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2-2024-2025学年高中化学选择性必修2同步课件PPT（人教版2019）

第一节 原子结构 化学 第1课时 能层和能级、原子光谱与构造原理 1.认识电子运动状态和宏观物质运动状态的区别,培养宏观辨识与微观探析的核心素养。 2.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。 学习目标 3.通过认识原子核外电子排布的构造原理,书写1~36号元素原子的电子排布式,感受证据推理与模型认知的过程。 学习重难点 重点、难点： 电子排布式的书写,基态、激发态与原子光谱。 知识回顾 1.原子分为　　　　、　　　　,原子核分为　　　　、　　　  2.核电荷数=　　　　　=　　　　　=　　 　　  3.质量数=　　　　+　 　   原子核 核外电子 质子 中子 原子数 核外电子 原子序数 质子数 中子数 导入新课 一、能层与能级 人类认识原子的过程 　(1803)　 　道尔顿模型 汤姆孙模型 坚实不可再分的实心球。 平均分布着正电荷的粒子嵌着同样多的电子。 (1904) 卢瑟福模型 (1911) 带正电荷的核位于中心,质量主要集中在核上,电子沿不同轨道运转。 玻尔模型 　 (1913)  电子在一定轨道上绕核做高速圆周运动。 电子云模型 (1926~1935) 现代物质结构学说。 自主预习 一、能层与能级 1.能层 (1)多电子原子的核外电子的能量是不同的,按电子的能量差异,可以将核外电子分成不同的能层。 (2)能层序数1、2、3、4、5、6、7分别用K、L、M、N、O、P、Q表示。能层越高,电子的能量越高。 能量的高低顺序为E(K)<E(L)<E(M)<E(N)<E(O)<E(P)<E(Q)。 课堂探究 【问题1—1】电子的能层由内向外排序,其序号、符号以及所能容纳的最多电子数之间有何关系? 其相应关系如下: 第一能层(K层):2个电子 第二能层(L层):8个电子 第三能层(M层):18个电子 第四能层(N层):32个电子 第五能层(O层):50个电子 一、能层与能级 课堂探究 一、能层与能级 2.能级 （1）同一能层里的电子，能量也可能不同，还可以把它们分成不同的能级。通常用s、p、d、f等表示。同一能层里，各能级的能量按s、p、d、f的顺序依次升高，即E(s)<E(p)<E(d)<E(f)。 课堂探究 一、能层与能级 【问题1—2】写出能级表示方法及各能级所能容纳的最多电子数。 【思考与讨论】 (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? (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能级所能容纳的最多电子数是否相同? 课堂探究 一、能层与能级 能级数等于该能层序数;每一能层最多容纳的电子数为2n2。 以s、p、d、f为符号的能级最多可容纳的电子数依次为自然数中奇数序列1、3、5、7的2倍;3d、4d、5d能级所能容纳的最多电子数相同。 【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。) 课堂探究 一、能层与能级 第五能层最多可容纳50个电子,分别容纳在5个能级中,5s、5p、5d、5f各能级最多容纳2、6、10、14个电子。 课堂探究 一、能层与能级 2.能级 （2）能级跃迁：电子从一个能级跃迁到另一个能级的过程。这通常伴随着能量的吸收或释放。例如，当电子从低能级跃迁到高能级时，需要吸收能量；而从高能级跃迁到低能级时，则会释放能量。 （3）电子排布：在填充电子时，电子总是优先占据能量较低的能级。当低能级被填满后，电子才会开始填充更高能级的能级。这种电子排布方式遵循了能量最低原理和泡利不相容原理。 课堂探究 一、能层与能级 课堂探究 一、能层与能级 2.能级 （4）能级的应用 ①激光技术 激光器的操作依赖于电子在不同能级间的跃迁，以产生高能量的光束。 ②光谱分析 通过分析物质吸收或发射的光谱线，可以了解物质的组成和性质。这种方法在化学、物理学天文学等领域都有广泛的应用。 ③量子力学的研究 能级对于理解原子的性质、化学键的形成以及化学反应的机理等具有重要意义。 课堂探究 一、能层与能级 【归纳】K层：只有s能级，s 能级最多容纳2个电子； L层：两个能级 s、p，p 能级最多容纳6个电子； M层：三个s、 p、 d， d 能级最多容纳10个电子； N层：四个s 、p 、d 、f，f 能级最多容纳14个电子； 课堂探究 一、能层与能级 第一周期中含有的元素种类数为2,是由1s1~2决定的; 第二周期中含有的元素种类数为8,是由2s1~22p0~6决定的; 第三周期中含有的元素种类数为8,是由3s1~23p0~6决定的; 第四周期中元素的种类数为18,是由4s1~23d0~104p0~6决定的。 课堂探究 一、能层与能级 对于同族元素而言,从上至下,随着能层数增加,原子半径越来越大,原子核对最外层电子的吸引力越来越小,最外层电子越来越容易失去,即金属性越来越强;对于同周期元素而言,从左至右,随着核电荷数的增加,原子核对外层电子的吸引力越来越强,使原子半径逐渐减小,金属性越来越弱,非金属性越来越强。 下列能级不属于M能层的是(　　) A.3s B.4s C.3p D.3d 课堂练习 【练习1】 B 下列能级中,可容纳电子数最多的是(　　) A.6s B.4p C.3d D.7s 课堂练习 【练习2】 C 以下能级符号错误的是(　　) A.5p B.7s C.2f D.4d 课堂练习 【练习3】 C 课堂探究 二、基态与激发态原子光谱 1. 基态 基态是指原子或分子中的电子处于能量最低的状态。在基态中，电子按照泡利不相容原理和洪特规则排布在各自的能级上，形成稳定的电子构型。 2. 激发态 激发态是指原子或分子吸收能量后，电子跃迁到更高能级的状态。激发态是不稳定的，因为电子处于高能级时，有向低能级跃迁并释放能量的趋势。 激发态的形成可以通过多种方式实现，如光激发、电激发、热激发等。 课堂探究 3.原子光谱 (1)原子光谱的产生 原子光谱是由原子中的电子在能量变化时所发射或吸收的一系列波长的光所组成的光谱。当原子从激发态回到基态时，会释放出能量，通常以光子的形式发射出去，形成发射光谱。反之，当原子从基态吸收能量跃迁到激发态时，会形成吸收光谱。 二、基态与激发态原子光谱 课堂探究 3.原子光谱 (2)原子光谱的特点 原子光谱是线状光谱，即光谱由一系列不连续的亮线或暗线组成。这是因为原子中的电子只能跃迁到特定的能级上，所以发射或吸收的光子能量也是特定的，形成不连续的光谱线。 每种原子的光谱都是独特的，称为特征光谱。这是因为不同原子的电子排布和能级结构不同，所以发射或吸收的光子能量也不同。 二、基态与激发态原子光谱 课堂探究 3.原子光谱 (3)原子光谱的应用 原子光谱是研究原子结构的重要方法。通过测量原子光谱的波长和强度，可以了解原子的能级结构、电子排布以及原子间的相互作用等信息。原子光谱还广泛应用于化学、天体物理学、等离子体物理学等领域。例如，在天体物理学中，通过观察天体的原子光谱，可以了解天体的元素组成、温度、密度等信息。在化学中，原子光谱可以用于元素的定性和定量分析。 二、基态与激发态原子光谱 课堂探究 二、基态与激发态原子光谱 课堂探究 4.光谱分析: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。 光谱分析的特点 （1）高灵敏度：能够检测极低浓度的物质。 （2）选择性：对特定物质具有高度选择性。 （3）非破坏性：大多数光谱分析方法不需要破坏样品。 （4）快速实时分析：许多光谱分析方法可以快速得到结果，适用于在线监测和过程控制。 二、基态与激发态原子光谱 课堂探究 5.光谱分析的应用 (1)通过原子光谱发现许多元素。 (2)化学研究中利用光谱分析检测一些物质的存在与含量等。 (3)光谱分析广泛应用于化学、物理、生物学、医学、环境科学、材料科学、地质勘探、艺术品鉴定等领域。在化学领域，光谱分析用于确定化合物的结构和化学组成；在生物学领域，光谱分析用于研究生物分子的结构和功能；在环境科学领域，光谱分析用于检测大气、水体和土壤中的污染物；在材料科学领域，光谱分析用于分析材料的组成、结构和性质等。 二、基态与激发态原子光谱 课堂探究 【问题2—1】为什么不同元素原子具有不同的特征光谱? 二、基态与激发态原子光谱 不同原子的能级结构不同,发出的谱线的特征不同。 【问题2—2】发射光谱、吸收光谱的特征是什么? 发射光谱特征:暗背景,亮线,线状不连续; 吸收光谱特征:亮背景,暗线,线状不连续。 【问题2—3】金属的焰色试验中,一些金属元素呈现不同焰色的原因是什么? 激发态原子中的电子跃迁到低能级时,多余的能量以光的形式释放出来。 课堂探究 1.构造原理 构造原理是化学中的一种定理，决定了原子、分子和离子中电子在各能级的排布。随核电荷数递增，大多数元素的电中性基态原子的电子按顺序填入核外电子运动轨道，即为构造原理。 构造原理是在1920年前后由尼尔斯·玻尔正式提出，主要以量子力学描述。 在构造原理中，存在能级交错现象。即电子并不总是填满一个能层后再开始填入下一个能层的，而是按一定的能级顺序排布的。例如，电子是按3p→4s→3d的顺序填充的，而不是按3p→3d→4s的顺序。 三、构造原理与电子排布式 课堂探究 1.构造原理 示意图中，每个小圆圈表示一个能级，每一行对应一个能层，各圆圈连线的顺序表示随核电荷数递增而增加的电子填入能级的顺序。 对于同一能级，当电子排布为全充满（如d10）、半充满（如d5、f7）或全空时，能量较为稳定。 三、构造原理与电子排布式 课堂探究 1.构造原理 根据构造原理，绝大多数基态原子核外电子的排布都遵循下列顺序：1s、2s、2p、3s、3p、4s、3d、4p、5s、4d、5p、6s、4f、5d...... 原子核外电子按能量由低到高的顺序依次排布。因此，根据构造原理可以比较各能级的能量高低。 原子的核外电子不是完全按照能层顺序依次排布的，即不完全是排满n能层后再排（n+1）能层，而是按照图1所示的能级顺序排布的，在该顺序中，从第三能层开始，出现了能级交错现象，该能级顺序就是能量由低到高的顺序。 三、构造原理与电子排布式 课堂探究 2.电子排布式 定义：电子排布式是表示原子核外电子排布的图式之一，用来描述原子中电子的分布状态。 表示方法：有七个电子层，分别用1、2、3、4、5、6、7等数字表示K、L、M、N、O、P、Q等电子层。用s、p、d、f、g等符号分别表示名电子亚层。在这些符号右上角用数字表示各亚层上电子的数目。 另外，电子排布式中的内层电子排布可用相应的稀有气体的元素符号加方括号来表示，其中，以稀有气体的元素符号加方括号的部分称为“原子实”。这样可以简化电子排布式，并突出原子的价电子排布。 三、构造原理与电子排布式 课堂探究 三、构造原理与电子排布式 【问题3—1】什么是构造原理? 以光谱学事实为基础,从氢开始,随核电荷数递增,新增电子填入能级的顺序称为构造原理。 【问题3—2】构造原理的规律是什么? 1s;2s、2p;3s、3p;4s、3d、4p;5s、4d、5p;6s、4f、5d、6p;7s、5f、6d、7p…… 【问题3—3】核外电子排布一定是先排满一个能层再排下一个能层吗?为什么? 不是,按构造原理排布。 【问题3—4】是不是所有原子的电子排布都符合构造原理?为什么? 不是,有的有能级交错现象。 【问题3—5】按构造原理写出稀有气体氦、氖、氩、氪、氙、氡的基态原子的最外层电子排布式;除氦外,它们的通式是什么? 课堂探究 三、构造原理与电子排布式 He:1s2;Ne:2s22p6;Ar:3s23p6;Kr:4s24p6;Xe:5s25p6;Rn:6s26p6。 通式:ns2np6。 【问题3—6】电子排布式可以简化,如Na原子的电子排布式可简化为[Ne]3s1。 三、构造原理与电子排布式 课堂探究 (1)上述方括号的意义是什么? 内层电子达到稀有气体元素原子结构的部分以相应稀有气体的元素符号外加方括号的形式表示。 (2)仿照Na原子的简化电子排布式,写出O、Si、Cu原子的简化电子排布式。 O:[He]2s22p4;Si:[Ne]3s23p2;Cu:[Ar]3d104s1。 课堂探究 【归纳总结】 核外电子排布式 1.简单原子的核外电子排布式 (1)按照构造原理将电子依次填充到能量逐渐升高的能级中。 (2)为了避免电子排布式过于烦琐,我们可以把内层电子达到稀有气体元素原子结构的部分,以相应稀有气体元素符号外加方括号的形式来表示。如Na的核外电子排布式为1s22s22p63s1,可简化为[Ne]3s1。 三、构造原理与电子排布式 课堂探究 【归纳总结】 核外电子排布式 2.复杂原子的核外电子排布式 对于较复杂的核外电子排布式,应先按能量从低到高排列,然后将同一能层的电子移到一起。如书写26Fe的核外电子排布式: 先将电子按能量从低到高排列为1s22s22p63s24s23d6; 同一能层的电子移到一起,即该原子的核外电子排布式1s22s22p63s23p63d64s2; 简化电子排布式为[Ar]3d64s2。 三、构造原理与电子排布式 课堂探究 【归纳总结】 核外电子排布式 3.特殊原子的核外电子排布式 当p、d、f能级处于全充满或半充满状态时,能量相对较低,原子结构较稳定。 (1)24Cr的电子排布式的书写 三、构造原理与电子排布式 课堂探究 【归纳总结】 核外电子排布式 (2)29Cu的电子排布式的书写 三、构造原理与电子排布式 课堂探究 【归纳总结】 对于同一能级，当电子排布为全充满（d10，如29号元素Cu铜）或半充满（d5、f7）、全空（如46号元素Pd钯）时，能量较为稳定。 根据构造原理，绝大多数基态原子核外电子的排布都遵循下列顺序：1s、2s、2p、3s、3p、4s、3d、4p、5s、4d、5p、6s、4f、5d...... 原子的核外电子不是完全按照能层顺序依次排布的，即不完全是排满n能层后再排（ n +1）能层，而是按照图1所示的能级顺序排布的，在该顺序中，从第三能层开始，出现了能级交错现象，该能级顺序就是能量由低到高的顺序。 三、构造原理与电子排布式 课堂探究 【归纳总结】 电子层排布原理 电子排布是表示原子核外电子排布的图式之一。分别用1、2、3、4、5、6、7等数字表示K、L、M、N、O、P、Q、R等电子层，用s、p、d、f等符号分别表示各电子亚层，并在这些符号右上角用数字表示各亚层上电子的数目。如氧原子的电子排布式为1s²2s²2p⁴。迄今为止，只发现了7个电子层！ 三、构造原理与电子排布式 课堂探究 【归纳总结】 若电子层数是n，这层的电子数目最多是2n2个；每一个亚层上最多能够排布的电子数：s亚层2个，p亚层6个，d亚层10个，f亚层14个。无论是第几层，如果作为最外电子层时，那么这层的电子数不能超过8个，如果作为倒数第二层（次外层），那么这层的电子数便不能超过18个。 三、构造原理与电子排布式 课堂探究 【归纳总结】 电子排布原则： 电子在排布时遵循能量最低原理、泡利不相容原理和洪特规则。即电子总是优先排布在能量最低的能级上；同一能级上的电子自旋方向相反；同一亚层上的电子尽可能占据不同的轨道，且保持全充满、半充满或全空的状态。 三、构造原理与电子排布式 下列说法中正确的是( ） A.同一原子中，1s、2s、3s 电子的能量逐渐减小 B.同一原子中，2p、3p、4p能级的轨道数依次增多 C.能量高的电子在离核近的区域运动，能量低的电子在离核远的区域运动 D.各能层含有的能级数为n(n为能层序数)　　　 课堂练习 【练习1】 D 下列关于同一种原子中的基态和激发态说法中,正确的是( ) A.基态时的能量比激发态时高 B.激发态时比较稳定 C.由基态转化为激发态过程中吸收能量 D.电子仅在激发态跃迁到基态时才会产生原子光谱 课堂练习 【练习2】 C 下列能层中，包含 f 能级的是( ) A. K能层 B. L能层 C.M能层 D.N能层 课堂练习 【练习3】 D 硅原子的电子排布式由 1s22s22p6s23s23p2转变为1s22s22p63s13p3，下列有关该过程的说法正确的是( ) A.硅原子由基态转化为激发态，这一过程吸收能量 B.硅原子由激发态转化为基态，这一过程释放能量 C. 硅原子处于激发态时的能量低于基态时的能量 D.转化后硅原子与基态磷原子的电子层结构相同，化学性质相同 课堂练习 【练习4】 A 课堂小结 本节课需要掌握的相关知识。   布置作业 完成学案【素养专练】。 查阅资料了解原子结构理论的发展史。 谢谢大家 $$