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1、成才之路 化学,路漫漫其修远兮 吾将上下而求索,人教版 选修,原子结构与性质,第一章,第一节原子结构,第一章,第2课时能量最低原理泡利原理洪特规则,霓虹灯为什么能够发出五颜六色的光霓虹灯之所以能够发出五颜六色的光，其原因与氢原子光谱形成的原因基本相同。对霓虹灯而言，灯管中装载的气体不同，在高电压的激发下发出的光的颜色就不同。例如，氖灯的灯管中充入的气体是氖气，通电后在电场作用下，放电管里的氖原子中的电子吸收能量后跃迁到能量较高的轨道，但处在能量较高轨道上的电子会很快地以光的形式辐射能量而跃迁回能量较低的轨道，所发出的光的波长恰好位于可见光区域中的红色波段，所以我们看到的是红色光。类似地，在通电
2、后氩气发蓝色光，氦气发粉红色光，水银蒸气发蓝色光，等等。,一、基态与激发态、光谱1能量最低原理现代物质结构理论证实，原子中的电子排布遵循_能使整个原子的能量处于_状态，简称能量最低原理。2基态原子与激发态原子,构造原理,最低,最低能量,吸收,释放,能量,较高,3光谱与光谱分析(1)原子光谱：不同元素的原子发生跃迁时会吸收或释放不同的光，可以用光谱仪摄取各种元素的电子_光谱或_光谱，总称原子光谱。(2)光谱分析：现代化学中，常利用原子光谱上的_来鉴定元素，称为光谱分析。,吸收,发射,特征谱线,二、电子云与原子轨道1电子云(1)概念：电子云是处于一定空间运动状态的电子在原子核外空间的_分布的形象化
3、描述。小黑点越密，表示概率密度_。由于核外电子的概率密度分布看起来像一片云雾，因而被形象地称为_。,概率密度,越大,电子云,(2)电子云的形状：s电子云呈_形p电子云呈_形,球,哑铃,2原子轨道(1)原子轨道：通常把电子云轮廓图中电子出现的概率约为_的空间圈出来，这种电子云轮廓图称为原子轨道。每一个原子轨道表示电子在原子核外的_空间运动状态。(2)能级与原子轨道数目关系,90%,一个,1,3,5,7,2,相反,“”,单独占据,相同,3电子排布图：用方框表示原子轨道，用不同方向的箭头表示自旋状态不同的电子的式子。如氮原子的电子排布图是_。,答案：(1)(2)(3)(4)(5),答案：B解析：处于
4、最低能量的原子称为基态原子。电子由较低能级向较高能级跃迁，叫激发。激发态原子的能量只是比原来基态原子的能量高。如果电子仅在内层激发，电子未获得足够的能量，不会失去。,答案：C解析：根据构造原理写出来的原子处于基态。当基态原子的电子吸收能量后，电子会跃迁到较高能级，变成激发态原子。A项，电子从2s能级跃迁到2p能级，属于激发态；B项属于基态；C项，电子从3s能级跃迁3d能级，属于激发态，D项，电子从3s能级跃迁到3p能级，属于激发态。,答案：C解析：A和B两项都是电子排布式，C和D两项都是电子排布图，其中C项违背了洪特规则。,答案：D,解析：电子云是对电子运动的形象化描述，它仅表示电子在某一区域
5、内出现的概率，并非原子核真被电子云雾所包围，故选项A错误；原子轨道是电子出现的概率约为90%的空间轮廓，它表明电子在这一区域内出现的机会大，在此区域外出现的机会少，故选项B错误；无论能层序数n怎样变化，每个p能级都是3个原子轨道且相互垂直，故选项C错误；由于按1p、2p、3p的顺序，电子的能量依次增大，电子在离核更远的区域出现的概率逐渐增大，电子云越来越向更大的空间扩展、原子轨道的平均半径逐渐增大。,解析：ns能级各有1个轨道，np能级各有3个轨道，s电子的原子轨道都是球形的，p电子的原子轨道都是哑铃形的，每个p能级有3个原子轨道，它们相互垂直，分别以px、py、pz表示。,1.能量最低原理：
6、原子核外电子总是优先占有能量低的轨道，然后依次进入能量高的轨道，这样使整个原子处于能量最低的状态。这个原则是比较抽象的，如果我们打个这样的比方就可以理解了，也易于记忆了。把地球比作原子核，把能力高的大雁、老鹰等鸟比作能量高的电子，把能力低的麻雀、小燕子等鸟比作能量低的电子。能力高的鸟常在离地面较高的天空飞翔，能力低的鸟常在离地面很低的地方活动。,核外电子排布遵循的规律,解析：据洪特规则，电子在能量相同的各个轨道上排布时尽可能分占不同的原子轨道，且自旋状态相同，故(1)选B，(4)选A；据能量最低原理，核外电子先占有能量低的轨道，再占有能量高的轨道，(2)中由于s轨道能量低于p轨道，故选A；(3
7、)中A：d5为半充满状态，为相对稳定的状态，B不是，所以选A。答案：(1)B(2)A(3)A(4)A,1.电子排布式(1)定义：用核外电子分布的原子轨道(能级)及各原子轨道(能级)上的电子数来表示电子排布的式子。如1s22s22p4、1s22s22p63s23p63d64s2分别是O、Fe原子的电子排布式。以铝原子为例，电子排布式中各符号、数字的意义为：,描述核外电子排布的化学用语,(2)简化的电子排布式电子排布式中的内层电子排布可用相应的稀有气体的元素符号加方括号来表示，以简化电子排布式。以稀有气体的元素符号外加方括号表示的部分称为“原子实”。如钙的电子排布式为1s22s22p63s23p6
8、4s2，其简化的电子排布式可以表示为Ar4s2。,(3)外围电子排布式在原子的核外电子排布式中，省去“原子实”后剩下的部分称为外围电子排布式，也叫价电子排布。如氯、铜原子的电子排布式分别为1s22s22p63s23p5、1s22s22p63s23p63d104s1，用“原子实”的形式分别表示为Ne3s23p5、Ar3d104s1，其外围电子排布式分别为3s23p5、3d104s1。,提示：虽然电子排布是遵循构造原理的，但书写时应按照电子层的顺序排列。如铁原子的电子排布式是1s22s22p63s23p63d64s2，而不宜写作1s22s22p63s23p64s23d6。主族元素的最外层电子就是外
9、围电子，又称价电子。过渡元素的外围电子一般包括最外层的s电子和次外层的d电子，有的还包括倒数第三层的f电子。元素周期表中呈现的电子排布是各元素原子的外围电子排布。,电子排布式和电子排布图反映的是基态原子即处于最低能量状态的原子的电子排布情况。它们相互关联，可以非常方便地相互转换。,3原子结构示意图原子结构示意图是表示原子的核电荷数和核外电子在原子核外各电子层排布的图示。4电子式 在化学反应中，一般是原子的最外层电子数目发生变化。为了简便起见，化学中常在元素符号周围用小黑点“”或小叉“”来表示元素原子的最外层电子，相应的式子叫做电子式。如钠原子的电子式为Na(或Na)。,(1)A为_(写出元素符
10、号，下同)，电子排布式是_。(2)B为_，简化电子排布式是_。(3)C为_，价电子排布式是_。(4)D为_，电子排布图是_。(5)E为_，原子结构示意图是_。解析：由题意可知，A为Si，B为Na，C为P，则D为N，E为Fe。这五种元素电子排布式分别为A1s22s22p63s23p2，B：1s22s22p63s1，C.1s22s22p63s23p3，D.1s22s22p3，E.1s22s22p63s23p63d64s2。由电子排布式可写出答案。,解析：Br是35号元素，位于第四周期第A族，核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p5，其简化电子排布式为Ar3d104s24p
11、5。,名师培优易混概念的比较1电子层、次外层、最外层、最内层、内层在推断题中经常出现与层数有关的概念，理解这些概念是正确做推断题的关键。为了研究方便，人们形象地把原子核外电子的运动看成分层运动，在原子结构示意图中，按能量高低将核外电子分为不同的能层，并用符号K、L、M、N、O、P、Q表示相应的层，统称为电子层。一个原子在基态时，电子所占据的电子层数等于该元素在周期表中所处的周期数。,2基态、激发态处于最低能量的原子叫基态原子。基态原子的核外电子排布遵循泡利原理、洪特规则、能量最低原理。当基态原子吸收能量后，电子会跃迁到较高能级，变成激发态原子。3价电子、最外层电子、外围电子价电子指原子参加化学
12、反应时形成化合价的电子；最外层电子指能量最高的电子层上的电子，对于主族元素，最外层电子数等于价电子数；对于副族元素，部分能量高的次外层电子参与成键，即次外层部分电子与最外层电子统称为外围电子，即价电子。例如，铝原子的简化电子排布式为Ne3s23p1，最外层电子数和价电子数都是3。,4能层、能级、轨道电子层即为能层，同一能层中按能量高低分为不同的能级(如s、p、d)，同一能级中若有多个轨道，其能量相同。例如，镍(Ni)原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d84s2，其中1、2、3、4称为能层，2s、2p表明第2能层上有2个能级，即镍原子核外电子排布有4个能层，7个能级(1s、2s、
13、2p、3s、3p、3d、4s)。轨道：s、p、d、f所含轨道数分别为1、3、5、7，如1s、2s、3s、4s能级的能量不同，但是轨道数相同。电子进入能级的顺序是(按能量高低排序)1s、2s、2p、3s、3p、4s、3d、4p、5s、4d、5p、6s、4f、5d、6p、7s、5f、6d,答案：A解析：B项违背了3d能级半充满时为稳定状态，C项违背了3d能级全充满时为稳定状态，D项违背了能量最低原理。故选A。,解析：A项表示碳原子的轨道表示式，正确；B项不符合洪特规则；C项，正确的Cr原子的价电子排布式为3d54s1；Fe2是铁原子失去最外层2个电子形成的，其电子排布式是1s22s22p63s23
14、p63d6。,答案：D解析：电子云是处于一定空间运动状态(即原子轨道)的电子在原子核外空间的概率分布的形象化描述，所以正确，错误；s、p轨道的电子云分别为球形和哑铃形，错误而正确；电子云伸展方向不同的3个p轨道、5个d轨道、7个f轨道的能量是彼此相同，正确。,答案：A解析：霓虹灯之所以能发光，是因为电子吸收能量后跃迁到能量较高的轨道，能量较高轨道上的电子会很快以光的形式辐射能量而跃迁回能量较低的轨道。,答案：C解析：不同能级的原子轨道形状可以相同，如1s、2s能级的原子轨道都是球形，只是半径不同，A错。现在的技术无法测定电子在原子核外的运动轨迹，原子轨道只是体现电子的运动状态，B、D错。任何能
15、层的p能级都有3个p轨道，C正确。,答案：C解析：根据洪特规则可知，能量相同的原子轨道在全充满、半满时，体系能量较低，原子较稳定。,解析：p轨道有3个原子轨道，最多可以容纳6个电子，根据电子排布的泡利不相容原理和洪特规则，当p轨道上有2个电子或4个电子时，p轨道上有2个未成对电子，所以可能是A族元素，也可能是A族元素，故A不符合题意；p轨道上有1个空轨道，说明另外两个轨道各容纳了1个电子，加上s轨道上的2个电子，最外层是4个电子，属于A族元素，故B符合题意；最外层电子排布式为1s2和2s22p6的原子，二者都是稀有气体元素，但不属于主族元素，故C错误；最外层电子排布式为1s2的原子为He，位于
16、0族，而最外层电子排布为2s2的原子是Be，属于A族元素，故D错误。,(5)E元素基态原子中没有未成对电子，E的外围电子排布式是_。,玻尔与爱因斯坦的争论玻尔的原子结构模型是成功和缺陷并存。对这一点，玻尔自己也有清醒的认识。在1922年获得诺贝尔物理学奖时，他还在颁奖仪式上谦逊而坦率地指出：“原子理论还处于非常初级的阶段，还有很多根本性的问题尚待解决。”正是基于其惯有的明智和对科学的追求，玻尔于1921年在哥本哈根大学建立了理论物理研究所。这个研究所吸引了众多优秀科学家如海森伯、泡利、狄拉克等前来进行工作，并且很快成为至今仍被人们赞颂的、以玻尔为首的“哥本哈根学派”。,哥本哈根学派提出了粒子波
17、的统计解释、测不准原理和互补原理。这个学派所建立的量子世界的突出特点是将连续轨迹代之以不连续的量子跃迁，以概率决定论取代严格决定论，突现量子现象的整体性以及伴随而来的主客体分界的模糊性。但由此也引起了许多争论。其中，发生在爱因斯坦与玻尔之间的关于量子力学是否完备的争论被誉为“物理学史上的伟大论战”之一。直到1955年爱因斯坦去世时他依然相信，科学就在于发现隐藏在自然界背后的确定的规律，因此，只给出统计规律的量子力学肯定是不完备的。他甚至谈到：我不相信上帝是在掷骰子。,在与玻尔长期友好的交往中，爱因斯坦构建了许多具有极高天赋的思想实验，力图证实量子理论的不完备性，但几乎每次玻尔都设法找到了一个有说服力的恰当解释。这一论战，极大地推动了量子力学的发展。直到现在，关于量子理论的论战还未结束，但还没有一个更完备的理论能够解释量子力学已经解释了的那些现象。,
