第二節(jié) 原子結(jié)構(gòu)與元素周期表,用相應的符號描述主量子數(shù)n2的所有的原子軌道。 答案 主量子數(shù)n2的原子軌道有2s、2px、2py、2pz。,1,比較下列多電子原子的原子軌道的能量高低。 (1)1s，3d (2)3s，3p，3d (3)2p，3p，4p (4)3px，3py，3pz 解析 在多電子原子中，電子填充原子軌道時，原子軌道能量的高低存在如下規(guī)律： 相同電子層上原子軌道能量的高低：nsnpndnf； 形狀相同的原子軌道能量的高低：1s2s3s4s； 電子層和形狀相同的原子軌道的能量相等。如2px，2py，2pz軌道的能量相等。 答案 (1)1s3d (2)3s3p3d (3)2p3p4p (4)3px3py3pz,2,為什么第一電子層最多只能容納2個電子？第二層最多只能容納8個電子？為什么每層最多只能容納2n2個電子，最外層最多容納8個電子，次外層不超過18個電子，倒數(shù)第三層不超過32個電子呢？同一層的電子能量是否相等？為什么鉀的電子排布是2、8、8、1而不是2、8、9呢？ 答案 依據(jù)能量最低原理以及核外電子排布規(guī)律，將二者有機結(jié)合，不能單一片面理解和應用。,3,能夠理解能量最低原理、泡利不相容原理、洪特規(guī)則并在其指導下熟練書寫136號元素基態(tài)原子的核外電子排布和價電子排布。 能夠從原子結(jié)構(gòu)的量子力學模型理解元素周期律和元素周期表的建立依據(jù)。,1,2,第1課時 基態(tài)原子的核外電子排布,基態(tài)原子核外電子排布規(guī)則 (1)能量最低原理 在多電子原子中，核外電子總是盡先占有能量_的軌道，然后再依次進入能量_的原子軌道，以使整個原子的能量最低，這就是能量最低原理。 (2)泡利不相容原理 一個原子軌道只能容納2個電子，且自旋方向_?；蛘哒f一個原子中不會存在四個量子數(shù)完全相同的電子。氦原,1.,最低,較高,相反,子的軌道表示式為_，電子排布式為_，原子結(jié)構(gòu) 示意圖為_，電子式為_。 (3)洪特規(guī)則 對于基態(tài)原子，電子在能量相同的軌道上排布時，應盡可能分占_并且自旋_(即自旋方向_)。,1s2,·He·,不同軌道,方向平行,相同,基態(tài)原子核外電子排布的表示方法 (1)電子排布式：可簡單寫為nlx，其中n為主量子數(shù)，x為電子數(shù)，角量子數(shù)l用其所對應的符號表示。 如Li原子的電子排布式為：_ Al原子的電子排布式為：_ (2)軌道表示式：用小圓圈(或方框、短線)表示一個給定量子數(shù)n、l、m的原子軌道，并用“”或“”區(qū)別ms不同的電子。 如：S原子的軌道表示式： 或_。,2,1s22s1,1s22s22p63s23p1,Ne,基態(tài)鉻原子的電子排布式為：_。 基態(tài)銅原子的電子排布式為：_。 有少數(shù)元素的基態(tài)原子的電子排布對于構(gòu)造原理有1個電子的偏差。因為能量相同的原子軌道在_(如p6和d10)、_(如p3和d5)和_(如p0和d0)狀態(tài)時，體系的能量較低，原子較穩(wěn)定。,1.,Cr： 1 s22s22p63s23p63d54s1,2,Cu：1s22s22p63s23p63d104s1,3,全充滿,半充滿,全空,在原子中，每個電子層最多能容納_個電子。 每個能級最多能容納_個電子。 在內(nèi)層原子軌道上運動的電子能量_，在外層原子軌道上運動的電子能量_，因此一般化學反應只涉及最外層原子軌道上的電子，人們稱這些電子為_?；鶓B(tài)鐵原子的價電子排布式為_。氯原子的價電子排布式為_。,4,5,6,2n2,2(2l1),較低,較高,價電子,3d64s2,3s23p5,基態(tài)原子核外電子在原子軌道上的排布順序是什么？有什么規(guī)律嗎？ 提示 基態(tài)原子核外電子排布的順序是：1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p 5s 4d 5p 6s 4f 5d 6p 7s 5f 6d 7p。有規(guī)律：各能級的能量高低順序列公式得出ns(n2)f(n1)dnp。,【慎思1】,為什么原子最外層不超過8電子、次外層不超過18電子、倒數(shù)第三層最多容納32個電子？ 提示 依據(jù)電子排布順序，電子排滿np能級后接著進入的是(n1)s能級而不是nd能級。即： 最外層由ns、np組成，電子數(shù)不大于268。 次外層由(n1)s(n1)p(n1)d組成，所容納的電子數(shù)不大于261018。 倒數(shù)第三層由(n2)s(n2)p(n2)d(n2)f組成，電子數(shù)不大于26101432。,【慎思2】,基態(tài)原子的電子排布原則 (1)能量最低原則： 這個原則是比較抽象的，如果我們打這樣個比方就可以理解了，也易于記憶了。把地球比作原子核，把能力高的大雁、老鷹等鳥比作能量高的電子，把能力低的麻雀、小燕子等鳥比作能量低的電子、能力高的鳥常在離地面較高的天空飛翔，能力低的鳥常在離地面很低的地方活動。 原子的電子排布遵循構(gòu)造原理能使整個原子的能量處于最,1,低狀態(tài)，簡稱能量最低原理，處于最低能量的原子叫做基態(tài)原子；當基態(tài)原子的電子吸收能量后，電子會躍遷到較高能級，變成激發(fā)態(tài)原子；電子從較高能量的激發(fā)態(tài)躍遷到較低能量的激發(fā)態(tài)乃至基態(tài)時，將釋放能量。 (2)泡利不相容原理 在同一個原子軌道里的電子的自旋方向是不同的，電子自旋可以比喻成地球的自轉(zhuǎn)，自旋只有兩種方向；順時針方向和逆時針方向。 在一個原子中沒有兩個電子具有完全相同的四個量子數(shù)，因此一個s軌道最多只能有2個電子，p軌道最多可以容納6個電子。按照這個原理，可得出第n電子層能容納的電子總數(shù)為2n2個。,(3)洪特規(guī)則 對于基態(tài)原子，電子在能量相同的軌道上排布時，應盡可能分占不同的軌道并且自旋方向相同(即自旋方向平行)，這就是核外電子在原子軌道上排布所遵循的第三個原則，即洪特規(guī)則。 基態(tài)原子核外電子排布的表示方法 結(jié)構(gòu)示意圖：能直觀地反映核內(nèi)的質(zhì)子數(shù)和核外的電子層數(shù)及各能層上的電子數(shù)。 電子排布式：能直觀地反映核外電子的能層、能級和各能級上的電子數(shù)。,2,軌道表示式：能反映各軌道的能量的高低及各軌道上的電子分布情況，自旋方向。,當基態(tài)原子的電子吸收能量后，電子會躍遷到較高能級時，就變成了激發(fā)態(tài)原子。 在下列各組電子構(gòu)型中，_屬于基態(tài)原子，_屬于激發(fā)態(tài)原子，_是錯誤的排布。 A1s22s2 B1s22s23s2 C1s22s22p63s23px13py13pz14s1 D1s22s22p63s23p54s1 E1s22s22p63s23px13py23pz1 F1s22s22p62d53s2,【例1】,解析 基態(tài)原子是指電子填充順序符合能量最低原理，各軌道電子排布不違背泡利不相容原理和洪特規(guī)則的原子；激發(fā)態(tài)原子是指電子未按軌道能量順序填充，但各軌道電子排布不違背泡利不相容原理和洪特規(guī)則的原子。A項表示鈹原子的基態(tài)；E項表示硫原子的基態(tài)(還可以寫作3px23py13px1或3px13py13pz2)；C項相當于1個3p電子激發(fā)到4s軌道上，屬于激發(fā)態(tài)原子；同理，D項中1個3p電子激發(fā)到了4s能級上，屬于激發(fā)態(tài)原子；B項不符合能量最低原理，也不可能是1s22s22p2中2p電子躍遷的結(jié)果，是錯誤的；F項中的2d能級是不存在的，也是錯誤的。 答案 A、E C、D B、F,遵循電子排布三個原理的電子排布式就是基態(tài)原子的電子排布，部分價電子躍遷到能量更高的能級上的電子排布就是激發(fā)態(tài)原子的電子排布。電子排布的能量最低原理、泡利不相容原理和洪特規(guī)則是書寫和判斷電子排布式的依據(jù)。,下列軌道表示式能表示最低能量狀態(tài)的氮原子的是 ( )。 解析 書寫三原理，才是基態(tài)原子。 答案 B,【體驗1】,下列軌道表示式能表示最低能量狀態(tài)的氮原子的是 ( )。,根據(jù)構(gòu)造原理，核外電子排布的能級順序為： 1s2s2p3s3p4s3d4p5s4d5p6s4f5d6p7s 只要我們知道原子序數(shù)，就可以寫出幾乎所有元素原子的電子排布。 如：元素原子的電子排布：(119號) 氫 H 1s1 鈉 Na 1s22s22p63s1 鉀 K 1s22s22p63s23p64s1,1,第四周期1936號元素原子的基態(tài)電子排布式 鉀K：1s22s22p63s23p64s1； 鈣Ca：1s22s22p63s23p64s2； 鉻Cr：1s22s22p63s23p63d54s1； 鐵Fe：1s22s22p63s23p63d64s2； 鈷Co：1s22s22p63s23p63d74s2； 銅Cu：1s22s22p63s23p63d104s1； 鋅Zn：1s22s22p63s23p63d104s2； 溴Br：1s22s22p63s23p63d104s24p5； 氪Kr：1s22s22p63s23p63d104s24p6。,2,注意：大多數(shù)元素的原子核外電子排布符合構(gòu)造原理，有少數(shù)元素的基態(tài)原子的電子排布對于構(gòu)造原理有一個電子的偏差，如：K原子的可能電子排布式與原子結(jié)構(gòu)示意圖，按能層能級順序，應為1s22s22p63s23p63d1；素 ， 但按初中已有知識，應為1s22s22p63s23p64s1； 事實上，在多電子原子中，原子的核外電子并不完全按能層次序排布。再如： 24號鉻Cr：1s22s22p63s23p63d54s1； 29號銅Cu：1s22s22p63s23p63d104s1； 這是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)和全空(如p0和d0)狀態(tài)時，體系的能量較低，原子較穩(wěn)定。,有A、B、C、D四種元素且原子序數(shù)(均不超過36)依次遞增，它們原子核外的電子層數(shù)各不相同。A元素原子核外是僅有一種原子軌道的元素；B元素原子核外的p電子數(shù)與s電子數(shù)相等；C元素原子的價電子排布式為3s23p5；D元素原子最外層只有1個電子，次外層有13個電子。 (1)寫出四種元素的元素符號： A_，B_， C_，D_。 (2)寫出C、D兩種元素基態(tài)原子核外電子軌道表示式。 C_，,【例2】,D_。 (3)寫出B、A兩種元素單質(zhì)在一定條件下反應的化學方程式_。 (4)寫出B元素單質(zhì)和氫化物的電子式：單質(zhì)_，氫化物_。 解析 A可能是H或He，但由問題(3)說明A只能是H元素；B是O或Mg，但C是Cl，因它們原子核外電子層數(shù)均不相同，所以B是O元素；D的次外層有13個電子，最外層有1個電子且原子序數(shù)不超過36，說明D為Cr。,答案 (1)H O Cl Cr (2)Cl Ne Cr Ar (3)O22H2=2H2O,點燃,24Cr原子處于基態(tài)時，價電子排布可用電子排布式表示成3d54s1，而不是3d44s2。下列說法中，正確的是 ( )。 A這兩種排布方式都符合能量最低原則 B這兩種排布方式都符合泡利不相容原理 C這兩種排布方式都符合洪特規(guī)則 D這個實例說明洪特規(guī)則有時候和能量最低原則是矛盾 的,【體驗2】,解析 洪特規(guī)則實際上是能量最低原則的一個特例。電子排布滿足洪特規(guī)則是為了更好的遵守能量最低原則。通過分析光譜實驗的結(jié)果，洪特指出數(shù)量相同的原子軌道在全滿(p6和d10)、半滿(p3和d5)和全空(p0和d0)狀態(tài)時，體系能量最低，原子最穩(wěn)定。 答案 B,【案例】,1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 每一周期只能有(2n1)個元素，最后一種元素的序數(shù)為n2，滿殼層者為惰性元素，即1、4、9、16號元素。 答案 1、4、9、16,