1.1.1原子结构和原子光谱 课件 2024-2025学年高二下学期化学人教版（2019）选择性必修2

第1课时 原子结构和原子光谱 第一章 原子结构与性质 第一节 原子结构 选择性必修二 1.了解有关核外电子运动模型的历史发展过程，认识核外电子的运动特点。 学习目标 2.了解核外电子的运动状态,知道原子核外电子的能层分布、能级分布及其能量的关系。 原子核 核外电子 原子 质子(Z) 中子(N) X A Z 质量数(A)＝质子数(Z)＋中子数(N) 决定元素的种类 决定原子的种类 最外层电子数决定元素的化学性质 核电荷数（z）= 核内质子数= 核外电子数=原子序数 电子数=原子序数±电荷数 【回顾】原子结构 1803年 道尔顿 1904年 1911年 1913年 1926～1935年 汤姆孙 卢瑟福 波尔 薛定谔 原子不可再分 确认电子 实心球模型 葡萄干面包模型 行星模型 分层模型 现代电子云模型 电子分层运动 提出电子 没有确定轨道 确认原子核 发现质子 预测中子 【演变】人类认识原子的历史是漫长的，也是无止境的。 1936 马德隆 原子 光谱 构造 原理 1920年，丹麦科学家玻尔在氢原子模型基础上，提出 ，即从氢开始，随核电荷数递增，新增电子填入原子核外“壳层”的顺序，由此开启了用原子结构解释 的篇章。 构造原理 元素周期律 玻尔 （N.Bohr，1885-1962） 1869年，俄国化学家门捷列夫发现了__________________。 元素周期律 5年后，即1925年玻尔的“壳层”落实为“______”和“______”，厘清了核外电子的可能状态，复杂的原子光谱得以诠释。 能层 能级 课程引入 课程引入 玻尔模型 电子只能在原子核外固定能量的“壳层”里运动。 这里的 “壳层”，就是现在的能层与能级 。 一、能层与能级 1．能层——电子层 (1) 划分依据：核外电子按能量不同分成能层 (2) 表示方法：由内向外排序 能层n 一 二 三 四 五 六 七 符号 K　  L　  M　  N　  O P Q 各能层最多电子数   　  2 2×12 8 2×22　 18 2×32 32 2×42 50 2×52 72 2×62 98 2×72 2n2 不是真实存在的，只是为了研究方便假设的 电子层 能层 (3) 能量关系：E(K)＜E(L)＜E(M)＜E(N)＜E(O)＜E(P)＜E(Q) 能层越高,电子的能量越高。 ①能量规律 ②数量规律 每层容纳的电子数不超过2n2（n为能层序数） 思考：同一能层中电子的能量是否就相同呢？ （4）核外电子的排布规律： ①先排能量低的电子层，由里往外再排能量高的电子层。 ②每一层最多容纳电子数不超过：2n2个。（n是能层序数） ③最外层电子数不超过8个（K层为最外层时不超过2个）。 ④次外层电子数不超过18个， ⑤倒数第三层不超过32个。 E(K)＜E(L)＜E(M)＜E(N)＜E(O)＜E(P)＜E(Q) 简称：“一低四不超” 2．能级 (1) 含义：多电子原子同一能层电子的能量不同，将它们分为不同能级。 (2) 表示方法：分别用相应能层的序数和字母s、p、d、f 等表示。 ① 任一能层的能级从s开始，依次s、p、d、f…… ； ②每一能级表示：能层数＋能级 如n能层的能级按能量由低到高的顺序 为E(ns)<E(np)<E(nd)<E(nf)…… (3)能级数＝该能层序数； (4)s、p、d、f……能容纳的最多电子数依次为 1,3,5,7(轨道数)…的2倍。 电子层n 能级数 1 s 2 s、p 3 s、p、d 4 s、p、d、f n n N层 M层 L层 K层 同一能层各能级能量越来越高 能级 能量越来越高 能层 能层是楼层 能级是楼层的楼梯 2、 能级 能层 K L M N O 能级 … 最多容纳电子 … 1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s 4p 4d 4f 5s 5p 2 2 6 2 6 10 2 6 14 10 2 6 2 8 18 32 2n2 (3)能级表示方法及各能级最多容纳的电子数 ②各能级可容 纳的最多电子数依次为1、3、5、7……的二倍 不同能层中符号相同的能级所容纳的最多电子数 。 相同 S---- 2 个电子 p---- 6 个电子 d---- 10个电子 f ---- 14个电子 例：Cl的核外电子排布 1S2 2S2 2P6 3S2 3P5 能级又可以分成不同的轨道。能级类型不同，轨道数目也不同。每个轨道最多只能容纳 2个电子。 结 论 s能级只有1个轨道，故最多容纳2个电子。（2×1=2） p能级有3个轨道，故最多容纳6个电子。（2×3=6） d能级有5个轨道，故最多容纳10个电子。（2×5=10） f能级有7个轨道，故最多容纳14个电子。（2×7=10） 3．能层、能级与容纳的最多电子数 能层(n) 一 二 三 四 五 六 七 … 符号 K L M N O P Q … 能级 1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s 4p 4d 4f 5s … … … … 容纳的最多电子数 2 2 6 2 6 10 2 6 10 14 2 … … … … 2 8 18 32 … … … 2n2 离核远近 由近到远 不同能层能量 逐渐增大 同一能层各能级的能量 逐渐增大 1.一个能层的能级数与能层序数(n)间存在什么关系？一个能层最多可容纳的电子数与能层序数(n)间存在什么关系？ 能层序数(n)等于该能层所包含的能级数，如第三能层有三个能级：3s、3p、3d。一个能层最多可容纳的电子数为2n2 。 能层与能级——课本P7思考与讨论 2.以s、p、d、f为符号的能级分别最多可容纳多少个电子？3d、4d、5d能级所容纳的最多电子数是否相同？ 最多容纳的电子数为 s能级：2，p能级：6，d能级：10，f能级：14； 3d、4d、5d能级所容纳的最多电子数相同。 能层与能级——课本P7思考与讨论 能层与能级——课本P7思考与讨论 3.第五能层最多可容纳多少个电子？它们分别容纳在几个能级中？各能级最多容纳多少个电子？(注：高于f 的能级不用符号表示。) 第五能层最多容纳50个电子； 它们分别容纳在5s、5p、5d、5f 等5个能级中； 各能级最多容纳的电子数分别为2、6、10、14和18。 各能级最多容纳的电子数为： 5s能级 2×1=2 5p能级 2×3=6 5d能级 2×5=10 5f能级 2×7=14 5g能级 2×9=18 总计50个电子 （3）英文字母相同的不同能级中所能容纳的最多 电子数 。（填“相同”或“不同”） （1）能级的个数 所在能层的能层序数 （2）能级的字母代号是 ，字母前的数字代表 ， 每个能级最多容纳的电子数分别为 。 = s、p、d、f 能层序数 s-2、p-6、d-10、f-14 相同 能层与能级的关系： 能层与能级的有关规律小结 （4）每一能层最多容纳的电子数为 。 （5）f能级从第 能层开始，d能级从第 能层开始 2n2 4 3 ①先看能层，一般情况下，能层序数越大，能量越高； 再看同一能层各能级的能量顺序为：E(4s)< E(4p)<E(4d)< E(4f) … ②不同能层中的同一能级，能层序数越大，能量越高。 例如：E(3s)> E(2s)> E(1s) ③不同原子的同一能层的同一能级的能量大小也不同。 例如：Ar的1s能级的能量≠S的1s能级的能量 能级能量大小的判断方法 方法技巧 判断能级能量高低的方法 (1) 首先看能层,一般能层序数越大,能量越高。 (2) 再看能级,同一能层中的各能级,能量由低到高的顺序是ns<np<nd<nf。 (3) 还要注意能级交错现象,即高能层的s、p能级的能量可能会小于低能层的d、f能级,如4s<3d,6p<5f等。 【练习】1、按能量由低到高的顺序排列，正确的一组是(　　) A.1s、2p、3d、4s B.1s、2s、3s、2p C.2s、2p、3s、3p D.3p、3d、4s、4p C 2、下列能级中可容纳电子数最多的是（　　） A.6s　　　B.4p C.3d　　　D.4f D 在日常生活中，我们看到的许多可见光，如焰火、霓虹灯光、激光…… ——都与原子核外电子跃迁释放能量有关。 它们为什么能发出五颜六色的光？ 荧光 LED灯光 激光 霓虹灯光 焰火 二、基态与激发态　原子光谱 1．基态原子与激发态原子 (1) 基态原子：处于最低能量状态的原子。 (2)激发态原子：基态原子吸收能量，电子跃迁到较高能级，变为激发态原子 (3)基态、激发态相互之间转化的能量变化 原子 基态原子（稳定） 激发态原子（不稳定） 处于最低能量 处于较高能量 吸收能量 释放能量 E0 E1 E2 E3 En 激发态能级 基态能级 吸收能量 电子跃迁 释放能量 电子跃迁 光 光(辐射)是电子跃迁释放能量的重要形式，一般是能量相近的能级间发生电子跃迁。光的波长可用两个轨道的能量差计算。 特别提醒： ①电子的跃迁是物理变化（未发生电子转移），而原子得失电子时发生的是化学变化。 ②一般在能量相近的能级间发生电子跃迁。如1s22s22p2 表示基态碳原子，1s22s12p3为激发态碳原子（电子数不变）。 ③激发态原子不稳定，易释放能量变为基态原子。 (1) 含义：不同元素原子的电子发生跃迁时会吸收或释放不同的光。可用光谱仪摄取各种元素原子的吸收光谱或发射光谱，总称原子光谱。 (2)成因及分类 光 光是一种电磁波，不同波长的光具有不同能量 E＝hυ ， υ＝c/λ 光谱 复色光经过色散系统（如棱镜）分光后，被色散开的单色光按波长（或频率）大小而依次排列的图案。 (3) 基态、激发态与原子光谱 2．原子光谱 锂、氦、汞的吸收光谱 锂、氦、汞的发射光谱 特征:暗背景, 亮线, 线状不连续 特征:亮背景,暗线，线状不连续 发射光谱与吸收光谱对比 同种元素发射光谱中的彩色亮线与吸收光谱中的暗线处于相同位置。 (1) 电子吸收能量→从低能级跃迁至较高能级→吸收光谱。 (2) 电子从高能级跃迁到低能级→释放能量→发射光谱。 3、原子光谱的应用 (1) 发现新元素 如：铯（1860年）和铷（1861年），其光谱中有特征的蓝光和红光。 1868年科学家们通过太阳光谱的分析发现了稀有气体氦。 在现代化学中，常利用原子光谱上的特征谱线来鉴定元素，称为光谱分析。 一种元素有一种原子光谱，一种原子光谱对应着一种元素 (2) 检验元素：焰色试验中产生的焰色是电子跃迁的结果，焰色的产生与消失是物理变化，该过程中可能伴随化学变化。 焰色试验属于发射光谱 解释钾与钠产生焰色及焰色不同的原因 钾和钠的原子结构不同，电子跃迁时能量的变化不同，则放出的光的波长不同，所以产生焰色也就不同。 【原理】当碱金属及化合物在火焰上灼烧时，原子中的电子吸收了能量，从能量较低的轨道跃迁到能量较高的轨道，但是处于能量较高的的轨道上的电子是不稳定的，很快跃迁回能量较低的轨道，这时就将多余的能量以光的形式释放，而释放的光的波长在可见光范围内，因而能使火焰呈现颜色。 (3) 焰火、激光、荧光、LED灯光 充有氖气的霓虹灯能发出红光： 通电后在电场作用下，放电管里氖原子中的电子吸收能量后跃迁到能量较高的能级，且处在能量较高的能级上的电子会很快地以光的形式释放能量而跃迁回能量较低的能级上，该光的波长恰好处于可见光区域中的红色波段。 【练习】1、电子由3p能级跃迁至4p能级时，可通过光谱仪直接摄取（　　） A.电子的运动轨迹图像 B.原子的吸收光谱 C.电子体积大小的图像 D.原子的发射光谱 B 2、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 B 3、下列选项中所发生的现象与电子的跃迁无关的是（　　） D 4.比较各能层或能级中电子能量大小： (1)E(2s)　　E(4s)；  (2)E(3p)　　E(3d)；  (3)E(5d)　　E(4d)；  (4)E(3s)　　E(2p)；  (5)E(K)　　E(L)　　E(M)。  < < > > < < 【科学史话】离散的谱线 1814年，德国物理学家夫琅禾费发明了分光镜并用来观察太阳光，发现在太阳光谱中有570多条黑线（现知几千条），后人称之为夫琅禾费线。 1859年,德国科学家本生 和基尔霍夫发明了光谱仪，证实了夫琅禾费线实质上是原子的吸收光谱，并一一找到对应的元素。例如，被夫琅禾费标记为 D 的双线源自钠（如图)，后人称为钠双线 原子光谱为什么是离散的谱线而不是连续的呢？ 1913年，玻尔创造性地假设，被束缚在原子核外的电子的能量是量子化的，只能取一定数值，称为定态，而原子光谱的谱线是不同定态的电子发生跃迁产生的，因而是离散的而不是连续的谱线。 1925年，德国科学家洪特解释了复杂光谱，得出了过渡元素（包括铬和铜等）的光谱学基态原子的电子排布，为构造原理的确立奠定了基础 $$