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

第一章 原子结构和性质 第一节 原子结构 第1课时 能层和能级 学习目标 1.通过认识原子结构与核外电子排布理解能层与能级的关系。 2.通过核外电子能量不同分析、理解基态与激发态的含义与关系。 3.能辨识光谱与电子跃迁之间的关系。 2 原子是怎么产生的？ 宇宙大爆炸 宇宙大爆炸 2h后 诞生 大量的氢 大量的氦 极少量的锂 原子核的熔合反应 合成 其他元素 1932年勒梅特首次提出了现代宇宙大爆炸理论 1、原子的诞生 我们今天熟悉的各种元素（原子），都是从那时起经历了漫长复杂的物理化学变化，分批分期合成而来的 1932年勒梅特首次提出了现代宇宙大爆炸理论：整个宇宙最初聚集在一个“原始原子”中，后来发生了大爆炸，碎片向四面八方散开，形成了我们的宇宙。大爆炸后两小时，诞生了大量的H、少量的He及极少量的Li，然后经过长或短的发展过程，以上元素发生原子核的熔合反应，分期分批的合成了其它元素。 4 2、原子结构模型的演变 1.公元前5世纪，希腊哲学家德谟克利特等人认为 ： 万物是由大量的不可分割的微粒构成的，即原子。 2.道尔顿原子模型(1803年） 原子是坚实的、不可再分的实心球。 （化学原子论） 我们人类对原子结构的认识也经历了非常漫长的过程。 5 3.汤姆生原子模型(1904年) 原子是一个平均分布着正电荷的粒子，其中镶嵌着许多电子，中和了正电荷，从而形成了中性原子。 汤姆生发现了电子 （“葡萄干布丁”模型） （枣糕模型） 4.卢瑟福原子模型（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) 7 4.玻尔原子模型(1913年） 又称分层模型：当原子只有一个电子时，电子沿特定球形轨道运转； 当原子有多个电子时，它们将分布在多个球壳中绕核运动。 不同的电子运转轨道是具有一定级差的稳定轨道。 (电子分层排布模型) 玻尔原子模型 电子只能在原子核外具有特定能量的“壳层”中运动。 丹麦科学家玻尔提出了构造原理，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元素周期律的篇章。5年后，玻尔的“壳层”落实为“能层”与“能级”，厘清了核外电子的可能状态，复杂的原子光谱得以诠释。 8 5.电子云模型（1927~1935年） 现代物质结构学说：电子在原子核外很小的空间内做高速运动，其运动规律与一般物体不同，没有确定的轨道。 氢原子电子云图 (量子力学模型) 薛定谔 现代物质结构学说。波粒二象性。[既有整体性、质量，也有波动性、可叠加、衍射、干涉、偏振现象] 现代科学家们在实验中发现，电子在原子核周围有的区域出现的次数多，有的区域出现的次数少。电子在核外空间的概率分布图就像“云雾”笼罩在原子核周围。因而提出了“电子云模型”。 电子云密度大的地方，表明电子在核外单位体积内出现的机会多，反之，出现的机会少。 　　如：氢原子的电子云 9 科学史话：原子结构模型的演变 人类对原子结构的认识是循序渐进并不断发展的 薛定谔 电子像小精灵，测不准原理 10 原子 原子核 核外电子 质子 中子 → 带正电 → 不带电 → 带负电 不带电 3、原子结构 请画出钠原子原子结构示意图。 思考：核外电子是怎样排布的？有什么规律呢 核电荷数（z）=核内质子数=核外电子数 +11 第1层 第2层 第3层 2 8 1 思考：电子在原子核外是分层排布的，这三层上的电子有什么不同？ Na的原子结构示意图 离核距离越近 电子能量越低 一、能层与能级 1.能层 (1)分类依据： 多电子原子核外电子的 是不同的，按 差异，可以将核外电子分成不同的能层。 电子的能量 能量 ——电子层 (2)能层的表示方法及各能层最多容纳的电子数 能层 一 二 三 四 五 六 七 符号 K　  L　  M　  N　  O P Q 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 核外电子总是尽可能先排布在 的电子层上，然后 依次排布在 的电子层上。 ①各电子层最多容纳 个电子。 ②最外层电子数目最多不能超过 个 (K层为最外层时不能超过 个)。 ④倒数第三层不超过 个电子。 ③次外层最多能容纳的电子数不超过 个。 能量最低 由内向外 能量较高 即按K→L→M→N……顺序排列。 (3)核外电子的排布规律： 2n2 18 8 2 32 思考： 不同能层的电子能量不同，在同一层上的电子的能量是否一定相同呢，例如第2层的8个电子能量是否相同？ +11 第1层 第2层 第3层 2 8 1 同一能层的电子的能量可能不同，又将能层分成不同的能级 2.能级（电子亚层） (1)分类依据：在多电子原子中，同一能层的电子，能量也可能 ，还可以把它们分成 。 不同 能级 (2)能级表示形式：用字母s、p、d、f 、g ┅ ①任一能层的能级总是从s能级开始。 能级数=能层序数 即第一能层只有1个能级（1s），第二能层有2个能级（2s和2p）， 第三能层有3个能级（3s、3p和3d），依次类推。 ②在每一个能层中，能级符号的顺序是ns、np、nd、nf.....(n为能层序数)。 对能层又进行分类，根据能量不同，又分为不同能级。 能级用s、p、d、f、g ┅ ┅等方式表示，但就目前发现的118种元素，只用到前四个亚层。 2、问：有2d能级吗？没有。第2层只有两个能级sp。 16 能层(n) 一 二 三 四 五 符号 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 规律： ①能级种数 = 能层序数 ②以s、p、d、f…排序的各能级可容纳的最多电子数依次为1、3、5、7…的二倍。 ③每个能层最多容纳的电子数不超过2n2 (3)能级电子排布规律 ns np nd nf … 即： 2 6 10 14 问题2：不同能层中，能级种数是否相同？有什么规律？ 3、为什么每一能层最多可容纳2n2个电子？比如第2层，能级是确定的，一个s一个p，2、6。所以8个。 因为每一能层包含的能级是确定的，而每个能级所能容纳的电子数是确定的。 17 思考与交流 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 ? 能层的能级数等于该能层序数。 一个能层最多可容纳的电子数为2n2个。 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？ 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？ 以s、p、d、f为符号的各能级可容纳的最多电子数依次为1、3、5、7的二倍! 3d、4d、5d能级所能容纳的最多电子数相同。 第五能层最多可容纳50个电子；5个能级； 各能级最多容纳电子数分别为2,6,10,14,18个。 18 总结： 2、在每一能层中，能级符号的顺序是：ns、 np、nd、nf……(n代表能层) 1、任一能层的能级总的从s能级开始: 能级数=能层序数 4、不同能层中，相同能级的能量高低是 1s<2s<3s<4s…. 3、每一能层最多可容纳2n2个电子，以s、p、d、f…排序的各能级可容纳的最多电子数依次为1、3、5、7…的二倍 2p<3p<4p… 5、在同一能层中，不同能级的能量高低是 ns<np<nd<nf…… ns np nd nf … 即： 2 6 10 14 19 日常生活中看见的可见光，如焰火、霓虹灯光、激光、荧光、LED灯光等是怎么一回事呢？ 焰火 霓虹灯光 激光 荧光 LED灯光 电子的跃迁 20 二、基态与激发态　原子光谱 1.基态原子: 处于最低能量状态的原子 吸收能量 2. 激发态原子 :处于较高能量状态的原子 (电子跃迁到较高能级) 特别提醒：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。 激发态原子不稳定，易释放能量变为较低能量的激发态乃至基态原子。 释放能量 光（辐射）是电子跃迁释放能量的重要形式 3.原子光谱——研究原子结构的方法 (1)原子光谱的成因与分类 基态原子 激发态原子 吸收能量 释放能量 发射光谱 吸收光谱 能量较高 能量最低 基态 K L M N 激发态 K L M N 能量 能量 K L M N 不稳定 吸收能量 电子跃迁 释放能量 光 基态 激发态 注意： 一般在能量相近的能级间发生电子跃迁。 K L M N 每一次跃迁的能量以光的形式产生一条分立的谱线，被记录下来，就形成了原子光谱。 中心是原子核，依次为klmnop层电子。 基态氢原子：处于能量最低状态的氢原子。 基态原子吸收能量，其中的电子会发生跃迁，由于电子跃迁，原子处于比基态能量高的状态，形成激发态原子。 当电子从较高能量的状态跃迁至较低能量的状态，乃至基态时，会释放能量。 (1)光(辐射)是电子释放能量的重要形式之一。 每一次跃迁的能量以光的形式产生一条分立的谱线，被记录下来，就形成了原子光谱。 22 (2)定义:不同元素的原子，电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原子的发射光谱或吸收光谱，总称原子光谱。 3.原子光谱 特征:暗背景,亮线, 线状不连续 特征:亮背景，暗线，线状不连续 锂、氦、汞的发射光谱 锂、氦、汞的吸收光谱 对比二者，它们之间有何联系？ 发射光谱中的彩色亮线与吸收光谱中的暗线恰好处于完全相同的位置。 各种原子的吸收光谱或发射光谱，总称为原子光谱。 同种原子的两种光谱是可以互补的 23 【深度思考】 1.为什么发射光谱中的彩色亮线与吸收光谱中的暗线恰好处于完全相同的位置？ 相同元素的原子，电子在两个能级之间的跃迁往返时，经历了两个恰好相反的过程，过程中也就必然吸收或放出同样多的能量，对应的光的波长相同。故在吸收光谱和发射光谱相同位置一定出现线状谱。 不同元素的原子具有不同的结构，能级各不相同，因此电子跃迁时发射或吸收光的频率也必定不同，故每种元素在光谱中都会形成“特征谱线”。 (3)光谱分析：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。 3.原子光谱 原子光谱 原子结构 反映 决定 (4)光谱仪：利用原子光谱线(吸收或发射光谱)上的特征谱线来鉴定元素的仪器。 1017500.00 900000.00 530000.00 516000.00 (1)发现新元素 He 氦 如：1868年科学家们通过太阳光谱的分析发现了稀有气体氦。 铯（1860年）和铷（1861年），其光谱中有特征的篮光和红光。 4.原子光谱的应用 蓝光 红光 “太阳元素” (2)检验元素 4.原子光谱的应用 特别提醒：电子的跃迁是物理变化(未发生电子转移)。 焰色反应是电子跃迁的结果，焰色反应发生的过程： 28 [规律小结] 1.焰色试验只是激发态原子核外电子的一种能量释放形式,当电子从激发态跃迁到基态时,其多余的能量以特定波长的光的形式释放出去,也可称之为发射光谱,是元素检验的一种有效的方法。 2.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。 3.一般在能量相近的能级间发生电子跃迁。 生活中，我们看到的许多可见光，如：焰火、激光、霓虹灯……都与原子核外电子跃迁释放能量有关。 发射光谱 （3）生产生活 4.原子光谱的应用 基态原子中的电子吸收能量，能量较低的电子发生跃迁,从基态变为 激发态。随即电子又从能量较高的激发态跃迁到能量较低的激发态 乃至基态，便以光(辐射)的形式释放能量，形成不同的焰色。 30 分析霓虹灯发光的原理： 充有氖气的霓虹灯能发出红光。 产生这一现象的原因是：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不稳定，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。 31 一、 能层与能级 能层 K L M N O 能级 1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s 4p 4d 4f 5s 5p ... 最多电子数 2 2 6 2 6 10 2 6 10 14 2 6 2 8 18 32 50 二、基态与激发态 原子光谱 基态原子 激发态原子 吸收能量 释放能量 发射光谱 吸收光谱 能量较高 能量最低 【总结归纳】能层与能级 ②能级数 = 能层序数 ①任一能层的能级总从s能级开始，按s、p、d、f ……排序 ③各能级所在能层的取值 nd→n≥3； ns→n≥1； np→n≥2； ······ nf→n≥4； ④以s、p、d、f……排序的各能级可容纳的最多电子数依次为1、3、5、7……的二倍。 ns np nd nf … 即： 2 6 10 14 ⑤每个能层最多容纳的电子数不超过2n2 7个能层：K L M N O P Q 1. 电子在核外是分层排布的，按能量不同分成能层，也叫电子层 离核由近到远，能量由低到高 2.能级 且电子能量的高低： ns<np<nd<nf (电子亚层) 3. 能层或能级的能量特点如下： 【总结归纳】能层与能级 $$