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新课标人教版选修三物质结构与性质第一章原子结构与性质第一节原子结构2020年2月24日星期一化学选修三原子结构与性质分子结构与性质晶体结构与性质原子结构原子结构与元素的性质共价键分子的立体结构分子的性质晶体的常识分子晶体与原子晶体金属晶体离子晶体第一章原子的结构与性质第一节原子结构一、开天辟地——原子的诞生1、原子的诞生宇宙大爆炸2小时：大量氢原子、少量氦原子极少量锂原子140亿年后的今天：氢原子占88.6%氦原子为氢原子数1/8其他原子总数不到1%99.7%2、地球中的元素绝大多数为金属元素包括稀有气体在内的非金属仅22种地壳中含量在前五位：O、Si、Al、Fe、Ca3、原子的认识过程古希腊哲学家留基伯和德谟克立特思辨精神原子：源自古希腊语Atom，不可再分的微粒1803年道尔顿（英）原子是微小的不可分割的实心球体1897年，英国科学家汤姆生枣糕模型1911年，英国物理学家卢瑟福电子绕核旋转的原子结构模型1913年，丹麦科学家玻尔行星轨道的原子结构模型1926年，奥地利物理学家薛定谔等以量子力学为基础提出电子云模型原子原子核核外电子质子中子（正电）不显电性（负电）（正电）（不带电）分层排布与物质化学性质密切相关学与问核外电子是怎样排布的？二、能层与能级1、能层电子层能层名称能层符号一二三四五六七KLMNOPQ从K至Q，能层离核越远，能层能量越大每层最多容纳电子的数量：2n22、能级同一个能层中电子的能量相同的电子亚层能级名称：s、p、d、f、g、h……能级符号：ns、np、nd、nf……n代表能层能层:一二三四……KLMN……1s2s2p3s3p3d4s4p4d4f能级：最多容纳电子的数量s:2p:6d:10f:143、注意问题①能层与能级的关系每一能层的能级从s开始，s,p,d,f……能层中能级的数量不超过能层的序数②能量关系EK﹤EL﹤EM﹤ENEns﹤Enp﹤End﹤EnfEns﹤E(n+1)s﹤E(n+2)s﹤E(n+3)sEnp﹤E(n+1)p﹤E(n+2)p﹤E(n+3)p①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④不同能层中，能级的能量高低是1s2s3s4s….2p3p4p…③不同能层中，符号相同的能级中容纳的最多电子数相同②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、141、3、5、7……的二倍。⑤在同一能层中，能级的能量高低是nsnpndnf……能级分裂KLMNO+能级1s2s2p3s3p3d4s4p4d4f能级（电子亚层）在多电子原子中，同一能层的电子，能量可以不同，可以把它们分成能级。最多容纳电子数2262610261014能层KLMN能级能级电子数能层电子数1s2s2p3s3p3d4s4p4d4f222266610101422n2818322n22n22n2三、构造原理与电子排布式1、构造原理多电子基态原子的电子按能级交错的形式排布电子排布顺序1s→2s→2p→3s→3p→4s→3d→4p→→5s→4d→5p→→6s→4f→5d→6p……2、电子排布式例：写出Zn的电子排布式Zn为30号元素，电子共30个依据构造原理1s22s22p63s23p64s23d10书写时：1s22s22p63s23p63d104s2写出KCaTiCoGaKrBr的电子排布式①电子排布式Zn：1s22s22p63s23p63d104s2Ar简化Zn：[Ar]3d104s2②简化电子排布式写出KCaTiCoGaKrBr的简化电子排布式价层电子：主族、0族元素最外层副族、Ⅷ族最外层和次外层①电子排布式表示该能级填充的电子数目能级虽先排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能层Fe：1s22s22p63s23p63d64s2Fe2+：1s22s22p63s23p63d6Fe3+：1s22s22p63s23p63d5原子序数元素名称元素符号电子排布KLMN1氢H2氦He3锂Li4铍Be5硼B6碳C7氮N8氧O9氟F10氖Ne1s11s22s11s21s22s21s22s22p11s22s22p21s22s22p31s22s22p41s22s22p51s22s22p6要求熟练书写1～36号元素原子的电子排布式原子序数元素名称元素符号电子排布KLMN11钠Na12镁Mg13铝Al14硅Si15磷P16硫S17氯Cl18氩Ar1s22s22p63s11s22s22p63s21s22s22p63s23p11s22s22p63s23p21s22s22p63s23p31s22s22p63s23p41s22s22p63s23p51s22s22p63s23p6原子序数元素名称元素符号电子排布KLMN19钾K20钙Ca21钪Sc22钛Ti23钒V24铬Cr25锰Mn26铁Fe27钴Co28镍Ni1s22s22p63s23p64s11s22s22p63s23p64s21s22s22p63s23p63d14s21s22s22p63s23p63d24s21s22s22p63s23p63d34s21s22s22p63s23p63d54s11s22s22p63s23p63d54s21s22s22p63s23p63d64s21s22s22p63s23p63d74s21s22s22p63s23p63d84s2原子序数元素名称元素符号电子排布KLMN29铜Cu30锌Zn31镓Ga32锗Ge33砷As34硒Se35溴Br36氪Kr1s22s22p63s23p63d104s24p11s22s22p63s23p63d104s24p21s22s22p63s23p63d104s24p31s22s22p63s23p63d104s24p41s22s22p63s23p63d104s24p51s22s22p63s23p63d104s24p61s22s22p63s23p63d104s11s22s22p63s23p63d104s2【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】请写出K+、S2-、Cu2+离子的电子排布式？K+：1s22s22p63s23p6S2-：1s22s22p63s23p6Cu2+：1s22s22p63s23p63d9③特殊规则例：写出Cr和Cu的电子排布式全满规则半满规则四、电子云与原子轨道1、电子云以量子力学为基础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：概率密度单位体积内出现的概率小黑点越密概率密度越大①电子云小黑点不是电子！②电子云轮廓图电子出现的概率约为90%的空间即精简版电子云③电子云轮廓图特点a.形状nd能级的电子云轮廓图：多纺锤形ns能级的电子云轮廓图：球形np能级的电子云轮廓图：双纺锤形b.电子云扩展程度同类电子云能层序数n越大，电子能量越大，活动范围越大电子云越向外扩张2、原子轨道电子在原子核外的一个空间运动状态①定义②原子轨道与能级ns能级ns轨道np能级npx轨道npy轨道npz轨道nd能级ndz2轨道ndx2—y2轨道ndxy轨道ndxz轨道ndyz轨道同一能级中的轨道能量相等，称为简并轨道简并轨道原子轨道：50%90%绘制电子云的轮廓图的方法：等密度面电子云轮廓图：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，把这种电子云轮廓图称为原子轨道③原子轨道的电子云轮廓图s轨道的电子云轮廓图npx轨道电子云轮廓图npy轨道电子云轮廓图npz轨道电子云轮廓图s能级的原子轨道图（球形）①ns能级只有一个原子轨道，球形②n越大，原子轨道半径越大p能级的原子轨道图（纺锤形）①np能级有三个能量相等的原子轨道，px、py、pz，纺锤形，相互垂直。②n越大，原子轨道半径越大2p3pnd轨道电子云轮廓图d能级的原子轨道图nd能级有5个能量相等的原子轨道五、泡利原理和洪特规则核外电子的基本特征能层能级轨道自旋公转自转大范围小范围1、泡利原理每个轨道最多只能容纳2个电子且它们的自旋方向相反2、洪特规则电子总是优先单独地占据简并轨道且它们的自旋方向相同怎么填填多少③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。总能量最低－－能量最低原理的特例推论：当轨道被电子半充满或全充满时最稳定。【思考】从洪特规则解释Cr和Cu的核外电子排布？即p3、d5、f7半充满和p6、d10、f14全充满稳定3、电子排布图例：写出O原子的电子排布图O原子的电子排布式：1s22s22p41s22s22p4↑↓LiBeBC↑↓1s2s↑↓↑↑↓↑↓1s2s↑2p↑↓↑↓1s2s↑↑2p1s2sNO↑↓↑↓1s2s↑↑↑2p↑↓↑↓1s2s↑↑↑↓2pFNe↑↑↑↓↓↑↓1s2s2p↑↓↑↓1s2s2p↑↑↑↓↓↓↑↓【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？【练习】请写出第四周期元素的电子排布的轨道表示式O↑↓2s↑↑↑↓2pF↑↑↑↓↓2s2p↑↓【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原子结构的表示方法原子结构示意图电子排布式O原子：1s22s22p4电子排布图1s22s22p4O原子六、能量最低原理、基态与激发态、光谱1、能量最低原理能量最低原理：原子电子排布遵循构造原理能使整个原子的能量处于最低基态原子：遵循泡利原理、洪特规则、能量最低原理的原子2、基态原子基态原子吸收能量后，电子发生跃迁变为激发态原子基态激发态吸收能量释放能量光（辐射）是电子释放能量的重要形式之一吸收光谱发射光谱②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的吸收光谱或发射光谱，总称原子光谱。——核外电子的跃迁节日燃放的焰火与金属内层的电子跃迁有关激光的产生与电子受激跃迁有关3、光谱①吸收光谱②发射光谱光亮普带上的孤立暗线电子吸收能量跃迁时产生暗背景下的孤立亮线电子释放能量跃迁时产生同种原子的两种光谱是可以互补的Li、He、Hg发射光谱Li、He、Hg吸收光谱【思考】下面是部分元素的发射光谱和吸收光谱：（2）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（1）同一元素发射光谱和吸收光谱有什么差异？四、能量最低原理、基态与激发态、光谱1、能量最低原理原子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。归纳总结3、基态、激发态相互转化与能量的关系基态原子激发态原子①光（辐射）是电子释放能量的重要形式之一；吸收能量释放能量②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。课堂练习1________________________________________________________,简称能量最低原理。_________________________叫做基态原子1、当基态原子的电子吸收能量后，电子会______________，变成激发态原子。电子从较高能量的激发态跃迁到较低能量的激发态乃至基态时，将_________能量。光（辐射）是电子___________能量的重要形式之一。原子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处于最低能量的原子跃迁到较高能级释放释放3、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的________光谱或__________光谱，总称_______光谱。许多元素是通过原子光谱发现的