高考化學(xué) 專題2 第一單元 原子核外電子的運動 蘇教版選修3

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歡迎進入化學(xué)課堂 專題2原子結(jié)構(gòu)與元素的性質(zhì) 專題2原子結(jié)構(gòu)與元素的性質(zhì) 第一單元原子核外電子的運動 課程標(biāo)準導(dǎo)航1 了解原子核外電子的運動狀態(tài) 2 了解原子核外電子排布所遵循的原理 知道原子核外電子的能級分布 3 能用電子排布式表示1 36號元素原子的核外電子排布 4 知道原子核外電子在一定條件下會發(fā)生躍遷 了解其簡單應(yīng)用 自主學(xué)習(xí)一 人類對原子結(jié)構(gòu)的認識1 原子是由 和 構(gòu)成的 其中 帶正電 它又是由帶正電的 和不帶電的 構(gòu)成的 帶負電 整個原子是 原子核 核外電子 原子核 質(zhì)子 中子 核外電子 電中性 2 原子中 質(zhì)子數(shù) 原子序數(shù)質(zhì)量數(shù) 3 1911年 英國物理學(xué)家盧瑟福根據(jù) 粒子的散射實驗 提出了原子結(jié)構(gòu)的有核模型 盧瑟福認為原子的質(zhì)量主要集中在 上 電子在原子核外空間做高速運動 核電荷數(shù) 核外電子數(shù) 質(zhì)子數(shù) 中子數(shù) 原子核 4 1913年 丹麥物理學(xué)家玻爾提出新的原子結(jié)構(gòu)模型 1 原子核外電子在一系列穩(wěn)定的軌道上運動 這些軌道稱為原子軌道 電子在運動時 不會有能量變化 2 軌道的能量各不相同 原子軌道的能量變化是不連續(xù)的 3 原子核外電子可以在能量不同的軌道上發(fā)生躍遷 5 原子核外電子運動不遵循宏觀物體的運動規(guī)律 科學(xué)家用統(tǒng)計方法來描述核外電子的運動狀態(tài) 用小黑點的疏密代表電子在核外空間區(qū)域出現(xiàn)的機會 所得圖形稱為電子云圖 離核近的區(qū)域電子出現(xiàn)的機會大 離核遠的區(qū)域 電子出現(xiàn)的機會少 6 原子處于能量最低狀態(tài)時 稱為基態(tài) 想一想1 電子云圖上的小黑點代表一個電子嗎 提示 不是 小黑點僅代表電子出現(xiàn)的機率 并不是存在一個真實的電子 二 原子核外電子的運動特征1 原子軌道 能級 的類型有 s p d f等 s軌道呈球形 有1個軌道 可容納2個電子 p軌道呈紡錘形 在空間有3個伸展方面 包括px py pz軌道 它們之間是互相垂直的 可容納6個電子 d軌道有5個軌道 可容納10個電子 f軌道有7個軌道 可容納14個電子 2 原子軌道用表示 和 s p d f結(jié)合起來共同表示 如1s 2s 2p 3d等 3 第n電子層中含有的原子軌道類型有n種 原子軌道數(shù)目為n2個 可容納的電子數(shù)為2n2 如第3層中 含有3s 3p 3d三種類型的軌道 原子軌道數(shù)目為9個 一共可容納的電子數(shù)為18個 電子層 能層 的n 表示原子軌道形狀的符號 4 原子軌道能量高低 1 相同電子層的原子軌道中 ns np nd nf 2 形狀相同的原子軌道 2p 3p 4p 3 電子層數(shù)和原子軌道形狀均相同 2px 2py 2pz 想一想2 多電子原子中 電子的運動區(qū)域與其能量之間的關(guān)系 提示 多電子原子中 通常能量較低的電子在離核較近的區(qū)域運動 能量較高的電子在離核較遠的區(qū)域運動 三 原子核外電子的排布1 核外電子排布需要遵循 和 2 能量最低原理 原子核外電子先占據(jù) 的軌道 優(yōu)先進入能量低的能級 能量最低原理 泡利不相容原理 洪特規(guī)則 能量低 3 泡利不相容原理 每個原子軌道上最多只能容納 的電子 4 洪特規(guī)則 在能量相同的軌道上的電子將盡先分占 的原子軌道 且自旋狀態(tài)相同 兩個自旋狀態(tài)不同 不同 自主體驗1 下列電子層不包含p軌道的是 A NB MC LD K解析 選D K層只有s軌道 2 在基態(tài)多電子原子中 關(guān)于核外電子能量的敘述錯誤的是 A 最易失去的電子能量最高B 1s軌道的電子能量最低C p軌道電子能量一定高于s軌道電子能量D 在離核最近區(qū)域內(nèi)運動的電子能量最低解析 選C 選項C沒有指明p軌道電子和s軌道電子是否處于同一電子層 3 比較下列多電子的原子軌道的能量高低 填 或 1 2s3s 2 2s3d 3 2px2py 4 4f6f 解析 相同電子層上原子軌道能量高低順序是ns np nd nf 相同形狀的原子軌道能量的高低順序 1s 2s 3s 4s 同一電子層上形狀相同的原子軌道具有相同的能量 npx npy npz 答案 1 2 3 4 探究導(dǎo)引1原子核外的電子具有的能量是否相同 如何描述它們的運動狀態(tài) 提示 電子的能量不相同 核外電子按能量分層排布 描述電子的運動狀態(tài)包含電子層 原子軌道 電子的自旋方向等 探究導(dǎo)引2每個電子層中最大容納的電子數(shù)為何是2n2個電子 提示 每個電子層可能有的最多軌道數(shù)為n2 每個軌道又只能容納2個電子 因此 各電子層最大容納的電子總數(shù)是2n2 探究導(dǎo)引3p軌道的能量一定比s軌道能量大嗎 提示 不一定 只有電子層數(shù)相同時才成立 若電子層數(shù)不相同時 p軌道能量可能會小 如3s 2p 要點歸納 2 各電子層包含的原子軌道數(shù)目的表示方法及最多容納的電子數(shù) 3 原子軌道 4 原子核外電子排布的軌道能量順序 如下 按箭頭指向 能級的能量越來越大 即時應(yīng)用 解析 選D 電子離核越近 能量越低 A項正確 原子軌道種類數(shù)與電子層序數(shù)相等 當(dāng)電子層序數(shù)為3時 只有3s 3p 3d三種原子軌道 所以3f不存在 B項正確 C項正確 p軌道在空間有x y z3個伸展方向 故與電子層序數(shù)無關(guān) D項錯誤 探究導(dǎo)引1從元素周期表中查出銅 銀 金的外圍電子排布 它們是否符合構(gòu)造原理 若不符合 請做出合理解釋 提示 從元素周期表中查出銅 銀 金的外圍電子排布分別為Cu 3d104s1 Ag 4d105s1 Au 5d106s1 根據(jù)構(gòu)造原理Cu Ag Au的外圍電子排布為 n 1 d9ns2 所以它們電子層排布不符合構(gòu)造原理 合理解釋 以s p d f 排序的各能級可容納的最多電子數(shù)依次為1 3 5 7 的兩倍 而量子力學(xué)的理論指出 在等價軌道上 同一能級 的電子排布在全充滿 半充滿和全空狀態(tài)的具有較低的能量和較大的穩(wěn)定性 相對穩(wěn)定的狀態(tài) 探究導(dǎo)引2電子排布式可以簡化 如鈉的電子排布式寫成 Ne 3s1 方括號中符號的意義是什么 你能仿照鈉原子的簡化電子排布式寫出第8號元素氧 第14號元素硅和第26號元素鐵的簡化電子排布式嗎 提示 電子排布式書寫過繁 可以把內(nèi)層電子已達到稀有氣體結(jié)構(gòu)的部分寫成 原子實 以稀有氣體的元素符號外加方括號表示 O Si Fe的簡化電子排布式為O He 2s22p4Si Ne 3s23p2Fe Ar 3d64s2 在化學(xué)反應(yīng)中 原子的外圍電子發(fā)生變化而 原子實 不受影響 所以描述原子核外電子排布時 也可以省去 原子實 僅寫出原子的外圍電子排布式 對主族元素的原子 外圍電子又稱價電子 如O 2s22p4Si 3s23p2Fe 3d64s2 要點歸納1 原子核外電子排布遵循的原則 1 能量最低原理 原子核外電子總是盡先占據(jù)能量最低的原子軌道 填滿后再依次填充能量較高的其他原子軌道 也就是先填1s 填滿后填2s 然后填2p 按照 要點一 的 要點歸納 中 4 原子核外電子排布的軌道能量順序 依次排布 2 泡利不相容原理 一個原子中不可能有兩個運動狀態(tài)四方面完全相同的電子 運動狀態(tài)四方面是指軌道所處電子層 軌道類型 軌道伸展方向和電子自旋狀態(tài) 3 洪特規(guī)則 當(dāng)電子排布在能量相同的各個軌道時 總是優(yōu)先單獨占據(jù)一個軌道 而且自旋方向相同 這個規(guī)則叫洪特 Hund 規(guī)則 比如 p3的軌道式為或而不是 4 洪特規(guī)則的特例 當(dāng)p d f軌道填充的電子數(shù)為全空 半充滿或全充滿時 原子處于較穩(wěn)定的狀態(tài) 即p0 d0 f0 p3 d5 f7 p6 d10 f14時 是較穩(wěn)定狀態(tài) 前36號元素中 全空狀態(tài)的有4Be 2s22p0 12Mg 3s23p0 20Ca 4s23d0 半充滿狀態(tài)的有 7N 2s22p3 15P 3s23p3 24Cr 3d54s1 25Mn 3d54s2 33As 4s24p3 全充滿狀態(tài)的有10Ne 2s22p6 18Ar 3s23p6 29Cu 3d104s1 30Zn 3d104s2 36Kr 4s24p6 2 基態(tài)原子核外電子排布的表示方法 1 電子排布式 用數(shù)字在能級符號的右上角表明該能級上排布的電子數(shù) 這就是電子排布式 例如 K 1s22s22p63s23p64s1 為了避免電子排布式書寫過于繁瑣 把內(nèi)層電子達到稀有氣體元素原子結(jié)構(gòu)的部分以相應(yīng)稀有氣體的元素符號外加方括號表示 例如K Ar 4s1 2 電子排布圖 軌道表示式 每個方框代表一個原子軌道 每個箭頭代表一個電子 如基態(tài)硫原子的軌道表示式為 即時應(yīng)用2 下列電子排布式或軌道表示式正確的是 A C原子的軌道表示式 B Ca原子的電子排布式 1s22s22p63s23p63d2C 氮原子的軌道表示式 D Br 的電子排布式 Ar 3d104s24p6 解析 選D A項違反了洪特規(guī)則 2p軌道上兩個電子應(yīng)分占不同的軌道且自旋方向相同 正確的軌道表示式應(yīng)為 B項違反了能量最低原理 應(yīng)先填充4s軌道 再填充3d軌道 正確的電子排布式應(yīng)為1s22s22p63s23p64s2或 Ar 4s2 C項違反了泡利不相容原理 1s和2s軌道上電子自旋方向應(yīng)相反 正確的軌道表示式應(yīng)為 若原子的電子層數(shù) 能層 為n 則下列推論不正確的是 A 每個電子層中具有的能級數(shù)為nB 每個電子層中具有的原子軌道數(shù)為n2C 每個電子層中最多具有的電子數(shù)為2n2 D 同一原子軌道上的電子能量一定相同 不同原子軌道上的電子能量一定不同 思路點撥 原子核外電子排布遵循一定的規(guī)律 其中能層 原子軌道等概念需要深入理解 解析 同一原子里有不同軌道 如s和p中的電子能量肯定不同 不同原子的軌道 只要對應(yīng)的電子層數(shù)和軌道相同 則能量相同 D項錯 答案 D 規(guī)律方法 能層數(shù) 能級數(shù) 如第2層中含有兩個能級 即2s 2p 原子軌道數(shù) 能層數(shù)的平方 如第2層中含有4個原子軌道 即2s 2px 2py 2pz 每個軌道可以填充2個電子 則每層中所能容納的最大電子數(shù)目為2n2 如第2層 最多能排8個電子 已知錳的核電荷數(shù)為25 以下是一些同學(xué)繪制的基態(tài)錳原子核外電子的軌道表示式 即電子排布圖 其中最能準確表示基態(tài)錳原子核外電子運動狀態(tài)的是 思路點撥 解答本題時要綜合考慮原子核外電子排布的三條規(guī)律 并要仔細觀察 發(fā)現(xiàn)選項中的錯誤之處 解析 Mn原子的電子排布式為1s22s22p63s23p63d54s2 原子軌道的能量由低到高的順序為1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 其中3d軌道上排布了5個電子 為半充滿狀態(tài) 各電子分占不同的軌道 且自旋狀態(tài)相同 A中有兩個錯誤 軌道能量順序不對 3d軌道上電子排布不對 違反了洪特規(guī)則 B中有兩處錯誤 s軌道上兩個電子的自旋狀態(tài)應(yīng)相反 軌道能量順序也不對 C中3d軌道上電子排布不對 違反了洪特規(guī)則 答案 D 規(guī)律方法 原子核外電子在軌道中排布時 需要遵循三個原則 一是能量最低原理 即電子先排在能量最低的軌道中 二是泡利不相容原理 即一個軌道中只能排兩個自旋相反的電子 三是洪特規(guī)則 即在排能量相同的軌道時 電子優(yōu)先獨占一個軌道 且自旋方向相同 同學(xué)們 來學(xué)校和回家的路上要注意安全 同學(xué)們 來學(xué)校和回家的路上要注意安全