高考化学 专题2 第一单元 原子核外电子的运动 苏教版选修3

欢迎进入化学课堂 专题2原子结构与元素的性质 专题2原子结构与元素的性质 第一单元原子核外电子的运动 课程标准导航1 了解原子核外电子的运动状态 2 了解原子核外电子排布所遵循的原理 知道原子核外电子的能级分布 3 能用电子排布式表示1 36号元素原子的核外电子排布 4 知道原子核外电子在一定条件下会发生跃迁 了解其简单应用 自主学习一 人类对原子结构的认识1 原子是由 和 构成的 其中 带正电 它又是由带正电的 和不带电的 构成的 带负电 整个原子是 原子核 核外电子 原子核 质子 中子 核外电子 电中性 2 原子中 质子数 原子序数质量数 3 1911年 英国物理学家卢瑟福根据 粒子的散射实验 提出了原子结构的有核模型 卢瑟福认为原子的质量主要集中在 上 电子在原子核外空间做高速运动 核电荷数 核外电子数 质子数 中子数 原子核 4 1913年 丹麦物理学家玻尔提出新的原子结构模型 1 原子核外电子在一系列稳定的轨道上运动 这些轨道称为原子轨道 电子在运动时 不会有能量变化 2 轨道的能量各不相同 原子轨道的能量变化是不连续的 3 原子核外电子可以在能量不同的轨道上发生跃迁 5 原子核外电子运动不遵循宏观物体的运动规律 科学家用统计方法来描述核外电子的运动状态 用小黑点的疏密代表电子在核外空间区域出现的机会 所得图形称为电子云图 离核近的区域电子出现的机会大 离核远的区域 电子出现的机会少 6 原子处于能量最低状态时 称为基态 想一想1 电子云图上的小黑点代表一个电子吗 提示 不是 小黑点仅代表电子出现的机率 并不是存在一个真实的电子 二 原子核外电子的运动特征1 原子轨道 能级 的类型有 s p d f等 s轨道呈球形 有1个轨道 可容纳2个电子 p轨道呈纺锤形 在空间有3个伸展方面 包括px py pz轨道 它们之间是互相垂直的 可容纳6个电子 d轨道有5个轨道 可容纳10个电子 f轨道有7个轨道 可容纳14个电子 2 原子轨道用表示 和 s p d f结合起来共同表示 如1s 2s 2p 3d等 3 第n电子层中含有的原子轨道类型有n种 原子轨道数目为n2个 可容纳的电子数为2n2 如第3层中 含有3s 3p 3d三种类型的轨道 原子轨道数目为9个 一共可容纳的电子数为18个 电子层 能层 的n 表示原子轨道形状的符号 4 原子轨道能量高低 1 相同电子层的原子轨道中 ns np nd nf 2 形状相同的原子轨道 2p 3p 4p 3 电子层数和原子轨道形状均相同 2px 2py 2pz 想一想2 多电子原子中 电子的运动区域与其能量之间的关系 提示 多电子原子中 通常能量较低的电子在离核较近的区域运动 能量较高的电子在离核较远的区域运动 三 原子核外电子的排布1 核外电子排布需要遵循 和 2 能量最低原理 原子核外电子先占据 的轨道 优先进入能量低的能级 能量最低原理 泡利不相容原理 洪特规则 能量低 3 泡利不相容原理 每个原子轨道上最多只能容纳 的电子 4 洪特规则 在能量相同的轨道上的电子将尽先分占 的原子轨道 且自旋状态相同 两个自旋状态不同 不同 自主体验1 下列电子层不包含p轨道的是 A NB MC LD K解析 选D K层只有s轨道 2 在基态多电子原子中 关于核外电子能量的叙述错误的是 A 最易失去的电子能量最高B 1s轨道的电子能量最低C p轨道电子能量一定高于s轨道电子能量D 在离核最近区域内运动的电子能量最低解析 选C 选项C没有指明p轨道电子和s轨道电子是否处于同一电子层 3 比较下列多电子的原子轨道的能量高低 填 或 1 2s3s 2 2s3d 3 2px2py 4 4f6f 解析 相同电子层上原子轨道能量高低顺序是ns np nd nf 相同形状的原子轨道能量的高低顺序 1s 2s 3s 4s 同一电子层上形状相同的原子轨道具有相同的能量 npx npy npz 答案 1 2 3 4 探究导引1原子核外的电子具有的能量是否相同 如何描述它们的运动状态 提示 电子的能量不相同 核外电子按能量分层排布 描述电子的运动状态包含电子层 原子轨道 电子的自旋方向等 探究导引2每个电子层中最大容纳的电子数为何是2n2个电子 提示 每个电子层可能有的最多轨道数为n2 每个轨道又只能容纳2个电子 因此 各电子层最大容纳的电子总数是2n2 探究导引3p轨道的能量一定比s轨道能量大吗 提示 不一定 只有电子层数相同时才成立 若电子层数不相同时 p轨道能量可能会小 如3s 2p 要点归纳 2 各电子层包含的原子轨道数目的表示方法及最多容纳的电子数 3 原子轨道 4 原子核外电子排布的轨道能量顺序 如下 按箭头指向 能级的能量越来越大 即时应用 解析 选D 电子离核越近 能量越低 A项正确 原子轨道种类数与电子层序数相等 当电子层序数为3时 只有3s 3p 3d三种原子轨道 所以3f不存在 B项正确 C项正确 p轨道在空间有x y z3个伸展方向 故与电子层序数无关 D项错误 探究导引1从元素周期表中查出铜 银 金的外围电子排布 它们是否符合构造原理 若不符合 请做出合理解释 提示 从元素周期表中查出铜 银 金的外围电子排布分别为Cu 3d104s1 Ag 4d105s1 Au 5d106s1 根据构造原理Cu Ag Au的外围电子排布为 n 1 d9ns2 所以它们电子层排布不符合构造原理 合理解释 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 的两倍 而量子力学的理论指出 在等价轨道上 同一能级 的电子排布在全充满 半充满和全空状态的具有较低的能量和较大的稳定性 相对稳定的状态 探究导引2电子排布式可以简化 如钠的电子排布式写成 Ne 3s1 方括号中符号的意义是什么 你能仿照钠原子的简化电子排布式写出第8号元素氧 第14号元素硅和第26号元素铁的简化电子排布式吗 提示 电子排布式书写过繁 可以把内层电子已达到稀有气体结构的部分写成 原子实 以稀有气体的元素符号外加方括号表示 O Si Fe的简化电子排布式为O He 2s22p4Si Ne 3s23p2Fe Ar 3d64s2 在化学反应中 原子的外围电子发生变化而 原子实 不受影响 所以描述原子核外电子排布时 也可以省去 原子实 仅写出原子的外围电子排布式 对主族元素的原子 外围电子又称价电子 如O 2s22p4Si 3s23p2Fe 3d64s2 要点归纳1 原子核外电子排布遵循的原则 1 能量最低原理 原子核外电子总是尽先占据能量最低的原子轨道 填满后再依次填充能量较高的其他原子轨道 也就是先填1s 填满后填2s 然后填2p 按照 要点一 的 要点归纳 中 4 原子核外电子排布的轨道能量顺序 依次排布 2 泡利不相容原理 一个原子中不可能有两个运动状态四方面完全相同的电子 运动状态四方面是指轨道所处电子层 轨道类型 轨道伸展方向和电子自旋状态 3 洪特规则 当电子排布在能量相同的各个轨道时 总是优先单独占据一个轨道 而且自旋方向相同 这个规则叫洪特 Hund 规则 比如 p3的轨道式为或而不是 4 洪特规则的特例 当p d f轨道填充的电子数为全空 半充满或全充满时 原子处于较稳定的状态 即p0 d0 f0 p3 d5 f7 p6 d10 f14时 是较稳定状态 前36号元素中 全空状态的有4Be 2s22p0 12Mg 3s23p0 20Ca 4s23d0 半充满状态的有 7N 2s22p3 15P 3s23p3 24Cr 3d54s1 25Mn 3d54s2 33As 4s24p3 全充满状态的有10Ne 2s22p6 18Ar 3s23p6 29Cu 3d104s1 30Zn 3d104s2 36Kr 4s24p6 2 基态原子核外电子排布的表示方法 1 电子排布式 用数字在能级符号的右上角表明该能级上排布的电子数 这就是电子排布式 例如 K 1s22s22p63s23p64s1 为了避免电子排布式书写过于繁琐 把内层电子达到稀有气体元素原子结构的部分以相应稀有气体的元素符号外加方括号表示 例如K Ar 4s1 2 电子排布图 轨道表示式 每个方框代表一个原子轨道 每个箭头代表一个电子 如基态硫原子的轨道表示式为 即时应用2 下列电子排布式或轨道表示式正确的是 A C原子的轨道表示式 B Ca原子的电子排布式 1s22s22p63s23p63d2C 氮原子的轨道表示式 D Br 的电子排布式 Ar 3d104s24p6 解析 选D A项违反了洪特规则 2p轨道上两个电子应分占不同的轨道且自旋方向相同 正确的轨道表示式应为 B项违反了能量最低原理 应先填充4s轨道 再填充3d轨道 正确的电子排布式应为1s22s22p63s23p64s2或 Ar 4s2 C项违反了泡利不相容原理 1s和2s轨道上电子自旋方向应相反 正确的轨道表示式应为 若原子的电子层数 能层 为n 则下列推论不正确的是 A 每个电子层中具有的能级数为nB 每个电子层中具有的原子轨道数为n2C 每个电子层中最多具有的电子数为2n2 D 同一原子轨道上的电子能量一定相同 不同原子轨道上的电子能量一定不同 思路点拨 原子核外电子排布遵循一定的规律 其中能层 原子轨道等概念需要深入理解 解析 同一原子里有不同轨道 如s和p中的电子能量肯定不同 不同原子的轨道 只要对应的电子层数和轨道相同 则能量相同 D项错 答案 D 规律方法 能层数 能级数 如第2层中含有两个能级 即2s 2p 原子轨道数 能层数的平方 如第2层中含有4个原子轨道 即2s 2px 2py 2pz 每个轨道可以填充2个电子 则每层中所能容纳的最大电子数目为2n2 如第2层 最多能排8个电子 已知锰的核电荷数为25 以下是一些同学绘制的基态锰原子核外电子的轨道表示式 即电子排布图 其中最能准确表示基态锰原子核外电子运动状态的是 思路点拨 解答本题时要综合考虑原子核外电子排布的三条规律 并要仔细观察 发现选项中的错误之处 解析 Mn原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s2 原子轨道的能量由低到高的顺序为1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 其中3d轨道上排布了5个电子 为半充满状态 各电子分占不同的轨道 且自旋状态相同 A中有两个错误 轨道能量顺序不对 3d轨道上电子排布不对 违反了洪特规则 B中有两处错误 s轨道上两个电子的自旋状态应相反 轨道能量顺序也不对 C中3d轨道上电子排布不对 违反了洪特规则 答案 D 规律方法 原子核外电子在轨道中排布时 需要遵循三个原则 一是能量最低原理 即电子先排在能量最低的轨道中 二是泡利不相容原理 即一个轨道中只能排两个自旋相反的电子 三是洪特规则 即在排能量相同的轨道时 电子优先独占一个轨道 且自旋方向相同 同学们 来学校和回家的路上要注意安全 同学们 来学校和回家的路上要注意安全