基態(tài)原子的核外電子排布原子軌道.ppt

第 2課時(shí) 基態(tài)原子的核外電子排布 原子軌道 探究 1 基態(tài)、激發(fā)態(tài)與光譜 研讀教材 自主認(rèn)知 1.基態(tài)原子與激發(fā)態(tài)原子 : 吸收 發(fā)射 2.原子光譜 :不同元素的原子發(fā)生 _時(shí)會(huì)吸收或釋放不同的光 , 可以用光譜儀攝取各種元素的電子的 _或 _,總稱 原子光譜。 3.光譜分析 :在現(xiàn)代化學(xué)中 ,利用 _上的特征譜線來 _ 的分析方法。 躍遷 吸收光譜 發(fā)射光譜 原子光譜 鑒定元素 合作探究 核心歸納 (1)原子光譜形成的原因是什么 ? 提示 :不同元素的原子發(fā)生躍遷時(shí)會(huì)吸收或釋放不同的光 ,從而形成原 子光譜。 (2)電子躍遷時(shí)只吸收能量嗎 ? 提示 :不是。電子從低能量軌道躍遷到高能量軌道時(shí)吸收能量 ,從高能 量軌道躍遷到低能量軌道時(shí)釋放能量。 (3)霓虹燈的發(fā)光原理與氫原子光譜相同嗎 ? 提示 :基本相同 ,都是氣體在較高的電壓激發(fā)下發(fā)生電子的躍遷產(chǎn)生的。 過關(guān)小練 即時(shí)應(yīng)用 1.(2015 泰安高二檢測 )原子光譜是線狀光譜 ,是由不連續(xù)的譜線組 成的 ,這表明 ( ) A.在原子中只有某些電子能夠躍遷產(chǎn)生光譜 B.原子中的電子可以處于某些特定的能量狀態(tài) ,即電子的能量是量子 化的 C.原子發(fā)射的光是單色光 D.白光可以由多種單色光組成 【 解析 】 選 B。原子光譜是線狀光譜 ,也就是由具有特定頻率的光形成 的譜線 ,原子光譜之所以產(chǎn)生這種特定的譜線 ,是由于電子的能量是量 子化的 ,電子躍遷的始態(tài)和終態(tài)的能級(jí)差也是量子化的。 2.對(duì)充有氖氣的霓虹燈管通電 ,燈管發(fā)出紅色光。產(chǎn)生這一現(xiàn)象的主 要原因是 ( ) A.電子由激發(fā)態(tài)向基態(tài)躍遷時(shí)以光的形式釋放能量 B.電子由基態(tài)向激發(fā)態(tài)躍遷時(shí)吸收除紅光以外的光線 C.氖原子獲得電子后轉(zhuǎn)變成發(fā)出紅光的物質(zhì) D.在電流的作用下 ,氖原子與構(gòu)成燈管的物質(zhì)發(fā)生反應(yīng) 【 解析 】 選 A。氖原子中能量較高軌道上的電子以光的形式向外輻射 能量躍遷到能量較低的軌道上 ,所發(fā)出的光的波長恰好位于可見光區(qū) 域中的紅色波段。 【 補(bǔ)償訓(xùn)練 】 圖中所發(fā)生的現(xiàn)象與電子的躍遷無關(guān)的是 ( ) 【 解析 】 選 D。燃放煙火、霓虹燈、燃燒蠟燭等獲得的光能都是電子 躍遷時(shí)能量以光的形式釋放出來導(dǎo)致的 ,而平面鏡成像則是光線反射 的結(jié)果。 探究 2 核外電子排布規(guī)則 研讀教材 自主認(rèn)知 1.原子核外電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的描述 : (1)電子云。 定義 :處于一定空間運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的電子在原子核外空間的概率密度分 布的形象化描述。 含義 :用單位體積內(nèi)小黑點(diǎn)的疏密程度表示電子在原子核外出現(xiàn)概 率大小。 形狀。 球形 啞鈴形 一 三 (2)原子軌道。 定義 :電子在原子核外的一個(gè) _。 意義 :表示原子軌道的空間分布。 不同能層所對(duì)應(yīng)的能級(jí)和原子軌道的情況。 空間運(yùn)動(dòng)狀態(tài) 符號(hào) 能級(jí) 原子軌道數(shù) 原子軌道名稱 電子云 輪廓形狀 K 1s 1 1s _形 L 2s 2p 1 _ 2s 2p x、 2py、 2pz 球形 _形 M 3s 3p 3d 1 _ _ 3s 3px、 3py、 3pz 球形 _形 球 3 啞鈴 3 5 啞鈴 2.核外電子排布的規(guī)則 : 最 低 相反 優(yōu)先單獨(dú)占據(jù) 自旋狀態(tài) 2 構(gòu)造原理 合作探究 核心歸納 1.原子核外電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的描述 : s能級(jí)的原子軌道圖 (球形對(duì)稱 ) p能級(jí)的原子軌道圖 (啞鈴形 ) (1)怎樣描述一個(gè)電子的核外運(yùn)動(dòng)狀態(tài) ? 提示 :從電子層、能級(jí)、原子軌道、自旋狀態(tài)四個(gè)方面描述。 (2)s軌道的電子云圖與 p軌道的電子云圖有何區(qū)別 ? 提示 :s軌道的電子云圖為球形 ,在空間只有一個(gè)伸展方向 ;p軌道的電 子云圖為啞鈴形 ,在空間有 3個(gè)伸展方向。 (3)電子云中小點(diǎn)的疏密程度有何意義 ? 提示 :點(diǎn)疏密的程度表示了電子在原子核外出現(xiàn)概率的大小。 2.核外電子排布的規(guī)則 : (1)原子核外電子在排布時(shí)總是按 K、 L、 M、 N的順序填充的嗎 ? 提示 :不是。原子核外電子的排布遵循構(gòu)造原理 ,按軌道能量由低到高 依次排列 ,而能層越大 ,能級(jí)的能量不一定越高 ,存在一些不同能層的 能級(jí)交錯(cuò)現(xiàn)象 ,例如 E(3d)E(4s)、 E(4f)E(5p)等 ,核外電子在充滿 3p 后 ,多余電子首先填充 4s而非 3d,使整個(gè)原子處于能量最低的狀態(tài)。 (2)為什么鉀原子的原子結(jié)構(gòu)示意圖不是 ,而是 呢 ? 提示 :由于出現(xiàn)能級(jí)交錯(cuò)現(xiàn)象 ,鉀原子排滿第一層和第二層后 ,再排第 三層時(shí) ,先排滿 3s能級(jí)、 3p能級(jí) ,最后一個(gè)電子進(jìn)入 4s能級(jí)而不是 3d 能級(jí) ,所以它的原子結(jié)構(gòu)示意圖為 。 (3)為什么原子核外最外層的電子數(shù)不超過 8個(gè) ? 提示 :由于能級(jí)交錯(cuò)的原因 ,E(nd)E(n+1)s,當(dāng) ns和 np充滿時(shí) (共 4個(gè) 軌道 ,最多容納 8個(gè)電子 ),多余的電子不是填入 nd,而是首先形成新電 子層 ,填入 (n+1)s軌道中 ,故最外層電子數(shù)不可能超過 8個(gè)。 (4)為什么原子核外電子的次外層不超過 18個(gè) ? 提示 :若最外層是第 n層 ,次外層就是第 (n-1)層。由于 E(n-1)f E(n+1)sE(np),在第 (n+1)層出現(xiàn)前 ,次外層只有 (n-1)s、 (n-1)p、 (n-1)d上有電子 ,這三個(gè)能級(jí)共有 9個(gè)軌道 ,最多可容納 18個(gè)電子 ,因此 次外層電子數(shù)不超過 18個(gè)。 【 歸納總結(jié) 】 1.構(gòu)造原理中的能級(jí)交錯(cuò)現(xiàn)象 :最常見、最重要的能級(jí)交錯(cuò)順序之 一是 E(4s)<E(3d),對(duì)于 1 36號(hào)元素來說 ,應(yīng)重點(diǎn)掌握和記憶的是 “ 1s2s2p3s3p4s3d4p ” 這一順序。 2.對(duì)核外電子排布的兩點(diǎn)認(rèn)識(shí) : (1)基態(tài)原子核外電子在能量相同的各個(gè)軌道上排布時(shí) ,電子盡 可能分占不同的原子軌道 ,且自旋狀態(tài)相同 ,這樣整個(gè)原子的能 量最低。 (2)有少數(shù)元素的基態(tài)原子的電子排布對(duì)于構(gòu)造原理有 1個(gè)電子 的偏差。因?yàn)槟芰肯嗤脑榆壍涝谌錆M (如 p6和 d10)、半充 滿 (如 p3和 d5)和全空 (如 p0和 d0)狀態(tài)時(shí) ,體系的能量較低 ,原子較 穩(wěn)定。如 Cr的電子排布式為 1s22s22p63s23p63d54s1,不能寫成 1s22s22p63s23p63d44s2。 過關(guān)小練 即時(shí)應(yīng)用 1.(2015 蘇州高二檢測 )下列敘述正確的是 ( ) A.Ar3d64s2是基態(tài)原子的電子排布 B.鉻原子的電子排布式 :1s22s22p63s23p64s13d5 C.銅原子的外圍電子排布式是 3d94s2 D.氮原子的電子排布圖是 【 解題指南 】 解答本題時(shí)要注意以下兩點(diǎn) : (1)符合電子排布三原則的是基態(tài)原子。 (2)注意 1 36號(hào)元素中的兩個(gè)特殊元素 24Cr和 29Cu。 【 解析 】 選 A。 B項(xiàng) ,在書寫電子排布式時(shí) ,不能按填充順序書寫 ;C項(xiàng) ,d 軌道全充滿時(shí)穩(wěn)定 ,應(yīng)為 3d104s1;D項(xiàng)違反了洪特規(guī)則。 2.在 d軌道中電子排布成 而不能排布成 , 其最直接的根據(jù)是 ( ) A.能量最低原理 B.泡利原理 C.原子軌道構(gòu)造原理 D.洪特規(guī)則 【 解析 】 選 D。當(dāng)電子排布在同一能級(jí)的不同軌道時(shí) ,基態(tài)原子中的電 子總是優(yōu)先單獨(dú)占據(jù)一個(gè)軌道 ,且自旋狀態(tài)相同 ,稱為洪特規(guī)則 ,根據(jù) 題意知 ,4個(gè)電子占據(jù)不同的軌道且自旋方向相同 ,所以其根據(jù)是洪特 規(guī)則。 【 方法規(guī)律 】 (1)對(duì)于復(fù)雜的原子或離子 ,若直接書寫電子排布式有困 難 ,可先寫出原子的原子結(jié)構(gòu)示意圖 ,再據(jù)此寫出電子排布式 ,如 (2)離子的電子排布式的書寫方法。 先寫出原子的電子排布式 ,再根據(jù)電子的情況進(jìn)行調(diào)整。如 【 補(bǔ)償訓(xùn)練 】 (2015 三亞高二檢測 )下列原子的外圍電子排布式不正 確的是 ( ) A.Fe:3d64s2 B.Cr:3d44s2 C.Ar:3s23p6 D.Ni:3d84s2 【 解析 】 選 B。根據(jù)洪特規(guī)則 :能量相同的軌道在全充滿、半充滿、全 空時(shí) ,體系能量最低 ,原子比較穩(wěn)定 ,B項(xiàng)應(yīng)該為 3d54s1。 探究 3 核外電子排布的表示方法 研讀教材 自主認(rèn)知 電子排布式 : (1)概念 :將 _上所排布的電子數(shù)標(biāo)注在該能級(jí)符號(hào) _,并按 照能層從左到右的順序排列的式子。如鈉原子的電子排布式可表示為 _,也可簡化為 _。 能級(jí) 右上角 1s22s22p63s1 Ne3s1 (2)電子排布圖 :用方框表示原子軌道 ,用不同方向的箭頭表示自旋狀 態(tài)不同的電子的式子。 如氮原子的電子排布圖是 。 合作探究 核心歸納 (1)電子排布的表示形式中最能形象表示電子排布的是哪一種 ? 提示 :電子排布圖。它不僅表示各個(gè)能級(jí)的電子數(shù)目 ,還表示出在各個(gè) 能級(jí)的分布。 (2)下列原子的最外層電子的表示形式中 ,哪一種狀態(tài)的能量較低 ? 氮原子 鈉原子 A.3s1 B.3p1 鉻原子 A.3d54s1 B.3d44s2 碳原子 提示 :據(jù)洪特規(guī)則 ,電子在能量相同的各個(gè)軌道上排布時(shí)盡可能分占不 同的原子軌道 ,且自旋狀態(tài)相同 ,故選 B, 選 A;據(jù)能量最低原理 ,核 外電子先占有能量低的軌道 ,再占有能量高的軌道 , 中由于 s軌道能 量低于 p軌道 ,故選 A; 中 d5為半充滿狀態(tài) ,為相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài) ,所以選 A。 (3)判斷下列元素原子的電子排布式是否正確 ,若錯(cuò)誤 ,請(qǐng)說明違反的 原則 ,并寫出正確的電子排布式。 6C;1s22s22px2 21Sc:1s22s22p63s23p63d3 22Ti:1s22s22p63s23p10 提示 : 錯(cuò)誤 ,違反了洪特規(guī)則 ,正確的電子排布式為 1s22s22p2。 錯(cuò)誤 ,違反了能量最低原理 ,正確的電子排布式為 1s22s22p63s23p63d14s2。 錯(cuò)誤 ,違反了泡利原理 ,正確的電子排布式為 1s22s22p63s23p63d24s2。 (4)基態(tài)銅原子的核外電子排布式為 1s22s22p63s23p63d94s2,這種 表示方法正確嗎 ?為什么 ? 提示 :不正確。能量相同的原子軌道在全充滿、半充滿和全空狀 態(tài)時(shí) ,體系能量較低 ,原子較穩(wěn)定 ,故銅原子的電子排布式應(yīng)為 1s22s22p63s23p63d104s1。 【 歸納總結(jié) 】 1.核外電子排布的書寫方法總結(jié) : 原子 結(jié)構(gòu) 示意 圖 含義 將每個(gè)能層上的電子總數(shù)表示在原子核外的式子 實(shí)例 電子 排布 式 含義 用數(shù)字在能級(jí)符號(hào)右上角標(biāo)明該能級(jí)上排布的電子數(shù)的式子 實(shí)例 K:1s22s22p63s23p64s1 簡化 電子 排布 式 含義 為了避免電子排布式書寫過于繁瑣 ,把內(nèi)層電子 達(dá)到稀有氣體結(jié)構(gòu)的部分以相應(yīng)稀有氣體的元 素符號(hào)外加方括號(hào)表示 實(shí)例 K:Ar4s1 電子 排布 圖 含義 每個(gè)方框代表一個(gè)原子軌道 ,每個(gè)箭頭代表一個(gè)電子 實(shí)例 Al: 2.電子排布式書寫方法的兩點(diǎn)認(rèn)識(shí) : (1)簡單原子的核外電子排布式 :按照構(gòu)造原理將電子依次填充 到能量逐漸升高的原子軌道中。 例如 7N:1s22s22p3。 (2)復(fù)雜原子的核外電子排布式 :先按能量從高到低排列 ,然后 再把同一層的電子排在一起。如 26Fe,先按能量從高到低排列為 1s22s22p63s23p64s23d6,然后將同一層的電子移到一起即 可 :1s22s22p63s23p63d64s2。 過關(guān)小練 即時(shí)應(yīng)用 1.寫出下列粒子的電子排布式或電子排布圖。 (1)電子排布式。 17Cl: ; Ca2+: ; S2-: ; 24Cr: 。 (2)電子排布圖。 O2-的電子排布圖 : ; F的最外層電子排布圖 : 。 (3)寫出 Al、 C的最外層電子排布式 : 、 。 【 解題指南 】 解答本題時(shí)應(yīng)注意以下 3點(diǎn) : (1)明確微粒核外電子數(shù) ; (2)書寫時(shí)必須遵循核外電子排布的三原則 ; (3)注意電子排布圖和外圍電子排布圖的區(qū)別。 【 解析 】 (1)根據(jù)核外電子排布的三個(gè)原則進(jìn)行書寫即可。注意離子 的電子排布式的最外層電子的變化 ,如 Ca2+要失去最外層電子 ,而 S2-要 得到 2個(gè)電子。 (2)O2-的電子排布式為 1s22s22p6,故其電子排布圖為 。 F的最外層電子排布式為 2s22p5,故其電子排布圖為 。 (3)Al的最外層為 M層 ,有 3個(gè)電子 ,故其電子排布式為 3s23p1。 C的最外 層為 L層 ,有 4個(gè)電子 ,最外層電子排布式為 2s22p2。 答案 :(1) 1s22s22p63s23p5 1s22s22p63s23p6 1s22s22p63s23p6 1s22s22p63s23p63d54s1 (2) (3)3s23p1 2s22p2 【 互動(dòng)探究 】 (1)寫出 24Cr外圍電子排布式和外圍電子排布圖。 提示 :24Cr外圍電子排布式 3d54s1,其外圍電子排布圖為 。 (2)寫出第 4周期元素中單電子數(shù)最多的元素的電子排布式。 提示 :根據(jù) (1)可以得出第 4周期中單電子數(shù)最多的元素為鉻元素 ,根據(jù) 其外圍電子排布圖可以得出其原子中含有 5個(gè)單電子。 2.下列電子排布圖所表示的元素原子中 ,其能量處于最低狀態(tài)的 是 ( ) 【 解析 】 選 D。 A、 C項(xiàng)違背了能量最低原理 ;B項(xiàng)違背了洪特規(guī)則 ,故 A、 B、 C均不為能量最低狀態(tài) ,D項(xiàng)為能量最低狀態(tài)。 【 補(bǔ)償訓(xùn)練 】 下列表示式錯(cuò)誤的是 ( ) A.Na+的電子排布圖 : B.Na+的結(jié)構(gòu)示意圖 : C.Na的電子排布式 :1s22s22p63s1 D.Na的簡化電子排布式 :Na3s1 【 解析 】 選 D。鈉原子的電子排布式為 1s22s22p63s1,或?qū)憺?Ne3s1,Na+的原子核內(nèi)有 11個(gè)質(zhì)子 ,核外有 10個(gè)電子 ,結(jié)構(gòu) 示意圖為 。