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1、新课标人教版选修三 物质结构与性质,第一章 原子结构与性质第一节 原子结构,目 录,引言 一、开天辟地原子的诞生,二、能层与能级,三、构造原理与电子排布式,四、能量最低原理、基态与激发态、光谱,五、电子云与原子轨道,引言,本册化学研究的是构成宏观物体的物质。,研究物质的组成与结构,研究物质的性质与变化,思考与交流,1、铁易生锈，真金不怕火炼等事例说明了什么问题？为什么？2、O2和O3是同素异形体，空气中的O2是须臾不能离开的，而空气中的O3多于1.2 mg/L则有害；CO易燃，CO2却能灭火。这由说明了什么问题？为什么？3、分子式为C2H6O的物质可能有图示两种结构，前者与水互溶而后者不能。这
2、又说明了什么问题？,引言,分子结构不同，则物质性质不同。,原子结构不同，则物质性质不同。,物质性质不同，是因为分子结构不同。,思考与交流,4、下图所示两种物质：前者是第一种用医学的磺胺药，为什么服用此药后可杀死细菌？,5、下图所示是鲍鱼及其剖面图，图中标出了它的两层不同结构的壳。你能说出这两层壳的功用是什么吗？为什么？,引言,细菌的营养物,磺胺药分子结构与细菌的营养物相似，细菌误食而被杀死。,碳酸钙的两种晶体结构不同，性质不同。,外壳方解石坚硬而起保护作用；内壁霰石光滑而使软体自由移动。,1、原子的组成与结构决定性质：铁易生锈、钠易与一些物质反应。-第一章原子结构与性质2、分子的组成与结构决定
3、性质：对氨基苯磺酰胺（磺胺药）和对氨基苯甲酸 21世纪化学的重要课题：模拟生物体中酶的结构创造具有酶的性质的物质。-第二章分子结构与性质,引言,性质,3、晶体的组成与结构决定性质：金刚石和石墨 方解石和霰（xian）石-第三章晶体结构与性质,引言,原子是怎样诞生的呢？,1932年勒梅特首次提出了现代宇宙大爆炸理论,第一章 原子结构与性质第一节 原子结构,新课标人教版选修三 物质结构与性质,宇宙大爆炸,大量的氢大量的氦极少量的锂,原子核的熔 合反应合成,其他元素,一、开天辟地原子的诞生,宇宙大爆炸,1932年勒梅特首次提出了现代宇宙大爆炸理论：整个宇宙最初聚集在一个“原始原子”中，后来发生了大爆
4、炸，碎片向四面八方散开，形成了我们的宇宙。大爆炸后两小时，诞生了大量的H、少量的He及极少量的Li，然后经过长或短的发展过程，以上元素发生原子核的熔合反应，分期分批的合成了其他元素。,一、开天辟地原子的诞生,1、有谁知道宇宙中最丰富的元素是那一种？宇宙年龄有多大？地球年龄有多大？2、你认为科学史话中普鲁特的推理是符合逻辑的吗？,1、氢元素宇宙中最丰富的元素占88.6%（氦18），另外还有90多种元素，宇宙年龄距近约140亿年，地球年龄已有46亿年。,2、不符合，科学假设不同于思辨性推测,一、开天辟地原子的诞生,思考与交流,1.现代大爆炸宇宙学理论,宇宙,大爆炸,大量氢,少量氦,极少量锂,其他元
5、素,原子核的熔合反应,约2h后,诞生于,2.氢是宇宙中最丰富的元素，是所有元素之母。,3.所有恒星仍在合成元素，但这些元素都是已知的。,4.地球上的元素绝大多数是金属，非金属（包括稀有气体）仅22种。,一、开天辟地原子的诞生,现代大爆炸理论认为：天然元素源于氢、氦等发生的原子核的融合反应。这与一百多年前，普鲁特运用思辨性推测作出“氢是所有元素之母”的预言，恰好“一致”。下列说法正确的是（）A、科学研究中若能以思辨性推测为核心，就能加快科学的进程B、普鲁特“既然氢最轻，它就是其他一切元素之母”的推理是符合逻辑的C、“一致”是巧合，普鲁特的预言没有科学事实和理论支撑，只是一种猜测D、“现代大爆炸理
6、论”是解释宇宙诞生的唯一正确的理论,C,一、开天辟地原子的诞生,1.古希腊原子论,2.道尔顿原子模型(1803年),3.汤姆生原子模型(1904年),4.卢瑟福原子模型(1911年),5.玻尔原子模型(1913年),6.电子云模型(1926年),动画：原子结构模型,二、能层与能级,1.古希腊原子论,古希腊哲学家,原子是最小的、不可分割的物质粒子。原子之间存在着虚空，无数原子从古以来就存在于虚空之中，既不能创生，也不能毁灭，它们在无限的虚空中运动着构成万物。,（Democritus，约公元前 460 年前 370 年）,原子,2.道尔顿原子模型(1803年),原子在一切化学变化中不可再分，并保持
7、自己的独特性质；同一元素所有原子的质量、性质都完全相同。不同元素的原子质量和性质各不相同；不同元素化合时，原子以简单整数比结合。,（化学原子论）,3.汤姆生原子模型(1904年),原子是一个平均分布着正电荷的粒子，其中镶嵌着许多电子，中和了正电荷，从而形成了中性原子。,（“葡萄干布丁”模型）,（西瓜模型）,4.卢瑟福原子模型(1911年),原子中心有一个带正电荷的核，它的质量几乎等于原子的全部质量，电子在它的周围沿着不同的轨道运转，就象行星环绕太阳运转一样。,(“行星系式”原子模型),(核式模型),4.卢瑟福原子模型(1911年),5.玻尔原子模型(1913年),电子在原子核外空间的一定轨道上
8、绕核做高速的圆周运动。,(电子分层排布模型),6.电子云模型(1926年),现代物质结构学说，波粒二象性。,(量子力学模型),电子云,6.电子云模型(1926年),一、原子结构,原子,原子核,核外电子(-),质子(+)中子(不带电）,粒子间的数量关系,原子内部，质子所带正电和电子所带负电电量相等，电性相反。原子整体不显电性。,回忆：构成原子的粒子有哪些？它们怎样构成原子的？,二、能层与能级,核电荷数（z）=核内质子数=核外电子数,质量数（A）=质子数（Z）+中子数（N）,离子所带电荷数=质子数核外电子数,思考：,当质子数（核电荷数）核外电子数时，该粒子是,阳离子，带正电荷。,阴离子，带负电荷。
9、,当质子数（核电荷数）核外电子数时，该粒子是,二、能层与能级,原子：是化学变化中最小的粒子,核外电子是怎样排布的？,二、能层与能级,观察1-18号元素的原子结构示意图，讨论为什么原子核外的电子分层运动？,二、能层与能级,依据核外电子的能量不同：离核远近：近 远 能量高低：低 高,二、能层与能级,三、构造原理与电子排布式,电子能量高在离核远的区域内运动，电子能量低在离核近的区域内运动，在多电子的原子核外电子的能量是不同的，按电子的能量差异，可以将核外电子分成不同的能层。同一能层的电子，能量也可不同，可以把它们分成能级。,能层是楼层，能级是楼梯的阶梯。,1.能层（电子层）（1）定义：在多电子的原子
10、核外电子的能量是不同的，按电子的能量差异，可以将核外电子分成不同的能层。,（2）表示方法及各能层所容纳的最多电子数：,【学与问】1、原子核外电子的每一个能层最多可容纳的电子数与能层的序数（n）间存在什么关系？,每一个能层最多可容纳的电子数为2n2个。,二、能层与能级,2.能级（1）定义：在多电子原子中，同一能层的电子，能量可以不同，还可以把它们分成能级。,（2）表示方法及各能级所容纳的最多电子数：,【学与问】2.不同的能层分别有多少个能级，与能层的序数（n）间存在什么关系？,任一能层的能级数等于该能层的序数。,二、能层与能级,【学与问】3.不同能层中，符号相同的能级中所容纳的最多电子数是否相同
11、？以s、p、d、f排序的各能级可容纳的最多电子数是多少？,不同能层中，符号相同的能级中所容纳的最多电子数相同。以s、p、d、f排序的各能级可容纳的最多电子数依次为1、3、5、7的二倍，即2、6、10、14。,二、能层与能级,各能层所包含的能级类型及各能层、能级最多容纳的电子数,二、能层与能级,原子核外的电子的每一个能层最多可容纳的电子数与能层的序数间有什么关系？不同的能层分别有多少个能级？与能层的序数间有什么关系？英文字母相同的不同能级中所容纳的电子数是否相同？各能级上所能容纳的电子数分别是多少？,2n2,能层序数=能级个数,相同.如：1s2 2s2 3s2,分别是1、3、5、7的2倍,二、能
12、层与能级,1、以下能级符号正确的是（）A、6s B、2d C、3f D、7p,2、若n=3，以下能级符号错误的是（）Anp Bnf Cnd Dns,练习,AD,B,3、下列各电子能层中，不包含 d 能级的是（）A、N能层 B、M能层 C、L能层 D、K能层,CD,二、能层与能级,三、构造原理与电子排布式,多电子原子中，由于外层电子与内层电子的影响，能级出现交错现象。E4sE3d；E4fE6s,构造原理中排布顺序的实质,-各能级的能量高低顺序 相同能层的不同能级的能量高低顺序：nsnpndnf英文字母相同的不同能级的能量高低顺序：1s2s3s4s；2p3p4p;3d4d 不同层不同能级可由下面的
13、公式得出:ns(n-2)f(n-1)d np(n为能层序数),三、构造原理与电子排布式,原子核外电子的排布所遵循的原理：,、能量最低原理 电子先占据能量低的轨道，再依次进入能量高的轨道,、泡利不相容原理 每个轨道最多容纳两个自旋状态不同的电子,、洪特规则 在能量相同的轨道上排布时，电子尽可能分占不同的轨道，且自旋状态相同,电子填充的先后顺序（构造原理）1s2s2p3s3p4s3d4p5s 4d5p6s 4f5d6p7s5f6d7p,1、构造原理,随原子核电荷数递增，原子核外电子的排布遵循如左图的排布顺序，这个排布顺序被称为构造原理。,三、构造原理与电子排布式,2.电子排布式,Na：1s22s2
14、2p63s1,能层序数,该能级上排布的电子数,能级符号,K,L,M,Fe：1s22s22p63s23p63d64s2,K,L,M,N,按能层次序书写，按构造原理充入电子。,三、构造原理与电子排布式,1、写出136号元素的原子核外电子排布式,1、写出136号元素原子核外电子排布式,并不是所有基态原子的核外电子都符合构造原理。,如：,24Cr：1s22s22p63s23p63d54s1,29Cu：1s22s22p63s23p63d104s1,思考与交流,从元素周期表中查出铜、银、金的外围电子层排布。它们是否符合构造原理？,洪特规则：半充满、全充满更稳定,3.简化电子排布式,如：,Na：1s22s2
15、2p63s1,Ne3s1,表示钠的内层电子排布与稀有气体元素Ne的核外电子排布相同,简化为,你能写出8号、14号、26号元素的简化排布式吗？,三、构造原理与电子排布式,核外电子排布的一般规律,(1)核外电子总是尽量先排布在能量较低的电子层，然后由里向外，依次排布在能量逐步升高的电子层(能量最低原理)。(2)原子核外各电子层最多容纳2n2个电子。(3)原子最外层电子数目不能超过8个(K层为最外层时不能超过2个)。(4)次外层电子数目不能超过18个(K层为次外层时不能超过2个)，倒数第三层电子数目不能超过32个。说明：以上规律是互相联系的，不能孤立地理解。,练习6、按能量由低到高的顺序排列，正确的
16、一组是（）A1s、2p、3d、4s B1s、2s、3s、2p C2s、2p、3s、3p D4p、3d、4s、3p,C,三、构造原理与电子排布式,7、下列说法正确的是（）A、某微粒核外电子排布为2、8、8结构，则该微粒一定是氩原子B、最外层达稳定结构的微粒只能是稀有气体的原子C、F-、Na+、Mg2+、Al3+是与Ne原子具有相同电子层结构的离子D、NH4+与H3O+具有相同的质子数和电子数,练习,CD,三、构造原理与电子排布式,电子填入能级（轨道）次序图,1s2s 2p3s 3p 4s 3d 4p 5s 4d 5p6s 4f 5d 6p7s 5f 6d 7p,能量相近的能级划为一组,称为能级组
17、,第一能级组第二能级组第三能级组第四能级组第五能级组第六能级组第七能级组,通式：ns(n-2)f(n-1)d np,1、不同层不同能级可由下面的公式得出:ns(n-2)f(n-1)d np(n为能层序数),2.电子排布式,3.简化电子排布式,三、构造原理与电子排布式,Na：1s22s22p63s1,Ne3s1,学生阅读见课本P7-8,1、什么是能量最低原理？2、什么是基态原子、激发态原子？它们如何转化？3、什么是光谱？光谱分析？,四、能量最低原理、基态与激发态、光谱,1、能量最低原理,原子的电子排布遵循构造原理能使整个原子的能量处于最低状态，简称能量最低原理。,2、基态原子与激发态原子,处于最
18、低能量的原子叫做基态原子，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。,四、能量最低原理、基态与激发态、光谱,3、基态、激发态相互转化与能量的关系,基态原子 激发态原子,光（辐射）是电子释放能量的重要形式之一；,在日常生活中，我们看到的许多可见光，如灯光、霓虹灯光、激光、焰火等都与原子核外电子发生跃迁释放能量有关。,四、能量最低原理、基态与激发态、光谱,四、能量最低原理、基态与激发态、光谱,4、光谱与光谱分析,（1）光谱：不同元素的原子发生跃迁时会吸收或放出不同的光，可以用光谱仪摄取各种元素的电子吸收光谱或发射光谱，总称原子光谱。（2）光谱分析：在现代化学中，常利用原子光
19、谱上的特征谱线来鉴定元素，称为光谱分析。,明,暗,四、能量最低原理、基态与激发态、光谱,锂,汞,氦,四、能量最低原理、基态与激发态、光谱,氢原子的光谱,四、能量最低原理、基态与激发态、光谱,科学史话,“光谱”的提出：牛顿，1672年“七基色”：“红、橙、黄、绿、青、蓝、紫”1859年，德国科学家本生(R.Bunsem)和基尔霍夫(G.Kirchhoff)发明了光谱仪，摄取了当时已知元素的光谱图1913年，丹麦科学家波尔建立了量子力学,四、能量最低原理、基态与激发态、光谱,例题解析,例1 若某基态原子的外围电子排布为4d15s2，则下列说法正确的是（）A该元素基态原子中共有3个电子 B该元素原子
20、核外有5个电子层C该元素原子最外层共有3个电子 D该元素原子M能层共有8个电子,B,四、能量最低原理、基态与激发态、光谱,例2 下列有关认识正确的是（）A各能级的原子轨道数按s、p、d、f的顺序分别为1、3、5、7 B各能层的能级都是从s能级开始至f能级结束 C各能层含有的能级数为（n1）D各能层含有的电子数为2n2,A,四、能量最低原理、基态与激发态、光谱,例3 下列粒子中，电子排布式为1s22s22p63s23p6的有（）ASc3+BMg2+CCl-DBr-,例4 下列化学用语，不能表示氯离子的是（）,ACl-,D1s22s22p63s23p6,B,C,B,AC,例5 构造原理揭示的电子排
21、布能级顺序，实质是各能级能量高低。若以E(nl)表示某能级的能量，以下各式中正确的是（）AE(4s)E(3s)E(2s)E(1s)BE(3d)E(4s)E(3p)E(3s)CE(5s)E(4f)E(4s)E(3d)DE(5s)E(4s)E(4f)E(3d),AB,练习,1_,简称能量最低原理。_叫做基态原子,2、当基态原子的电子吸收能量后，电子会_，变成激发态原子。电子从较高能量的激发态跃迁到较低能量的激发态乃至基态时，将_能量。光（辐射）是电子_能量的重要形式之一。,原子的电子排布遵循构造原理能使整个原子的能量处于最低状态,处于最低能量的原子,跃迁到较高能级,释放,释放,四、能量最低原理、基
22、态与激发态、光谱,3、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的_光谱或_光谱，总称_光谱。许多元素是通过原子光谱发现的。在现代化学中，常利用原子光谱上的特征谱线来鉴定元素，称为_。,吸收,发射,原子,光谱分析,四、能量最低原理、基态与激发态、光谱,思考与交流,请分析当H原子处于激发态电子排布式为2P1时，其可形成 条发射光谱。,四、能量最低原理、基态与激发态、光谱,阅读与交流,1、什么是电子云？2、什么是原子轨道？,五、电子云与原子轨道,动画：原子结构模型,宏观物体的运动特征：,可以准确地测出它们在某一时刻所处的位置及运行的速度；可以描画它们的运动轨迹。,
23、微观物体的运动特征：,核外电子质量小，运动空间小，运动速率大。无确定的轨道，无法描述其运动轨迹。无法计算电子在某一刻所在的位置，只能指出其在核外空间某处出现的机会的多少。,核外电子运动的特征,五、电子云与原子轨道,核外电子运动状态的描述,电子云：描述核外电子运动特征的图象。电子云中的小黑点：并不是表示原子核外的一个电子,而是表示电子在此空间出现的机率。电子云密度大的地方说明电子出现的机会多，而电子云密度小的地方说明电子出现的机会少。,五、电子云与原子轨道,1.电子在原子核外空间一定范围内出现，可以想象为一团带负电的云雾笼罩在原子核周围，所以，人们形象地把它叫做“电子云”,2.原子轨道：电子云轮
24、廓图称为原子轨道,五、电子云与原子轨道,原子轨道与火车运行的轨道有何不同?,原子轨道是指一定能级上的电子,在核外空间运动的一个空间区域.火车的轨道则是火车运行的一个固定路线.,问题讨论,五、电子云与原子轨道,电子云轮廓图原子轨道,五、电子云与原子轨道,1s,1s 2s,1s 2s 3s,s能级的原子轨道图,s能级的原子轨道是球形对称的（原子核位于球心），能层序数n越大（电子能量越大，1s2s3s.），原子轨道半径越大。,五、电子云与原子轨道,P能级的原子轨道是哑铃形的,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。p电子原子轨道的平均半径随n增大而增大。在同一能层中 px
25、、py、pZ的能量相同。,P能级的原子轨道,五、电子云与原子轨道,P能级的原子轨道,p能级的3个原子轨道px,py,pZ合在一起的情形.,五、电子云与原子轨道,小结：原子轨道的特点,1.s原子轨道是球形的，p原子轨道是哑铃形的2.能层序数n越大，原子轨道的半径越大；3.不同能层的同种能级的原子轨道形状相似，只是半径不同；相同能层的同种能级的原子轨道形状相似，半径相同，能量相同，方向不同4.s能级只有一个原子轨道；p能级有3个原子轨道，互相垂直，可分别以px、py、pz表示，能量相等。如2px、2py、2pz轨道的能量相等。,五、电子云与原子轨道,各能级包含的原子轨道数：,五、电子云与原子轨道,
26、1、电子云中的小黑点的意义？2、S轨道和P轨道有何不同？3、电子在排布时必须遵循的规律？,并不是表示原子核外的一个电子,而是表示电子在此空间出现的机率,（1）s原子轨道是球形的，p原子轨道是哑铃形的（2）能层序数n越大，原子轨道的半径越大；（3）s能级只有一个原子轨道；p能级有3个原子轨道，互相垂直，可分别以Px、Py、Pz表示，能量相等。,(1)能量最低原理；(2)泡利原理；(3)洪特规则。,五、电子云与原子轨道,1.每个原子轨道里最多只能容纳2个电子，而且自旋方向相反（用“”表示）泡利原理2.当电子排布在同一能级的不同轨道时，总是优先单独占据一个轨道，而且自旋方向相同。洪特规则,六、泡利容
27、原理和洪特规则,从元素周期表中查出铜的外围电子排布，它是否符合构造原理。当一个能级上的电子填充达到全充满，半充满或全空时是一种稳定状态，使得体系的能量较低。这就是洪特规则的第二条。,思考与交流,六、泡利容原理和洪特规则,第二周期元素基态原子的电子排布图,第二周期元素基态原子的电子排布如下图所示（在图中每个方框代表一个原子轨道,每个箭头代表一个电子）：,由图总结：每个原子轨道里最多只能容纳几个电子？方向如何？当电子排布在同一能级时，又什么规律？,六、泡利容原理和洪特规则,原子的电子排布图：,Na电子排布式：1s22s22p63s1,Na原子的电子排布图：,六、泡利容原理和洪特规则,洪特规则,泡利
28、原理,能量最低原理,Fe原子的电子排布图：,六、泡利容原理和洪特规则,原子核外电子的排布所遵循的原理：,、能量最低原理 电子先占据能量低的轨道，再依次进入能量高的轨道,、泡利不相容原理 每个轨道最多容纳两个自旋状态不同的电子,、洪特规则 在能量相同的轨道上排布时，电子尽可能分占不同的轨道，且自旋状态相同,六、泡利容原理和洪特规则,分别用电子排布图、电子排布式表示出下列原子的核外电子排布：N、P、Cr、Cu、Fe,六、泡利容原理和洪特规则,例1、将下列能级按能量由高到低的顺序排列：1S、3P、2P、5d、4S、5f。,题型一、构造原理、能级的能量高低比较,练习：构造原理揭示的电子排布能级顺序，实
29、质是各能级能量高低。若以E表示某能级的能量，以下各式中正确的是（）AE(4s)E(3s)E(2s)E(1s)BE(3d)E(4s)E(3p)E(3s)CE(5s)E(4f)E(4s)E(3d)DE(5s)E(4s)E(4f)E(3d),AB,请你通过比较、归纳，分别说出3种不同化学用语所能反映的粒子结构信息。,结构示意图：能直观地反映核内的质子数和核外的电子层数及各能层上的电子数。电子排布式：能直观地反映核外电子的能层、能级和各能级上的电子数。轨道表示式：能反映各轨道的能量的高低及各轨道上的电子分布情况，自旋方向。,题型二、核外电子排布：电子排布式、电子排布图,例2：已知下列元素原子的外围电子
30、构型为：3S2、4S2、4S24P1、3S23P3、3d54S2。它们分别属于第几周期？第几族？最高化合价是多少？,题型三、外围电子构型,3S：第三周期，第A族。2价,4S：第四周期，第A族。2价,4S4P：第四周期，第A族。3价,3S3p：第三周期，第A族。5价,3d54S2：第四周期，第B族。7价,1、下列有关原子轨道的叙述中不正确的（）A.氢原子的2s轨道能量较3p能级低 B.锂原子的2s与5s 轨道皆为球形分布 C.p能级的原子轨道呈哑铃形，随着能层序数的增加，p能级原子轨道也在增多 D.能层n4的原子轨道最多可容纳16个电子,练习,CD,2、基态碳原子的最外能层的各能级中，电子排布的方式正确的是（）A B C D,C,练习,
