电子排布为 ，不能表示为 或 。
洪特规则特例：当能量相同的原子轨道在全满(p6、d10、f14)、半满(p3、d5、f7)和全空(p0、d0、f0)状态时，体系的能量最低，如：24Cr的电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s1；29Cu的电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s1。
3.能量最低原理
原子核外电子先占据能量低的轨道，然后依次进入能量较高的轨道，这样使整个原子处于能量最低的状态，从而满足能量最低原理。如图为构造原理示意图。
电子排布式
1.“能级交错”现象
依据构造原理，绝大多数基态原子核外电子的排布都遵循：1s→2s→2p→3s→3p →4s→3d→4p→5s……但部分过渡金属元素基态原子的电子排布不符合构造原理。如Cr和Cu的最后两个能级的电子排布式分别为3d54s1和3d104s1。
当出现d能级时，电子按ns、(n－1)d、np的顺序填充电子，当出现f能级时，电子按ns、(n－2)f、(n－1)d、np的顺序填充电子。从第三能层开始，各能级能量高低不完全符合能层顺序，产生了能级交错排列，即产生“能级交错”现象。要特别记忆4s＜3d这一能级交错现象。
2.电子排布式的书写
(1)前三周期主族元素可以根据最外层电子数书写，如S的最外层电子数为6，其排布式为[Ne]3s23p4。
(2)第四周期的元素，要熟记元素名称，然后从K开始数，数到几，就可以写成“[Ar]＋几个电子”。如Fe，从钾开始数到铁为8，其排布式为[Ar]3d64s2；Se，从钾开始数到Se为16，其排布式为[Ar]3d104s24p4。
(3)离子核外电子排布式的书写
先写出原子的电子排布式，再根据得失电子情况进行调整。对于主族元素的原子来说，原子失去电子时，一般只失去最外层电子，而过渡元素的原子可能还会进一步失去内层电子；原子得到电子时，一般总是填充到最外层未填满的能级上。
按要求填空。
(1)下列基态微粒的电子排布中未成对电子数最多的是 (填字母)。
a.N3－ b.Fe3＋ c.Cu d.Cr e.C
d
N3－、Fe3＋、Cu、Cr、C的基态原子或离子的外围电子排布式分别为2s22p6、3d5、3d104s1、3d54s1、2s22p2，未成对电子数分别为0个、5个、1个、6个、2个，基态Cr原子的未成对电子数最多。
(2)与铜同周期的所有元素的基态原子中，未成对电子数与铜原子相同的元素有
种。
4
铜元素基态原子的外围电子排布式为3d104s1，有1个未成对电子，Cu位于第四周期，第四周期元素基态原子未成对电子数为1的原子外围电子排布式为4s1、3d14s2、3d104s1、4s24p1、4s24p5，故除Cu外还有4种。
(3)基态铬原子的外围电子排布式是 ，这样排布使整个体系能量最低，原因是 。
3d54s1 3d轨道和4s轨道上的电子均为半充满稳定结构
铬的原子序数为24，铬原子的外围电子排布式为3d54s1，3d和4s轨道上的电子均为半充满状态时，原子能量最低。
(4)基态砷原子的外围电子排布式为 ，其原子核外有 个电子层， 个原子轨道，达到全充满状态的原子轨道个数是 ，与其同周期的元素，基态原子与砷原子未成对电子数相同的元素还有 种。
4s24p3 4 18 15 2
砷的原子序数为33，基态砷原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p3，外围电子排布式为4s24p3，共有4个电子层，18个原子轨道，达到全充满状态的原子轨道个数为15；基态砷原子核外有3个未成对电子，第四周期元素基态原子未成对电子数为3的原子外围电子排布式为3d34s2、3d74s2、4s24p3，即除砷外还有2种元素。
(5)短周期元素中，原子处于基态时具有1个未成对电子的元素共有 种。
7
短周期元素中，原子处于基态时具有1个未成对电子，其外围电子排布应为ns1、ns2np1、ns2np5。在1到18号元素中，有H(1s1)、Li(1s22s1)、B(1s22s22p1)、F(1s22s22p5)、Na(1s22s22p63s1)、Al(1s22s22p63s23p1)、Cl(1s22s22p63s23p5)，共7种元素。
(1)简单离子电子排布式的书写
先写原子的电子排布式，然后根据得失电子情况，将原子的电子排布式改为离子的电子排布式。例如：O2－的电子排布式，先写O原子的电子排布式，为1s22s22p4，再加2个电子得到O2－的电子排布式，为1s22s22p6；Fe3＋的电子排布式，先写Fe原子的电子排布式，为[Ar]3d64s2，再减去3个电子(由外层向内层依次失去电子)得到Fe3＋的电子排布式，为[Ar]3d5。
(2)外围电子排布式的书写
①主族元素原子最外层电子排布式即为外围电子排布式。如钙的外围电子排布式为4s2，溴的外围电子排布式为4s24p5。
②第四周期的过渡元素原子次外层电子常常参与成键，其外围电子包括3d轨道上的电子。如铬的外围电子排布式为3d54s1，铜的外围电子排布式为3d104s1。
(3)电子式、原子结构示意图、电子排布式、外围电子排布式、轨道表示式均能反映原子结构，其中轨道表示式不仅能表示出原子的核外电子排布的电子层、能级和原子轨道，还能表示出这些电子的自旋状态，其对电子运动状态的四个方面都进行了描述，最为详尽。
(4)元素基态原子中未成对电子数目的判断
①ⅠA、ⅢA、ⅦA族→1个未成对电子，ⅣA、ⅥA族→2个未成对电子，ⅤA族→3个未成对电子(主族元素原子中未成对电子数最多)，ⅡA族、0族→不含未成对电子。
②1～36号元素基态原子中，未成对电子数最多的为24Cr(外围电子排布式为3d54s1)，共有6个未成对电子。
电子排布的规则与原理
1.基态原子核外电子排布的三个原理
(1)能量最低原理：电子总是先占有能量最低的轨道，然后依次进入能量较高的轨道，使整个原子的能量处于最低状态。
(2)泡利不相容原理：在一个原子轨道中，最多只能容纳2个电子，并且这两个电子的自旋状态相反。
(3)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，并且自旋状态相同。
注意：24Cr的电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s1；29Cu的电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s1。
2.注意事项
(1)基态原子的能量最低，故基态原子的电子排布是能量最低的原子轨道组合。
(2)基态氦原子不存在1s12s1的状态，但氦处于激发态时可能会存在1s12s1的状态。
(3)电子的运动状态由能层、能级、原子轨道、自旋状态进行描述，在同一个原子中，不可能存在运动状态完全相同的两个电子。
A
电子的能量与电子层、能级有关，ns电子的能量一定高于(n－1)p电子的能量，A错误；根据洪特规则知，2p能级上的两个电子应排在两个不同的轨道上，B正确；根据能量最低原理知，电子先排能量低的轨道，后排能量高的轨道，故应先排4s轨道，即21Sc的电子排布式应为1s22s22p63s23p63d14s2，C正确；根据泡利不相容原理知，3p轨道最多容纳6个电子，D正确。
④电子轨道表示式：能反映各轨道的能量高低，各轨道上的电子分布情况及自旋
方向。
⑤外围电子排布式：如Fe原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2，外围电子排布式为3d64s2。外围电子排布式能反映基态原子的能层数、参与成键的电子数以及最外层电子数。