高中化学 2.1 原子核外电子的运动课件 苏教版选修3.ppt

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 目标导航 预习引导 目标导航 预习引导 一 人类对原子结构的认识1 原子是由原子核和核外电子构成的 原子核由质子和中子构成 质子带正电荷 核外电子带负电荷 中子不带电荷 质子数等于核外电子数 故原子呈电中性 2 构成原子的微粒之间的数量关系 质子数 核外电子数 原子序数 核电荷数 质量数 质子数 中子数 3 卢瑟福被称为 原子之父 4 玻尔根据量子力学提出了行星轨道式原子结构模型 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 核外电子在原子轨道上运动时 既不放出能量 也不吸收能量 2 不同的原子轨道具有不同的能量 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 原子核外电子的运动特征 1 原子核外电子以极高的速度 在极小的空间内做永不停止的运动 2 核外电子的运动不遵循宏观物体所具有的运动规律 不能测出在某一时刻的位置 速度 即不能描画出它的运动轨迹 描述核外电子运动通常采用统计的方法 电子云 注意 电子云是人们形象地描述电子在原子核外空间出现的机会的大小 电子云图通常是用小点的疏密来描述电子在原子核外空间出现的机会的大小所得到的图形 v v v v v v v v 目标导航 预习引导 预习交流1谈谈你对电子云中小点的理解 答案 在电子云图中每个小点不代表一个电子 也不代表电子在此出现过 而是代表电子在一个微小区域里出现的概率密度 小点的疏密程度代表电子在核外空间区域内出现的机会的大小 点疏的地方表示电子在那里出现的几率小 点密集的地方表示电子在那里出现的几率大 离核越近 电子出现的几率越大 电子云越密集 目标导航 预习引导 二 原子核外电子的运动特征1 电子层 1 划分标准 根据电子的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 2 表示方法 v v 目标导航 预习引导 2 原子轨道 1 含义 用量子力学描述电子在原子核外空间运动的主要区域 2 符号 形状及伸展方向 v 目标导航 预习引导 3 原子轨道的能量高低 4 各电子层轨道数和最多容纳的电子数 3 自旋运动原子核外电子有两种不同的自旋状态 通常用 和 区分 目标导航 预习引导 三 原子核外电子的排布1 核外电子排布遵循的原理 目标导航 预习引导 2 表示方法 1 电子排布式 如 铝原子的电子排布式为1s22s22p63s23p1或 Ne 3s23p1 溴原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p5或 Ar 3d104s24p5 其中 Ne 表示Ne的原子实 Ar 表示Ar的原子实 v v v v v v 目标导航 预习引导 3 外围电子排布式 在化学反应中 一般是原子的外围电子发生变化 主族元素原子的外围电子就是最外层电子 如氯原子的外围电子排布式为3s23p5 Mn的外围电子排布式为3d54s2 元素周期表中给出了各元素原子的外围电子排布式 v v v v v v v v v 目标导航 预习引导 预习交流2根据原子核外电子排布原则分析 为什么原子核外电子的最外层不超过8个 次外层不超过18个 答案 由原子核外电子排布原则可知 在电子填充过程中 最外层最多填满s轨道和p轨道 而s轨道有1个原子轨道 p轨道有3个原子轨道 根据泡利不相容原理知4个原子轨道最多容纳8个电子 故原子最外层最多不超过8个电子 同理可分析次外层不超过18个电子 而K层为最外层时 最多排入2个电子 目标导航 预习引导 四 原子光谱原子的电子排布遵循构造原理 从而使整个原子的能量处于最低状态 简称能量最低原理 原子处于的最低能量状态叫做基态 当基态原子吸收能量后 外围电子会跃迁到能量较高原子轨道 变成激发态原子 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 将以光子形式释放能量 光 辐射 是电子释放能量的重要形式之一 不同元素的原子发生跃迁时会吸收或释放不同的光 可以用光谱仪获取各种元素的原子的吸收光谱或发射光谱 总称原子光谱 许多元素就是通过原子光谱被发现的 在现代化学中 常利用原子光谱上的特征谱线来鉴定元素 称为光谱分析 v v v v 问题导学 即时检测 1 2 1 电子层和原子轨道活动与探究1 什么叫原子轨道 常见的原子轨道分为哪几类 每种轨道所能容纳的电子数分别是多少 答案 原子轨道与宏观物体的运动轨迹不同 它是指量子力学描述电子在原子核外空间运动的主要区域 可用s p d f等分别表示不同形状的原子轨道 s轨道是球形对称的 只有一个轨道 只能容纳2个电子 p轨道在空间有x y z3个伸展方向 记作px py pz 最多可容纳6个电子 d轨道有5个空间伸展方向 共可容纳10个电子 f轨道有7个空间伸展方向 最多可容纳14个电子 问题导学 即时检测 2 不同原子轨道的能量高低有何规律 答案 多电子原子中 电子层相同时 ns np nd nf 形状相同时 1s 2s 3s 4s 电子层和轨道形状均相同时 npx npy npz 具体情况可参看构造原理 3 不同电子层的电子层序数与该电子层原子轨道种类数间存在什么关系 为什么每个电子层所能容纳的电子最多为2n2个 n为电子层序数 答案 电子层原子轨道种类数与电子层序数相等 即第n层有n种原子轨道 每一电子层一共有n2个原子轨道 据泡利不相容原理可知 每个电子层最多容纳电子数为2n2 4 如何准确描述核外电子的运动状态 答案 描述原子核外电子的运动状态需涉及电子层 原子轨道形状 原子轨道和电子自旋状态 没有2个运动状态完全相同的电子 1 2 问题导学 即时检测 思考与交流 1 3p2表示3p轨道有两个轨道 这个说法正确吗 2 各电子层含有的轨道数为n2 对吗 答案 1 错误 3p2表示3p轨道上有两个电子 2 正确 各电子层最多容纳的电子数为2n2个 而一个轨道最多容纳的电子数为2 所以 各电子层含有的轨道数为n2 1 2 问题导学 即时检测 1 能量规律 电子层距核由近及远依次为K L M N O P Q 能量由低到高 多电子原子中 同一电子层上的电子能量可能不同 还可以分成不同轨道 用符号s p d f 表示 2 数量规律 原子轨道是核外电子运动的空间区域 每个电子层上的轨道数目为n2 每个原子轨道上最多可容纳2个电子 每个电子层上最多容纳的电子数为2n2 1 2 问题导学 即时检测 1 2 2 基态原子核外电子排布的规律活动与探究主族元素的原子失去最外层电子形成阳离子 主族元素的原子得到电子填充在最外层形成阴离子 下列各原子或离子的电子排布式错误的是 A Ca2 1s22s22p63s23p6B O 1s22s23p4C Cl 1s22s22p63s23p6D Ar 1s22s22p63s23p6 问题导学 即时检测 解析 核外电子的排布要同时遵循能量最低原理 泡利不相容原理和洪特规则 各电子层原子轨道的数目和可容纳的电子数为题目中O的电子排布式应为1s22s22p4 答案 B 1 2 问题导学 即时检测 思考与交流由构造原理解释 原子的各电子层上所能容纳的电子最多为2n2个 最外层电子不超过8个 次外层电子不超过18个 倒数第三层电子不超过32个 请举例说明 答案 由构造原理可知 原子最外层为K层时 所能容纳的电子最多为2个 1s2 最外层为L层时 所能容纳的电子最多为8个 2s22p6 最外层为M层时 所能容纳的电子最多为8个 3s23p6 类推出最外层电子不超过8个 最外层为第六电子层时 次外层的电子数最多为18 5s25p65d10 倒数第三层的电子数最多为32 4s24p64d104f14 最外层为第七电子层时 次外层的电子数最多为18 6s26p66d10 倒数第三层的电子数最多为32 5s25p65d105f14 类推出次外层电子数不超过18个 倒数第三层电子数不超过32个 1 2 问题导学 即时检测 1 基态原子核外电子在原子轨道上的排布顺序 2 轨道类型相同时 电子层数愈大 原子轨道能量愈高 如E3p E2p 3 电子层数相同时 按轨道类型s p d f能量升高 如E3d E3p E3s 1 2 问题导学 即时检测 4 电子层数和轨道类型均不同时 原子中的价电子在外层分布时存在原子轨道能量交错现象 Ens E n 2 f E n 1 d Enp E n 1 s 如E4s E3d E4p E5s E4d E5p 1 2 问题导学 即时检测 3 核外电子排布的表示方法活动与探究按要求填空 1 Cu的原子结构示意图为 2 P的外围电子排布式为 3 Fe的电子排布式为 4 N的轨道表示式为 5 X元素原子的外围电子排布式是4s24p5 X的元素符号是 1 2 问题导学 即时检测 解析 本题主要考查核外电子排布的常用表示方法 电子排布式应是这些方法的基础 Cu的电子排布式是1s22s22p63s23p63d104s1 所以其原子结构示意图是 P的外围电子排布式为3s23p3 Fe的电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2 注意先写3d6后写4s2 N的电子排布式为1s22s22p3 所以其轨道表示式是 X元素出现了4p轨道 说明3d轨道已经排满 其电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p5 原子序数是35 为溴元素 1 2 问题导学 即时检测 1 2 问题导学 即时检测 思考与交流 1 下列表示的是第2周期一些原子的轨道表示式 请说出每种符号的意义及从中获得的一些信息 2 根据构造原理 29Cu的电子排布式应是1s22s22p63s23p63d94s2 但实际29Cu的电子排布式却是1s22s22p63s23p63d104s1 思考并讨论其原因 依据此原理写出24Cr的电子排布式 1 2 问题导学 即时检测 答案 1 一个小方框表示一个原子轨道 每个原子轨道里最多容纳2个电子 且自旋状态相反 遵循泡利不相容原理 当电子排在能量相同的各个轨道时 总是尽可能分占不同的原子轨道且自旋状态相同 遵循洪特规则 注意np轨道的3个轨道是等同的 2 当d轨道 p轨道处于全满 半满 全空时能量较低 所以29Cu的外围电子排布式是3d104s1 同理24Cr的外围电子排布式应为3d54s1 使d轨道半满 能量较低 24Cr的电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s1 1 2 问题导学 即时检测 1 电子排布式的书写 元素符号 轨道符号 轨道顺序按电子层由里到外和s p d f的顺序 电子个数 右上角标出 注意电子排布式与外围电子排布式的区别 2 轨道表示式的书写格式 元素符号 轨道框 一个轨道一个框 能量相同的轨道连在一起 电子自旋状态 用 表示 轨道符号 标在轨道框下面 p d等如有空轨道也要画出 1 2 问题导学 即时检测 1 2 3 4 5 1 为揭示原子光谱是线状光谱这一事实 玻尔提出了核外电子分层排布理论 下列说法中不符合这一理论的是 A 电子绕核运动具有特定的半径和能量B 电子在特定半径的轨道上运动时不辐射能量C 电子跃迁时 会吸收或放出能量D 揭示了氢原子光谱存在多条谱线 解析 玻尔提出电子运动的量子化观点 认为电子在特定的绕核轨道上运动 而且不辐射能量 这其实表达的是原子处于基态时的情况 D项错误 如按玻尔提出的分层排布理论 氢原子的光谱中谱线应只有一条 答案 D 问题导学 即时检测 1 2 3 4 5 2 对充有氖气的霓虹灯管通电 灯管发出红色光 产生这一现象的主要原因是 A 电子由激发态向基态跃迁时以光的形式释放能量B 电子由基态向激发态跃迁时吸收除红光以外的光线C 氖原子获得电子后转变成发出红光的物质D 在电流的作用下 氖原子与构成灯管的物质发生反应 解析 解答该题的关键是明确基态原子与激发态原子的相互转化及其转化过程中的能量变化和现象 在电流作用下 基态氖原子的电子吸收能量跃迁到较高能级 变为激发态原子 这一过程要吸收能量 不会发出红色光 而电子从较高能量的激发态跃迁到较低能量的激发态或基态时 将释放能量 从而产生红色光 故A项正确 答案 A 问题导学 即时检测 1 2 3 4 5 3 比较下列多电子原子的原子轨道的能量高低 1 1s 3d 2 3s 3p 3d 3 2p 3p 4p 解析 在多电子原子中 电子填充原子轨道时 原子轨道能量的高低存在如下规律 相同电子层上原子轨道能量的高低 ns np nd nf 形状相同的原子轨道能量的高低 1s 2s 3s 4s 电子层和形状相同的原子轨道的能量相等 如2px 2py 2pz轨道的能量相等 答案 1 E1s E3d 2 E3s E3p E3d 3 E2p E3p E4p 问题导学 即时检测 1 2 3 4 5 4 下列原子的外围电子排布式 或外围轨道表示式 中 哪一种状态的能量较低 试说明理由 1 氮原子 2 钠原子 A 3s1B 3p1 3 铬原子 A 3d54s1B 3d44s2 4 碳原子 问题导学 即时检测 1 2 3 4 5 解析 本题考查的是核外电子排布所遵循的原理 或规则 方面的知识 根据洪特规则 电子在能量相同的各个轨道上排布时尽可能分占不同的原子轨道 且自旋状态相同 故 1 选B 4 选A 根据能量最低原理 核外电子先占据能量低的轨道 再占据能量高的轨道 2 中由于3s轨道能量低于3p轨道的 故选A 3 中A d5为半充满状态 为相对稳定的状态 B不是 所以选A 答案 1 B A中原子的外围电子排布违反了洪特规则 2 A B中原子的外围电子排布违反了能量最低原理 3 A B中原子的外围电子排布违反了洪特规则 4 A B中原子的外围电子排布违反了洪特规则 问题导学 即时检测 1 2 3 4 5 问题导学 即时检测 1 2 3 4 6 5 6 四种元素X Y Z W位于元素周期表的前四周期 已知它们的核电荷数依次增加 且核电荷数之和为51 Y原子的L层p轨道中有2个电子 Z与Y原子的价层电子数相同 W原子的L层电子数与最外层电子数之比为4 1 其d轨道中的电子数与最外层电子数之比为5 1 1 Y Z可分别与X形成只含一个中心原子的共价化合物a b 它们的分子式分别是 2 W的元素符号是 其 2价离子的核外电子排布式是 问题导学 即时检测 1 2 3 4 6 5 解析 Y原子的L层p轨道上有2个电子即电子排布式为1s22s22p2 Y为C Z为Si W原子的L层与最外层电子数之比为4 1 L层有8个电子 最外层有2个电子 d轨道有10个电子 电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s2 则W为30号元素Zn X的原子序数为51 30 14 6 1 即X为H 则a b的分子式分别为CH4 SiH4 答案 1 CH4SiH4 2 Zn1s22s22p63s23p63d10