高中化学人教版 (2019)选择性必修2原子结构公开课ppt课件

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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
(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。
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:
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:
 3.不同能层或能级上的电子能量的高低(详见定点1)
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。
(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
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
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)。
(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。
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。
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“ ✕” 。
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。
1.不同能层所能容纳的最多电子数
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)。
(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
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
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
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)
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18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
(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。
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。
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　　　    。
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。
答案    (1)1s22s22p63s23p2或[Ne]3s23p2(2)1s22s22p6(3)3s23p5
　　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:
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　　　    。
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。
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。