2015-2016学年高中化学112基态原子的核外电子排布原子轨道课件新人教版选修3

第二课时基态原子的核外电子排布原子轨道XINZHIDAOXUE新知导学DANGTANGJIANCE当堂检测ZHONGNANTANJIU重难探究首页学习目标思维脉络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遵循能量最低原理,了解原子的基态、激发态与光谱之间的关系。3.了解核外电子排布遵循泡利原理和洪特规则。4.了解核外电子运动、电子云轮廓图和原子核外电子运动的状态。XINZHIDAOXUE新知导学DANGTANGJIANCE当堂检测ZHONGNANTANJIU重难探究首页一二三一、基态与激发态、光谱1.能量最低原理现代物质结构理论证实,原子中的电子排布遵循构造原理能使整个原子的能量处于最低状态,简称能量最低原理。2.基态原子与激发态原子3.光谱与光谱分析(1)原子光谱:不同元素的原子发生跃迁时会吸收或释放不同的光,可以用光谱仪摄取各种元素的电子吸收光谱或发射光谱,总称原子光谱。(2)光谱分析: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。XINZHIDAOXUE新知导学DANGTANGJIANCE当堂检测ZHONGNANTANJIU重难探究首页一二三练一练1下列说法正确的是()A.自然界中的所有原子都处于基态B.同一原子处于激发态时的能量一定高于基态时的能量C.无论原子种类是否相同,基态原子的能量总是低于激发态原子的能量D.激发态原子的能量较高,极易失去电子,表现出较强的还原性解析:处于最低能量的原子称为基态原子。电子由较低能级向较高能级跃迁,叫激发。激发态原子的能量只是比原来基态原子的能量高。如果电子仅在内层激发,电子未获得足够的能量,不会失去。答案:BXINZHIDAOXUE新知导学DANGTANGJIANCE当堂检测ZHONGNANTANJIU重难探究首页一二三二、电子云与原子轨道1.电子云(1)概念: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概率密度分布的形象化描述。小黑点越密,表示概率密度越大。由于核外电子的概率密度分布看起来像一片云雾,因而被形象地称为电子云。(2)电子云的形状:s电子云呈球形p电子云呈哑铃形XINZHIDAOXUE新知导学DANGTANGJIANCE当堂检测ZHONGNANTANJIU重难探究首页一二三2.原子轨道(1)原子轨道:通常把电子云轮廓图中电子出现的概率约为90%的空间圈出来,这种电子云轮廓图称为原子轨道。每一个原子轨道表示电子在原子核外的一个空间运动状态。(2)能级与原子轨道数目关系能级符号nsnpndnf轨道数目1357XINZHIDAOXUE新知导学DANGTANGJIANCE当堂检测ZHONGNANTANJIU重难探究首页一二三练一练2下列表达正确的是()A.1s22p1属于基态B.1s22s22p63s23p63d54s2属于激发态C.1s22s22p63d1属于激发态D.1s22s22p63p1属于基态解析:根据构造原理写出来的原子处于基态。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。A项,电子从2s能级跃迁到2p能级,属于激发态;B项属于基态;C项,电子从3s能级跃迁到3d能级,属于激发态;D项,电子从3s能级跃迁到3p能级,属于激发态。答案:CXINZHIDAOXUE新知导学DANGTANGJIANCE当堂检测ZHONGNANTANJIU重难探究首页一二三三、泡利原理和洪特规则1.泡利原理在一个原子轨道里最多只能容纳2个电子,而且自旋状态相反,用“↑↓”表示。2.洪特规则:当电子排布在同一能级的不同轨道时,总是优先单独占据一个轨道,而且自旋状态相同。如氮原子、氟原子的电子排布图:XINZHIDAOXUE新知导学DANGTANGJIANCE当堂检测ZHONGNANTANJIU重难探究首页一二三练一练3下列关于硅原子的核外电子排布表示式中,错误的是()A.1s22s22p63s23p2B.[Ne]3s23p2C.[Ne]D.[Ne]解析:A和B两项都是电子排布式,C和D两项都是电子排布图,其中C项违背了洪特规则。答案:CXINZHIDAOXUE新知导学DANGTANGJIANCE当堂检测ZHONGNANTANJIU重难探究首页一二三练一练4以下分别是两个原子的2p能级和3d能级的电子排布情况,试分析有无错误,若有,违反了什么原则?(1)(2)解析:泡利原理:在同一个原子轨道内的电子的自旋状态是相反的。而(2)中的第三个轨道中的两个电子自旋状态相同,所以(2)排布错误,违反了泡利原理。洪特规则:当电子排布在同一能级的不同轨道时,总是优先单独占据一个轨道,而且自旋状态相同。而(1)中的第三个轨道内的电子的自旋状态与前两个轨道的电子自旋状态相反,排布违反了洪特规则。答案:(1)错误,违反了洪特规则。(2)错误,违反了泡利原理。XINZHIDAOXUE新知导学DANGTANGJIANCE当堂检测ZHONGNANTANJIU重难探究首页探究一探究二探究三核外电子的运动描述问题导引氢原子电子云轮廓图绘制过程1.电子在核外运动是否按照电子云图的形状绕核运动?提示电子在原子核外作无规则运动,电子云图只是电子在核外运动的概率图。2.电子云分布图中每个小黑点表示电子在该处出现过一次吗?提示电子云图中孤立的小黑点没有意义,小黑点的密度不同,代表电子出现的概率不同。XINZHIDAOXUE新知导学DANGTANGJIANCE当堂检测ZHONGNANTANJIU重难探究首页探究一探究二探究三名师精讲1.宏观物体的运动与微观电子运动的对比宏观物体的运动微观电子的运动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核外电子质量小,运动空间小,运动速率大无确定的轨道,无法描述其运动轨迹可以描画它们的运动轨迹无法确定核外电子在某一时刻处于原子核外空间的位置,只能确定它出现在原子核外空间各处的概率。用P表示电子在某处出现的概率,V表示该处的体积,则𝑃𝑉称为概率密度,用ρ表示XINZHIDAOXUE新知导学DANGTANGJIANCE当堂检测ZHONGNANTANJIU重难探究首页探究一探究二探究三2.对电子云的说明(1)电子云表示电子在核外空间某处出现的概率,不代表电子的运动轨迹。(2)概率分布图中的小黑点是电子在原子核外出现的概率密度的形象描述,小黑点越密,表明概率密度越大。(3)电子云轮廓图:常把电子在原子核外空间出现的概率ρ=90%的空间圈起来,即为电子云轮廓图。XINZHIDAOXUE新知导学DANGTANGJIANCE当堂检测ZHONGNANTANJIU重难探究首页探究一探究二探究三3.s能级和p能级的原子轨道能级sp轨道图形轨道形状球形哑铃形轨道数目13(空间相互垂直)最多容纳电子数26相同点①均以原子核为对称中心②原子轨道的平均半径随能层数增大而增大,但形状相似XINZHIDAOXUE新知导学DANGTANGJIANCE当堂检测ZHONGNANTANJIU重难探究首页探究一探究二探究三4.不同能层中的原子轨道量子力学把电子在原子核外的一个空间运动状态称为一个原子轨道。不同能层的能级、原子轨道及电子云轮廓图关系如下表:能层能级原子轨道数原子轨道名称电子云轮廓图形状取向K1s11s球形—L2s12s球形—2p32px、2py、2pz哑铃形相互垂直M3s13s球形—3p33px、3py、3pz哑铃形相互垂直3d5……①…………XINZHIDAOXUE新知导学DANGTANGJIANCE当堂检测ZHONGNANTANJIU重难探究首页探究一探究二探究三能层能级原子轨道数原子轨道名称电子云轮廓图形状取向N4s14s球形—4p34px、4py、4pz哑铃形相互垂直4d5………………4f7………………………………………………注:①d轨道和f轨道各有其名称、形状和取向,此处不作讲解。XINZHIDAOXUE新知导学DANGTANGJIANCE当堂检测ZHONGNANTANJIU重难探究首页探究一探究二探究三例题1现代科学研究发现:电子在核外空间所处的位置及其运动速度不能同时准确测定。为了描述核外电子的运动情况,现代量子力学采用了统计的方法,即对1个电子的多次行为或多个电子的一次行为进行总的研究。右图是对氢原子核外1个电子数以百万次的运动状态统计而得,人们形象化地称之为“电子云”(呈三维对称)。请回答下列问题:(1)从图中数百万次运动状态的统计结果,你能得出什么结论?。(2)离核越近,电子的能量越;离核越远,电子的能量越。请你说明是怎样得出这一结论的:。XINZHIDAOXUE新知导学DANGTANGJIANCE当堂检测ZHONGNANTANJIU重难探究首页探究一探究二探究三(3)有关氢原子电子云图的说法正确的是。A.黑点密度大,电子数多B.黑点密度大,单位体积内电子出现的机会大C.电子云图是对电子运动无规律性的描述D.电子云图描述了电子运动的客观规律解析:电子云图中的小黑点,单独看没什么实际意义,但从黑点密度的大小上则能说明电子在该区域出现的概率大小。(1)从统计的结果中分析,距离原子核越近,电子出现的机会越多;距离原子核越远,电子出现的机会越少。(2)从物质的运动,总是趋于能量最低来分析,因为离核越近,电子云的密度越大,电子的能量越低,离核越远,电子云的密度越小,电子的能量越高。(3)电子运动虽然没有宏观物体那样的运动规律,但也有自身的规律,电子云就是人们对电子运动规律的形象描述。XINZHIDAOXUE新知导学DANGTANGJIANCE当堂检测ZHONGNANTANJIU重难探究首页探究一探究二探究三答案:(1)距原子核越近,电子出现的机会越多;距原子核越远,电子出现的机会越少(2)低高因为离核越近,电子的概率密度越大,离核越远,电子的概率密度越小(3)BD借题发挥处于基态的原子,离核越近,电子出现的概率越大,电子云越密集。XINZHIDAOXUE新知导学DANGTANGJIANCE当堂检测ZHONGNANTANJIU重难探究首页探究一探究二探究三􀎥变式训练1􀎥下列说法正确的是()A.氢光谱是元素的所有光谱中最简单的光谱之一B.“量子化”就是不连续的意思,微观粒子运动均有此特点C.玻尔理论不但成功地解释了氢原子光谱,而且还推广到其他原子光谱D.原子中电子在具有确定半径的圆周轨道上像火车一样高速运转着解析:氢光谱是元素的所有光谱中最简单的光谱,玻尔理论成功地解释了氢原子光谱,但对多电子原子的光谱解释却遇到了困难。原子中电子的运动区域没有确定的半径。答案:BXINZHIDAOXUE新知导学DANGTANGJIANCE当堂检测ZHONGNANTANJIU重难探究首页探究一探究二探究三原子核外电子排布表示方法问题导引XINZHIDAOXUE新知导学DANGTANGJIANCE当堂检测ZHONGNANTANJIU重难探究首页探究一探究二探究三1.分别写出钠原子的原子结构示意图、电子排布式、电子排布图和电子式。提示原子结构示意图:电子排布式:1s22s22p63s1电子排布图:电子式:Na·2.21号元素钪的核外电子填充顺序和其电子排布式的书写顺序是否一致?提示不一致。电子进入能级的顺序是优先进入能量低的能级,后进入能量高的能级。由于4s和3d能级有能级交错现象,所以21号元素钪的核外电子填充顺序为1s22s22p63s23p64s23d1。电子排布式的书写是按照能层序数的由高到低排列的,所以钪的电子排布式为1s22s22p63s23p63d14s2。XINZHIDAOXUE新知导学DANGTANGJIANCE当堂检测ZHONGNANTANJIU重难探究首页探究一探究二探究三名师精讲原子的核外电子排布的表示方法结构示意图意义将每个能层上的电子总数表示在原子核外的式子实例Al:S2-:电子排布式意义用数字在能级符号右上角标明该能级上排布的电子数,这就是电子排布式实例K:1s22s22p63s23p64s1简化电子排布式意义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结构的部分以相应稀有气体的元素符号外加方括号表示实例K:[