原子核外电子的运动

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桐乡高级中学张锦松开天辟地──原子的诞生1.现代大爆炸宇宙学理论宇宙大爆炸大量氢少量氦极少量锂其他元素原子核的熔合反应约2h后诞生于2.氢是宇宙中最丰富的元素，是所有元素之母。3.所有恒星仍在合成元素，但这些元素都是已知的。4.地球上的元素绝大多数是金属，非金属（包括稀有气体）仅22种。原子的发现史1.古希腊原子论2.道尔顿原子模型(1803年)3.汤姆生原子模型(1904年)4.卢瑟福原子模型(1911年)5.玻尔原子模型(1913年)6.电子云模型(1926年)回忆：一、人类对原子结构的认识卢瑟福（原子之父）原子模型(1911年)原子中心有一个带正电荷的核，它的质量几乎等于原子的全部质量，电子在它的周围沿着不同的轨道运转，就象行星环绕太阳运转一样。(“行星系式”原子模型)(核式模型)玻尔原子模型(1913年)电子在原子核外空间的一定轨道上绕核做高速的圆周运动。(电子分层排布模型)玻尔的电子分层排布模型1、原子核外电子在一系列稳定的轨道一运动，这些称为原子轨道（能级或电子亚层）。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、原子核外电子可以有能量不同的轨道上发生跃迁。回顾:电子在原子核外空间是怎样排布的？(1)核外电子总是尽量先排布在能量较低的电子层，然后由里向外，依次排布在能量逐步升高的电子层。(2)原子核外各电子层最多容纳2n2个电子。(3)原于最外层电子数目不能超过8个(K层为最外层时不能超过2个电子)。(4)次外层电子数目不能超过18个(K层为次外层时不能超过2个)，倒数第三层电子数目不能超过32个。1、原子核外电子的运动特征：①质量极小（约为质子或中子的1/1836）②运动空间极小（运动范围的直径数量级为10－10m）③极高速运动（接近光速）④无法同时测定其速度和位置〖归纳〗五彩缤纷的焰火能量最低原理、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使整个原子的能量处于最低状态2.基态原子与激发态原子处于最低能量的原子叫基态原子;当基态原子的电子吸收能量后,电子会跃迁到较高能级成为激发态原子。3.基态、激发态的相互转化与能量转化的关系基态原子激发态原子电子吸收能量（）hγ电子释放能量（）hγE4.光谱与光谱分析:（1）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（2）光谱分析：利用原子光谱的特征谱线来鉴定元素用光谱仪测定氢气放电管发射的氢的发射光谱原子核外电子运动的描述方法由于以上特征，电子运动不能用牛顿运动定律来描述，只能用统计的观点来描述。我们不可能像描述宏观运动物体那样，确定一定状态的核外电子在某个时刻处于原子核外空间如何，而只能确定它在原子核外各处出现的概率。该统计图示即电子云——好像带负电荷的云雾笼罩在原子核周围，人们形象的称为电子云。电子云注意：A.小黑点的含义B.小黑点疏密的含义C.H原子电子云的形状（1）像一团带负电荷的云雾（2）小黑点的疏密表示电子在核外空间一定范围内出现的机会大小（3）核外电子能量底的离核近，能量高的离核远。二、原子核外电子的运动特征1.各电子层所包含的原子轨道类型及各电子层、原子轨道最多容纳的电子数电子层(n)一二三四五六七符号KLMNOPQ原子轨道(l)1s2s2p3s3p3d4s4p4d4f······最多容纳的电子数2262610261014······2818322n2电子层（能层）与原子轨道（能级）原子轨道量子力学研究表明，处于同一电子层的原子核外电子，也可以在不同类型的原子轨道上运动。轨道的类型不同，轨道的形状也不同用s、p、d、f分别表示不同形状的轨道形状相同的原子轨道在原子核外空间还有不同的伸展方向原子轨道类型spdf…原子轨道形状球形纺锤形花瓣形………s轨道的形状——球形p轨道的形状——纺锤形（哑铃形）d轨道的形状——花瓣形原子轨道的特点①s原子轨道是球形的，p原子轨道是纺锤形的；②S轨道是球形对称的，所以只有1个轨道；③p轨道在空间上有x、y、z三个伸展方向，所以p轨道包括px、py、pz3个轨道；④d轨道有5个伸展方向（5个轨道）f轨道有7个伸展方向（7个轨道）；⑴每一电子层数（n）⑵各原子轨道的取值ns→n≥1；np→n≥2；nd→n≥3；nf→n≥4；······(3)每一电子层最多可容纳2n2个电子⑷以s、p、d、f····排序的各原子轨道可容纳的最多电子数依次为1、3、5、7、······的二倍。2.各电子层、原子轨道中电子能量的高低⑴同一电子层中不同的原子轨道：⑵形状相同的不同原子轨道（能级）的能量高低顺序：1s2s3s4s；2p3p4p;3d4dE(ns)＜E(np)＜E(nd)＜E(nf)＜······（3）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1、4d轨道中最多容纳电子数为（）A．2B．10C．14D．18〖练习〗2、下列轨道含有轨道数目为3的是（）A．1sB．2pC．3pD．4d3、第三电子层含有的轨道数为（）A．3B．5C．7D．9BBCD4、下列关于电子层与原子轨道类型的说法中不正确的是()A．原子核外电子的每一个电子层最多可容纳的电子数为2n2B．任一电子层的原子轨道总是从s轨道开始，而且原子轨道类型数目等于该电子层序数C．同是s轨道，在不同的能层中所能容纳的最多电子数是不相同的D．1个原子轨道里最多只能容纳2个电子C3、电子的自旋电子的自旋方式有两种：顺时自旋和逆时自旋。分别用↑和↓表示。电子自旋状态自旋平行：↑↑自旋相反：↑↓注：每个原子轨道最多只能排布两个自旋相反的电子。三、原子核外电子的排布1.能量最低原理原子核外电子尽先占有能量最低的轨道，然后依次进入能量较高的轨道，这样使整个体系能量最低。（原子轨道的能量关系如下：）1s2s2p3s3p4s3d4p5s4d5p6s4f5d6p7s5f6d7p…电子排布要遵循的原理2.泡利不相容原理每个原子轨道上最多只能容纳两个自旋状态不同的电子。3.洪特规则在能量相同的轨道上的电子，将尽先分占不同轨道而且自旋状态相同。2.电子排布式Na：1s22s22p63s1电子层数该能级上排布的电子数原子轨道符号KLMFe：1s22s22p63s23p63d64s2KLMN按能层次序书写并填充入电子。注意：并不是所有基态原子的核外电子都符合简单的原理。结果24Cr：1s22s22p63s23p63d54s129Cu：1s22s22p63s23p63d104s124Cr、29Cu、47Ag、79Au的核外电子排布式，并比较外围电子层排布的异同。洪特规则特例：当原子核外电子在能量相等的轨道上排布时，轨道上全空（p0、d0、f0）、半满（p3、d5、f7）、全满（p6、d10、f14）结构时能量较低3.简化电子排布式如：Na：1s22s22p63s1[Ne]3s1对于电子排布式书写较为复杂，我们把内层已经达到稀有气体结构的部分用稀有气体加中括号方法代替。简化为原子实写出氧、硅、铁的简化电子排布式O：1s22s22p4[He]2s22p4简化为Si：1s22s22p63s23p2简化为[Ne]3s23p2Fe：1s22s22p63s23p63d64s2简化为[Ar]3d64s2练一练例题解析例1若某基态原子的外围电子排布为3d14s2，则下列说法正确的是（）A．该元素基态原子中共有3个电子B．该元素原子核外有4个电子层C．该元素原子最外层共有3个电子D．该元素原子M能层共有8个电子B例2下列有关认识正确的是（）A．各能级的原子轨道数按s、p、d、f的顺序分别为1、3、5、7B．各能层的能级都是从s能级开始至f能级结束C．各能层含有的能级数为n—1D．各能层含有的电子数为2n2A例3下列粒子中，电子排布式为1s22s22p63s23p6的有（）A．Sc3+B．Mg2+C．Cl-D．Br-例4下列化学用语，不能表示氯离子的是（）A．Cl-D．1s22s22p63s23p6B．C．BCAC例5下列电子排布原子轨道顺序，实质是各能级能量高低。若以E(nl)表示某能级的能量，以下各式中正确的是（）A．E(4s)＞E(3s)＞E(2s)＞E(1s)B．E(3d)＞E(4s)＞E(3p)＞E(3s)C．E(5s)＞E(4f)＞E(4s)＞E(3d)D．E(5s)＞E(4s)＞E(4f)＞E(3d)AB4、轨道表示式轨道表示式的书写格式①元素符号；②轨道框（一个轨道一个框，能量相同的轨道连在一起）；③电子自旋状态（用“↑”、“↓”表示）；④轨道符号（轨道框下面）如Na：↑↑↑↓↑↓↑↑↑↑↑↓当碳原子的核外电子排布由转变为时，下列说法正确的是（）A.碳原子由基态变为激发态B.碳原子由激发态变为基态C.碳原子要从外界环境中吸收能量D.碳原子要向外界环境释放能量AC1．原子实：原子核外内层电子已达到稀有气体结构的部分2．外围电子排布式：原子电子排布式中省去原子实的剩余部分3．价电子：主族元素的外围电子排布式，也就是主族元素的最外层电子4．基态：最低能量状态。如处于最低能量状态的原子称为基态原子。几个名词：习题精练1．下列各原子或离子的电子排布式错误的是（）A．Al1s22s22p63s23p1B．O2-1s22s22p6C．Na+1s22s22p6D．Si1s22s22p22．按能量由低到高的顺序排列，正确的一组是（）A．1s、2p、3d、4sB．1s、2s、3s、2pC．2s、2p、3s、3pD．4p、3d、4s、3pC3．若n=3，以下能级符号错误的是()A．npB．nfC．ndD．nsB3.写出下列元素基态原子的电子排布式：(5)Br;⑷Ca；(3)Si;(2)P;⑴N；1s22s22p31s22s22p63s23p31s22s22p63s23p21s22s22p63s23p64s21s22s22p63s23p63d104s24p54.写出下列元素原子的简化电子排布式：Na：；P：；Cu：；Rb：；Be：；Mn：。[Ne]3s1[Ne]3s23p3[Kr]4s1[Ar]3d104s1[He]2s2[Ar]3d54s2或[Ne]3s23p63d54s25．写出下列粒子的符号：⑴最外能层电子数是次外能层电子数二倍的原子；⑵与氪原子的电子排布相同，带1个单位负电荷的粒子；⑶与氖原子的电子排布相同，带2个单位正电荷的粒子；⑷单质用于制作电脑芯片，第三能层里2个能级上的电子数相同的原子；⑸只有2个能层，带3个单位正电荷的粒子。6．下列微粒的核外电子的表示方法是否正确？若不正确请说明理由并改正（1）C1s2s2p（2）P原子外围电子轨道式3s3p（3）Cr原子的外围电子排布式3d44s1（4）Fe2+1s22s22p63s23p63d44s2