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第一章 原子结构与性质 第一节 原 子 结 构,一、开天辟地原子的诞生 1.原子的诞生：,氢,氦,锂,2.宇宙的组成元素及其含量：,88.6%,1/8,1%,二、能层与能级 1.能层： (1)意义：根据多电子原子的核外电子的_差异，将核外 电子分成不同的能层。 (2)符号：能层序数1、2、3、4、5、6、7分别用_ _表示。,能量,K、L、M、,N、O、P、Q,2.能级： (1)意义：根据多电子原子中同一能层电子_不同，将它 们分成不同的能级。 (2)符号：在每一能层中，能级符号分别为ns、np、nd、 nf，其中n代表_。,能量,能层,3.能层、能级中所容纳的电子数：,1s,2s,2p,3s,3p,3d,4s,4p,4d,4f,2,6,10,14,2,6,2,8,18,32,三、构造原理与电子排布式 1.构造原理： (1)含义：在多电子原子中，电子在能级上的排列顺序是电 子先排在能量_的能级上，然后依次排在能量_的能 级上。,较低,较高,(2)构造原理示意图。,能层,能级,2.电子排布式： (1)概念：将_上所排布的电子数标注在该能级符号 _，并按照能层从左到右的顺序排列的式子。 (2)表示方法。 钠原子的电子排布式可表示为1s22s22p63s1，也可简化为Ne3s1。,1sx,能级,右上角,四、基态、激发态与光谱 1.基态原子与激发态原子：,最低能量,吸收,释放,较高能量,较高,2.原子光谱：不同元素的原子发生_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_或_ _，总称原子光谱。 3.光谱分析：在现代化学中，利用_上的特征谱线来 _的分析方法。,跃迁,吸收光谱,发射,光谱,原子光谱,鉴定元素,五、电子云与原子轨道 1.电子运动的特点：电子质量小，运动速度快，无规则，故 无法确定某个时刻处于原子核外空间何处。只能确定它在原 子核外空间各处出现的_。 2.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_分布的形象化描述。电子云中的小黑点表 示电子在核外出现的_，小黑点越密表示_ _。,概率,概率密度,概率密度,概率密度越,大,3.原子轨道： (1)定义：量子力学把电子在原子核外的一个_ 称为一个原子轨道。 (2)各能级所含原子轨道数目。,空间运动状态,1,3,5,7,六、核外电子的排布 1.核外电子排布的规则： (1)能量最低原理：原子核外电子的排布遵循构造原理，按 轨道能量由低到高依次排列，使整个原子处于_的能量 状态。 (2)泡利原理：在一个原子轨道里，最多只能容纳_个电子， 而且它们的自旋状态_，用“_”表示。,最低,2,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_一个轨道，而且_ 相同。,单独占据,自旋状态,2.电子排布图：用方框表示原子轨道，用不同方向的箭头 表示自旋状态不同的电子的式子。 如氮原子的电子排布图是_。,1.辨析下列说法的正误： (1)能层序数大，能级的能量不一定大。 ( ) 分析：从构造原理图可以看出来，各能级能量不只与能层有 关。 (2)处于激发态的原子都遵循能量最低原理、泡利原理和洪特 规则。 ( ) 分析：处于激发态的原子不遵循能量最低原理，但遵循泡利 原理和洪特规则。,(3)电子云图中的小黑点密度的大小表示电子的多少。 ( ) 分析：电子云图中的小黑点并不代表电子本身，而是用小黑 点表示电子在核外某空间出现的概率密度的大小，小黑点越 密表示概率密度越大。 (4)任意能层上的s轨道电子云都是球形的。 ( ) 分析：电子云的形状只与能级有关，即不同能层上的s轨道电 子云形状都是相同的。,2.氢原子的3d和4s能级的能量高低是 ( ) A.3d4s B.3d4s。,3.下列各能层不包含d能级的是 ( ) A.O能层 B.P能层 C.M能层 D.K能层 【解析】选D。多电子原子中，同一能层的电子可分为不同的能级，K层只有s能级，L层有s、p能级，从M层开始有d能级。,4.下列能层中，原子轨道数目为9的是 ( ) A.K层 B.L层 C.M层 D.N层 【解析】选C。能层K、L、M、N含有的轨道数分别为1、4、9、16。,5.基态碳原子的最外能层的各能级中，电子排布的方式正确的是 ( ) 【解析】选C。基态原子的核外电子排布，若已知核外电子数目应先按照能量最低原理从s排起，而p轨道电子分别占据一个原子轨道时能量最低，故C为正确选项。,6.以下对核外电子运动状态的描述正确的是 ( ) A.电子的运动与行星相似，围绕原子核在固定的轨道上高速旋转 B.能量低的电子只能在s轨道上运动，能量高的电子总是在f轨道上运动 C.能层序数越大，s电子云的半径越大 D.在同一能级上运动的电子，其运动状态肯定相同,【解析】选C。原子核外电子是无规则的高速运动，没有固定的轨道，A错；多电子原子中的核外电子，根据能量由低到高分布在不同的能层和能级中，不同的原子，能量最高的电子所处的轨道不同，B错；各能层s轨道的半径大小为1s2s 3s，C项正确；在同一能级上运动的电子，可能处于不同的原子轨道，同一原子轨道中的电子，自旋状态不同，D错。,一、能层与能级的组成与能量关系 原子轨道 1.不同能层的能级组成：任一能层的能级总是从s能级开始，而且能级数等于该能层序数：第一能层只有一个能级(1s)，第二能层有两个能级(2s和2p)，第三能层有三个能级(3s、3p和3d)，依次类推。,2.不同能层中各能级之间能量大小关系： (1)不同能层中同一能级，能层序数越大能量越高。例如，1s2s3s，2p3p4p。 (2)同一能层中，各能级之间的能量大小关系是spdf。例如，第四能层中4s4p4d4f。 (3)能层和能级都相同的各原子轨道能量相等，例如，2px=2py=2pz。,3.原子轨道特点： (1)s原子轨道是球形的，p原子轨道是哑铃形的。 (2)能层序数n越大，原子轨道的半径越大。 (3)不同能层的同种能级的原子轨道形状相似，只是半径不同。 (4)s能级只有一个原子轨道。 (5)p能级有3个原子轨道，互相垂直，可分别以px、py、pz表示。,【点拨】 判断原子轨道能量高低的方法 (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，能量是spdf。 (3)同一能级中的各原子轨道能量相同。 (4)还要注意能级交错现象，即高能层的s、p能级的能量可能会小于低能层的d、f能级，如4s3d，5s4d等。,【微思考】 (1)每一能层中有多少个能级？各能级序号如何排列？ 提示：各能层中的能级数等于该能层序数。同一能层中的能级排列顺序为ns、np、nd(n代表能层)。,(2)每一能层最多容纳的电子个数是多少？不同能层中的相同类型的能级中所容纳的电子数有什么规律？ 提示：每一能层最多容纳的电子数为2n2(n为能层序数)；不同能层中的相同类型的能级中所容纳的电子数是相同的(与能层序数没有关系)。,【典题训练】(2014临沂高二检测)下列有关能层、能级的认识正确的是(题中n表示能层序数) ( ) A.各能级的电子数按s、p、d、f的顺序依次为1、3、5、7的2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,【解题指南】解答本题时要注意以下两点： (1)任一能层中，能级个数=能层序数，并不是所有能层中都有p、d、f能级。 (2)每个原子轨道最多容纳2个电子，它们自旋状态相反。,【解析】选A。每个能层最多容纳的电子数为2n2个，也可以不排满，A正确；并不是所有的能层中都有p、d、f能级，如K层只有一个s能级，L层有s能级和p能级两个能级；M层有s、p、d三个能级，B错误；任一能层中，能级个数等于能层序数，C错误；每个能层最多容纳电子数为2n2，但不是一定含有2n2个电子，D错误。,【互动探究】 (1)各能层上s能级能量相同吗？ 提示：由于不同能层的能量不同，因此对于不同的能层来说，能级相同能层越大能量越高，如E(1s)E(2s)E(3s) E(4s)。 (2)各能层所含有的原子轨道有几个？ 提示：根据泡利原理，一个原子轨道最多容纳两个电子，各能层所含有的电子数最多为2n2个，因此，各能层所含有的原子轨道数有n2个。,【变式训练】(2014厦门高二检测)下列说法正确的是( ) A.s能级的能量总小于p能级的能量 B.2s的电子云半径比1s电子云半径大，说明2s的电子云比1s的多 C.当电子排布在同一能级的不同轨道时，电子总是先占满一个轨道(1个原子轨道最多只能容纳两个电子，且自旋状态相反)，然后再占据其他原子轨道 D.nf能级中最多可容纳14个电子,【解析】选D。同一能层中，s能级的能量小于p能级的能量，不同能层就有可能s能级(较高能层)的能量高于p能级(较低能层)的能量，A错误；2s的电子云半径比1s电子云半径大，说明2s的电子在离原子核较远的区域出现的概率比1s的电子大，B错误；当电子排布在同一能级的不同轨道时，电子总是先占据不同的原子轨道而且自旋状态相同，C错误；nf能级有7个原子轨道，每一个原子轨道最多容纳两个电子，D正确。,【加固训练】(2014青岛高二检测)第4能层所含有的原子轨道种类数、原子轨道数目和最多容纳电子数分别为 ( ) A.3、9、18 B.4、12、24 C.5、16、32 D.4、16、32 【解析】选D。第四能层含s、p、d、f四种原子轨道，原子轨道数为1+3+5+7=16，每一个轨道最多容纳2个电子且自旋状态相反，即最多共容纳电子数为162=32个。,二、核外电子排布规则及表示方法 1.核外电子排布遵循的规律： (1)能量最低原理。 (2)泡利原理。 (3)洪特规则。,2.电子排布式的书写： (1)简单原子的核外电子排布式：按照构造原理将电子依次填充到能量逐渐升高的轨道中。例如， 7N：1s22s22p3，17Cl：1s22s22p63s23p5。 (2)复杂原子的核外电子排布式：先按能量从低到高排列，然后再把同一层的电子排到一起，如26Fe，先按能量从低到高排列为1s22s22p63s23p64s23d6，然后，将同一层的电子移到一起，即1s22s22p63s23p63d64s2。,(3)特殊原子的核外电子排布式：有少数元素的基态原子的电子排布相对于构造原理有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)或全空(如p0和d0)状态时，体系的能量较低，原子较稳定。例如， 24Cr：1s22s22p63s23p63d54s1(3d5、4s1均为半充满状态)； 29Cu：1s22s22p63s23p63d104s1(3d10为全充满状态，4s1为半充满状态)。,3.表示方法：,【警示】 电子排布式的书写顺序电子排布顺序 电子进入能级的顺序是按构造原理中能级的能量递增的顺序，而电子排布式的书写规则按能层的顺序，能层中的能级按s、p、d、f能量递增的顺序排布。,【微思考】 (1)电子排布的表示形式中最能形象表示电子排布的是哪一种？ 提示：电子排布图不仅表示各个能级的电子数目，还表示出在各个能级的分布。,(2)为什么原子核外最外层的电子数不超过8个？ 提示：由构造原理知E(nd)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。,(3)为什么原子核外电子的次外层不超过18个？ 提示：若最外层是第n层，次外层就是第(n-1)层。由于E(n-1)fE(n+1)sE(np)，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，这三个能级共有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。,【典题训练】(2014苏州高二检测)下列叙述正确的是 ( ) A.Ar3d64s2是基态原子的电子排布 B.铬原子的电子排布式：1s22s22p63s23p64s13d5 C.铜原子的外围电子排布式是3d94s2 D.氮原子的电子排布图是,【解题指南】解答本题时要注意以下两点： (1)符合电子排布三原则的是基态原子。 (2)注意1号36号元素中的两个特殊元素24Cr和29Cu。 【解析】选A。B项，在书写电子排布式时，不能按填充顺序书写；C项，d轨道应是全充满时稳定；D项违反了洪特规则。,【误区警示】书写电子排布式时应注意的问题 (1)由于E(3d)E(4s)，电子填充时应先填充到4s能级上，但在书写电子排布式时，能层低的能级要写在左面，不能按填充顺序写。 (2)对于洪特规则的特例考查较多，特别是铬和铜的电子排布式和电子排布图，应注意掌握。,【变式训练】(2014三亚高二检测)下列原子的外围电子排布式不正确的是 ( ) A.Fe：3d64s2 B.Cr：3d44s2 C.Ar：3s23p6 D.Ni：3d84s2 【解析】选B。根据洪特规则：能量相同的轨道在全充满、半充满、全空时，体系能量最低，原子比较稳定，B项应该为3d54s1。,【加固训练】已知三种微粒(原子或离子)的电子排布式如下： 11X：1s22s22p6 19Y：1s22s22p63s23p6 20Z：1s22s22p63s23p6 若将上述三种微粒归为同一类，下列微粒中也可归为此类的是 ( ),【解析】选C。11X、19Y、20Z都是金属阳离子。分析AD微粒结构示意图的核电荷数和核外电子排布的关系可知，A和D是原子，B是阴离子，C是金属阳离子。,
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