1.1.1《 原子的诞生 能层与能级 构造原理》课件（共29张）2020-2021学年人教版高二化学选修3

第一课时
原子的诞生 能层与能级 构造原理
第一节 原子结构
第一章 原子结构与性质
核心素养发展目标
1.通过对比分析、讨论交流，知道原子核外电子的能层、能级分布及其与能量的关系。
2．通过阅读识图、微观探究、思考交流，了解原子结构的模型及原子结构理论发展的历程，知道原子结构的构造原理，体会科学假设与思辩性推测的差异性与科学性。
3．通过归纳小结，问题探究，知道能层的含义以及与电子层的关系，并能正确表示能层和能级，了解一些元素的原子电子填充遵循的规律即构造原理。
【情景导入】为什么第一层最多只能容纳两个电子，第二层最多只能容纳八个电子而不能容纳更多的电子呢？第三、四、五层及其他电子层最多又可以容纳多少个电子？原子核外电子的排布与原子轨道有什么关系？ 带着这些问题，我们将开始本章内容的学习。
活动一、开天辟地—原子的诞生
.【阅读思考】阅读教材“引言”及P4页内容，（1）人类对原子的认识史——不同时期的原子结构模型是怎样的？
【温馨提示】①原子结构：
②不同时期的原子结构模型：
模型
道尔顿
汤姆生
卢瑟福
玻尔
量子力学（薛定谔）
年代
1803
1904
1911
1913
1926
依据
主要内容
元素化合时的质量比例的关系
发现电子
α粒子散射
氢原子光谱
近代科学实验
原子是不可再分的实心小球
葡萄干面包式
含核模型
行星轨道式原子模型
量子力学
【阅读思考2】（2）什么叫“大爆炸理论”？宇宙与原子是如何产生的？
【温馨提示】①比利时天文学家和宇宙学家勒梅特（Lemaitre Georges，1894.7.17～1966.6.20）于1932年首次提出了现代宇宙大爆炸理论——整个宇宙最初聚集在一个“原始原子”中，后来发生了大爆炸，碎片向四面八方散开，形成了我们的宇宙。大爆炸后两小时，诞生了大量的Hydrogen（约占88.6%)、少量的Helium及极少量的Lithium，然后经过或长或短的发展过程，以上元素发生原子核的熔合反应，分期分批的合成了其它元素。
氢
氦
锂
【讨论交流】阅读教材P4 “科学史话”，思考科学假设与思辩性推测的差异性与科学性？
【温馨提示】思辩性推测作出的预言绝不是科学。科学假设不同于思辩性推测，须以已有科学事实和理论为依据，更要用系统的科学观察和实验来验证。实证是科学的基本特征。
【问题探究】宇宙的组成元素和地球上的元素有何不同？
【温馨提示】
地球元素：非金属元素仅22种（包括稀有气体），绝大多数是金属元素。
【对应训练】
1.下列说法错误的是 (　　)
A.地球上的非金属元素共有22种
B.宇宙大爆炸产生了氢、氦、锂元素
C.思辨性推测就是科学假设
D.地球上的元素绝大多数是金属元素
【答案】C【解析】科学假设要以已有的科学事实和理论为依据,更要用系统的科学观察和实验来验证,而思辨性推测是一种预言性推测,不是科学假设,故C项说法错误。
2．如图①②③原子结构模型中依次符合卢瑟福、道尔顿、汤姆生的观点的是(　　)
A．①②③　　　B．③①②
C．③②① D．②①③
【答案】B【解析】卢瑟福提出了原子的核式模型，道尔顿认为原子是一个实心的球体，汤姆生发现了电子，并提出了原子的“葡萄干布丁”模型。
活动二、能层与能级
【阅读思考】阅读教材P4—5页内容，思考在多电子原子中，能层和能级分类的依据分别是什么？
【温馨提示】根据多电子原子核外电子的能量差异，将核外电子分成不同的能层。根据多电子原子中同一能层电子能量的不同，将它们分成不同能级。
【讨论交流1】（1）能层的表示方法是什么？各能层最多容纳的电子数有何特点？
K
L
M
N
O
P
Q
2n2
【交流讨论2】（2）能级的表示方法是什么？各能级最多容纳的电子数有何特点？
【温馨提示】
【问题探究1（1）能层的概念及表示方法是什么？能层与能量有何关系？并举例说明。
【温馨提示】①在多电子原子中，核外电子是分层运动的，能量高的电子在离核远的区域里运动，能量低的电子在离核近的区域里运动。这也说明多电子的原子中电子的能量是不同的。能量不同的电子在核外不同的区域内运动，这种不同的区域称为能层，即“电子层”(n)。例如：氯原子的结构示意图为 ，表示氯原子的17个电子分布在三个能量不同的能层上。
②每一能层最多容纳的电子数为2n2。
③离核越近的能层，能量越低。

④能层的表示方法：
【问题探究2】（2）能级的概念及表示方法是什么？能级与能量有何关系？
【温馨提示】①在多电子原子中，同一能层的电子，能量也可能不同。同一能层的电子在不同能量的能级上运动，能级分别用s、p、d、f表示。就好比能层是楼层，能级是楼梯的阶级。
②在同一能层上不同能级的能量：ns③s、p、d、f最多容纳的电子数依次为2、6、10、14。
④能级的表示方法：
能层
能级
各能级最多容纳的电子数
能层最多容纳的电子数
n＝1 K
1s
2
2
n＝2 L
2s　2p
2　6
8
n＝3 M
3s　3p　3d
2　6　10
18
n＝4 N
4s　4p　4d　4f
2　6　10　14
32
n＝5 O
5s　…
…
…
⑤在目前已知的元素的原子中，能层数最高到第七电子层，而能级的种类也只出现了s、p、d、f，产生这种现象的原因是能级的能量问题。
【拓展探究】决定电子能量高低的因素有有哪些？
【温馨提示】决定电子能量高低的因素有：
①能层，能级符号相同时，能层数越高，电子能量越高；
②能级，在同一能层的不同能级中，s、p、d、f能级能量依次升高；
③在同一能层的相同能级中电子的能量相同；
④在多电子原子中会发生能级交错现象。如核外电子排布为1s22s22p63s23p6的氩原子共有5种能量不同的电子。
【对应训练】
1.下列有关认识正确的是(　　)
A．各能级可容纳的最多电子数按s、p、d、f……的顺序依次为1、3、5、7……的二倍
B．各能层的能级都是从s能级开始至f能级结束
C．各能层含有的能级数为n－1
D．各能层含有的电子数为2n2
【答案】A【解析】各能层中的能级数等于其所处的能层数，即当n＝1时，它只有1s能级，当n＝2时，含有两个能级，分别为2s、2p能级，所以B、C都不正确；D中每个能层最多能填充2n2个电子，但不是一定含有2n2个电子。
2.下列关于多电子原子核外电子排布的说法正确的是(　)
A．各能层含有的能级数等于能层序数减去1
B．同是s能级，在不同的能层中最多所能容纳的电子数是不相同的
C．原子核外电子的每一个能层最多可容纳的电子数为n2
D．M能层中含有3d能级
【答案】D【解析】各能层中所含有的能级数等于其能层序数，A项错误；s能级不管是在哪一能层上最多所容纳的电子数都为2个，B项错误；每个能层上最多容纳的电子数为2n2，C项错误；第一能层中，只含1s能级，第二能层中，只含2s、2p两个能级，第三能层(M层)中，含有3s、3p、3d三个能级，D项正确。
活动三、构造原理
【阅读思考】阅读教材P5页内容，思考什么是构造原理？
【温馨提示】随着原子核电荷数的递增，绝大多数元素的原子核外电子的排布将遵循以下排布顺序：1s、2s、2p、3s、3p、4s、3d、4p、5s、4d、5p、6s、4f、5d、6p、7s、……人们把它称为构造原理。如图：
【问题探究1】（1）英文字母相同的不同能级中所能容纳的最多电子数是否相同？
【温馨提示】相同。如所有s能级最多容纳2×1个电子，p能级最多容纳2×3个电子，d能级最多容纳2×5个电子，f能级最多容纳2×7个电子。
【问题探究2】（2）能级数与能层序数有什么关系？不同能级的能量有什么关系？
【温馨提示】①任一能层的能级数等于该能层序数。②在每一个能层中，能级符号顺序为ns、np、nd、nf(n代表能层)，能量依次升高，即在第n层中，能级的能量顺序是E(ns)【讨论交流1】（1）如何正确理解“构造原理”？什么是能级交错现象？请举例说明。
【温馨提示】①核外电子首先是以能量由低到高顺序进入轨道。构造原理是绝大多数基态原子的核外电子排布顺序；②各能级的能量由能层序数和能级类型共同决定，各能级的能量高低顺序，可由下列公式得到：ns<(n－2)f<(n－1)dE(4s)、E(4d)>E(5s)、E(5d)>E(6s)、E(6d)>E(7s)、E(4f)>E(5p)、E(4f)>E(6s)等。原因是电子之间存在着斥力，从而减弱了原子核对外层电子的吸引力，致使能级出现交错现象。
④电子按照构造原理排布，会使整个原子的能量处于最低状态，原子相对较稳定。
【讨论交流2】（2）原子的最外层电子数为什么不超过8个？次外层电子数为什么不超过18个？
【温馨提示】①由于能级交错的原因，End>E(n＋1)s。当ns和np充满时(共4个轨道，最多容纳8个电子)，多余电子不是填入nd，而是首先形成新电子层，填入(n＋1)s轨道中，因此最外层电子数不可能超过8个。②同理可以解释为什么次外层电子数不超过18个。若最外层是第n层，次外层就是第(n－1)层。由于E(n－1)f>E(n＋1)s>Enp，在第(n＋1)层出现前，次外层只有(n－1)s、(n－1)p、(n－1)d上有电子，这三个亚层共有9个轨道，最多可容纳18个电子，因此次外层电子数不超过18个。
例如，原子最外层是第五层，次外层就是第四层，由于E4f>E6s>E5p，当第六层出现之前，次外层(第四层)只有在4s,4p和4d轨道上有电子，这三个亚层共有9个轨道，最多可容纳18个电子，也就是次外层不超过18个电子。
【讨论交流3】（3）什么叫电子排布式？如何根据构造原理书写基态原子的电子排布式？
【温馨提示】根据构造原理，只要知道原子序数(等于核电荷数)，就可以写出几乎所有元素原子的电子排布，这样的电子排布是基态原子的。用数字在能级符号右上角标明该能级上排布的电子数，这就是电子排布式，如Al原子的电子排布式： 。Mg原子：1s22s22p63s2。
【对应训练】
1．下列有关构造原理的说法错误的是(　　)
A．原子核外电子填充3p、3d、4s能级的顺序为3p→4s→3d
B．某基态原子部分核外电子的排布为3s24s2
C．不是所有基态原子的核外电子排布均符合构造原理
D．构造原理中的电子填入能级的顺序，实质是各能级能量由低到高的顺序
【答案】B【解析】根据构造原理示意图判断，故A项正确。根据构造原理可知，3s与4s能级之间还有3p能级，故B项错误。绝大多数基态原子的核外电子排布都遵循构造原理，但也有少数例外，如Cu和Ag，故C项正确。构造原理中电子填入能级的顺序即各能级能量由低到高的顺序，故D项正确。
2.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(5s)>E(4f)>E(4s)>E(3d)
B．E(3d)>E(4s)>E(3p)>E(3s)
C．E(4s)D．E(5s)>E(4s)>E(4f)>E(3d)
【答案】B【解析】根据构造原理，各能级能量的大小顺序：1s<2s<2p<3s<3p<4s<3d<4p<5s……A项和D项正确顺序为E(4f)>E(5s)>E(3d)>E(4s)；对于不同能层的相同能级，能层序数越大，能量越高。
课堂检测
1．下列说法中不符合现代大爆炸宇宙学理论的是(　　)
A．我们所在的宇宙诞生于一次大爆炸
B．恒星正在不断地合成自然界中没有的新元素
C．氢、氦等轻核元素是宇宙中天然元素之母
D．宇宙的所有原子中，最多的是氢元素的原子
【答案】B【解析】根据现代爆炸理论，我们的宇宙诞生于一次大爆炸，A项正确；恒星在不断合成的元素是我们已知的元素，而不是新元素，B项错误；氢、氦等发生原子核的融合反应合成了其他元素，因此氢、氦等轻核元素是宇宙中天然元素之母，C项正确；宇宙的所有原子中，氢元素约占88.6%，D项正确。
2．下列叙述正确的是(　　)
A．能级就是电子层
B．每个能层最多可容纳的电子数是2n2
C．同一能层中的不同能级的能量高低相同
D．不同能层中的s能级的能量高低相同
【答案】B【解析】能级应该是电子亚层，能层才是电子层；同一能层中的不同能级的能量的高低顺序是E(ns)3．以下能级符号表述正确的是(　　)
①5s　②1d　③2f　④1p　⑤2d　⑥3f　
⑦4f　⑧5d ⑨3p　⑩6s
A．③⑤⑦⑧⑨⑩ B．①③⑤⑦⑨
C．①⑦⑧⑨⑩ D．②④⑥⑧⑩
【答案】C【解析】每一个能层都有s能级，从第二能层开始出现p能级，从第三能层开始出现d能级，从第四能层开始出现f能级。综上所述，C项正确。
4.某微粒的核外电子排布式为1s22s22p63s23p6,下列关于该微粒的说法正确的是(　　)
A.它的质子数一定是18
B.它的原子和37Cl可能互为同位素
C.它的单质一定是强还原剂
D.可以确定该微粒为Ar
【答案】B【解析】此微粒核外共有18个电子,可能是原子也可能是离子,离子又可能为阳离子Ca2+、K+或阴离子S2-、Cl-。
谢谢聆听！