1.1 原子结构（课件）-【学而思·PPT课件分层练习】2024-2025学年高二化学选择性必修第二册（人教版2019）

1.能层 　　核外电子按能量不同分成能层,电子的能层由内向外分别用符 号K、L、M、N、O、P、Q表示,能层越高,电子的能量越高。 2.能级 　　同一能层的电子,还被分成不同能级。分别用相应能层的序数和字母s、p、d、f等表示。 3.不同能层、能级所能容纳的最多电子数(详见定点1) 第一章　原子结构与性质 必备知识 清单破 知识点 1　能层与能级 第一节　原子结构 第一章　原子结构与性质 第1讲　描述运动的基本概念 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叫做基态原子。 (2)激发态原子: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。 2.光谱与光谱分析 (1)原子光谱 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,可以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成因与分类 知识点 2　基态与激发态　原子光谱 第一章　原子结构与性质 第1讲　描述运动的基本概念 (2)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。 第一章　原子结构与性质 第1讲　描述运动的基本概念 1.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。其示意图如下: 知识点 3　构造原理与电子排布式 第一章　原子结构与性质 第1讲　描述运动的基本概念 2.电子排布式 (1)概念:将能级上所排布的电子数标注在该能级符号右上角,并按照能层由低到高的顺序排 列的式子。 (2)表示方法 　　以基态钾原子为例,如图: 第一章　原子结构与性质 第1讲　描述运动的基本概念   3.不同能层或能级上的电子能量的高低(详见定点1) 第一章　原子结构与性质 第1讲　描述运动的基本概念 1.电子云 (1)电子云概念 　　处于一定空间运动状态的电子在原子核外空间的概率密度分布的形象化描述。 (2)电子云轮廓图 　　把电子在原子核外空间出现概率为90%的空间圈出来的图形。s能级的电子云轮廓图是 球形的,p能级的电子云轮廓图是哑铃形的。 2.原子轨道 (1)概念 　　量子力学把电子在原子核外的一个空间运动状态称为一个原子轨道。 知识点 4　电子云与原子轨道 第一章　原子结构与性质 第1讲　描述运动的基本概念 (2)形状 ①s轨道呈球形,能层序数越大,原子轨道的半径越大。 ②p轨道呈哑铃形,无论2p、3p还是4p都有3个相互垂直的原子轨道。 (3)各能级所含有的原子轨道数 能级 ns np nd nf …… 原子轨道数 1 3 5 7 …… 第一章　原子结构与性质 第1讲　描述运动的基本概念 3.核外电子的运动状态 (1)原子核外不同运动状态的电子数等于核外电子数。 (2)原子核外不同空间运动状态的电子数等于电子所在的轨道数。 如基态O原子:1s22s22p4 第一章　原子结构与性质 第1讲　描述运动的基本概念 1.电子自旋与泡利原理 (1)电子自旋 　　电子除空间运动状态外,还有一种状态叫做自旋。电子自旋在空间有顺时针和逆时针两 种取向,简称自旋相反,常用上下箭头(↑和↓)表示自旋相反的电子。 (2)泡利原理(也称泡利不相容原理) 　　在一个原子轨道里,最多只能容纳2个电子,它们的自旋相反。 2.电子排布的轨道表示式 (1)轨道表示式(又称电子排布图) 在轨道表示式中,用方框(或圆圈)表示原子轨道,能量相同的原子轨道(简并轨道)的方框相连, 箭头表示一种自旋状态的电子,“↑↓”称电子对,“↑”或“↓”称单电子(或称未成对电子)。 知识点 5　泡利原理、洪特规则、能量最低原理 第一章　原子结构与性质 第1讲　描述运动的基本概念 (2)表示方法 　　轨道表示式中各符号、数字的意义如下(以基态铝原子为例): 特别提醒    通常应在方框下方或上方标记能级符号。有时画出的能级上下错落,以表达能量 高低不同。 第一章　原子结构与性质 第1讲　描述运动的基本概念 3.洪特规则 基态原子中,当电子填入简并轨道时,总是优先单独占据一个轨道,而且自旋平行,称为洪特规 则。如2p轨道上有3个电子时的排布图为 ,不能表示为 。洪特规则不 仅适用于基态原子,也适用于基态离子。 知识拓展    当同一能级上的电子排布为全充满(如p6、d10、f14)、半充满(如p3、d5、f7)或全空 状态(如p0、d0、f0)时,原子具有较低的能量和较强的稳定性。例如,铬(24Cr)的价层电子排布 式是3d54s1(3d能级为半充满),而不是3d44s2;铜(29Cu)的价层电子排布式是3d104s1(3d能级为全充 满),而不是3d94s2。 4.能量最低原理 　　在构建基态原子时,电子将尽可能地占据能量最低的原子轨道,使整个原子的能量最低。 第一章　原子结构与性质 第1讲　描述运动的基本概念 1.同一原子或其简单离子中,存在运动状态完全相同的电子,这种说法正确吗? 根据泡利原理,同一原子轨道中的两个电子自旋相反,故同一原子或其简单离子中, 不存在运动状态完全相同的电子。 2.基态原子的最外层电子排布式为ns1(n≥4)的原子,其(n-1)d轨道上一定没有电子,这种说法 正确吗? 对于主族元素而言,ns轨道电子没有充满,其(n-1)d轨道上一定没有电子,但过渡元素中 存在(n-1)dxns1的情况,如24号元素Cr的价层电子排布式为3d54s1。 3.价层电子就是最外层电子,这种说法正确吗? 对于主族元素,最外层电子为价层电子;对于副族元素,部分能量高的次外层电子参与 成键,即次外层部分电子与最外层电子均属于价层电子。 知识辨析 判断正误，正确的画“ √” ，错误的画“ ✕” 。 提示 提示 提示 (　    ) ✕ (　    ) ✕ (　    ) ✕ 第一章　原子结构与性质 第1讲　描述运动的基本概念 4.电子排布式的书写顺序与核外电子填充能级的顺序一定相同,这种说法正确吗? 电子排布式按能层和能级由低到高的顺序书写,而核外电子填充能级的顺序遵循构造 原理。 5.Fe3+的稳定性强于Fe2+,这种说法正确吗? 基态铁原子的价层电子排布式为3d64s2,失去4s能级上的2个电子后变成Fe2+,Fe2+的价层 电子排布式为3d6,而Fe3+的价层电子排布式为3d5,3d能级为半充满稳定结构。 提示 提示 (　    ) ✕ (　    ) √ 第一章　原子结构与性质 第1讲　描述运动的基本概念 1.不同能层所能容纳的最多电子数 关键能力 定点破 定点 1　电不同能层、能级所能容纳的最多电子数及电子能量的高低 能层 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 …… …… …… 轨道数 1 1 3 1 3 5 1 3 5 7 1 …… …… …… 容纳的最多电 子数 2 8 18 32 50 72 98 第一章　原子结构与性质 第1讲　描述运动的基本概念 归纳总结    (1)能层与能级类似楼层与楼梯之间的关系,就好比能层是楼层,能级是楼梯的阶 梯,如图所示。任一能层的能级总是从s能级开始,能级数=该能层序数,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)能级的字母代号总是按s、p、d、f……排序的,字母前的数字是它们所处的能层序数,它 们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。一个能层最多 可容纳的电子数=2n2(n为能层序数)。 第一章　原子结构与性质 第1讲　描述运动的基本概念 (3)字母代号相同的不同能级中所能容纳的最多电子数相同。例如,1s、2s、3s、4s……能级 最多都只能容纳2个电子。 2.能层或能级上的电子能量的高低 第一章　原子结构与性质 第1讲　描述运动的基本概念 典例　下列说法正确的是 (　    ) A.第三能层有3s、3p两个能级 B.在基态多电子原子中,p轨道电子能量一定高于s轨道电子能量 C.第三能层最多容纳8个电子 D.无论哪一能层的p能级最多容纳的电子数均为6 第一章　原子结构与性质 第1讲　描述运动的基本概念 解析    第三能层有3s、3p、3d三个能级,A错误;同一能层中,p轨道电子能量一定比s轨道电子 能量高,但能层较高的s轨道电子能量则比能层低的p轨道电子能量高,B错误;每个能层最多 可容纳的电子数是2n2(n为能层序数),第三能层最多容纳18个电子,C错误;p能级最多可容纳 的电子数为6,D正确。 答案    D 第一章　原子结构与性质 第1讲　描述运动的基本概念 1.构造原理 (1)能级交错:由构造原理可知,核外电子排布的能级顺序为1s、2s、2p、3s、3p、4s、3d、 4p、5s、4d、5p、6s、4f、5d、6p、7s……从中可以看出,从第三能层开始,各能级不完全遵 循能层顺序,产生了能级交错现象。 (2)用构造原理解释基态原子核外最外层和次外层电子的排布问题 ①基态原子最外层电子数不超过8个 　　当ns和np轨道全充满时(共4个轨道,最多容纳8个电子),由于能级交错,多余电子不是填 入nd轨道,而是首先形成新电子层,填入(n+1)s轨道中,因此最外层电子数不可能超过8个。 ②基态原子次外层电子数不超过18个 若最外层是第n层,次外层就是第(n-1)层。由于电子填充顺序为np→(n+1)s→(n-1)f,在第(n+1) 定点 2　构造原理与核外电子的排布 第一章　原子结构与性质 第1讲　描述运动的基本概念 层出现前,次外层只有(n-1)s、(n-1)p、(n-1)d上有电子,这三个能级共有9个轨道,最多可容纳1 8个电子,因此次外层电子数不超过18个。例如,某原子最外层是第五层,次外层就是第四层, 由于电子填充顺序为5p→6s→4f,在第六层出现之前,次外层(第四层)只有4s、4p和4d轨道上 有电子,这三个能级共有9个轨道,最多可容纳18个电子,也就是次外层电子数不超过18个。 2.基态粒子核外电子排布 (1)基态原子的电子排布式 第一章　原子结构与性质 第1讲　描述运动的基本概念 书写原则 举例 1~20 号元 素的 原子 按照构造原理电子依次填充 到各能级中 6C:1s22s22p2 10Ne:1s22s22p6 17Cl:1s22s22p63s23p5 19K:1s22s22p63s23p64s1 20号 之后 元素 的原 子 先根据构造原理填充,然后将 同一能层的能级排到一起 26Fe:先按构造原理填充为1s2 2s22p63s23p64s23d6,然后将同 一能层的能级排到一起,即26 Fe的核外电子排布式为1s22s2 2p63s23p63d64s2 第一章　原子结构与性质 第1讲　描述运动的基本概念 特殊 原子 满足半充满、全充满稳定结 构 24Cr:1s22s22p63s23p63d54s1(3d 能级半充满,稳定) 29Cu:1s22s22p63s23p63d104s1(3d 能级全充满,稳定) 第一章　原子结构与性质 第1讲　描述运动的基本概念 (2)基态离子的电子排布式 　　先写出基态原子的电子排布式,再根据得失电子情况进行调整,如: 　　基态过渡金属原子失去电子转化为简单阳离子时,一般先失去ns轨道电子,再失去(n-1)d 轨道电子,如Fe2+的价层电子排布式为3d6。 (3)简化电子排布式 为了方便,电子排布式中达到稀有气体元素原子电子层结构的部分可用相应的稀有气体元素 符号外加方括号来表示。例如,Ca:1s22s22p63s23p64s2,其中1s22s22p63s23p6写作[Ar],4s2为价层电 子排布式,故Ca的电子排布式可表示为[Ar]4s2。 第一章　原子结构与性质 第1讲　描述运动的基本概念 3.书写电子排布式的注意事项 (1)电子的填充顺序:先根据构造原理上的能级顺序依次写出能级符号,然后依据每个能级最 多可容纳的电子数,填满一个能级再填下一个能级。 (2)能级的书写顺序:按照能层序数由小到大的顺序书写。当出现d轨道时,电子按ns、(n-1)d、 np的顺序填充,但在书写电子排布式时,要把(n-1)d写在ns的前面,如Mn:1s22s22p63s23p63d54s2,而 不能写成1s22s22p63s23p64s23d5。 第一章　原子结构与性质 第1讲　描述运动的基本概念 典例　X、Z、Q、R、U分别代表原子序数依次增大的短周期元素。X和R属同族元素;Z和 U位于第ⅦA族;X和Z可形成化合物XZ4;Q基态原子的s轨道和p轨道的电子总数相等。 请回答下列问题: (1)R基态原子的电子排布式是　　　　　　　    。 (2)基态Q2+核外电子排布式是　　　　    。 (3)U基态原子最外层电子排布式是　　　    。 第一章　原子结构与性质 第1讲　描述运动的基本概念 思路点拨    先推断出元素,再根据相关规则写出电子排布式。 解析    由题给信息可知,X、Z、Q、R、U分别为C、F、Mg、Si、Cl元素。 (1)R(Si)元素原子核外有14个电子,其基态原子按1s、2s、2p、3s、3p顺序填充电子,故其核 外电子排布式为1s22s22p63s23p2或[Ne]3s23p2。 (2)Q(Mg)元素原子核外有12个电子,其基态原子按1s、2s、2p、3s顺序填充电子,故Mg基态 原子的核外电子排布式为1s22s22p63s2或[Ne]3s2。基态Mg原子失去3s轨道上的2个电子,形成 基态Mg2+,故基态Mg2+的核外电子排布式为1s22s22p6。 (3)U(Cl)元素原子核外有17个电子,其基态原子按1s、2s、2p、3s、3p顺序填充电子,则Cl基 态原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p5或[Ne]3s23p5,从而推知其基态原子最外层电子排 布式为3s23p5。 第一章　原子结构与性质 第1讲　描述运动的基本概念 答案    (1)1s22s22p63s23p2或[Ne]3s23p2 (2)1s22s22p6 (3)3s23p5 第一章　原子结构与性质 第1讲　描述运动的基本概念 　　原子核外电子的排布遵循能量最低原理、泡利原理(又叫做泡利不相容原理)和洪特规 则。常见的表示方法如下: 定点 3　原子核外电子排布的表示方法 原子(离子)结构示意图 含义 将每个电子层上的电子总数表示在原子核外的图示 意义 能直观地反映核内的质子数和核外的电子层数及各电子层上的电子数 实例 Al: 　S2-:   第一章　原子结构与性质 第1讲　描述运动的基本概念 电子排布式 含义 用核外电子分布的能级及各能级上的电子数来表示电子排布的式子 意义 能直观地反映核外电子的能层、能级和各能级上的电子数 实例 K:1s22s22p63s23p64s1 简化电子排布式 含义 把电子排布式中达到稀有气体元素原子电子层结构的部分以相应稀有气体的元素符号外加方括号表示 意义 避免电子排布式书写过于复杂 实例 K:[Ar]4s1 第一章　原子结构与性质 第1讲　描述运动的基本概念 价层电子排布式 价层电子 对于主族元素,价层电子即最外层电子;对于副族元素,部分次外层电子与最外层电子统称价层电子 意义 能直观地反映基态原子的电子层数、参与成键的电子数 实例 Al:3s23p1 轨道表示式(电子排布图) 含义 每个原子轨道用1个方框(或圆圈)表示,在方框(或圆圈)内用箭头表示电子及其自旋状态 意义 能直观地反映电子的分布情况及电子的自旋状态 实例 O:      第一章　原子结构与性质 第1讲　描述运动的基本概念 典例　A、B、C、D、E代表前四周期的五种元素,原子序数依次增大。请填空: (1)A元素基态原子的最外层有3个未成对电子,次外层有2个电子,其电子排布图为　　　     　　　　　　　    。 (2)B元素的负一价离子的电子层结构与氩原子相同,B的离子的结构示意图为　　　　        。 (3)C元素的正三价离子的3d能级为半充满状态,C的元素符号为　　　    ,其基态原子的价层 电子排布式为　　　    。 (4)D元素基态原子的M层全充满,N层没有成对电子,只有一个未成对电子,D的元素符号为     　　    。其基态原子的电子排布式为　　　　　　　    。 (5)E元素基态原子中没有未成对电子,B、E可形成化合物EB2。E原子的价层电子排布式是 　　　    。 第一章　原子结构与性质 第1讲　描述运动的基本概念 思路点拨    推断元素时应注意泡利原理和洪特规则的应用,如:“A元素基态原子的最外层有 3个未成对电子,次外层有2个电子”说明A元素原子有2个能层,根据洪特规则判断,A原子的 最外层电子排布式为2s22p3,A元素为氮元素。 第一章　原子结构与性质 第1讲　描述运动的基本概念 解析    (1)基态原子的最外层有3个未成对电子,次外层有2个电子的原子对应的元素为氮元 素,其电子排布图为     。 (2)因为B-的电子层结构与氩原子相同,即核外电子数相同,所以B元素的质子数为18-1=17,则 B-为Cl-,其结构示意图为 。 (3)C元素的正三价离子的3d能级为半充满状态,C的元素符号为Fe,其基态原子的价层电子排 布式为3d64s2。 (4)D元素基态原子的M层全充满,N层没有成对电子,只有一个未成对电子,则D为Cu,其基态 原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s1或[Ar]3d104s1。 (5)E元素基态原子中没有未成对电子,B、E可形成化合物EB2,且E的原子序数在五种元素中 最大,因此E元素为Zn,其价层电子排布式为3d104s2。 第一章　原子结构与性质 第1讲　描述运动的基本概念 答案    (1)      (2)  (3)Fe　3d64s2 (4)Cu　1s22s22p63s23p63d104s1或[Ar]3d104s1 (5)3d104s2 第一章　原子结构与性质 第1讲　描述运动的基本概念 $$