高中化学选修3第一章第1节原子结构优质课课件.ppt

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高中化学选修三,阅读引言思考并讨论：

1、“物质的组成与结构”与“物质的性质与变化”两方面是什么关系？

2、物质的组成与结构如何决定性质？

分别举例说明。

引言,化学研究的是构成宏观物体的物质。

一、研究物质的组成与结构,二、研究物质的性质与变化,思考,二者的关系如何？

古希腊的“原性论”哲学和我国古代的炼丹术士认为“吞金可长生”自然哲学，对这两者的关系是如何认定的？

思考与交流,1、铁易生锈，真金不怕火炼等事例说明了什么问题？

为什么？

2、O2和O3是同素异形体，空气中的O2是须臾不能离开的，而空气中的O3多于1.2mg/L则有害；CO易燃，CO2却能灭火。

这又说明了什么问题？

3、分子式为C2H6O的物质可能有图示两种结构，前者与水互溶而后者不能。

这也说明了什么问题？

思考与交流,4、下图所示两种物质：

前者是第一种用医学的磺胺药，为什么服用此药后可杀死细菌？

5、下图所示是鲍鱼及其剖面图，图中标出了它的两层不同结构的壳。

你能说出这两层壳的功用是什么？

为什么？

（什么是原性论？

）1、原子的组成与结构决定性质：

铁易生锈、钠易与一些物质反应。

-第一章原子结构与性质2、分子的组成与结构决定性质：

对氨基苯磺酰胺（磺胺药）和对氨基苯甲酸21世纪化学的重要课题：

模拟生物体中酶的结构创造具有酶的性质的物质。

-第二章分子结构与性质,引言-世上万物，神奇莫测,性质,3、晶体的组成与结构决定性质：

金刚石和石墨方解石和霰石-第三章晶体结构与性质,第一章原子结构与性质第一节原子结构,看课本第一章彩图,你能了解人们认识原子模型的发展史吗？

德谟克利特的古代原子学说,道尔顿的近代原子学说（模型）,汤姆生原子模型,卢瑟福原子模型,玻尔原子模型,薛定谔电子云模型,原子结构的衍变过程,小结：

人类探索物质结构的历史,1.古希腊原子论,古希腊哲学家,原子是最小的、不可分割的物质粒子。

原子之间存在着虚空，无数原子从古以来就存在于虚空之中，既不能创生，也不能毁灭，它们在无限的虚空中运动着构成万物。

（Democritus，约公元前460年前370年）,原子,2.道尔顿原子模型（1803年）,一切物质都是由最小的不能再分的粒子原子构成。

原子是坚实的、不可再分的实心球。

原子在一切化学变化中不可再分，并保持自己的独特性质；同一元素所有原子的质量、性质都完全相同。

不同元素的原子质量和性质各不相同；不同元素化合时，原子以简单整数比结合。

（化学原子论）,3.汤姆生原子模型（1904年）,电子是种带负电、有一定质量的微粒，普遍存在于各种原子之中。

汤姆生原子模型：

原子是一个平均分布着正电荷的粒子，其中镶嵌着许多电子，中和了电荷，从而形成了中性原子。

原子是一个球体，正电荷均匀分布在整个球体内，电子像面包里的葡萄干镶嵌其中。

英国物理学家汤姆生（J.J.Thomson,18561940）,汤姆生原子模型,英国科学家卢瑟福（E.Rutherford,18711937）,4.卢瑟福原子模型（1911年）,卢瑟福和他的助手做了著名粒子散射实验。

根据实验，卢瑟福在1911年提出原子有核模型。

卢瑟福原子模型（又称行星原子模型）：

原子是由居于原子中心的带正电的原子核和核外带负电的电子构成。

原子核的质量几乎等于原子的全部质量，电子在原子核外空间绕核做高速运动。

卢瑟福原子模型,5.玻尔原子模型（1913年）,玻尔借助诞生不久的量子理论改进了卢瑟福的模型。

玻尔原子模型（又称分层模型）：

当原子只有一个电子时，电子沿特定球形轨道运转；当原子有多个电子时，它们将分布在多个球壳中绕核运动。

不同的电子运转轨道是具有一定级差的稳定轨道。

（电子分层排布模型）,玻尔原子模型,6.电子云模型（1926年）,现代物质结构学说。

波粒二象性。

（量子力学模型）,电子云模型（现代物质结构学说）,现代科学家们在实验中发现，电子在原子核周围有的区域出现的次数多，有的区域出现的次数少，就像“云雾”笼罩在原子核周围。

因而提出了“电子云模型”。

电子云密度大的地方，表明电子在核外单位体积内出现的机会多，反之，出现的机会少。

如：

氢原子的电子云,电子云,现代物质结构学说,人类认识原子的历史进程,人类在认识自然的过程中，经历了无数的艰辛，正是因为有了无数的探索者，才使人类对事物的认识一步步地走向深入，也越来越接近事物的本质。

随着现代科学技术的发展，我们现在所学习的科学理论，还会随着人类对客观事物的认识而不断地深入和发展。

从原子结构模型的演变你想到了些什么？

原子是怎样诞生的呢？

阅读课本P4,一、开天辟地原子的诞生,现代大爆炸宇宙学理论,宇宙诞生于约140亿年前的一次大爆炸,大爆炸后约2小时，诞生了大量的H，少量的He和极少量的Li,我们今天熟悉的各种元素（原子），都是从那时起经历了漫长复杂的物理化学变化，分批分期合成而来的,1、氢元素是宇宙中最丰富的元素,占了88.6%（氦18）。

2、宇宙年龄距今约140亿年，地球年龄已有46亿年。

3、地球上的元素绝大多数是金属，非金属仅有22种。

数量关系：

核电荷数（Z）=核内质子数=核外电子数,质量关系：

质量数（A）=质子数（Z）+中子数（N）,复习：

原子结构,质量数：

对质子和中子的相对质量取整数相加的数值，即近似原子量,电性关系：

原子：

质子数核外电子数,（几乎集中原子的全部质量）,（其运动空间几乎占据了原子的整个体积）,【复习】构成原子的粒子及其性质,原子质量主要集中在原子核上。

原子核体积很小，只占原子体积的几亿分之一,【说明】：

原子不是实心球体，在原子核外有一个“很大”的空间供电子作高速运动。

原子核与电子之间既存在吸引力，又存在排斥力。

当达到平衡时，电子既不会飞离出去，又不会紧贴在原子核上。

不是任何原子都由质子、中子和电子构成。

如：

氢原子。

在原子中，质子数一定等于核外电子总数，但不一定等于中子数。

一般质子数中子数。

核外电子是怎样排布的？

观察1-18号元素的原子结构示意图，讨论为什么原子核外的电子分层运动？

【思考与交流】,依据核外电子的能量不同：

离核远近：

近远能量高低：

低高,核外电子分层排布,电子能量高在离核远的区域内运动，电子能量低在离核近的区域内运动，在多电子的原子核外电子的能量是不同的，按电子的能量差异，可以将核外电子分成不同的能层。

同一能层的电子，能量也可不同，可以把它们分成能级。

（1）定义：

在多电子的原子中，核外电子的能量是不同的，按电子的能量差异，可以将核外电子分成不同的能层，即电子层。

二、能层与能级,1、能层（电子层）,

（2）表示方法及各能层所容纳的最多电子数：

【学与问】1、原子核外电子的每一个能层最多可容纳的电子数与能层的序数（n）间存在什么关系？

每一个能层最多可容纳的电子数为2n2个。

（1）先排能量低的电子层，再排能量高的电子层，由里往外。

（2）每一层最多容纳电子数：

2n2个。

（3）最外层电子数不超过8个（K层为最外层时不超过2个）。

（4）次外层电子数不超过18个，倒数第三层不超过32个。

【复习】核外电子的排布规律:

（1）定义：

在多电子原子中，同一能层的电子，能量可以不同，还可以把它们分成能级。

（2）表示方法及各能级所容纳的最多电子数：

【学与问】2.不同的能层分别有多少个能级，与能层的序数（n）间存在什么关系？

任一能层的能级数=该能层的序数n。

2.能级,规定，任一能层的能级总是从s能级开始，依次称p、d、f、g能级,【学与问】3.不同能层中，符号相同的能级中所容纳的最多电子数是否相同？

以s、p、d、f排序的各能级可容纳的最多电子数是多少？

不同能层中，符号相同的能级中所容纳的最多电子数相同。

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的二倍，即2、6、10、14。

s122,p326,d5210,f7214,g9218,任一能层的能级数等于该能层的序数，依次用ns、np、nd、nf等表示,英文字母相同的不同能级的能量高低顺序：

1s2s3s4s；2p3p4p;3d4d,不同能层中，符号相同的能级中容纳的最多电子数相同,以s、p、d、f排序的各能级可容纳的的最多电子数依次为2、6、10、14,1、3、5、7的二倍。

在同一能层中，能级的能量高低是nsnpndnf,【特别提醒】,1、知道了原子核外电子的能层和能级可容纳的最多电子数，是否就可以得出各种原子的电子排布规律呢？

2、钾原子的电子排布为什么不是2、8、9，而是2、8、8、1？

阅读课本P6,电子填充的先后顺序,

（1）随原子核电荷数递增，原子核外电子的排布遵循如下图的排布顺序，这个排布顺序被称为构造原理。

构造原理：

1s；2s2p；3s3p；4s3d4p；5s4d5p;6s4f5d6p；7s5f6d,三、构造原理与核外电子排式,1、构造原理,构造原理：

1s；2s2p；3s3p；4s3d4p；5s4d5p;6s4f5d6p；7s5f6d,

（2）能级交错现象（从第3电子层开始）：

是指电子层数较大的某些轨道的能量反低于电子层数较小的某些轨道能量的现象。

电子先填最外层的ns,后填次外层的（n-1）d,甚至填入倒数第三层的（n-2）f的规律叫做“能级交错”。

（3）能量最低原理：

原子核外电子遵循构造原理排布时，原子的能量处于最低状态。

4s3d4p,5s4d5p,构造原理中排布顺序的实质,-各能级的能量高低顺序1）相同能层的不同能级的能量高低顺序：

nsnpndnf2）英文字母相同的不同能级的能量高低顺序：

1s2s3s4s；2p3p4p;3d4d3）不同层不同能级可由下面的公式得出:

ns（n-2）f（n-1）dnpn4（n为能层序数）,电子填入轨道次序图,1s2s2p3s3p4s3d4p5s4d5p6s4f5d6p7s5f6d7p,能量相近的能级划为一组,称为能级组,第一能级组第二能级组第三能级组第四能级组第五能级组第六能级组第七能级组,通式：

ns（n-2）f、（n-1）d、np,2.电子排布式,例：

Na：

1s22s22p63s1,能层序数,该能级上排布的电子数,能级符号,K,L,M,按照构造原理将电子依次填充到能量逐渐升高的能级中：

将能级上所容纳的电子数标在该能级符号右上角，并按照能层从左到右的顺序排列的式子，称电子排布式。

原子的电子排布式,虽先排4s后排3d，但电子排布式中先写3d，后写4s。

26Fe（铁）电子排布式中最后2个能级应写为3d64s2，而不能写成4s23d6。

在书写电子排布式时，能层低的能级要写在左边，不能按填充顺序写。

失电子的顺序：

从外层到内层逐渐失去,Fe：

1s22s22p63s23p63d64s2,Fe2+：

1s22s22p63s23p63d6,Fe3+：

1s22s22p63s23p63d5,【练习】请写出K+、S2-、Cu2+离子的电子排布式？

K+：

1s22s22p63s23p6,S2-：

1s22s22p63s23p6,Cu2+：

1s22s22p63s23p63d9,1、写出溴和氪的电子排布式，它们的最外层有几个电子？

O：

He2s22p4,Si：

Ne3s23p2,Fe：

Ar3d64s2,符号Ne该元素上一周期的稀有气体电子排布结构，Ne表示Na的内层电子排布与稀有气体元素Ne的核外电子排布相同。

【思考与交流】教材P7,2、电子排布式可以简化，如可以把钠的电子排布式写成Ne3s1。

试问：

上式方括号中的符号的意义是什么？

你能仿照钠原子的简化电子排布式写出O、Si、Fe的简化电子排布式吗？

1s22s22p63s23p63d104s24p5,1s22s22p63s23p63d104s24p6,溴：

氪：

【练习】请写出14、24、26、31号元素的简化电子排布式？

K的简化电子排布式：

Ar4s1,简化的电子排布式,表示Ar（前一周期的稀有气体）的电子排布,K的电子排布式：

1s22s22p63s23p64s1,14Si：

Ne3s23p2,24Cr：

Ar3d54s1,26Fe：

Ar3d64s2,31Ga：

Ar3d104s24p1,外围电子排布式,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式时可省去“原子实”，仅写出原子的外围电子排布式（对于主族元素的原子，外围电子又称价层电子或价电子）。

K原子的外围电子排布式：

4s1,Fe原子的外围电子排布式：

3d64s2,注意,元素周期表中铜、金、银外围电子排布如下，它们是否符合构造原理？

Cu：

Ar3d104s1Ag：

Kr4d105s1Au：

Xe5d106s1，如Cu根据构造原理应先排4s再排3d，但实际上Cu采取了3d全充满，4s半充满的状态。

构造原理还不够完善，当能级电子的排布为全空、半充满、全充满时原子比较稳定，即整个原子的能量最低,相对稳定的状态,全充满（p6，d10，f14）,全空时（p0，d0，f0）,半充满（p3，d5，f7）,目前无法解释的特例,46Pd：

Kr4d10,41Nb：

Kr4d45s1,57La：

Xe5d16s2,58Ce：

Xe4f15d16s2,64Gd：

Xe4f75d16s2,78Pt：

Xe4f145d96s1,92U：

Rn5f36d17s2,93Np：

Rn5f46d17s2,96Cm：

Rn5f76d17s2,89Ac：

Rn6d17s2,90Th：

Rn6d27s2,91Pa：

Rn5f26d17s2,试书写7N、17Cl、19K、26Fe、21Sc、35Br原子的核外电子排布式.,【练习】,N：

1s22s22p3,Cl：

1s22s22p63s23p5,K：

1s22s22p63s23p64s1,Fe：

1s22s22p63s23p63d64s2,Sc：

1s22s22p63s23p63d14s2,Br：

1s22s22p63s23p63d104s24p5,根据构造原理只要我们知道原子序数就可以写出元素原子的电子排布式，这样的电子排布是基态原子的。

1s1,1s22s1,1s2,1s22s2,1s22s22p1,1s22s22p2,1s22s22p3,1s22s22p4,1s22s22p5,1s22s22p6,要求熟练书写136号元素原子的电子排布式,1s22s22p63s1,1s22s22p63s2,1s22s22p63s23p1,1s22s22p63s23p2,1s22s22p63s23p3,1s22s22p63s23p4,1s22s22p63s23p5,1s22s22p63s23p6,1s22s22p63s23p64s1,1s22s22p63s23p64s2,1s22s22p63s23p63d14s2,1s22s22p63s23p63d24s2,1s22s22p63s23p63d34s2,1s22s22p63s23p63d54s1,1s22s22p63s23p63d54s2,1s22s22p63s23p63d64s2,1s22s22p63s23p63d74s2,1s22s22p63s23p63d84s2,1s22s22p63s23p63d104s24p1,1s22s22p63s23p63d104s24p2,1s22s22p63s23p63d104s24p3,1s22s22p63s23p63d104s24p4,1s22s22p63s23p63d104s24p5,1s22s22p63s23p63d104s24p6,1s22s22p63s23p63d104s1,1s22s22p63s23p63d104s2,【思考】是否所有元素的基态原子的电子排布都遵循构造原理？

铬、铜、银、金等,练习：

下列各原子的电子排布正确的是（）A.Be1s22s12p1B.C1s22s22p2C.He1s12s1D.Cl1s22s22p63s23p5,BD,四、基态与激发态、原子光谱,1基态原子与激发态原子,处于最低能量的原子叫做基态原子,当基态原子的电子吸收能量后，电子会跃迁到较高能级，变成激发态原子,原子的电子排布遵循构造原理使整个原子的能量处于最低状态，简称能量最低原理,一般遵循构造原理的原子均处于基态，而激发态原子则一般都不遵循构造原理。

基态、激发态相互转化与能量的关系,基态原子激发态原子,光谱与光谱分析,光谱：

不同元素的原子发生跃迁时会吸收或放出不同的能量，表现为光的形式，可以用光谱仪摄取各种元素的电子吸收光谱或发射光谱，总称原子光谱。

基态原子,发射光谱,吸收能量,激发态原子,释放能量,吸收光谱,能量较高,能量最低,光谱分析：

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。

暗背景、亮线、线状不连续,亮背景、暗线、线状不连续,为什么不同元素原子具有不同的特征光谱？

不同原子的能级结构不同，发出的谱线的特征不同,光（辐射）是电子释放能量的重要形式之一；,在日常生活中，我们看到的许多可见光，如灯光、霓虹灯光、激光、焰火等都与原子核外电子发生跃迁释放能量有关。

氢原子的光谱,1、判断下列表达是正确还是错误1）1s22p1属于基态；2）1s22s22p63s23p63d54s1属于激发态；3）1s22s22p63d1属于激发态；4）1s22s22p63p1属于基态；,答案：

（1）x

（2）x（3）（4）x,课堂练习,五、电子云与原子轨道,思考:

宏观物体与微观物体（电子）的运动有什么区别?

宏观物体的运动特征：

可以准确地测出它们在某一时刻所处的位置及运行的速度；可以描画它们的运动轨迹。

微观物体的运动特征：

电子的质量很小，只有9.1110-31千克；核外电子的运动范围很小（相对于宏观物体而言）；电子的运动速度很大；,测不准,1、电子云,小黑点的疏密表示电子在核外空间单位体积内出现的概率的大小,原子核外电子的运动特征,如何描述核外电子的运动？

1、电子云,核外电子运动的形象描述,小黑点表示在该核外空间的单位体积内电子出现的概率,运动区域距离核近，电子出现机会大；运动区域距离核远，电子出现机会小；,图1-10氢原子的1s电子在原子核外出现的概率密度分布图,2、原子轨道：

电子云轮廓图：

表示电子在核外空间经常出现的区域。

常把电子出现的概率约为90%的空间圈出来，得到电子云轮廓图；量子力学中将这种电子云轮廓图称为“原子轨道”,as电子的原子轨道（电子云）形状是以原子核为中心的球体，只有一个伸展方向。

能层序数n越大（电子能量越大，1s2s3s.），原子轨道半径越大。

3、原子轨道的特点,bp电子云/原子轨道的形状是纺锤形（或称为哑铃形），其伸展方向是互向垂直的三个方向（Px、Py、Pz）。

P电子原子轨道半径同样随着n增大而增大。

在同一能层中Px,Py,PZ的能量相同。

P能级的3个原子轨道Px,Py,PZ合在一起的情形.,练习：

图1和图2分别是1s电子的概率概率分布图和原子轨道图。

下列有关认识正确的是（）A图1中的每个小黑点表示1个电子B图2表示1s电子只能在球体内出现C图2表明1s轨道呈圆形，有无数对称轴D图1中的小黑点表示某一时刻，电子在核外所处的位置,思考：

当电子排在同一个能级内时，有什么规律？

六、泡利原理和洪特规则（核外电子排布规则）,1.能量最低原理,2.泡利不相容原理,每个原子轨道里最多只能容纳2个自旋方向相反的电子。

多电子原子在基态时核外电子优先占据能量最低的轨道。

自然界的普适规律,用表示自旋方向,自旋,顺时针,逆时针,1s,2s，2p,4s,4p,4d,4f,3s,3p,3d,1,4,9,16,n2,2,8,18,32,2n2,科学探究,每个原子轨道最多只能容纳几个电子？

原子核外电子的排布：

3.洪特规则,4.补充规则（不遵循构造原理的特例）,相对稳定的状态,全充满（p6，d10，f14）,全空时（p0，d0，f0）,半充满（p3，d5，f7）,电子排布在同一能级时，总优先单独占据一个轨道，且自旋方向相同。

推论：

当轨道被电子半充满或全充满时最稳定。

24Cr：

1s22s22p63s23p63d54s1,不是3d44s2,1s22s22p63s23p63d104s1,29Cu：

不是3d94s2,5、电子排布图（轨道表示式）：

核外电子运动状态的描述：

能层、能级、原子轨道、自旋方向,D,在电子排布图中，用方框表示原子轨道，用箭头表示电子。

Li,Be,B,C,1s,2s,1s,2s,2p,1s,2s,2p,1s,2s,N,O,1s,2s,2p,1s,2s,2p,F,Ne,1s,2s,2p,1s,2s,2p,【思考】请写出第二周期元素原子的电子排布图（即轨道表示式）？

【练习】某元素原子的最外层2p轨道上有2个未成对电子。

请写出该元素原子的价层电子的轨道表示式？

O,2s,2p,F,2s,2p,【练习】某元素原子的L层上有3对成对电子。

请写出该元素原子的价层电子的轨道表示式？

C,2s,2p,区别原子的电子式、原子结构示意图、核外电子排布式、电子排布图（轨道表示式）。

轨道表示式,电子排布式,原子结构示意图,电子式,1s,2s,2p,1s22s22p2,以C为例:

简化电子排布式,He2s22p2,1电子排布在同一能级时，总是（）A优先单独占据不同轨道，且自旋方向相同B优先单独占据不同轨道，且自旋方向相反C自由配对，优先占据同轨道，且自旋方向相同D自由配对，优先占据同一轨道，且自旋方相反,A,2“各能级最多容纳的电子数，是该能级原子轨道数的二倍”，支撑这一结论的理论是（）A构造原理B泡利原理C洪特规则D能量最低原理,B,