第一章 第一节 第1课时 能层和能级、原子光谱与构造原理 课件1-2024-2025学年高中化学选择性必修2同步课件PPT（人教版2019）

第1课时 能层和能级、原子光谱与构造原理 第一节 原子结构 化学 1.知道电子运动的能量状态具有量子化的特征,能从电子跃迁角度初步解释原子光谱的形成,进一步强化“结构决定性质”的观念。 2.了解原子核外电子排布的构造原理,能写出1~36号元素基态原子的电子排布式,进一步增强证据推理的意识。 学习目标 重点、难点： 电子排布式的书写,基态、激发态与原子光谱。 学习重难点 材料引入 原子结构模型的发展历史 材料一 道尔顿实心球模型：1803年，英国自然科学家道尔顿提出，原子是一个坚硬的实心小球，不能再分，同种元素的原子的各种性质和质量都相同。此模型虽被后来的研究否定，但使化学从炼金术中摆脱出来，道尔顿也被誉为“近代化学之父”。 导入新课 材料二  汤姆孙葡萄干蛋糕模型：1897年，汤姆孙发现电子后，于1904年提出该模型，认为原子是一个带正电荷的球，电子镶嵌在里面，电子的负电荷与正电荷相互抵消，原子呈电中性。 导入新课 材料引入 材料三  卢瑟福行星模型：1911年，卢瑟福通过α粒子轰击金箔实验，否认了汤姆逊的模型，提出原子的大部分体积是空的，电子按照一定轨道围绕着一个带正电荷的很小的原子核运转。 导入新课 材料引入 材料四  玻尔量子化模型：1913年，玻尔在行星模型基础上，提出核外电子分层排布的原子结构模型。电子在固定层面上运动，不同轨道电子的能量不同，且量子化，电子从一个轨道跃迁到另一个轨道时，原子吸收或释放能量。 导入新课 材料引入 材料五  现代电子云模型：20世纪20年代以来，海森堡提出不确定性原理，认为具有波粒二象性的微观粒子在一个确定时刻其空间坐标与动量不能同时测准，电子绕核运动形成一个带负电荷的云团。 导入新课 材料引入 【问题1】原子核外电子是怎样排布的？ 自主学习 原子核外电子按能量不同排布能层，能层由内向外排列。 【问题2】如何用符号表达各能层和能级？完成表格。 能层序数 (n) 一 二 三 四 五 六 七 能层符号             能级符号                       …… …… K L M N O P Q 1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s 4p 4d 4f 5s 【问题3】各能层之间、同一能层内各能级的电子能量高低情况是怎样的？ 自主学习 能层能量： E(K)<E(L)<E(M)<E(N)<E(O)<E(P)<E(Q)； 同能层不同能级的能量： E(ns)<E(np)<E(nd)<E(nf)…… 1.画出1~18号元素的原子结构示意图。 知识回顾 同主族元素原子的最外层电子数相等，原子的最外层电子不超过8个，次外层不超过18个。 2.核外电子在各能层的排布有什么规律和特点？ 课堂探究 一、能层与能级 完成表格,思考以下问题: 能层 序数(n) 一 二 三 四 五 六 七 能层符号 K L M N O P Q 能级符号 1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s 4p 4d 4f 5s …… …… 最多容纳 电子数 …… …… 课堂探究 一、能层与能级 【答案】 能层 序数(n) 一 二 三 四 五 六 七 能层符号 K L M N O P Q 能级符号 1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s 4p 4d 4f 5s …… …… 最多容纳 电子数 2 2 6 2 6 10 2 6 10 14 2 …… …… 2 8 18 32 50 2n2 课堂探究 一、能层与能级 【问题1—1】不同的能层分别有多少个能级?与能层的序数(n)间存在什么关系? （1）K、L、M、N、O、P、Q分别有1、2、3、4、5、6、7个能级。 （2）能层所含能级数=能层序数。 【问题1—2】以s、p、d、f为符号的能级分别最多可容纳多少个电子? s、p、d、f能级可容纳的最多电子数依次为2、6、10、14。 课堂探究 一、能层与能级 【问题1—3】原子核外电子的每一个能层最多可容纳的电子数与能层的序数(n)间存在什么关系? 每个能层(能层序数n)最多容纳2n2个电子。 【问题1—4】不同能层中,符号相同的能级所能容纳的最多电子数是否相同? 不同能层中,符号相同的能级所能容纳的最多电子数相同。 课堂探究 一、能层与能级 【归纳总结】 多电子原子中: 1.E(K)<E(L)<E(M)<E(N)<E(O)<E(P)<E(Q)。 2.E(ns)<E(np)<E(nd)<E(nf)…… 3.能级数=该能层序数(n)。 4.以s、p、d、f为符号的能级可容纳的最多电子数依次为自然数中的奇数序列1、3、5、7的2倍。 5.一个能层最多可容纳电子数=2n2(n为能层序数)。 课堂探究 二、基态与激发态 原子光谱 生活中常见的光现象： 课堂探究 二、基态与激发态 原子光谱 【提问】在日常生活中,看到的这些发光现象,与原子结构有什么关系呢? 课堂探究 二、基态与激发态 原子光谱 处于最低能量状态的原子叫基态原子。基态原子吸收能量,它的电子会跃迁到较高能级,变为激发态原子。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,将释放能量。光(辐射)是电子跃迁释放能量的重要形式。 课堂探究 二、基态与激发态 原子光谱 【问题2—1】电子在基态能级与激发态能级之间跃迁,伴随着怎样的能量变化? 电子从激发态能级跃迁到基态能级释放能量,从基态能级跃迁到激发态能级吸收能量。 课堂探究 二、基态与激发态 原子光谱 【问题2—2】在鉴定Na、K等金属元素时,所做的焰色试验为什么会呈现不同的焰色? 在加热时金属原子的电子吸收能量从基态跃迁到激发态,当电子从能量较高的激发态跃迁回较低能态时以可见光形式释放能量,故观察到不同的焰色。 课堂探究 二、基态与激发态 原子光谱 (1)在该图中,电子从某激发态能级(能量为E1)跃迁到基态能级(能量为E0)时,如果释放的能量以光的形式表现出来并被记录下来,就形成发射光谱。 (2)当电子从基态能级(能量为E0)跃迁到某激发态能级(能量为E1)时,如果吸收的能量以光的形式表现出来并被记录下来,就形成吸收光谱。 (3)吸收光谱和发射光谱总称原子光谱。 课堂探究 二、基态与激发态 原子光谱 Li、He、Hg的吸收光谱和发射光谱: 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。 课堂探究 三、构造原理与电子排布式 图中的箭头方向表示从氢开始,随核电荷数的递增,新增电子填入能级的顺序。按照构造原理,将能层低的能级写在左边,我们可以写出元素的基态原子核外电子排布式。 从氢到碳的基态原子的电子排布式分别为1s1、1s2、1s22s1、1s22s2、1s22s22p1、1s22s22p2。 基态原子是处于最低能量状态的原子。电子如何填入核外的不同能级以保证原子处于基态呢?有可循的填入顺序吗? 课堂探究 三、构造原理与电子排布式 【问题3—1】根据构造原理书写 11~19号元素的基态原子的电子排布式。 S:1s22s22p63s23p4、 Cl:1s22s22p63s23p5、 Ar:1s22s22p63s23p6、 K:1s22s22p63s23p64s1。 Na:1s22s22p63s1、 Mg:1s22s22p63s2、 Al:1s22s22p63s23p1、 Si:1s22s22p63s23p2、 P:1s22s22p63s23p3、 课堂探究 三、构造原理与电子排布式 【问题3—2】请根据钾基态原子的电子排布式,思考为什么没有电子排在3d能级? 按照构造原理,书写钾基态原子的电子排布式时,电子是按4s→3d→4p的顺序而不是按3d→4s→4p的顺序填充的,出现了能级交错现象。 课堂探究 三、构造原理与电子排布式 随着核电荷数的增加,基态原子的电子排布式越来越长,书写太不方便了。我们可以将电子排布式进行简化。 例如,Cl原子的电子排布式可以简化为[Ne]3s23p5,K原子的电子排布式可以简化为[Ar]4s1;Sc原子的电子排布式可简化为[Ar]3d14s2。 课堂探究 三、构造原理与电子排布式 【问题3—3】结合钠、铝、氯的基态原子的电子排布式,请找出与它们的化合价相关的电子。并写出其基态离子的电子排布式。 在钠、铝、氯的基态原子的电子排布式中,最外层的3s1、3s23p1、3s23p5电子与化合价有关;Na+和Al3+的电子排布式均为1s22s22p6,Cl-的电子排布式为　1s22s22p63s23p6。 课堂探究 三、构造原理与电子排布式 【问题3—4】写出Fe的基态原子的简写电子排布式,请找出与它们的化合价相关的电子,并书写基态Fe2+、Fe3+的电子排布式。 Fe的基态原子的简写电子排布式为[Ar]3d64s2,Fe原子的价层电子3d64s2与化合价有关,Fe2+的电子排布式为[Ar]3d6,Fe3+为[Ar]3d5。 课堂探究 三、构造原理与电子排布式 我们把在化学反应中可能发生电子变动的能级称为价电子层(简称价层)。钠、铝、氯基态原子的最外层电子排布式即为价层电子排布式,而铁的基态原子的电子排布式为[Ar]3d64s2,3d64s2是它的价层电子排布式。 基态原子失去电子转化成简单阳离子时,先失去离核较远的电子,如:铁原子先失去4s电子,再失去3d电子。 课堂探究 三、构造原理与电子排布式 【问题3—5】请查阅教材最后的元素周期表,观察主族、0族元素和过渡元素的价层电子排布有什么特征? 主族和0族元素的价层电子排布就是其最外层电子排布,而过渡元素的价层电子排布是除去与上一周期0族元素原子的电子排布式相同的部分后剩余的电子排布式。 课堂探究 三、构造原理与电子排布式 【问题3—6】从元素周期表中给出的信息,观察Cr和Cu的电子排布式,符合构造原理吗? Cr和Cu的电子排布式不符合构造原理,没有填满低能级再填入下一个高能级。 课堂探究 三、构造原理与电子排布式 像Cr和Cu这样的电子排布源于光谱分析,是从实验事实得到的,不符合构造原理。这也说明构造原理是被理想化的。理想化是许多科学原理的共同点,理想化常常是建立模型所必需的。 以下能级符号不正确的是( ) A.3s B.3p C.3d D.3f 【例1】 D 典型例题 某元素的最常见的化合价为-2价,则该元素的原子最外层电子排布式是( ) A.ns2 B.ns2np2 C.ns2np4 D.ns2np6 C 【例2】 典型例题 下列各原子或离子的电子排布式错误的是( ) A.Mg2+ 1s22s22p6 B.Br 1s22s22p63s23p63d104s24p5 C.O2- 1s22s22p6 D.Ca 1s22s22p63s23p63d2 D 【例3】 典型例题 【练习1】 [Zn(CN)4]2-在水溶液中与HCHO发生如下反应: 4HCHO+[Zn(CN)4]2-+4H++4H2O [Zn(H2O)4]2++4HOCH2CN。 Zn2+基态核外电子排布式为___________________。  课堂练习 [Ar]3d10 【练习2】 M、R、X、Y为原子序数依次增大的短周期主族元素,Z是一种过渡元素。M基态原子L层中p轨道电子数是s轨道电子数的2倍,R是同周期元素中最活泼的金属元素,X和M形成的一种化合物是引起酸雨的主要大气污染物,Z的基态原子4s和3d轨道半充满。 R基态原子的电子排布式是__________________。  课堂练习 1s22s22p63s1或[Ne]3s1 【练习3】 锗(Ge)是典型的半导体元素,在电子、材料等领域应用广泛。回答下列问题: 基态Ge原子的核外电子排布式为[Ar]___________,有_____个未成对电子。  课堂练习 3d104s24p2 2 【练习4】 东晋《华阳国志·南中志》卷四中已有关于白铜的记载,云南镍白铜(铜镍合金)闻名中外,曾主要用于造币,亦可用于制作仿银饰品。回答下列问题: 镍元素基态原子的电子排布式为___________________________________。 课堂练习 1s22s22p63s23p63d84s2(或[Ar]3d84s2) 【练习5】 砷化镓(GaAs)是优良的半导体材料,可用于制作微型激光器或太阳能电池的材料等。回答下列问题: 写出基态As原子的核外电子排布式:_________________________________________。  课堂练习 1s22s22p63s23p63d104s24p3(或[Ar]3d104s24p3) 【练习6】 钾和碘的相关化合物在化工、医药、材料等领域有着广泛的应用。回答下列问题: 基态K原子中,核外电子占据的最高能层的符号是________。 课堂练习 N 【练习7】 铁氮化合物(FexNy)在磁记录材料领域有着广泛的应用前景。某FexNy的制备需铁、氮气、丙酮和乙醇参与。 Fe3+基态核外电子排布式为__________________________________________。  课堂练习 [Ar]3d5(或1s22s22p63s23p63d5) 【练习8】 Fe2+基态核外电子排布式为__________________________________。  课堂练习 [Ar]3d6(或1s22s22p63s23p63d6) 【练习9】 锌在工业中有重要作用,也是人体必需的微量元素。回答下列问题: Zn原子核外电子排布式为________________________________。 课堂练习 [Ar]3d104s2(或1s22s22p63s23p63d104s2) 【练习10】 Cu2O广泛应用于太阳能电池领域。以CuSO4、NaOH和抗坏血酸为原料,可制备Cu2O。 Cu2+基态核外电子排布式为________________________________。  课堂练习 [Ar]3d9(或1s22s22p63s23p63d9) 【练习11】 钙钛矿(CaTiO3)型化合物是一类可用于生产太阳能电池、传感器、固体电阻器等的功能材料,回答下列问题: 基态Ti原子的核外电子排布式为______________________________________。  课堂练习 1s22s22p63s23p63d24s2(或[Ar]3d24s2) 【练习12】 以铁、硫酸、柠檬酸、双氧水、氨水等为原料可制备柠檬酸铁铵[(NH4)3Fe(C6H5O7)2]。 Fe基态核外电子排布式为___________________________________________。  课堂练习 1s22s22p63s23p63d64s2(或[Ar]3d64s2) 课堂小结 1.能层和能级:电子运动的能量状态具有量子化的特征(能量不连续)。 2.原子光谱:不同元素原子的电子在基态和激发态间的跃迁产生吸收和发射光谱。 3.构造原理:依据构造原理可以写出元素的基态原子的电子排布式。 布置作业 1.完成学案中的【素养专练】。 2.查阅资料了解原子结构理论的发展史。 谢谢大家 $$