第一章第一节原子结构与性质.ppt
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1、选修选修3物质结构与性质物质结构与性质引言引言结构决结构决定性质定性质原子原子卤族元素卤族元素碱金属元素碱金属元素分子分子同分异构体同分异构体乙醇与甲醚乙醇与甲醚类似结构分类似结构分子子磺胺与对氨磺胺与对氨基苯甲酸基苯甲酸晶体晶体金刚石与石墨金刚石与石墨霰石与方解石霰石与方解石第一章第一章 原子结构与性质原子结构与性质第一节第一节 原子结构原子结构宇宙大爆炸思考与交流思考与交流宇宙中最丰富的元素是那一种?宇宙中最丰富的元素是那一种?宇宙年龄有多大?地球年龄有多大?宇宙年龄有多大?地球年龄有多大?氢氢元元素素是是宇宇宙宙中中最最丰丰富富的的元元素素,占占88.6%88.6%(氦氦约约为为氢氢的的
2、1 18 8),另另外外还还有有9090多多种种常常见见元元素素,它它们们的的原原子子总总数数加加起起来来不不足足1%1%。宇宇宙宙年年龄龄距距近近约约140140亿亿年年,地地球球年年龄龄已已有有4646亿亿年年。地地球球上上的的元元素素绝大多数是金属,非金属仅绝大多数是金属,非金属仅2222种。种。阅读课本阅读课本P P4 4一、开天辟地一、开天辟地原子的诞生原子的诞生人类认识原子的过程人类认识原子的过程 人类在认识自然的过人类在认识自然的过程中,经历了无数的艰程中,经历了无数的艰辛,正是因为有了无数辛,正是因为有了无数的探索者,才使人类对的探索者,才使人类对事物的认识一步步地走事物的认识
3、一步步地走向深入,也越来越接近向深入,也越来越接近事物的本质。事物的本质。随着现代随着现代科学技术的发展,我们科学技术的发展,我们现在所学习的科学理论,现在所学习的科学理论,还会随着人类对客观事还会随着人类对客观事物的认识而不断地深入物的认识而不断地深入和发展。和发展。近近代代原原子子论论发发现现电电子子带带核核原原子子结结构构模模型型轨轨道道原原子子结结构构模模型型电电子子云云模模型型近代科学原子论(近代科学原子论(18031803年)年)一切物质都是由最小的不能再分的粒子原子构成。原子模型:原子是坚实的、不可再分的实心球。英国化学家道尔顿英国化学家道尔顿(J.Dalton,1766J.Da
4、lton,17661844)1844)道道尔尔顿顿原原子子模模型型原子并不是构成物质的最小微粒原子并不是构成物质的最小微粒 汤姆生发现了电子汤姆生发现了电子(1897(1897年年)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。Company Logo英国物理学家汤姆生英国物理学家汤姆生(J.J.Thomson,1856J.J.Thomson,185619401940)汤汤姆姆生生原原子子模模型型Compan
5、y Logo汤姆生原子模型汤姆生原子模型汤姆生汤姆生粒子散射实验(粒子散射实验(19091909年)年)原子有核原子有核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。英国科学家卢瑟福英国科学家卢瑟福(E.Rutherford,1871E.Rutherford,18711937)1937)卢卢瑟瑟福福原原子子模模型型Company Logo粒子散射实验AuCompany Logo卢瑟福原子模型玻
6、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。Company Logo丹麦物理学家玻尔丹麦物理学家玻尔(N.Bohr,1885N.Bohr,18851962)1962)玻玻尔尔原原子子模模型型Company Logo玻尔原子模型(1913年)电电子子云云模模型型Company Logo电子云模型(1935年)现代物质结构学说Company Logo氢原子氢原子电子云电子云图图Company Logo二
7、、二、能层与能级能层与能级(1 1)能层)能层 在多电子的原子核外电子的能量是不同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,可以将核外电子分的,按电子的能量差异,可以将核外电子分成不同的能层。成不同的能层。Company Logo依据核外电子的能量不同:依据核外电子的能量不同:离核远近:离核远近:近近 远远 能量高低:能量高低:低低 高高核外电子分层排布核外电子分层排布1234567KLMNOPQ能层能层一一二二三三四四五五六六七七符号符号KLMNOPQ最多容纳最多容纳电子数电子数28183250离核远近离核远近由由近近到到远远能量高低能量高低由由低低到到高高Company Lo
8、goCompany Logo(2 2)能级)能级表示方法及各能级所容纳的最多电子数:表示方法及各能级所容纳的最多电子数:在多电子原子中,同一能层的电子,能量在多电子原子中,同一能层的电子,能量可以不同,还可以把它们分成能级。可以不同,还可以把它们分成能级。能层能层K KL LM MN NO O能级能级1s2s2p3s3p3d4s4p4d4f5s5d 最多容最多容纳纳电子数电子数226261026101426281832Company LogoCompany Logo【学与问学与问】2.2.不同的能层分别有多少个能级,与能层的序不同的能层分别有多少个能级,与能层的序数(数(n n)间存在什么关系
9、?)间存在什么关系?能层最多可容纳的电子数为能层最多可容纳的电子数为2n2n2 2个。个。【学与问学与问】1.1.原子核外电子的每一个能层最多可容纳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(的电子数与能层的序数(n n)间存在什么关系?)间存在什么关系?第一能层只有第一能层只有1 1个能级个能级(1s)(1s),第二能层有,第二能层有2 2个能级个能级(2s(2s和和2p)2p),第,第3 3能层有能层有3 3个能级个能级(3s(3s、3p3p和和3d)3d),依,依次类推。以次类推。以s s、p p、d d、f f排序的各能排序的各能级可容纳的最多电子数依次为级可容纳的最多电子
10、数依次为1 1、3 3、5 5、7 7的二倍的二倍!Company Logo【学与问学与问】3.3.英文字母相同的不同能级中所容纳英文字母相同的不同能级中所容纳的最多电子数是否相同?的最多电子数是否相同?不同能级中的不同能级中的s s级,所容纳的电子数是级,所容纳的电子数是相同的,但是能量是不同的。相同的,但是能量是不同的。Company Logo能层的能级数等于该能层序数。能层的能级数等于该能层序数。任一能层的能级总是从任一能层的能级总是从s s能级开始。能级开始。在每一能层中,能级符号与能量大小的顺序是:在每一能层中,能级符号与能量大小的顺序是:nsnsnpnpndndnfnf总结:总结:
11、Company LogoA前者大于后者B后者大于前者C前者等于后者D无法确定B练习:在同一个原子中,M能层上的电子与Q能层上的电子的能量()Company Logo问题探究问题探究 根据已有知识,试写出根据已有知识,试写出K K原子原子的可能电子排布式与原子结构示意图?的可能电子排布式与原子结构示意图?猜想一:猜想一:1s22s22p63s23p63d1+19289+192881猜想二:猜想二:1s22s22p63s23p64s1 Company Logo能级交错能级交错Company Logo三、构造原理与电子排布式三、构造原理与电子排布式 构造原理:构造原理:随原子核电荷随原子核电荷数递增
12、,绝大数递增,绝大多数原子核外多数原子核外电子的排布遵电子的排布遵循如右图的排循如右图的排布顺序,这个布顺序,这个排布顺序被称排布顺序被称为为构造原理构造原理。Company Logo76543214f1s2s3s4s5s6s7s2p3p4p5p6p7p6d5d4d3d5f核核外外电电子子填填充充顺顺序序图图构造原理:构造原理:1s;2s 2p;3s 3p;4s 3d 4p;5s 4d 5p;6s 4f 5d 6p;7s 5f 6dCompany Logo问题解释:问题解释:猜想一:猜想一:1s22s22p63s23p63d1+19289+192881猜想二:猜想二:1s22s22p63s23
13、p64s1 构造原理中排布顺序的实质构造原理中排布顺序的实质(1)相同能层的不同能级的能量高低顺序:nsnpndnf(2)英文字母相同的不同能级的能量高低顺序:1s2s3s4s;2p3p4p;3d4d(3)不同层不同能级可由下面的公式得出:ns (n-2)f (n-1)d np(n为能层序数)Company Logo-各能级的能量高低顺序各能级的能量高低顺序 Company Logo2 2、根据、根据2n2n2 2的规律推算第一到第四电子层最多可的规律推算第一到第四电子层最多可以容纳的电子数目为以容纳的电子数目为 。1、按能量由低到高的顺序排列,正确的一组是:、按能量由低到高的顺序排列,正确的
14、一组是:()A1s、2p、3d、4sB1s、2s、3s、2pC2s、2p、3s、3pD4p、3d、4s、3p2、8、18、32C练习:练习:Company Logo4 4、电子排布式:、电子排布式:氢氢 H H钠钠 Na Na 铝铝 AlAl1s1s2 22s2s2 22p2p6 63s3s1 11s1s2 22s2s2 22p2p6 63s3s2 23p3p1 11s1s1 1用数字在能级符号右上角表明该能级上的用数字在能级符号右上角表明该能级上的排布的电子数。排布的电子数。Company Logo原子结构示意图原子结构示意图电子排布式电子排布式Li:1s22s1练一练练一练请写出请写出4
15、41010号元素原子的电子排布式。号元素原子的电子排布式。Company Logo4铍铍Be5硼硼B6碳碳C7氮氮N8氧氧O9氟氟F10氖氖Ne1s22s21s22s22p11s22s22p21s22s22p31s22s22p41s22s22p51s22s22p6Company Logo【练习练习】试书写试书写N N、ClCl、K K、2626FeFe原子的核外电原子的核外电子排布式。子排布式。问题:问题:为什么为什么Fe的化合价有的化合价有+2价和价和+3价?价?Cl:Cl:K:K:2626Fe:Fe:1s2 2s22p6 3s23p51s2 2s22p6 3s23p6 4s11s2 2s2
16、2p6 3s23p63d6 4s2Company Logo练习:练习:请根据构造原理,写出下列元素基态请根据构造原理,写出下列元素基态原子的电子排布式:原子的电子排布式:(1 1)NeNe 。(2 2)S S 。(3 3)2929Cu Cu 。(4 4)3232Ge Ge 。1s22s22p61s22s22p63s23p41s22s22p63s23p63d104s11s22s22p63s23p63d104s24p2全充满(全充满(p6,d10,f14)全空时(全空时(p0,d0,f0)半充满(半充满(p3,d5,f7)相对稳定状态练习:请写出第四周期练习:请写出第四周期21213636号元素原
17、子号元素原子的基态电子排布式。的基态电子排布式。钪钪ScSc:;钛钛TiTi:;钒钒V V:;铬铬CrCr:;锰锰MnMn:;铁铁FeFe:;钴钴CoCo:;镍镍NiNi:;1s22s22p63s23p63d14s21s22s22p63s23p63d24s21s22s22p63s23p63d34s21s22s22p63s23p63d54s11s22s22p63s23p63d54s21s22s22p63s23p63d64s21s22s22p63s23p63d74s21s22s22p63s23p63d84s2练习:请写出第四周期练习:请写出第四周期21213636号元素原子号元素原子的基态电子排布
18、式。的基态电子排布式。铜铜CuCu:;锌锌ZnZn:;镓镓GaGa:;锗锗GeGe:;砷砷AsAs:;硒硒SeSe:;溴溴BrBr:;氪氪KrKr:;1s22s22p63s23p63d104s11s22s22p63s23p63d104s21s22s22p63s23p63d104s24p11s22s22p63s23p63d104s24p21s22s22p63s23p63d104s24p31s22s22p63s23p63d104s24p41s22s22p63s23p63d104s24p51s22s22p63s23p63d104s24p6Company Logo1s22s22p63s23p63d54
19、s11s22s22p63s23p63d104s12424号铬:号铬:2929号铜号铜:练习:练习:1 13636号元素中是否都遵循构造原理?号元素中是否都遵循构造原理?举出能否具体的例子?举出能否具体的例子?Company Logo注注 意意Company Logo原子的简化电子排布:原子的简化电子排布:原子实原子实Ne3sNe3s1 1练习:练习:写出第写出第8 8号元素氧、第号元素氧、第1414号元素硅和第号元素硅和第2626号元素铁的简化电子排布式吗?号元素铁的简化电子排布式吗?上式方括号里的符号的意义是:上式方括号里的符号的意义是:该元素前一个周期的惰性气体电子排布结构该元素前一个周期
20、的惰性气体电子排布结构NaNa的简化电子排布:的简化电子排布:He2sHe2s2 22p2p4 4Ne3sNe3s2 23p3p2 2Ar3dAr3d6 64s4s2 2O O:SiSi:FeFe:Company Logo下列各原子或离子的电子排布式错误的是()A.Ca2+1s22s22p63s23p6B.O2-1s22s23p4C.Cl-1s22s22p63s23p5D.Ar1s22s22p63s23p6BC练习练习 1 1:Company Logo练习练习2 2:(1)电子排布式为1s22s22p63s23p6某原子,则该元素的核电荷数是_(2)某元素原子的价电子构型为3s23p4,则此元
21、素在周期表的位置是_18第第3 3周期,第周期,第VIAVIA族族Company Logo4 4构构造造原原理理揭揭示示的的电电子子排排布布能能级级顺顺序序,实实质质是是各各能能级级能能量量高高低低,若若以以E E 表表示示某某能能级级的的能能量量,下列能量大小顺序中正确的是下列能量大小顺序中正确的是 ()()A AE E(3s)(3s)E E(2s)(2s)E E(1s)(1s)B BE E(3s)(3s)E E(3p)(3p)E E(3d)(3d)C CE E(4f)(4f)E E(4s)(4s)E E(3d)(3d)D DE E(5s)(5s)E E(4s)(4s)E E(4f)(4f)
22、3 3一一个个电电子子排排布布为为1s1s2 22s2s2 22p2p6 63s3s2 23p3p1 1的的元元素素最最可可能的价态是能的价态是()()A A+1 B+1 B+2 C+2 C+3 D+3 D-1 -1 CACompany Logo5.5.下列各原子或离子的电子排布式错误的是下列各原子或离子的电子排布式错误的是()()A.Al 1sA.Al 1s2 22s2s2 22p2p6 63s3s2 23p3p1 1 B.O B.O2-2-1s 1s2 22s2s2 22p2p6 6C.NaC.Na+1s 1s2 22s2s2 22p2p6 6 D.Si 1s D.Si 1s2 22s2s
23、2 22p2p2 24.4.下列表达方式错误的是下列表达方式错误的是()()A.A.甲烷的电子式甲烷的电子式 B.B.氟化钠的电子式氟化钠的电子式 C.C.硫离子的核外电子排布式硫离子的核外电子排布式 1s1s2 22s2s2 22p2p6 63s3s2 23p3p4 4 D.D.碳碳1212原子符号原子符号 12126 6C CDC思考题:原子核外电子在排布时,最外层为什么思考题:原子核外电子在排布时,最外层为什么不超过不超过8 8个电子?个电子?Company Logo四.能量最低原理、基态与激发态、光谱能量最低原理能量最低原理:原子的电子排布遵循构造原理原子的电子排布遵循构造原理能使整个
24、原子的能量处于最低状态。能使整个原子的能量处于最低状态。基态原子基态原子:处于最低能量的原子处于最低能量的原子 (稳定稳定)电子放电子放出能量出能量电子吸电子吸收能量收能量激发态原子激发态原子:基态原子的电子吸收能量后电子会基态原子的电子吸收能量后电子会跃迁到较高的能级跃迁到较高的能级,变为激发态原子变为激发态原子。(不稳定不稳定)Company Logo 基态与激发态的关系基态与激发态的关系基态原子基态原子激发态原子激发态原子吸收能量吸收能量释放能量释放能量发射光谱发射光谱吸收光谱吸收光谱能量较高能量较高能量最低能量最低Company Logo基态与激发态相互转化的应用基态与激发态相互转化的
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