原子轨道与四个量子数课件

成武二中成武二中 李亚楠李亚楠考考 纲纲 定定 位位(1)了解原子核外电子的能级分布，能用电子排布式表示了解原子核外电子的能级分布，能用电子排布式表示常见元素常见元素(136号号)原子核外电子的排布。了解原子核外电子原子核外电子的排布。了解原子核外电子的运动状态。的运动状态。(2)了解元素电离能的含义，并能用以说明元素的某些性了解元素电离能的含义，并能用以说明元素的某些性质。质。(3)了解原子核外电子在一定条件下会发生跃迁，了解其了解原子核外电子在一定条件下会发生跃迁，了解其简单应用。简单应用。(4)了解电负性的概念，知道元素的性质与电负性的关系。了解电负性的概念，知道元素的性质与电负性的关系。命命 题题 趋趋 势势本章中的原子结构和元素周期律与必考内容中的相关内本章中的原子结构和元素周期律与必考内容中的相关内容联系密切，近几年高考中该选考内容中出现关于元素周期容联系密切，近几年高考中该选考内容中出现关于元素周期律的试题较多，一般结合电离能和电负性内容考查同周期或律的试题较多，一般结合电离能和电负性内容考查同周期或同主族的递变规律，在复习中应多加重视。同主族的递变规律，在复习中应多加重视。一、原子轨道与四个量子数一、原子轨道与四个量子数1量子数描述核外电子的运动状态量子数描述核外电子的运动状态(1)主量子数主量子数n对应着对应着；(2)主量子数主量子数n和角量子数和角量子数l对应着对应着n电子层中的电子层中的；(3)主量子数主量子数n，角量子数，角量子数l，磁量子数，磁量子数m对应着对应着n电子层电子层l能级中的能级中的；(4)自旋磁量子数对应着同一原子轨道中的电子自旋磁量子数对应着同一原子轨道中的电子的的 。原子中的电子运动状态可由原子中的电子运动状态可由n、l、m确定的确定的 来来描述，并取两种描述，并取两种中的一种。中的一种。电子层电子层能级能级原子轨道原子轨道自旋状态自旋状态原子轨道原子轨道自旋状态自旋状态2各原子轨道之间的能量大小关系各原子轨道之间的能量大小关系(1)不同主量子数的相同角量子数的原子轨道，主量子数不同主量子数的相同角量子数的原子轨道，主量子数越大能量越大能量 。例如：。例如：s s s；p p p。(2)同主量子数而不同角量子数的原子轨道，角量子数越同主量子数而不同角量子数的原子轨道，角量子数越大能量越高。例如：大能量越高。例如：s f。(3)同主量子数、角量子数的原子轨道能量相同。同主量子数、角量子数的原子轨道能量相同。例如：例如：2px22。越高越高123234pdpzpy二、能量最低原理二、能量最低原理1能量最低原理能量最低原理原子的电子排布遵循原子的电子排布遵循 。2基态原子与激发态原子基态原子与激发态原子处于处于的原子叫做基态原子，当基态原子的电的原子叫做基态原子，当基态原子的电子子后，电子会跃迁到后，电子会跃迁到 ，变成激发态原，变成激发态原子。子。3基态、激发态相互转化与能量转化的关系基态、激发态相互转化与能量转化的关系能量最低能量最低最低能量最低能量吸收能量吸收能量较高能级较高能级三、核外电子的运动三、核外电子的运动1电子云与原子轨道电子云与原子轨道(1)电子云：描述电子电子云：描述电子的图的图称为电子云图。称为电子云图。(2)原子轨道：表示核外电子在空间里经常出现的原子轨道：表示核外电子在空间里经常出现的 称为原子轨道。常见原子轨道的形状：称为原子轨道。常见原子轨道的形状：s原子原子轨道为轨道为 ，p原子轨道为原子轨道为。在核外空间出现概率大小在核外空间出现概率大小电子云区域电子云区域球形球形纺锤形纺锤形2能级与原子轨道的关系：能级与原子轨道的关系：ns能级各有能级各有 个轨道，个轨道，np能级有能级有 个轨道，个轨道，nd能级有能级有 个轨道，个轨道，nf能级有能级有 个轨道。个轨道。np能级中的能级中的3个原子轨道互相个原子轨道互相 ，分别以，分别以px、py、pz表表示，它们具有相同的能量。示，它们具有相同的能量。3泡利原理：泡利原理：1个原子轨道里最多只容纳个原子轨道里最多只容纳个电子，而个电子，而且自旋方向且自旋方向，这就是泡利原理。，这就是泡利原理。4洪特规则：当电子排布在同一能级的不同轨道时，洪特规则：当电子排布在同一能级的不同轨道时，总是总是 ，而且自旋方向，而且自旋方向，称为洪特，称为洪特规则。规则。1357垂直垂直2相反相反优先占据不同轨道优先占据不同轨道相同相同四、元素周期律四、元素周期律1随着原子序数的递增，主族元素原子半径的大小呈随着原子序数的递增，主族元素原子半径的大小呈现周期性变化：同周期中现周期性变化：同周期中(除稀有气体外除稀有气体外)，随着原子序数的，随着原子序数的增大，元素的原子半径增大，元素的原子半径 。2电离能及其变化规律电离能及其变化规律(1)叫做第一电离能。叫做第一电离能。逐渐变小逐渐变小气态电中性基态原子失去一个电子转化为气态基态气态电中性基态原子失去一个电子转化为气态基态正离子所需要的最低能量正离子所需要的最低能量(2)由电离能的定义推知，电离能越小，表示在气态时该由电离能的定义推知，电离能越小，表示在气态时该原子失去电子能力越原子失去电子能力越，反之电离能越大，表示在气态，反之电离能越大，表示在气态时该原子失去电子能力越时该原子失去电子能力越，因此运用电离能的数值可以判，因此运用电离能的数值可以判断元素的断元素的。(3)由电离能的大小可以看出，对于同一周期元素而言，由电离能的大小可以看出，对于同一周期元素而言，的第一电离能最小，的第一电离能最小，的第一电离的第一电离能最大，从左到右呈现从能最大，从左到右呈现从到到的变化趋势；同主族元素的变化趋势；同主族元素从上到下的第一电离能逐渐从上到下的第一电离能逐渐。强强难难金属性强弱金属性强弱碱金属元素碱金属元素稀有气体稀有气体小小大大减小减小3电负性及其变化规律电负性及其变化规律(1)电负性：用来描述不同原子形成化学键时电负性：用来描述不同原子形成化学键时 的相对强弱。的相对强弱。(2)同一周期的元素从左到右，元素的电负性逐渐同一周期的元素从左到右，元素的电负性逐渐 ，同主族元素的电负性从上到下逐渐同主族元素的电负性从上到下逐渐 。吸引电子能力吸引电子能力增大增大减小减小1原子核外电子排布的原理原子核外电子排布的原理(1)能量最低原则，即：电子尽先占有能量低的轨道，然能量最低原则，即：电子尽先占有能量低的轨道，然后进入能量高的轨道，使整个原子的能量处于最低状态。后进入能量高的轨道，使整个原子的能量处于最低状态。(2)泡利不相容原理：一个原子轨道中最多只能容纳两个泡利不相容原理：一个原子轨道中最多只能容纳两个电子，且这两个电子的自旋方向必须相反。电子，且这两个电子的自旋方向必须相反。(3)洪特规则洪特规则对于基态原子，电子在能量相同的轨道上排布时，将对于基态原子，电子在能量相同的轨道上排布时，将尽可能分占不同的轨道且自旋方向相同。尽可能分占不同的轨道且自旋方向相同。能量相同的轨道在全充满、半充满、全空状态时体系能量相同的轨道在全充满、半充满、全空状态时体系的能量较低，原子较稳定。的能量较低，原子较稳定。2基态原子核外电子排布的表示方法基态原子核外电子排布的表示方法表示方法表示方法举例举例原子结构示意图原子结构示意图电子式电子式电子排布式电子排布式S：1s22s22p63s23p4或或Ne3s23p4轨道表示式轨道表示式N：特别提醒特别提醒(1)在写基态原子的轨道表示式时，常出现以下几种错误：在写基态原子的轨道表示式时，常出现以下几种错误：(2)当出现当出现d轨道时，虽然电子按轨道时，虽然电子按ns，(n1)d，np顺序填顺序填序，但在书写电子排布式时，仍把序，但在书写电子排布式时，仍把(n1)d放在放在ns前，如前，如Fe：1s22s22p63s23p63d64s2正确；正确；Fe：1s22s22p63s23p64s23d6错误。错误。A、B、C、D、E、F代表代表6种元素。请填空：种元素。请填空：(1)A元素基态原子的最外层有元素基态原子的最外层有3个未成对电子，次外层个未成对电子，次外层有有2个电子，其元素符号为个电子，其元素符号为_；(2)B元素的负一价离子和元素的负一价离子和C元素的正一价离子的电子层元素的正一价离子的电子层结构都与氩相同，结构都与氩相同，B的元素符号为的元素符号为_，C的元素符号的元素符号为为_；(3)D元素的正三价离子的元素的正三价离子的3d能级为半充满，能级为半充满，D的元素符的元素符号为号为_，其基态原子的电子排布式为，其基态原子的电子排布式为_NClKFe1s22s22p63s23p63d64s2或或Ar3d64s2(4)E元素基态原子的元素基态原子的M层全充满，层全充满，N层没有成对电子，层没有成对电子，只有一个未成对电子，只有一个未成对电子，E的元素符号为的元素符号为_，其基态原，其基态原子的电子排布式为子的电子排布式为_ ；(5)F元素的原子最外层电子排布式为元素的原子最外层电子排布式为nsnnpn1，则，则n_；原子中能量最高的是；原子中能量最高的是_电子。电子。Cu 1s22s22p63s23p63d104s1或或Ar3d104s1 2 2p规律方法规律方法到目前为止，我们学过的表示原子结构的化学用语有多到目前为止，我们学过的表示原子结构的化学用语有多种，它们各有不同的侧重。种，它们各有不同的侧重。(1)原子结构示意图只能表示核外电子分层排布和原子核原子结构示意图只能表示核外电子分层排布和原子核内的质子数，如内的质子数，如8 。(2)核组成式：如核组成式：如16 8O，侧重于表示原子核的结构，它能侧重于表示原子核的结构，它能告诉我们该原子核内的质子数和电子数，以及所能表示的质告诉我们该原子核内的质子数和电子数，以及所能表示的质量数，还有核外电子数，并不能反映核外电子量数，还有核外电子数，并不能反映核外电子的排布情况。的排布情况。(3)电子排布式，如电子排布式，如O原子的电子排布式为原子的电子排布式为1s22s22p4，它，它能告诉我们氧原子核外的电子分为能告诉我们氧原子核外的电子分为2个电子层，个电子层，3个能级，并个能级，并不知道它的原子核的情况，也不知道它的各个电子的运动状不知道它的原子核的情况，也不知道它的各个电子的运动状态。态。(4)轨道表示式，如这个式子，对氧原子核外电子排布的轨道表示式，如这个式子，对氧原子核外电子排布的情况表达的就更加详细。情况表达的就更加详细。1(2008海南海南)在基态多电子原子中，关于核外电子能在基态多电子原子中，关于核外电子能量的叙述错误的是量的叙述错误的是A最易失去的电子能量最高最易失去的电子能量最高B电离能最小的电子能量最高电离能最小的电子能量最高Cp轨道电子能量一定高于轨道电子能量一定高于s轨道电子能量轨道电子能量D在离核最近区域内运动的电子能量最低在离核最近区域内运动的电子能量最低C1核外电子排布与周期的划分：一个能级组最多容纳核外电子排布与周期的划分：一个能级组最多容纳的电子数等于一个周期所包含的元素种数，因此元素周期表的电子数等于一个周期所包含的元素种数，因此元素周期表中中7个周期分别对应着个周期分别对应着7个能级组，个能级组，7个周期对应的元素种数个周期对应的元素种数分别为分别为2、8、8、18、18、32、32。周期的划分与主量子数周期的划分与主量子数n有关：最外层电子的主量子数有关：最外层电子的主量子数为为n时，该元素属第时，该元素属第n周期。周期。2核外电子排布与族的划分：族的划分与原子的价电核外电子排布与族的划分：族的划分与原子的价电子数和价电子排布有关。子数和价电子排布有关。3元素周期表区的划分元素周期表区的划分s区元素：区元素：A和和A族；族；p区元素：区元素：AA和和0族；族；d区元素：区元素：B族；族；ds区元素：包括区元素：包括B和和B族；族；f区元素：区元素：包括镧系元素和锕系元素。包括镧系元素和锕系元素。有第有第4周期的周期的A、B、C、D四种元素，其价电子数四种元素，其价电子数依次为依次为1、2、2、7，其原子序数按照，其原子序数按照A、B、C、D依次增大。依次增大。已知已知A与与B的次外层电子数为的次外层电子数为8，而，而C与与D为为18。根据原子结。根据原子结构，判断构，判断A、B、C、D各是什么元素？各是什么元素？(1)哪些是金属元素？哪些是金属元素？(2)D与与A的简单离子是什么？并写出其离子的电子排布的简单离子是什么？并写出其离子的电子排布式。式。(3)哪一元素的氢氧化物碱性最强？哪一元素的氢氧化物碱性最强？(4)B与与D两原子间能形成何种化合物？写出化学式，并两原子间能形成何种化合物？写出化学式，并写出电子式。写出电子式。解析解析此题的突破口在于此题的突破口在于A价电子数为价电子数为1，且次外层电子，且次外层电子数为数为8，且在第，且在第4周期，所以周期，所以A为为K；B价电子数为价电子数为2，次外层，次外层电子数为电子数为8，所以，所以B为为Ca；C、D价电子数为价电子数为2、7，次外层电，次外层电子数都为子数都为18，又都在第，又都在第4周期，所以周期，所以C、D分别是分别是Zn、Br。答案答案A：KB：CaC：ZnD：Br(1)K、Ca、Zn(2)Br：1s22s22p63s23p63d104s24p6K：1s22s22p63s23p6(3)K2.若第若第4周期的某元素原子最外层仅有周期的某元素原子最外层仅有1个电子，则该元个电子，则该元素可能为何种元素？原子序数各为多少？并写出相应的电子素可能为何种元素？原子序数各为多少？并写出相应的电子排布式。排布式。答案答案19K：Ar4s124Cr：Ar3d54s1 29Cu：Ar3d104s11原子半径原子半径影响原子半径大小的因素有电子的能层数、核电荷数。影响原子半径大小的因素有电子的能层数、核电荷数。同周期元素从左到右原子半径减小，同主族元素从上到下原同周期元素从左到右原子半径减小，同主族元素从上到下原子半径增大。子半径增大。2电离能电离能气态电中性基态原子失去一个电子转化为气态基态正离气态电中性基态原子失去一个电子转化为气态基态正离子所需要的最低能量叫做第一电离能子所需要的最低能量叫做第一电离能(用用I1表示表示)，一价气态，一价气态基态正离子再失去一个电子所需消耗的最低能量叫做第二电基态正离子再失去一个电子所需消耗的最低能量叫做第二电离能离能(用用I2表示表示)，依次类推，可得到，依次类推，可得到I3、I4同一种元素的同一种元素的逐级电离能的大小关系为逐级电离能的大小关系为I1I2I3H，F元素和元素和H元素的化合价分别为元素的化合价分别为1价和价和1价。价。判判断化学键的类型：电负性差值大的元素原子间形成的化学键断化学键的类型：电负性差值大的元素原子间形成的化学键主要是离子键，而电负性差值小的元素原子间形成的化学键主要是离子键，而电负性差值小的元素原子间形成的化学键主要是共价键。主要是共价键。根据下列五种元素的第一至第四电离能数据根据下列五种元素的第一至第四电离能数据(单单位：位：kJmol1)，回答下列问题：，回答下列问题：元素代号元素代号I1I2I3I4Q2 0804 0006 1009 400R5004 6006 9009 500S7401 5007 70010 500T5801 8002 70011 600U4203 1004 4005 900(1)在周期表中，最可能处于同一族的是在周期表中，最可能处于同一族的是_。AQ和和R BS和和TCT和和U DR和和TER和和U(2)下列离子的氧化性最弱的是下列离子的氧化性最弱的是_。AS2 BRCT3 DU(3)下列元素中，化学性质和物理性质最像下列元素中，化学性质和物理性质最像Q元素的是元素的是_。A硼硼 B铍铍C氦氦 D氢氢(4)每种元素都出现相邻两个电离能的数据相差较大的情每种元素都出现相邻两个电离能的数据相差较大的情况，这一事实从一个侧面说明：况，这一事实从一个侧面说明：_，如果如果U元素是短周期的元素，你估计它的第元素是短周期的元素，你估计它的第2次电离能飞次电离能飞跃数据将发生在失去第跃数据将发生在失去第_个电子时。个电子时。(5)如果如果R、S、T是同周期的三种主族元素，则它们的原是同周期的三种主族元素，则它们的原子序数由小到大的顺序是子序数由小到大的顺序是_，其中元素，其中元素_的第的第一电离能异常高的原因是一电离能异常高的原因是_。解析解析(1)由表中数据知，由表中数据知，R和和U的第一至第四电离能变的第一至第四电离能变化规律相似，即化规律相似，即R和和U最可能在同一主族。最可能在同一主族。(2)离子的氧化性最弱，即其对应的电离能最小。由表中离子的氧化性最弱，即其对应的电离能最小。由表中数据看出数据看出U的第一电离能为的第一电离能为420 kJmol1，数值最小。，数值最小。(3)Q元素各电离能都较大，而且各电离能之间无太大差元素各电离能都较大，而且各电离能之间无太大差距，故距，故Q最可能为稀有气体元素。最可能为稀有气体元素。(4)相邻两个电离能数据相差较大，从一个侧面说明电子相邻两个电离能数据相差较大，从一个侧面说明电子是分层排布的，且各能层能量不同。若是分层排布的，且各能层能量不同。若U为短周期元素，据为短周期元素，据表中数据第一次电离能飞跃是失去第表中数据第一次电离能飞跃是失去第2个电子时，可推知个电子时，可推知U在在A族，则第二次电离能飞跃是在失去第族，则第二次电离能飞跃是在失去第10个电子时发生的。个电子时发生的。(5)R元素第二电离能有较大飞跃，元素第二电离能有较大飞跃，S元素第三电离能有元素第三电离能有较大飞跃，较大飞跃，T元素第四电离能有较大飞跃，由题意知三者为元素第四电离能有较大飞跃，由题意知三者为同周期三种主族元素，可推知同周期三种主族元素，可推知R在在A族，族，S在在A族，族，T在在A族，故原子序数族，故原子序数RST，由表中数据知，由表中数据知S元素的第一电元素的第一电离能异常高，其原因是离能异常高，其原因是S元素的最外层电子处于元素的最外层电子处于s能级全充满能级全充满状况，能量较低，比较稳定，失去一个电子吸收的能量较多。状况，能量较低，比较稳定，失去一个电子吸收的能量较多。答案答案(1)E(2)D(3)C(4)电子分层排布，各能层能电子分层排布，各能层能量不同量不同10(5)RSTSS元素的最外层电子处于元素的最外层电子处于s能级能级全充满状态，能量较低，比较稳定，失去一个电子吸收的能全充满状态，能量较低，比较稳定，失去一个电子吸收的能量较多量较多规律方法规律方法电离能的突变点是化合价的稳定态，由此可判断元素的电离能的突变点是化合价的稳定态，由此可判断元素的化合价：化合价：(1)若若I2I1，则该元素通常呈，则该元素通常呈1价；若价；若I3I2，则，则该元素通常呈现该元素通常呈现2价；若价；若I4I3，则该元素通常呈现，则该元素通常呈现3价；价；(2)若电离能都较大且相互之间相差不大，则该元素一般若电离能都较大且相互之间相差不大，则该元素一般为惰性元素。明确了化合价再去推断其他相关问题，便可迎为惰性元素。明确了化合价再去推断其他相关问题，便可迎刃而解。刃而解。3下列说法中正确的是下列说法中正确的是A第第3周期所含元素中钠的第一电离能最小周期所含元素中钠的第一电离能最小B铝的第一电离能比镁的第一电离能大铝的第一电离能比镁的第一电离能大C在所有元素中，氟的第一电离能最大在所有元素中，氟的第一电离能最大D钾的第一电离能比镁的第一电离能大钾的第一电离能比镁的第一电离能大A