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(kāi)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(jí) 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(hào)：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(jí)： (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(jí)。 (2)符號(hào)：在每一能層中，能級(jí)符號(hào)分別為ns、np、nd、 nf，其中n代表_。,能量,能層,3.能層、能級(jí)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(jí)上的排列順序是電 子先排在能量_的能級(jí)上，然后依次排在能量_的能 級(jí)上。,較低,較高,(2)構(gòu)造原理示意圖。,能層,能級(jí),2.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。 (2)表示方法。 鈉原子的電子排布式可表示為1s22s22p63s1，也可簡(jiǎn)化為Ne3s1。,1sx,能級(jí),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(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(chēng)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,五、電子云與原子軌道 1.電子運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)：電子質(zhì)量小，運(yùn)動(dòng)速度快，無(wú)規(guī)則，故 無(wú)法確定某個(gè)時(shí)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(yùn)動(dòng)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(diǎn)表 示電子在核外出現(xiàn)的_，小黑點(diǎn)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(xué)把電子在原子核外的一個(gè)_ 稱(chēng)為一個(gè)原子軌道。 (2)各能級(jí)所含原子軌道數(shù)目。,空間運(yùn)動(dòng)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(gè)原子處于_的能量 狀態(tài)。 (2)泡利原理：在一個(gè)原子軌道里，最多只能容納_個(gè)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(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_一個(gè)軌道，而且_ 相同。,單獨(dú)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(shuō)法的正誤： (1)能層序數(shù)大，能級(jí)的能量不一定大。 ( ) 分析：從構(gòu)造原理圖可以看出來(lái)，各能級(jí)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(diǎn)密度的大小表示電子的多少。 ( ) 分析：電子云圖中的小黑點(diǎn)并不代表電子本身，而是用小黑 點(diǎn)表示電子在核外某空間出現(xiàn)的概率密度的大小，小黑點(diǎn)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(jí)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(jí)的能量高低是 ( ) A.3d4s B.3d4s。,3.下列各能層不包含d能級(jí)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(jí)，K層只有s能級(jí)，L層有s、p能級(jí)，從M層開(kāi)始有d能級(jí)。,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(jí)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(yīng)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(gè)原子軌道時(shí)能量最低，故C為正確選項(xiàng)。,6.以下對(duì)核外電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的描述正確的是 ( ) A.電子的運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)，能量高的電子總是在f軌道上運(yùn)動(dòng) C.能層序數(shù)越大，s電子云的半徑越大 D.在同一能級(jí)上運(yùn)動(dòng)的電子，其運(yùn)動(dòng)狀態(tài)肯定相同,【解析】選C。原子核外電子是無(wú)規(guī)則的高速運(yùn)動(dòng)，沒(méi)有固定的軌道，A錯(cuò)；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(jí)中，不同的原子，能量最高的電子所處的軌道不同，B錯(cuò)；各能層s軌道的半徑大小為1s2s 3s，C項(xiàng)正確；在同一能級(jí)上運(yùn)動(dòng)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(cuò)。,一、能層與能級(jí)的組成與能量關(guān)系 原子軌道 1.不同能層的能級(jí)組成：任一能層的能級(jí)總是從s能級(jí)開(kāi)始，而且能級(jí)數(shù)等于該能層序數(shù)：第一能層只有一個(gè)能級(jí)(1s)，第二能層有兩個(gè)能級(jí)(2s和2p)，第三能層有三個(gè)能級(jí)(3s、3p和3d)，依次類(lèi)推。,2.不同能層中各能級(jí)之間能量大小關(guān)系： (1)不同能層中同一能級(jí)，能層序數(shù)越大能量越高。例如，1s2s3s，2p3p4p。 (2)同一能層中，各能級(jí)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(jí)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(diǎn)： (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(jí)的原子軌道形狀相似，只是半徑不同。 (4)s能級(jí)只有一個(gè)原子軌道。 (5)p能級(jí)有3個(gè)原子軌道，互相垂直，可分別以px、py、pz表示。,【點(diǎn)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(jí)，同一能層中的各能級(jí)，能量是spdf。 (3)同一能級(jí)中的各原子軌道能量相同。 (4)還要注意能級(jí)交錯(cuò)現(xiàn)象，即高能層的s、p能級(jí)的能量可能會(huì)小于低能層的d、f能級(jí)，如4s3d，5s4d等。,【微思考】 (1)每一能層中有多少個(gè)能級(jí)？各能級(jí)序號(hào)如何排列？ 提示：各能層中的能級(jí)數(shù)等于該能層序數(shù)。同一能層中的能級(jí)排列順序?yàn)閚s、np、nd(n代表能層)。,(2)每一能層最多容納的電子個(gè)數(shù)是多少？不同能層中的相同類(lèi)型的能級(jí)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(lèi)型的能級(jí)中所容納的電子數(shù)是相同的(與能層序數(shù)沒(méi)有關(guān)系)。,【典題訓(xùn)練】(2014·臨沂高二檢測(cè))下列有關(guān)能層、能級(jí)的認(rèn)識(shí)正確的是(題中n表示能層序數(shù)) ( ) A.各能級(jí)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(jí)都是從s能級(jí)開(kāi)始至f能級(jí)結(jié)束 C.各能層含有的能級(jí)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(shí)要注意以下兩點(diǎn)： (1)任一能層中，能級(jí)個(gè)數(shù)=能層序數(shù)，并不是所有能層中都有p、d、f能級(jí)。 (2)每個(gè)原子軌道最多容納2個(gè)電子，它們自旋狀態(tài)相反。,【解析】選A。每個(gè)能層最多容納的電子數(shù)為2n2個(gè)，也可以不排滿(mǎn)，A正確；并不是所有的能層中都有p、d、f能級(jí)，如K層只有一個(gè)s能級(jí)，L層有s能級(jí)和p能級(jí)兩個(gè)能級(jí)；M層有s、p、d三個(gè)能級(jí)，B錯(cuò)誤；任一能層中，能級(jí)個(gè)數(shù)等于能層序數(shù)，C錯(cuò)誤；每個(gè)能層最多容納電子數(shù)為2n2，但不是一定含有2n2個(gè)電子，D錯(cuò)誤。,【互動(dòng)探究】 (1)各能層上s能級(jí)能量相同嗎？ 提示：由于不同能層的能量不同，因此對(duì)于不同的能層來(lái)說(shuō)，能級(jí)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(gè)？ 提示：根據(jù)泡利原理，一個(gè)原子軌道最多容納兩個(gè)電子，各能層所含有的電子數(shù)最多為2n2個(gè)，因此，各能層所含有的原子軌道數(shù)有n2個(gè)。,【變式訓(xùn)練】(2014·廈門(mén)高二檢測(cè))下列說(shuō)法正確的是( ) A.s能級(jí)的能量總小于p能級(jí)的能量 B.2s的電子云半徑比1s電子云半徑大，說(shuō)明2s的電子云比1s的多 C.當(dāng)電子排布在同一能級(jí)的不同軌道時(shí)，電子總是先占滿(mǎn)一個(gè)軌道(1個(gè)原子軌道最多只能容納兩個(gè)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(jí)中最多可容納14個(gè)電子,【解析】選D。同一能層中，s能級(jí)的能量小于p能級(jí)的能量，不同能層就有可能s能級(jí)(較高能層)的能量高于p能級(jí)(較低能層)的能量，A錯(cuò)誤；2s的電子云半徑比1s電子云半徑大，說(shuō)明2s的電子在離原子核較遠(yuǎn)的區(qū)域出現(xiàn)的概率比1s的電子大，B錯(cuò)誤；當(dāng)電子排布在同一能級(jí)的不同軌道時(shí)，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(cuò)誤；nf能級(jí)有7個(gè)原子軌道，每一個(gè)原子軌道最多容納兩個(gè)電子，D正確。,【加固訓(xùn)練】(2014·青島高二檢測(cè))第4能層所含有的原子軌道種類(lèi)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(gè)軌道最多容納2個(gè)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(gè)。,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(shū)寫(xiě)： (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軌道中。例如， 7N：1s22s22p3，17Cl：1s22s22p63s23p5。 (2)復(fù)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(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(mǎn)(如p6和d10)、半充滿(mǎn)(如p3和d5)或全空(如p0和d0)狀態(tài)時(shí)，體系的能量較低，原子較穩(wěn)定。例如， 24Cr：1s22s22p63s23p63d54s1(3d5、4s1均為半充滿(mǎn)狀態(tài))； 29Cu：1s22s22p63s23p63d104s1(3d10為全充滿(mǎn)狀態(tài)，4s1為半充滿(mǎn)狀態(tài))。,3.表示方法：,【警示】 電子排布式的書(shū)寫(xiě)順序電子排布順序 電子進(jìn)入能級(jí)的順序是按構(gòu)造原理中能級(jí)的能量遞增的順序，而電子排布式的書(shū)寫(xiě)規(guī)則按能層的順序，能層中的能級(jí)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(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)為什么原子核外最外層的電子數(shù)不超過(guò)8個(gè)？ 提示：由構(gòu)造原理知E(nd)E(n+1)s。當(dāng)ns和np充滿(mǎn)時(shí)(共4個(gè)軌道，最多容納8個(gè)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(guò)8個(gè)。,(3)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)fE(n+1)sE(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)。,【典題訓(xùn)練】(2014·蘇州高二檢測(cè))下列敘述正確的是 ( ) A.Ar3d64s2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號(hào)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(shū)寫(xiě)電子排布式時(shí)，不能按填充順序書(shū)寫(xiě)；C項(xiàng)，d軌道應(yīng)是全充滿(mǎn)時(shí)穩(wěn)定；D項(xiàng)違反了洪特規(guī)則。,【誤區(qū)警示】書(shū)寫(xiě)電子排布式時(shí)應(yīng)注意的問(wèn)題 (1)由于E(3d)E(4s)，電子填充時(shí)應(yīng)先填充到4s能級(jí)上，但在書(shū)寫(xiě)電子排布式時(shí)，能層低的能級(jí)要寫(xiě)在左面，不能按填充順序?qū)憽?(2)對(duì)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(yīng)注意掌握。,【變式訓(xùn)練】(2014·三亞高二檢測(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(mǎn)、半充滿(mǎn)、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。,【加固訓(xùn)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(lèi)，下列微粒中也可歸為此類(lèi)的是 ( ),【解析】選C。11X、19Y、20Z都是金屬陽(yáng)離子。分析AD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(yáng)離子。,