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1、专题2原子结构与元素性质第一单元原子核外电子的运动学习目标：1,进一步认识卢瑟福和玻尔的原子结构模型。2 .了解原子核外电子的运动特征。3 .了解原子轨道与电子填充顺序。4 .能用电子排布式表示136号元素原子的核外电子排布。5 .知道原子核外电子在一定条件下会发生跃迁，了解其简单应用。学科素养：L进一步丰富物质结构的知识，提高分析问题和解决问题的能力。6 .从科学家探索物质构成奥秘的史实中体会科学探究的过程和方法，增强学习化学的兴趣。自主梳理一、人类对原子结构的认识1 .英国物理学家提出了原子结构的，人们称他为2 .丹麦物理学家玻尔，提出了新的原子结构模型。原子核外电子在一系列稳定的轨道上运
2、动，这些轨道称为。核外电子在原子轨道上运动时，既不放出能量，也不吸收能量。不同的原子轨道具有的能量，原子轨道的能量变化是的。原子核外电子可以在能量不同的轨道上发生O3 .氢原子核外电子，当处于状态时，电子主要在周围球形区域运动，用小黑点的疏密来描述电子在空间出现的机会大小所得到的图形叫做O二、原子核外电子的运动特征1 .原子中由内向外的电子层数可取1、2、3、4、5等正整数，相应的电子层符号分别为、等。2 .量子力学研究表明，处于的原子核外电子，也可以在不同类型的上运动。用小写英文字母、表示不同形状的轨道。3 .s电子的原子轨道都是的，能层序数越大，原子轨道的半径op电子的原子轨道是的，每个p
3、能级有个原子轨道，它们相互o而且P电子原子轨道的平均半径也随增大而oas能级各有个轨道，即能级各有个轨道，d能级各有个轨道，能级各有个轨道。4 .原子核外电子还有一种称为“”的运动，常用和表示这两种不同的自旋状态。答案：一、L卢瑟福有核模型原子之父2 .(1)原子轨道不同不连续(3)跃迁3 .能量最低原子核原子核外电子云二、1.KLMNO2.同一电子层原子轨道spdf3.球形越大纺锤形3垂直增大1357 4.自旋向上箭头“t”向下箭头“I”三、核外电子排布遵循的原理1 .原子核外电子排布的轨道能量由低到高的顺序为2 .能量最低原理：原子核外电子先占据能量的轨道，然后依次进入能量的轨道，这样使整
4、个原子处于能量的状态。这一原理称为能量最低原理。3 .泡利不相容原理：原子中同种运动状态的电子只有,即在同一轨道上最多只能容纳自旋状态的个电子，这称为泡利不相容原理。4 .洪特规则：为了使体系的总能量最低，原子核外的电子在能量相同的各个轨道上排布时，总是尽可能以自旋的状态分占的轨道，这称为洪特规则。5 .洪特规则的补充规则能量相同的原子轨道在、和时，体系的能量较低，原子较稳定。能量相同的原子轨道：如P能级的3个轨道，d能级的5个轨道，f能级的7个轨道。相对稳定的状态翁赢嗡dd51I7按此规则,2Cr的电子排布式为A3s、3p4s、3d4p、5s、4d、5p6s、4f、5d6p7s、5f6d2.
5、低较高最低3.一个不同两4.相同不同5.全充满半充满全空四、表示原子核外电子排布的化学用语1.电子排布式：如Na；钙的电子排布式为，原子结构示意图为,电子式：。NalT7 pu ,小小 U2 .轨道表示式:用代表一个原子轨道,可用箭头表示一个电子这样的式子称为轨道表示式或电子排布图.如：Fl。Is2s23s3 .外围电子排布式：如氯原子外围电子排布式为,外围电子轨道表示式为O(+22882四、1.ls22s22p63s,ls22s22p63s23p64s23pCOO2r5UCCa3.3s3p重难点研习研习1人类对原子结构的认识问题探讨1 .电子云图中的一个小点表示一个电子吗？表示电子出现的位置
6、吗？2 .原子核外电子的运动是否遵循宏观物体所具有的运动规律？3 .电子在原子核外空间出现的机会是否有规律？4 .量子力学用什么模型描述核外电子的运动？1 .提示：都不是。电子云图中的一个小点并不代表一个电子，也不表示电子在此位置出现过一次，电子云图只用小点的疏密描述电子在原子核外空间出现机会的相对大小。2 .提示：不遵循。3 .提小：有规律。4 .提示：电子云。重点讲解1 .不同时期的原子结构模型时间或“代1803年1904年1911年1913年20世纪20年代中期原、f结构馍型OOG-锲型名称实心球原子模型“前萄干面包模型核式校型Qt子力学模型相关科学家道尔顿汤姆生卢瑟福玻尔薛定湾2 .卢
7、瑟福原子结构模型卢瑟福在粒子的散射实验基础上，提出了原子结构的有核模型。卢瑟福认为原子的质量主要集中于原子核上，电子在原子核外空间做高速运动。卢瑟福被称为“原子之父”。3 .玻尔原子结构模型玻尔在研究了氢原子光谱后，根据量子力学的观点，提出了新的原子结构模型。玻尔原子结构模型内容原子核外电子在一系列稳定的轨道上运动，这些轨道称为原子轨道。核外电子在原子轨道上运动时，既不放出能量，也不吸收能量。不同的原子轨道具有不同的能量，原子轨道的能量变化是不连续的。原子核外电子可以在能量不同的轨道上发生跃迁。4 .基态原子及电子云图基态原子：处于能量最低状态的原子。电子云图：用小点的疏密来描绘电子在原子核外
8、空间出现的机会的大小所得到的图形。用统计图示的方法来形象地描绘电子在产或*原f核外空间出现机会的大小所得到的W1J图形含义用小点代入电夕在核外空间区域出现的L机会用小点的嫉密描述电子在原子核外某区域出现机会的大小研习经典典例1关于电子云的叙述不正确的是（）A.电子云图是用小点的疏密程度来表示电子在空间出现概率大小的图形B.电子云图实际是电子运动形成的类似云一样的图形C.小点密集的地方电子在那里出现的概率大D.轨道不同，电子云的形状也不一样答案：B解析：用统计的方法描述电子在核外空间出现的概率大小的图形称为电子云图，通常用小点的疏密程度来表示电子在原子核外出现概率的大小。小点密集的地方，表示电子
9、在那里出现的概率大，小点稀疏的地方，表示电子在那里出现的概率小。举一反三1.下列说法正确的是（）A.氢原子光谱是元素的所有光谱中最简单的光谱之一B.“量子化”就是不连续的意思，微观粒子运动均有此特点C.玻尔理论不但成功解释了氢原子光谱，而且还能推广到其他原子光谱D.原子中电子在具有确定半径的原子轨道上像火车一样高速运转着答案：B解析：A项中氢原子光谱是元素的所有光谱中最简单的光谱。C项中玻尔理论成功地解释了氢原子光谱，但无法解释多电子原子的光谱。D项，原子中电子的运动没有确定半径的原子轨道，原子轨道是电子运动出现的“区域2 .如图原子结构模型中依次符合卢瑟福、道尔顿、汤姆生的观点的是（）A.B
10、.C.D.答案：B解析：卢瑟福提出了原子结构的核式模型；道尔顿认为原子是一个实心的球体；汤姆生发现了电子，并提出了原子结构的“葡萄干面包”模型。3 .原子结构模型是科学家根据自己的认识，对原子结构的形象描摹,一种原子模型代表了人类对原子认识的一个阶段。描述电子在原子核外空间的一定轨道上绕核做高速运动的原子模型是（）A.玻尔原子模型B.电子云模型C.汤姆生原子模型D.卢瑟福原子模型答案：A解析：玻尔原子模型认为原子中的电子在具有确定半径的圆周轨道上绕原子核运动。研习2原子核外电子的运动特征问题探讨如图所示，在多电子原子中，核外电子是分层运动的。1.多电子原子中，各电子的能量是否相同？2 .核外电
11、子共分为几个能层？它们的能量高低顺序是什么？3 .M电子层中有几个能级？分别用哪些符号来表示？各能级最多容纳的电子数是多少？4 .多电子原子中，同一电子层各能级的能量是否相同？若不相同，其能量高低顺序是什么？5 .第三电子层中，电子云形状呈纺锤形且沿P轴方向伸展的原子轨道如何表示？6 .第三电子层包含多少个原子轨道？7 .3d轨道与2p轨道能量高低关系如何？1 .提示：各电子的能量是不同的，有的电子能量低，有的电子能量高。2 .提示：核外电子按能量不同共分成7个能层，由内到外的排列序号分别为K、L、M、N、0、P、Q；其能量高低顺序为MK)TF(L)(M)VE(N)M0)MP)V(Q)。3 .
12、提示：M能层中共有3个能级；分别表示为3s、3p、3d；s能级最多容纳2个电子，p能级最多容纳6个电子，d能级最多容纳10个电子。4 .提示：不相同;E(ns)E(np)E(nd)f(2P)重点讲解1 .电子层与能级电子层：根据多电子原子的核外电子的能量差异，将核外电子分成不同的电子层，电子层用表示，值越大，能量越高。能级根据多电子原子中同一电子层电子的能量不同，将它们分成不同能级。能级用相应电子层的序数和字母s、p、d、f等组合在一起来表示,如电子层的能级按能量由低到高的顺序排列为s、卬、/2d、等。电子层、能级与其容纳的最多电子数之间的关系2 .电子层与能级中的四个数量关系任一电子层，能级
13、数=电子层序数，且总是从S能级开始。(2)以s、p、d、f排序的各能级最多可容纳的电子数依次为1、3、5、7的2倍。每一电子层中最多容纳的电子数是电子层序数的平方的2倍，即2/(代表电子层序数)。(4)不同电子层中相同能级所容纳的最多电子数相同。3 .电子层中各能级之间能量大小关系不同电子层中同一能级，电子层序数越大，能量越高。例如，Is2s3s,2p3p4p0同一电子层中，各能级之间的能量大小关系是7S7p7d7f,例如，第四电子层中4sV4pV4dV4f0不同电子层中的不同能级能量高低顺序：7S(7-2)f(7-l)dPZ电子层和形状相同的原子轨道的能量相等：如2p八2p八2d轨道的能量相
14、等。5 .自旋在同一原子轨道上运动的电子有两种不同的自旋状态。(2)表示方法：通常用“t”和“I”表示。重点讲解任何电子层均含有s能级，但不是任何电子层均含有任何能级。电子层序数等于该电子层所包含的能级数，如第四电子层有4个能级：4s、4p4d、4fo从第三电子层开始出现d能级，且3d能级的能量大于4s能级。研习经典典例2下列有关认识正确的是（）A.各电子层的能级数按K、L、M、N分别为1、2、3、4B.各电子层的能级都是从s能级开始至f能级结束C.各电子层含有的能级数为一1D.各电子层含有的电子数为2/答案：A解析：各电子层中的能级数等于其所处的电子层数，即当=1时，它只有一个S能级，当=2
15、时，含有两个能级分别为s、p能级，所以B、C都不正确；D选项中每个电子层最多能填充2/个电子，但不是一定含有2/Z个电子。典例3下列说法中正确的是（）A.因为P电子云是纺缠形的，所以P电子走纺缠形B.电子层数为3时，有3s、3p、3d、3f4个轨道C.氢原子中只有一个电子，故氢原子只有1个轨道D.原子轨道与电子云都是用来描述电子运动状态的答案：D解析：P电子云是纺锤形，是说电子出现频率高的区域的形状，而不是P电子的运动轨迹形状；电子层数为3时，共有9个轨道；氢原子中只有1个电子，填充在IS轨道上，但也存在其他空轨道。举一反三1.在对电子运动状态的描述中，确定一个“轨道”的方面包括（）电子层轨道
16、类型电子云的伸展方向电子的自旋状态A.B.C.D.答案：B解析：在对电子运动状态的描述中，确定一个“轨道”的方面包括：电子层、轨道类型、电子云的伸展方向三个方面；电子的自旋状态与电子运动轨道无关，描述的是电子自旋的方向。2.下列有关电子云和原子轨道的说法正确的是（）A.原子核外的电子像云雾一样笼罩在原子核周围，故称电子云B. s能级的原子轨道呈球形，处在该轨道上的电子只能在球壳内运动C.p轨道呈纺锤形，随着电子层数的增加，轨道数也在增多D.s、P电子原子轨道的平均半径随电子层的增大而增大答案：D解析：电子云表示电子出现的概率，电子云是用小黑点疏密来表示电子在原子核外空间出现概率大小的一种图形，
17、不代表电子的运动轨迹，故A错误；S能级的原子轨道呈球形，处在该轨道上的电子不只在球壳内运动，还在球壳外运动，只是在球壳外运动概率较小，故B错误；任何电子层的P轨道都有3个原子轨道，与电子层数无关，故C错误；s、P电子原子轨道的平均半径随电子层的增大而增大，故D正确。3 .下列说法中正确的是（）A.所有的电子在同一区域里运动B.在离原子核较近的区域内运动的电子能量较高，在离原子核较远的区域内运动的电子能量较低C.核外电子质量很小，在原子核外做高速运动D.同一原子中，4s、44d、4f所能容纳的电子数越来越多，各原子轨道的能量大小相等答案：C解析：在含有多个电子的原子里，电子分别在能量不同的区域内
18、运动,A错误；在多个电子的原子中，电子的能量是不相同的，在离原子核较近的区域内运动的电子能量较低，在离原子核较远的区域内运动的电子能量较高，B错误；同一原子中，4s、4p4d4f所能容纳的电子数越来越多，但同一电子层中，(4s)(4p)(4d)(4f),D错误。4 .为3的电子层中()A.只有s和p轨道B.只有s、P和d轨道C.只有S轨道D.有s、p、d和f轨道答案：B5 .下列有关电子云和原子轨道的说法正确的是()A.电子云图中，小点密集表示该处的电子多B.原子轨道表示原子核外电子运动的轨迹C. 3p轨道和2p轨道都呈纺锤形，3p轨道比2p轨道数目多D.多电子原子中电子离核的平均距离4s3s
19、2s答案：D解析：不管2p或3p或任何其他电子层的P轨道，总是3个互相垂直的轨道，所以C项错误；电子层序数越大，则它的各种轨道伸展程度就越大，即电子运动离核平均距离越远，D项正确。研习3核外电子排布遵循的原理问题探讨在多电子原子中，电子大多是按下图所示的轨道能量顺序进行填充：1 .在多电子原子中，电子进入原子轨道的先后应遵循的原理是什么？2 .多电子原子核外电子排布是否完全遵循电子层的顺序？3 .轨道的能量高低主要是由哪些因素决定的？4 .电子层与原子轨道类型、原子轨道数目有何关系？.同一原子轨道最多容纳的电子数是多少？其依据是什么？1.提示：能量最低原理。电子最先排布在能量低的轨道上，然后依
20、次排布在能量较高的轨道上。2 .提示：由题图可知，从第三电子层开始各轨道不完全遵循电子层顺序，产生了轨道能量交错排列。3 .提示：各轨道的能量由电子层序数和轨道类型共同决定，各轨道的能量高低顺序，可由下列公式得出：(刀-2)f(-1)d3s3p4s、3d、4p5s4d5p6s这一规律称为构造原理。3 .基态原子核外电子排布规律核外电子在原子轨道上的排布遵循的三个原理间的关系：在不违反泡利不相容原理的前提下，核外电子在各个原子轨道上的排布应使整个原子体系的能量最低。我们称原子的最低能量状态为原子的基态，能量高于基态的状态为激发态。4 .能级交错现象原子中的价电子在外层排布时存在原子轨道能级交错现
21、象。如E(4s)(3d)(4P),次5S)(4d)Ar3d104sl08 .提示：Al：3s23p1;S：3s23pMn：3d54s2o重点讲解（1）电子排布式和轨道表示式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。虽然电子排布是遵循能量最低原理的，但书写电子排布式时应按照电子层的顺序书写。如铁原子的电子排布式是ls22s22p63s23p63d64s2,而不写作ls22s22p63s23p4s23d6o主族元素的最外层电子就是外围电子。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。（4）简单离子是原子
22、得失一定数目电子后的产物。在表达阴、阳离子的核外电子排布情况时，务必注意离子与原子之间的电子数目的关系。电子排布式的书写元素符号；轨道符号；轨道顺序按电子层由里到外和S、p、d、f的顺序；电子个数（右上角标出）。注意电子排布式与外围电子排布式的区别。（6）轨道表示式的书写格式元素符号；轨道框（一个轨道一个框，能量相同的轨道连在一起）；电子自旋状态（用“t”表示）；轨道符号。p、d等如有空轨道也要画出。研习经典典例4以下电子排布式表示基态原子电子排布的是（）A. ls22s22p63s,3p3B. ls22s22p63s23p63d104s14p1C. ls22s22p63s23p63d24sl
23、D. ls22s22p63s23p63d104s24p1答案：D解析：基态原子核外电子排布应该是Is?2s22p63s23p2,A错误；基态原子核外电子排布应该是Is22s22p63s23p63d4s2,B错误；基态原子核外电子排布应该是ls22s22p63s23p63dl4s2,C错误；ls22s22d3s23d3（4s24p符合原子核外电子排布规律，D正确。举一反三1 .表示一个原子的M层上有10个电子，可以写成（）A.3s23p63d2B.2d10C.3s23p64s2D.3s23p33d5答案：A解析：M层为第三电子层，根据构造原理，spsd,原子核外电子大多按能级顺序填充，填满一个能
24、级再填一个新能级，M层上有10个电子时，M层的电子排布式为3s23p63d202 .下列表示式错误的是（）A. Mg”的轨道表示式：Is2s2pB. Na+的结构示意图：5）C.2r的外围电子排布式：3d54slD.C的电子排布式：ls22sl2p3答案：D解析：Mg?+含有10个核外电子，电子排布式为Is22s22p6,2p轨道表示式为 IS 2s,故A正确；钠离子核内有11个质子，核外有2个电子层，第一层上有2个电子、第二层上有8个电子，其结构示意图为J/,故B正确；原子序数为24,说明原子核外电子数为24,根据构造原理、洪特规则特例得到电子排布式为ls22s22p63s23p63d54s
25、1,外围电子排布式为3d54s1,故C正确；D项违反能量最低原理，C的电子排布式为Is?2s22p2,错误。3 .以下表示氢原子结构的化学用语中，对电子运动状态描述最详尽的是()AHeK(2)2C,ls2D,回Is答案：D解析：A项只能表示最外层电子数；B项只表示核外的电子分层排布情况；C项具体到各电子层的电子数；而D项包含了电子层数、能级数以及轨道内电子的自旋状态，故该项正确。4 .按要求填空。(1)0：(轨道表示式)。(2) Na：(轨道表示式)o(3) Ca元素基态原子电子排布式：o(4)基态硼原子的轨道表示式为,核外电子共有种运动状态，有个未成对电子，有对成对电子。答案：(DIs 2s
26、2pls22s22p63s23p64s2研习5基态与激发态、原子光谱问题探讨节H燃放的汗颜 六色的焰火夜空中的激光1.我们看到的灯光、霓虹灯光、激光、焰火都与什么有关？2 .什么是基态原子和激发态原子？3 .某些金属进行焰色反应产生不同火焰颜色的原因是什么？L提示：与原子核外电子发生跃迁释放的能量有关。4 .提示：处于最低能量状态的原子叫做基态原子。基态原子吸收能量,它的电子会跃迁到较高能级，变为激发态原子。5 .提示：某些金属原子的电子在高温火焰中，接受能量，使原子外层的电子从基态跃迁到激发态；处于激发态的电子是不稳定的，在极短的时间内便跃迁到基态或较低能级上，在跃迁过程中将产生发射光谱。重
27、点讲解1 .基态原子与激发态原子处于最低能量”基态原子原子一吸收能量释放能量卷土*激发态原子(电子跃迁到较高能级)2 .光谱与光谱分析光谱形成原因不同元素原子的电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原子的吸收光谱或发射光谱，总称原子光谱。光谱分析在现代化学中，常利用原子光谱上的特征谱线来鉴定元素的分析方法。3 .基态、激发态与光谱图示研习经典典例5电子由3d能级跃迁至4p能级时,可通过光谱仪直接摄取()A.电子的运动轨迹图像B.原子的吸收光谱C.电子体积大小的图像D.原子的发射光谱答案：B解析：能量(3d)V(4p),故电子由3d能级跃迁至4p能级时，要吸收能量，形成吸收
28、光谱。举一反三1.下列关于同一原子中的基态和激发态说法中，正确的是（）A.基态时的能量比激发态时低B.激发态时比较稳定C.由基态转化为激发态过程中放出能量D.电子仅在激发态跃迁到基态时才会产生原子光谱答案：解析：激发态时能量较高，较不稳定，A正确，B错误；电子从较低能量的基态跃迁到较高能量的激发态时，也会产生原子光谱，D不正确。2 .对充有覆气的霓虹灯管通电，灯管发出红色光。产生这一现象的主要原因是（）A.电子由激发态向基态跃迁时以光的形式释放能量B.电子由基态向激发态跃迁时吸收除红光以外的光线C.就原子获得电子后转变成能发出红光的物质D.在电流的作用下，筑原子与构成灯管的物质发生反应答案：A
29、解析：在电流作用下，基态氯原子的电子吸收能量跃迁到较高能级，变为激发态原子，这一过程要吸收能量，不会发出红色光；而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，将释放能量，从而产生红色光，故A项正确。课堂训练1.在物质结构研究的历史上，首先提出原子是一个实心球体的是（）A.汤姆生B.卢瑟福C.道尔顿D.玻尔答案：C解析：道尔顿在1803年提出原子是坚实的、不可再分的实心球。3 .人类对原子结构的认识经历了漫长过程，此间提出了多种原子模型，下列模型排序符合历史发展顺序的是（）A.B.C.D.答案：D解析：道尔顿最早提出实心球原子模型；1904年汤姆生提出了“葡萄干面包”模型；1911年
30、卢瑟福提出了原子的核式模型；1913年玻尔提出了电子分层排布的轨道模型，直至现代的量子力学模型，故选D04 .下面关于多电子原子核外电子的运动规律的叙述正确的是（）A.核外电子是分层运动的B.所有电子在同一区域里运动C.能量高的电子在离核近的区域运动D.能量低的电子在离核远的区域绕核旋转答案：A解析：电子在原子核外空间作高速运动，能量不同的电子通常在不同的区域运动，离核近，能量低。3.具有如下电子层结构的原子，其相应元素一定属于同一族的是（）A.3p轨道上有2个未成对电子的原子和4p轨道上有2个未成对电子的原子B.3p轨道上只有1个空轨道的原子和4p轨道上只有1个空轨道的原子C.最外层电子排布
31、式为/7S2的原子和最外层电子排布式为(+1)s2的原子D.最外层电子排布式为“S?的原子和最外层电子排布式为(+1)S2(+I)p6的原子答案：B4.下列说法正确的是()A.Fe的最外层电子排布式为3s23p63d5B.基态原子的能量一定比激发态原子的能量高EEEC.基态碳原子外围电子轨道表示式：2s2pD.基态多电子原子中，p轨道电子能量一定比s轨道电子能量高答案：A5.(1)金属铝质轻且有良好的防腐蚀性，在国防工业中有非常重要的作用。铝原子核外电子填充的原子轨道有种，有种不同运动状态的电子。基态铁原子有个未成对电子，三价铁离子的核外电子排布式为。答案：(1)513(2)4ls22s22p63s23p63d5
