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第2課時(shí) 基態(tài)原子的核外電子排布 原子軌道,探究1 基態(tài)、激發(fā)態(tài)與光譜 研讀教材自主認(rèn)知 1.基態(tài)原子與激發(fā)態(tài)原子:,吸收,發(fā)射,2.原子光譜:不同元素的原子發(fā)生_____時(shí)會(huì)吸收或釋放不同的光, 可以用光譜儀攝取各種元素的電子的_________或_________,總稱 原子光譜。 3.光譜分析:在現(xiàn)代化學(xué)中,利用_________上的特征譜線來(lái)_________ 的分析方法。,躍遷,吸收光譜,發(fā)射光譜,原子光譜,鑒定元素,合作探究核心歸納 (1)原子光譜形成的原因是什么? 提示:不同元素的原子發(fā)生躍遷時(shí)會(huì)吸收或釋放不同的光,從而形成原子光譜。 (2)電子躍遷時(shí)只吸收能量嗎? 提示:不是。電子從低能量軌道躍遷到高能量軌道時(shí)吸收能量,從高能量軌道躍遷到低能量軌道時(shí)釋放能量。,(3)霓虹燈的發(fā)光原理與氫原子光譜相同嗎? 提示:基本相同,都是氣體在較高的電壓激發(fā)下發(fā)生電子的躍遷產(chǎn)生的。,過(guò)關(guān)小練即時(shí)應(yīng)用 1.(2015泰安高二檢測(cè))原子光譜是線狀光譜,是由不連續(xù)的譜線組成的,這表明 ( ) A.在原子中只有某些電子能夠躍遷產(chǎn)生光譜 B.原子中的電子可以處于某些特定的能量狀態(tài),即電子的能量是量子化的 C.原子發(fā)射的光是單色光 D.白光可以由多種單色光組成,【解析】選B。原子光譜是線狀光譜,也就是由具有特定頻率的光形成的譜線,原子光譜之所以產(chǎn)生這種特定的譜線,是由于電子的能量是量子化的,電子躍遷的始態(tài)和終態(tài)的能級(jí)差也是量子化的。,2.對(duì)充有氖氣的霓虹燈管通電,燈管發(fā)出紅色光。產(chǎn)生這一現(xiàn)象的主要原因是 ( ) A.電子由激發(fā)態(tài)向基態(tài)躍遷時(shí)以光的形式釋放能量 B.電子由基態(tài)向激發(fā)態(tài)躍遷時(shí)吸收除紅光以外的光線 C.氖原子獲得電子后轉(zhuǎn)變成發(fā)出紅光的物質(zhì) D.在電流的作用下,氖原子與構(gòu)成燈管的物質(zhì)發(fā)生反應(yīng),【解析】選A。氖原子中能量較高軌道上的電子以光的形式向外輻射能量躍遷到能量較低的軌道上,所發(fā)出的光的波長(zhǎng)恰好位于可見光區(qū)域中的紅色波段。,【補(bǔ)償訓(xùn)練】圖中所發(fā)生的現(xiàn)象與電子的躍遷無(wú)關(guān)的是 ( ),【解析】選D。燃放煙火、霓虹燈、燃燒蠟燭等獲得的光能都是電子躍遷時(shí)能量以光的形式釋放出來(lái)導(dǎo)致的,而平面鏡成像則是光線反射的結(jié)果。,探究2 核外電子排布規(guī)則 研讀教材自主認(rèn)知 1.原子核外電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的描述: (1)電子云。 ①定義:處于一定空間運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的電子在原子核外空間的概率密度分布的形象化描述。 ②含義:用單位體積內(nèi)小黑點(diǎn)的疏密程度表示電子在原子核外出現(xiàn)概率大小。,③形狀。,球形,啞鈴形,一,三,(2)原子軌道。 ①定義:電子在原子核外的一個(gè)_____________。 ②意義:表示原子軌道的空間分布。 ③不同能層所對(duì)應(yīng)的能級(jí)和原子軌道的情況。,空間運(yùn)動(dòng)狀態(tài),球,3,啞鈴,3,5,啞鈴,2.核外電子排布的規(guī)則:,最,低,相反,↓,↑,優(yōu)先單獨(dú)占據(jù),自旋狀態(tài),2,構(gòu)造原理,合作探究核心歸納 1.原子核外電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的描述: s能級(jí)的原子軌道圖(球形對(duì)稱),p能級(jí)的原子軌道圖(啞鈴形),(1)怎樣描述一個(gè)電子的核外運(yùn)動(dòng)狀態(tài)? 提示:從電子層、能級(jí)、原子軌道、自旋狀態(tài)四個(gè)方面描述。 (2)s軌道的電子云圖與p軌道的電子云圖有何區(qū)別? 提示:s軌道的電子云圖為球形,在空間只有一個(gè)伸展方向;p軌道的電子云圖為啞鈴形,在空間有3個(gè)伸展方向。 (3)電子云中小點(diǎn)的疏密程度有何意義? 提示:點(diǎn)疏密的程度表示了電子在原子核外出現(xiàn)概率的大小。,2.核外電子排布的規(guī)則: (1)原子核外電子在排布時(shí)總是按K、L、M、N的順序填充的嗎? 提示:不是。原子核外電子的排布遵循構(gòu)造原理,按軌道能量由低到高依次排列,而能層越大,能級(jí)的能量不一定越高,存在一些不同能層的能級(jí)交錯(cuò)現(xiàn)象,例如E(3d)E(4s)、E(4f)E(5p)等,核外電子在充滿3p后,多余電子首先填充4s而非3d,使整個(gè)原子處于能量最低的狀態(tài)。,(2)為什么鉀原子的原子結(jié)構(gòu)示意圖不是 ,而是 呢? 提示:由于出現(xiàn)能級(jí)交錯(cuò)現(xiàn)象,鉀原子排滿第一層和第二層后,再排第 三層時(shí),先排滿3s能級(jí)、3p能級(jí),最后一個(gè)電子進(jìn)入4s能級(jí)而不是3d 能級(jí),所以它的原子結(jié)構(gòu)示意圖為 。,(3)為什么原子核外最外層的電子數(shù)不超過(guò)8個(gè)? 提示:由于能級(jí)交錯(cuò)的原因,E(nd)E(n+1)s,當(dāng)ns和np充滿時(shí)(共4個(gè)軌道,最多容納8個(gè)電子),多余的電子不是填入nd,而是首先形成新電子層,填入(n+1)s軌道中,故最外層電子數(shù)不可能超過(guò)8個(gè)。,(4)為什么原子核外電子的次外層不超過(guò)18個(gè)? 提示:若最外層是第n層,次外層就是第(n-1)層。由于E[(n-1)f] E[(n+1)s]E(np),在第(n+1)層出現(xiàn)前,次外層只有(n-1)s、(n-1)p、 (n-1)d上有電子,這三個(gè)能級(jí)共有9個(gè)軌道,最多可容納18個(gè)電子,因此 次外層電子數(shù)不超過(guò)18個(gè)。,【歸納總結(jié)】 1.構(gòu)造原理中的能級(jí)交錯(cuò)現(xiàn)象:最常見、最重要的能級(jí)交錯(cuò)順序之一是E(4s)E(3d),對(duì)于1～36號(hào)元素來(lái)說(shuō),應(yīng)重點(diǎn)掌握和記憶的是“1s→2s→2p→3s→3p→4s→3d→4p”這一順序。,2.對(duì)核外電子排布的兩點(diǎn)認(rèn)識(shí): (1)基態(tài)原子核外電子在能量相同的各個(gè)軌道上排布時(shí),電子盡可能分占不同的原子軌道,且自旋狀態(tài)相同,這樣整個(gè)原子的能量最低。 (2)有少數(shù)元素的基態(tài)原子的電子排布對(duì)于構(gòu)造原理有1個(gè)電子的偏差。因?yàn)槟芰肯嗤脑榆壍涝谌錆M(如p6和d10)、半充滿(如p3和d5)和全空(如p0和d0)狀態(tài)時(shí),體系的能量較低,原子較穩(wěn)定。如Cr的電子排布式為1s22s22p63s23p63d54s1,不能寫成1s22s22p63s23p63d44s2。,過(guò)關(guān)小練即時(shí)應(yīng)用 1.(2015蘇州高二檢測(cè))下列敘述正確的是 ( ) A.[Ar]3d64s2是基態(tài)原子的電子排布 B.鉻原子的電子排布式:1s22s22p63s23p64s13d5 C.銅原子的外圍電子排布式是3d94s2 D.氮原子的電子排布圖是,【解題指南】解答本題時(shí)要注意以下兩點(diǎn): (1)符合電子排布三原則的是基態(tài)原子。 (2)注意1～36號(hào)元素中的兩個(gè)特殊元素24Cr和29Cu。 【解析】選A。B項(xiàng),在書寫電子排布式時(shí),不能按填充順序書寫;C項(xiàng),d軌道全充滿時(shí)穩(wěn)定,應(yīng)為3d104s1;D項(xiàng)違反了洪特規(guī)則。,2.在d軌道中電子排布成 而不能排布成 , 其最直接的根據(jù)是 ( ) A.能量最低原理 B.泡利原理 C.原子軌道構(gòu)造原理 D.洪特規(guī)則,【解析】選D。當(dāng)電子排布在同一能級(jí)的不同軌道時(shí),基態(tài)原子中的電子總是優(yōu)先單獨(dú)占據(jù)一個(gè)軌道,且自旋狀態(tài)相同,稱為洪特規(guī)則,根據(jù)題意知,4個(gè)電子占據(jù)不同的軌道且自旋方向相同,所以其根據(jù)是洪特規(guī)則。,【方法規(guī)律】(1)對(duì)于復(fù)雜的原子或離子,若直接書寫電子排布式有困難,可先寫出原子的原子結(jié)構(gòu)示意圖,再據(jù)此寫出電子排布式,如,(2)離子的電子排布式的書寫方法。 先寫出原子的電子排布式,再根據(jù)電子的情況進(jìn)行調(diào)整。如,【補(bǔ)償訓(xùn)練】(2015三亞高二檢測(cè))下列原子的外圍電子排布式不正確的是 ( ) A.Fe:3d64s2 B.Cr:3d44s2 C.Ar:3s23p6 D.Ni:3d84s2 【解析】選B。根據(jù)洪特規(guī)則:能量相同的軌道在全充滿、半充滿、全空時(shí),體系能量最低,原子比較穩(wěn)定,B項(xiàng)應(yīng)該為3d54s1。,探究3 核外電子排布的表示方法 研讀教材自主認(rèn)知 電子排布式: (1)概念:將_____上所排布的電子數(shù)標(biāo)注在該能級(jí)符號(hào)_______,并按 照能層從左到右的順序排列的式子。如鈉原子的電子排布式可表示為 ___________,也可簡(jiǎn)化為_______。,能級(jí),右上角,1s22s22p63s1,[Ne]3s1,(2)電子排布圖:用方框表示原子軌道,用不同方向的箭頭表示自旋狀態(tài)不同的電子的式子。 如氮原子的電子排布圖是 。,合作探究核心歸納 (1)電子排布的表示形式中最能形象表示電子排布的是哪一種? 提示:電子排布圖。它不僅表示各個(gè)能級(jí)的電子數(shù)目,還表示出在各個(gè)能級(jí)的分布。,(2)下列原子的最外層電子的表示形式中,哪一種狀態(tài)的能量較低? ①氮原子 ②鈉原子A.3s1 B.3p1 ③鉻原子A.3d54s1 B.3d44s2 ④碳原子,提示:據(jù)洪特規(guī)則,電子在能量相同的各個(gè)軌道上排布時(shí)盡可能分占不同的原子軌道,且自旋狀態(tài)相同,故①選B,④選A;據(jù)能量最低原理,核外電子先占有能量低的軌道,再占有能量高的軌道,②中由于s軌道能量低于p軌道,故選A;③中d5為半充滿狀態(tài),為相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài),所以選A。,(3)判斷下列元素原子的電子排布式是否正確,若錯(cuò)誤,請(qǐng)說(shuō)明違反的原則,并寫出正確的電子排布式。 ①6C;1s22s22px2 ②21Sc:1s22s22p63s23p63d3 ③22Ti:1s22s22p63s23p10,提示:①錯(cuò)誤,違反了洪特規(guī)則,正確的電子排布式為1s22s22p2。 ②錯(cuò)誤,違反了能量最低原理,正確的電子排布式為1s22s22p63s23p63d14s2。 ③錯(cuò)誤,違反了泡利原理,正確的電子排布式為1s22s22p63s23p63d24s2。,(4)基態(tài)銅原子的核外電子排布式為1s22s22p63s23p63d94s2,這種表示方法正確嗎?為什么? 提示:不正確。能量相同的原子軌道在全充滿、半充滿和全空狀態(tài)時(shí),體系能量較低,原子較穩(wěn)定,故銅原子的電子排布式應(yīng)為1s22s22p63s23p63d104s1。,【歸納總結(jié)】 1.核外電子排布的書寫方法總結(jié):,2.電子排布式書寫方法的兩點(diǎn)認(rèn)識(shí): (1)簡(jiǎn)單原子的核外電子排布式:按照構(gòu)造原理將電子依次填充到能量逐漸升高的原子軌道中。 例如7N:1s22s22p3。 (2)復(fù)雜原子的核外電子排布式:先按能量從高到低排列,然后再把同一層的電子排在一起。如26Fe,先按能量從高到低排列為1s22s22p63s23p64s23d6,然后將同一層的電子移到一起即可:1s22s22p63s23p63d64s2。,過(guò)關(guān)小練即時(shí)應(yīng)用 1.寫出下列粒子的電子排布式或電子排布圖。 (1)電子排布式。 ①17Cl: ; ②Ca2+: ; ③S2-: ; ④24Cr: 。,(2)電子排布圖。 ①O2-的電子排布圖: ; ②F的最外層電子排布圖: 。 (3)寫出Al、C的最外層電子排布式: 、 。,【解題指南】解答本題時(shí)應(yīng)注意以下3點(diǎn): (1)明確微粒核外電子數(shù); (2)書寫時(shí)必須遵循核外電子排布的三原則; (3)注意電子排布圖和外圍電子排布圖的區(qū)別。,【解析】(1)根據(jù)核外電子排布的三個(gè)原則進(jìn)行書寫即可。注意離子 的電子排布式的最外層電子的變化,如Ca2+要失去最外層電子,而S2-要 得到2個(gè)電子。 (2)O2-的電子排布式為1s22s22p6,故其電子排布圖為 。 F的最外層電子排布式為2s22p5,故其電子排布圖為 。 (3)Al的最外層為M層,有3個(gè)電子,故其電子排布式為3s23p1。C的最外 層為L(zhǎng)層,有4個(gè)電子,最外層電子排布式為2s22p2。,答案:(1)①1s22s22p63s23p5 ②1s22s22p63s23p6 ③1s22s22p63s23p6 ④1s22s22p63s23p63d54s1 (2)① ② (3)3s23p1 2s22p2,【互動(dòng)探究】(1)寫出24Cr外圍電子排布式和外圍電子排布圖。 提示:24Cr外圍電子排布式3d54s1,其外圍電子排布圖為 。 (2)寫出第4周期元素中單電子數(shù)最多的元素的電子排布式。 提示:根據(jù)(1)可以得出第4周期中單電子數(shù)最多的元素為鉻元素,根據(jù)其外圍電子排布圖可以得出其原子中含有5個(gè)單電子。,2.下列電子排布圖所表示的元素原子中,其能量處于最低狀態(tài)的 是 ( ),【解析】選D。A、C項(xiàng)違背了能量最低原理;B項(xiàng)違背了洪特規(guī)則,故A、B、C均不為能量最低狀態(tài),D項(xiàng)為能量最低狀態(tài)。,【補(bǔ)償訓(xùn)練】下列表示式錯(cuò)誤的是 ( ) A.Na+的電子排布圖: B.Na+的結(jié)構(gòu)示意圖: C.Na的電子排布式:1s22s22p63s1 D.Na的簡(jiǎn)化電子排布式:[Na]3s1,【解析】選D。鈉原子的電子排布式為1s22s22p63s1,或?qū)憺?[Ne]3s1,Na+的原子核內(nèi)有11個(gè)質(zhì)子,核外有10個(gè)電子,結(jié)構(gòu) 示意圖為 。,