2.1 原子核外电子的运动 第2课时（教学课件）化学苏教版选择性必修2

苏教版选择性必修 2 专题2 原子结构与元素性质 第2课时 原子核外电子的排布 第一单元 原子核外电子的运动 1 原子核外电子排布的构造原理 1 2 电子跃迁与原子光谱 学习内容导览 2 1.知道原子核外电子的能级高低顺序； 2.了解原子核外电子排布的构造原理； 3.认识基态原子中核外电子的排布遵循能量最低原理、泡利不相容原理、洪特规则； 4.知道1～𝟑𝟔 号元素基态原子的核外电子的排布。 重点：1. 构造原理与能级交错； 2. 电子排布式、简化电子排布式、电子排布图的书写； 3. 排布三原则及其应用。 难点：1. 能级交错（E(4s)＜E(3d)）的理解与应用； 2. 洪特规则特例（半充满、全充满、全空）的判断。 素养锚定·课标定位 电子是如何入住原子所搭建的“公寓楼”中？ 思考交流：多电子原子的核外电子分能层排布，各电子层能级又是如何填入的？ 那应该如何安排房间呢？应该遵循怎样的入住规则呢？ 原子核相当于房东 电子相当于租客 电子层相当于公寓楼的不同楼层 能级相当于每层楼的不同房型 轨道相当于每个房型里具体的房间数 能量相当于房租 情境启思·任务缘起 原子核外电子排布的构造原理 01 5 一、原子核外电子排布的构造原理 任务一 讨论1：原子核外电子排布的轨道能量由低到高的顺序是什么？ 1.构造原理的概念 科学家经过研究发现，电子是按顺序填充的，填满一个能级之后再填下一个能级，这种规律称为构造原理。 2.能量最低原理(管理员甲—负责整横栋大楼) 原子核外电子先占据能量低的轨道，然后依次进入能量较高的轨道，这样使整个原子处于能量最低的状态（基态原子），从而满足能量最低原理(从低层到高层安排)。 细研深究： 对构造原理的认知 分层研学·探理悟新 水总是先注满低处的坑洼，再向高处流；电子也总是先"注满"能量低的能级，再进入能量高的能级。能量越低，体系越稳定。 任务一 3.类比理解：水往低处流 一、原子核外电子排布的构造原理 细研深究： 对构造原理的认知 分层研学·探理悟新 4.轨道能量的高低顺序 能量升高 能量升高 每一行对应一个电子层 每一个小圈表示一个能级 各圆圈间连接线的方向表示电子填入能级的顺序 构造原理中的能级顺序，其实质是各能级能量由低到高的顺序。绝大多数原子核外电子的填充顺序符合构造原理中的能级顺序。 一、原子核外电子排布的构造原理 任务一 细研深究： 对构造原理的认知 分层研学·探理悟新 排入顺序1s；2s 2p；3s 3p；4s 3d 4p； 5s 4d 5p; 6s 4f 5d 6p；7s 5f 6d 7p 7 6 5 4 3 2 1 4f 1s 2s 3s 4s 5s 6s 7s 2p 3p 4p 5p 6p 7p 6d 5d 4d 3d 5f 核 外 电 子 填 充 顺 序 图 存在着能级交错 存在着能级交错 （先排4s,再3d） 能级交错是指层数大某轨道的能量反而低于层数少的某些轨道的现象。从第4电子层开始出现此现象。 如：E4s<E3d，E5s<E4d，E6s<E4f<E5d。 一、原子核外电子排布的构造原理 分层研学·探理悟新 任务二 思考讨论：根据能量排布规律，画出下列原子结构示意图 1.硫原子的结构示意图 电子首先填入能量最低的1s能级，直至将该能级填满。在1s、2s能级填满后，电子填入2p能级，直至2p能级填满…… 电子层 K L M N 最多电子数 2 8 18 32 能级 1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s 4p 4d 4f 填充电子数 1s → 2s → 2p → 3s → 3p +16 2 8 6 2 2 6 2 4 一、原子核外电子排布的构造原理 细研深究：对原子核外电子排布式的认知 分层研学·探理悟新 任务二 思考讨论：如何书写核外电子的排布式(制作“房卡”) 1.电子排布式 （1）定义：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。 （2）表示方法： 1s1  电子层 原子轨道 轨道上填充的电子数 7N：1s22s22p3 12Mg：1s22s22p63s2 35Br：1s22s22p63s23p63d104s24p5 试写出7N 、12Mg 、35Br原子的电子排布式？ 一、原子核外电子排布的构造原理 细研深究：对原子核外电子排布式的认知 分层研学·探理悟新 思考讨论：如何书写核外电子的排布式？ 2.简化的电子排布式 如： Na：1s22s22p63s1 [Ne]3s1 简化 试写出7N 、12Mg 、35Br原子的简化排布式？ 7N ：[He]2s22p3 12Mg：[Ne]3s2 35Br：[Ar]3d104s24p5 避免书写过繁，把内层电子已达到稀有气体结构的部分写成“原子实”，以稀有气体的元素符号外加方括号表示。 一、原子核外电子排布的构造原理 任务二 细研深究：对原子核外电子排布式的认知 分层研学·探理悟新 方法提炼：书写核外电子排布式的方法步骤 第一步：按照构造原理写出电子填入能级的顺序E， 1s→2s→2p→3s→3p→4s→3d→4p→5s→4d→5p→6s…… 第二步：根据各能级容纳的电子数填充电子。 第三步：去掉空能级，并按照能层顺序排列即可得到电子排布式。 12Mg 1s22s22p63s2 18Ar 1s22s22p63s23p6 19K 1s22s22p63s23p64s1 9F 1s22s22p63s2 一、原子核外电子排布的构造原理 任务二 细研深究：对原子核外电子排布式的认知 分层研学·探理悟新 一、泡利不相容原理的含义 1.含义：每个原子轨道最多容纳两个自旋状态不同的电子。 （1）理解：①每一种运动状态的电子只有一个(用“↑↓”表示)。 ②由于每一个原子轨道包括两种运动状态，所以每一个原子轨道最多只能容纳两个自旋方向相反的电子。 √ 2S2的电子排布图 ↓↑ ↑↑ × 管理员乙：房间管理员 工作职责：(1)每个“标间”不超过“2人” (2) “2人”应向两个方向“躺着” 一、原子核外电子排布的构造原理 任务三 细研深究：对泡利不相容原理和洪特规则的认知 分层研学·探理悟新 二、洪特规则的含义 1.含义：原子核外电子在能量相同的各个轨道上排布时，电子尽可能分占在不同的原子轨道上，且自旋状态相同，这样整个原子的能量最低。 如C ：1s2 2s22p2 √ 管理员丙：楼层管理员(保证“有序性”) 工作职责：(1)尽可能每“人”一个房间； (2)每“人”“睡觉”姿势相同 一、原子核外电子排布的构造原理 任务三 细研深究：对泡利不相容原理和洪特规则的认知 分层研学·探理悟新 能量相同的原子轨道在全充满(如p6和d10)、半充满(如p3和d5)和全空(如p0和d0)状态时，体系的能量较低，原子较稳定。 相对稳定的状态 全充满：p6、d10、f14 半充满:p3、d5、f7 全空:p0、d0、f0 三条原则相互联系、缺一不可——凡符合三原则的排布即为基态原子的电子排布。 一、原子核外电子排布的构造原理 任务三 细研深究：对泡利不相容原理和洪特规则的认知 2.洪特规则的特例 分层研学·探理悟新 1s 2s ↑↓ ↑ 方框表示原子轨道 轨道符号 上下箭头表示自旋状态不同的电子 箭头表示电子及其自旋状态 如：Na原子的轨道表示式： 轨道表示式又称电子排布图,即将每一个原子轨道用一个方框表示,在方框内标明基态原子核外电子分布的式子，是表述电子排布的一种图式。 一、原子核外电子排布的构造原理 任务四 细研深究：对原子轨道表示式的认知 分层研学·探理悟新 实战检验：写出基态Fe原子的轨道表示式 洪特规则 泡利原理 能量最低原理 ↑↓ 1s ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ 2s 2p ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ 3p 3s ↑↓ ↑↓ ↑ ↑ ↑ ↑ 3d 4s ↑↓ 1s ↑↓ 2s ↑↓ ↑↓ ↑↓ 2p ↑↓ ↑↓ ↑↓ 3p ↑↓ ↑ ↑ ↑ ↑ 3d ↑↓ 3s ↑↓ 4s 一、原子核外电子排布的构造原理 任务四 细研深究：对原子轨道表示式的认知 分层研学·探理悟新 只有一组全满的原子轨道 有两组半满 的原子轨道 1.写出 24Cr 轨道表示式 3d 4s ↑↓ ↑ ↑ ↑ ↑ ↑↓ 1s 2s 2p 3s 3p ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ 3d 4s ↑ ↑ ↑ ↑ ↑ ↑ ↑↓ 1s 2s 2p 3s 3p ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ 2.写出 29Cu 轨道表示式 一组半满 一组全满 只有一组全满的原子轨道 √ √ 一、原子核外电子排布的构造原理 任务四 细研深究：对原子轨道表示式的认知 实战检验：特例的书写 分层研学·探理悟新 【例1】下列原子或离子的电子排布式或轨道表示式正确的是　　　　(填序号，下同)，违反能量最低原理的是　　，违反洪特规则的是　　，违反泡利不相容原理的是　　。  ①Ca2+：1s22s22p63s23p6 ②F-：1s22s23p6 ③N： ④Fe：1s22s22p63s23p63d64s2 ⑤Mg2+：1s22s22p6 ⑥C： ①④⑤ ② ③ ⑥ 一、原子核外电子排布的构造原理 典例剖析·逻辑释疑 【变式1】(1)下列轨道表示式中哪个是硼的基态原子？为什么？ A. B. （2）下列轨道表示式中哪个是氧的基态原子？为什么？ A. C. B. 违反了泡利原理 BC选项 违反了洪特规则 一、原子核外电子排布的构造原理 典例剖析·逻辑释疑 【例2】写出铁原子、铁离子和亚铁离子的电子轨道排布式，想想铁离子和亚铁离子谁更稳定？为什么？ 26Fe 1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑ ↑ ↑ ↑ Fe2+ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑ ↑ ↑ ↑ 1s 2s 2p 3s 3p 3d 半满， 能量低 √ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑ ↑ ↑ ↑ ↑ 1s 2s 2p 3s 3p 3d Fe3+ 一、原子核外电子排布的构造原理 典例剖析·逻辑释疑 【变式2】写基态Cu2+、Cu+的电子轨道排布式，比较这二者的稳定性？ 全满， 能量低 √ Cu2+ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑ 1s 2s 2p 3s 3p 3d ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ 1s 2s 2p 3s 3p 3d Cu+ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ 一、原子核外电子排布的构造原理 典例剖析·逻辑释疑 电子跃迁 与原子光谱 02 24 焰色试验中，为什么不同元素产生不同颜色？ 夜幕降临，我们会看到五光十色的霓虹灯将城市的夜景装扮得分外美丽；盛大节日时，我们常能观赏到五彩斑斓的焰火将都市的夜空点缀得绚丽夺目。此时你是否想过，这番美景是如何产生的？为什么会产生各种颜色的光？ 情境启思·任务缘起 二、电子跃迁与原子光谱 任务一 细研深究：对基态和激发态认知 1.处于最低能量状态的原子叫基态原子; 2.当基态原子的电子吸收能量后,电子会跃迁到较高能级成为激发态原子。 基态氢原子 K L M N 激发态氢原子 K L M N 能量 分层研学·探理悟新 26 3.不同原子的电子发生跃迁时可以吸收不同的光，用光谱仪可以摄取各种原子吸收光谱。 基态原子 吸收能量 释放能量 电子跃迁 激发态原子 吸收光谱 发射光谱 形成 形成 二、电子跃迁与原子光谱 任务一 细研深究：对基态和激发态认知 分层研学·探理悟新 27 能量 K L M N 1.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。 光 K L M N 2.不同原子的电子发生跃迁时可以发射不同的光，用光谱仪可以摄取各种原子的发射光谱。 二、电子跃迁与原子光谱 任务二 细研深究：对原子光谱的认知 分层研学·探理悟新 28 基态 K L M N 激发态 K L M N 能量 能量 K L M N 光 K L M N 不稳定 吸收能量 电子跃迁 释放能量 稳定 二、电子跃迁与原子光谱 任务二 细研深究：对原子光谱的认知 分层研学·探理悟新 He 氦 2.检验元素 3.烟火 1.检测元素 不同元素的焰色试验 物理变化 光谱分析：在现代化学中，可通过原子发射光谱或吸收光谱来检测元素。 二、电子跃迁与原子光谱 任务二 细研深究：对原子光谱的认知 分层研学·探理悟新 30 【例1】正误判断 (1)光(辐射)是电子跃迁释放能量的重要形式之一( ) (2)霓虹灯光、激光都与原子核外电子跃迁吸收能量有关( ) (3)产生激光的前提是原子要处于激发态( ) (4)电子跃迁时只吸收能量( ) (5)金属元素的焰色反应是发射光谱，为化学变化( ) √ × √ × × 二、电子跃迁与原子光谱 典例剖析·逻辑释疑 【变式1】对充有氖气的霓虹灯管通电，灯管发出红色光。 产生这一现象的主要原因是( ) A.电子由激发态向基态跃迁时以光的形式释放能量 B.电子由基态向激发态跃迁时吸收除红光以外的光线 C.氖原子获得电子后转变成发出红光的物质 D.在电流的作用下，氖原子与构成灯管的物质发生反应 A 二、电子跃迁与原子光谱 典例剖析·逻辑释疑 【例2】下列有关碳原子的轨道表示式中，能量最低的是(　　) A. B. C. D. D 【变式2】下列硼原子的轨道表示式中，能量最高的是(　　) A. B. C. D. A 二、电子跃迁与原子光谱 典例剖析·逻辑释疑 1.核外电 子排布 构造原理 能量最低原理 泡利不相容原理 洪特规则 表示方法 原子结构示意图 电子排布式 外围电子排布式 轨道表示式 房间管理员乙：填多少 楼层管理员丙：怎么填 大楼管理员甲：填的顺序 2.原子光谱 吸收光谱 发射光谱 原子光谱及应用 体系梳整·认知升华 1.下列电子排布式违反了泡利不相容原理的是（ ） A．铜原子的电子排布式：1s22s22p63s23p63d94s2 B．碳原子的电子排布式：1s22s22p2 C．钪原子的电子排布式：1s22s22p63s23p64s2 D．硅原子的电子排布式：1s22s22p63s33p1 D 2．下列各原子或离子的电子排布式错误的是(　　) A．Al 1s22s22p63s23p1 B．O2- 1s22s22p6 C．Na+ 1s22s22p6 D．Si 1s22s22p2 D 当堂诊学·成效校验 3. 根据构造原理，写出下列基态原子的核外电子排布式、简化电子排布式和外围电子排布式。 (1)9F：　　　 　；  (2)16S： 　；  (3)19K：　 　 　 ；  (4)21Sc：　 　 　 　 　 　 　 　 　　 　 。  1s22s22p5　[He]2s22p5　2s22p5 1s22s22p63s23p4　[Ne]3s23p4　3s23p4 1s22s22p63s23p64s1　[Ar]4s1　4s1 1s22s22p63s23p63d14s2　[Ar]3d14s2　3d14s2 当堂诊学·成效校验 4.写出下列基态原子的轨道表示式。 (1) 8O：_______________________________； (2) 13Al：_________________________________________________________； (3) 23V：(写外围电子的轨道表示式)：________________________________。 当堂诊学·成效校验 5.下列Li原子电子排布图表示的状态中，能量最低和最高的分别为_______、________(填标号) A． B． C． D． D C 当堂诊学·成效校验 感谢观看 更多练习见分层作业 苏教版选择性必修 2 39 $