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第一章 原子結(jié)構(gòu)與性質(zhì) 第一節(jié) 原 子 結(jié) 構(gòu),一、開天辟地——原子的誕生 1.原子的誕生：,氫,氦,鋰,2.宇宙的組成元素及其含量：,88.6%,1/8,1%,二、能層與能級 1.能層： (1)意義：根據(jù)多電子原子的核外電子的_____差異，將核外 電子分成不同的能層。 (2)符號：能層序數(shù)1、2、3、4、5、6、7分別用__________ ___________表示。,能量,K、L、M、,N、O、P、Q,2.能級： (1)意義：根據(jù)多電子原子中同一能層電子_____不同，將它 們分成不同的能級。 (2)符號：在每一能層中，能級符號分別為ns、np、nd、 nf……，其中n代表_____。,能量,能層,3.能層、能級中所容納的電子數(shù)：,1s,2s,2p,3s,3p,3d,4s,4p,4d,4f,2,6,10,14,2,6,2,8,18,32,三、構(gòu)造原理與電子排布式 1.構(gòu)造原理： (1)含義：在多電子原子中，電子在能級上的排列順序是電 子先排在能量_____的能級上，然后依次排在能量_____的能 級上。,較低,較高,(2)構(gòu)造原理示意圖。,能層,能級,2.電子排布式： (1)概念：將_____上所排布的電子數(shù)標注在該能級符號 _______，并按照能層從左到右的順序排列的式子。 (2)表示方法。 鈉原子的電子排布式可表示為1s22s22p63s1，也可簡化為[Ne]3s1。,1sx,能級,右上角,四、基態(tài)、激發(fā)態(tài)與光譜 1.基態(tài)原子與激發(fā)態(tài)原子：,最低能量,吸收,釋放,較高能量,較高,2.原子光譜：不同元素的原子發(fā)生_____時會吸收或釋放不同 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)代化學中，利用_________上的特征譜線來 _________的分析方法。,躍遷,吸收光譜,發(fā)射,光譜,原子光譜,鑒定元素,五、電子云與原子軌道 1.電子運動的特點：電子質(zhì)量小，運動速度快，無規(guī)則，故 無法確定某個時刻處于原子核外空間何處。只能確定它在原 子核外空間各處出現(xiàn)的_____。 2.電子云：電子云是處于一定空間運動狀態(tài)的電子在原子核 外空間的_________分布的形象化描述。電子云中的小黑點表 示電子在核外出現(xiàn)的_________，小黑點越密表示___________ ___。,概率,概率密度,概率密度,概率密度越,大,3.原子軌道： (1)定義：量子力學把電子在原子核外的一個_____________ 稱為一個原子軌道。 (2)各能級所含原子軌道數(shù)目。,空間運動狀態(tài),1,3,5,7,六、核外電子的排布 1.核外電子排布的規(guī)則： (1)能量最低原理：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，使整個原子處于_____的能量 狀態(tài)。 (2)泡利原理：在一個原子軌道里，最多只能容納__個電子， 而且它們的自旋狀態(tài)_____，用“_____”表示。,最低,2,相反,↓↑,(3)洪特規(guī)則：當電子排布在同一能級的不同軌道時，基態(tài) 原子中的電子總是優(yōu)先_________一個軌道，而且_________ 相同。,單獨占據(jù),自旋狀態(tài),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___________________。,1.辨析下列說法的正誤： (1)能層序數(shù)大，能級的能量不一定大。 ( ) 分析：從構(gòu)造原理圖可以看出來，各能級能量不只與能層有 關(guān)。 (2)處于激發(fā)態(tài)的原子都遵循能量最低原理、泡利原理和洪特 規(guī)則。 ( ) 分析：處于激發(fā)態(tài)的原子不遵循能量最低原理，但遵循泡利 原理和洪特規(guī)則。,√,×,(3)電子云圖中的小黑點密度的大小表示電子的多少。 ( ) 分析：電子云圖中的小黑點并不代表電子本身，而是用小黑 點表示電子在核外某空間出現(xiàn)的概率密度的大小，小黑點越 密表示概率密度越大。 (4)任意能層上的s軌道電子云都是球形的。 ( ) 分析：電子云的形狀只與能級有關(guān)，即不同能層上的s軌道電 子云形狀都是相同的。,×,√,2.氫原子的3d和4s能級的能量高低是 ( ) A.3d4s B.3d4s。,3.下列各能層不包含d能級的是 ( ) A.O能層 B.P能層 C.M能層 D.K能層 【解析】選D。多電子原子中，同一能層的電子可分為不同的能級，K層只有s能級，L層有s、p能級，從M層開始有d能級。,4.下列能層中，原子軌道數(shù)目為9的是 ( ) A.K層 B.L層 C.M層 D.N層 【解析】選C。能層K、L、M、N含有的軌道數(shù)分別為1、4、9、16。,5.基態(tài)碳原子的最外能層的各能級中，電子排布的方式正確的是 ( ) 【解析】選C?；鶓B(tài)原子的核外電子排布，若已知核外電子數(shù)目應先按照能量最低原理從s排起，而p軌道電子分別占據(jù)一個原子軌道時能量最低，故C為正確選項。,6.以下對核外電子運動狀態(tài)的描述正確的是 ( ) A.電子的運動與行星相似，圍繞原子核在固定的軌道上高速旋轉(zhuǎn) B.能量低的電子只能在s軌道上運動，能量高的電子總是在f軌道上運動 C.能層序數(shù)越大，s電子云的半徑越大 D.在同一能級上運動的電子，其運動狀態(tài)肯定相同,【解析】選C。原子核外電子是無規(guī)則的高速運動，沒有固定的軌道，A錯；多電子原子中的核外電子，根據(jù)能量由低到高分布在不同的能層和能級中，不同的原子，能量最高的電子所處的軌道不同，B錯；各能層s軌道的半徑大小為1s2s 3s……，C項正確；在同一能級上運動的電子，可能處于不同的原子軌道，同一原子軌道中的電子，自旋狀態(tài)不同，D錯。,一、能層與能級的組成與能量關(guān)系 原子軌道 1.不同能層的能級組成：任一能層的能級總是從s能級開始，而且能級數(shù)等于該能層序數(shù)：第一能層只有一個能級(1s)，第二能層有兩個能級(2s和2p)，第三能層有三個能級(3s、3p和3d)，依次類推。,2.不同能層中各能級之間能量大小關(guān)系： (1)不同能層中同一能級，能層序數(shù)越大能量越高。例如，1s2s3s……，2p3p4p……。 (2)同一能層中，各能級之間的能量大小關(guān)系是spdf……。例如，第四能層中4s4p4d4f。 (3)能層和能級都相同的各原子軌道能量相等，例如，2px=2py=2pz。,3.原子軌道特點： (1)s原子軌道是球形的，p原子軌道是啞鈴形的。 (2)能層序數(shù)n越大，原子軌道的半徑越大。 (3)不同能層的同種能級的原子軌道形狀相似，只是半徑不同。 (4)s能級只有一個原子軌道。 (5)p能級有3個原子軌道，互相垂直，可分別以px、py、pz表示。,【點撥】 判斷原子軌道能量高低的方法 (1)首先看能層，一般能層序數(shù)越大，能量越高。 (2)再看能級，同一能層中的各能級，能量是spdf。 (3)同一能級中的各原子軌道能量相同。 (4)還要注意能級交錯現(xiàn)象，即高能層的s、p能級的能量可能會小于低能層的d、f能級，如4s3d，5s4d等。,【微思考】 (1)每一能層中有多少個能級？各能級序號如何排列？ 提示：各能層中的能級數(shù)等于該能層序數(shù)。同一能層中的能級排列順序為ns、np、nd……(n代表能層)。,(2)每一能層最多容納的電子個數(shù)是多少？不同能層中的相同類型的能級中所容納的電子數(shù)有什么規(guī)律？ 提示：每一能層最多容納的電子數(shù)為2n2(n為能層序數(shù))；不同能層中的相同類型的能級中所容納的電子數(shù)是相同的(與能層序數(shù)沒有關(guān)系)。,【典題訓練】(2014·臨沂高二檢測)下列有關(guān)能層、能級的認識正確的是(題中n表示能層序數(shù)) ( ) A.各能級的電子數(shù)按s、p、d、f的順序依次為1、3、5、7的2倍 B.各能層的能級都是從s能級開始至f能級結(jié)束 C.各能層含有的能級數(shù)為n-1 D.各能層含有的電子數(shù)為2n2,【解題指南】解答本題時要注意以下兩點： (1)任一能層中，能級個數(shù)=能層序數(shù)，并不是所有能層中都有p、d、f能級。 (2)每個原子軌道最多容納2個電子，它們自旋狀態(tài)相反。,【解析】選A。每個能層最多容納的電子數(shù)為2n2個，也可以不排滿，A正確；并不是所有的能層中都有p、d、f能級，如K層只有一個s能級，L層有s能級和p能級兩個能級；M層有s、p、d三個能級，B錯誤；任一能層中，能級個數(shù)等于能層序數(shù)，C錯誤；每個能層最多容納電子數(shù)為2n2，但不是一定含有2n2個電子，D錯誤。,【互動探究】 (1)各能層上s能級能量相同嗎？ 提示：由于不同能層的能量不同，因此對于不同的能層來說，能級相同能層越大能量越高，如E(1s)E(2s)E(3s) E(4s)……。 (2)各能層所含有的原子軌道有幾個？ 提示：根據(jù)泡利原理，一個原子軌道最多容納兩個電子，各能層所含有的電子數(shù)最多為2n2個，因此，各能層所含有的原子軌道數(shù)有n2個。,【變式訓練】(2014·廈門高二檢測)下列說法正確的是( ) A.s能級的能量總小于p能級的能量 B.2s的電子云半徑比1s電子云半徑大，說明2s的電子云比1s的多 C.當電子排布在同一能級的不同軌道時，電子總是先占滿一個軌道(1個原子軌道最多只能容納兩個電子，且自旋狀態(tài)相反)，然后再占據(jù)其他原子軌道 D.nf能級中最多可容納14個電子,【解析】選D。同一能層中，s能級的能量小于p能級的能量，不同能層就有可能s能級(較高能層)的能量高于p能級(較低能層)的能量，A錯誤；2s的電子云半徑比1s電子云半徑大，說明2s的電子在離原子核較遠的區(qū)域出現(xiàn)的概率比1s的電子大，B錯誤；當電子排布在同一能級的不同軌道時，電子總是先占據(jù)不同的原子軌道而且自旋狀態(tài)相同，C錯誤；nf能級有7個原子軌道，每一個原子軌道最多容納兩個電子，D正確。,【加固訓練】(2014·青島高二檢測)第4能層所含有的原子軌道種類數(shù)、原子軌道數(shù)目和最多容納電子數(shù)分別為 ( ) A.3、9、18 B.4、12、24 C.5、16、32 D.4、16、32 【解析】選D。第四能層含s、p、d、f四種原子軌道，原子軌道數(shù)為1+3+5+7=16，每一個軌道最多容納2個電子且自旋狀態(tài)相反，即最多共容納電子數(shù)為16×2=32個。,二、核外電子排布規(guī)則及表示方法 1.核外電子排布遵循的規(guī)律： (1)能量最低原理。 (2)泡利原理。 (3)洪特規(guī)則。,2.電子排布式的書寫： (1)簡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軌道中。例如， 7N：1s22s22p3，17Cl：1s22s22p63s23p5。 (2)復雜原子的核外電子排布式：先按能量從低到高排列，然后再把同一層的電子排到一起，如26Fe，先按能量從低到高排列為1s22s22p63s23p64s23d6，然后，將同一層的電子移到一起，即1s22s22p63s23p63d64s2。,(3)特殊原子的核外電子排布式：有少數(shù)元素的基態(tài)原子的電子排布相對于構(gòu)造原理有1個電子的偏差，因為能量相同的原子軌道在全充滿(如p6和d10)、半充滿(如p3和d5)或全空(如p0和d0)狀態(tài)時，體系的能量較低，原子較穩(wěn)定。例如， 24Cr：1s22s22p63s23p63d54s1(3d5、4s1均為半充滿狀態(tài))； 29Cu：1s22s22p63s23p63d104s1(3d10為全充滿狀態(tài)，4s1為半充滿狀態(tài))。,3.表示方法：,【警示】 電子排布式的書寫順序≠電子排布順序 電子進入能級的順序是按構(gòu)造原理中能級的能量遞增的順序，而電子排布式的書寫規(guī)則按能層的順序，能層中的能級按s、p、d、f能量遞增的順序排布。,【微思考】 (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：電子排布圖不僅表示各個能級的電子數(shù)目，還表示出在各個能級的分布。,(2)為什么原子核外最外層的電子數(shù)不超過8個？ 提示：由構(gòu)造原理知E(nd)E[(n+1)s]。當ns和np充滿時(共4個軌道，最多容納8個電子)，多余電子不是填入nd，而是首先形成新電子層，填入(n+1)s軌道中，因此最外層電子數(shù)不可能超過8個。,(3)為什么原子核外電子的次外層不超過18個？ 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，這三個能級共有9個軌道，最多可容納18個電子，因此次外層電子數(shù)不超過18個。,【典題訓練】(2014·蘇州高二檢測)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】解答本題時要注意以下兩點： (1)符合電子排布三原則的是基態(tài)原子。 (2)注意1號～36號元素中的兩個特殊元素24Cr和29Cu。 【解析】選A。B項，在書寫電子排布式時，不能按填充順序書寫；C項，d軌道應是全充滿時穩(wěn)定；D項違反了洪特規(guī)則。,【誤區(qū)警示】書寫電子排布式時應注意的問題 (1)由于E(3d)E(4s)，電子填充時應先填充到4s能級上，但在書寫電子排布式時，能層低的能級要寫在左面，不能按填充順序?qū)憽?(2)對于洪特規(guī)則的特例考查較多，特別是鉻和銅的電子排布式和電子排布圖，應注意掌握。,【變式訓練】(2014·三亞高二檢測)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，體系能量最低，原子比較穩(wěn)定，B項應該為3d54s1。,【加固訓練】已知三種微粒(原子或離子)的電子排布式如下： 11X：1s22s22p6 19Y：1s22s22p63s23p6 20Z：1s22s22p63s23p6 若將上述三種微粒歸為同一類，下列微粒中也可歸為此類的是 ( ),【解析】選C。11X、19Y、20Z都是金屬陽離子。分析A～D微粒結(jié)構(gòu)示意圖的核電荷數(shù)和核外電子排布的關(guān)系可知，A和D是原子，B是陰離子，C是金屬陽離子。,