高二化学教案 原子结构与性质教案

一、能层与能级

对多电子原子的核外电子,按能量的差异将其分成不同的能层(n);各能层最多容纳的电子数为2n2。对于同一能层里能量不同的电子,将其分成不同的能级(l);能级类型的种类数与能层数相对应;同一能层里,能级的能量按s、p、d、f的顺序升高,即E(s)

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见下表:

能   层(n) 一 二 三 四 五 六 七

符     号 K L M N O P Q

能   级(l) 1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s 4p 4d 4f 5s … ……

最    多

电 子 数 2 2 6 2 6 10 2 6 10 14 2 … ……

2 8 18 32 …… 2n2

二、电子云与原子轨道

1.电子云:电子在原子核外出现的概率密度分布。电子云是核外电子运动状态的形象化描述。

2.原子轨道:不同能级上的电子出现概率约为90%的电子云空间轮廓图。s电子的原子轨道呈球形对称,ns能级各有1个原子轨道;p电子的原子轨道呈纺锤形,np能级各有3个原子轨道,相互垂直(用px、py、pz表示);nd能级各有5个原子轨道;nf能级各有7个原子轨道。

三、核外电子排布规律

1.构造原理:绝大多数基态原子核外电子的排布都遵循下列顺序:

1s、2s、2p、3s、3p、4s、3d、4p、5s、4d、5p、6s、4f……

构造原理揭示了原子核外电子的能级分布。从中可以看出,不同能层的能级有交错现象,如E(3d)>E(4s)、E(4d)>E(5s)、E(5d)>E(6s)、E(6d)>E(7s)、E(4f)>E(5p)、E(4f)>E(6s)等。

构造原理是书写基态原子电子排布式的依据,也是绘制基态原子电子排布图(即轨道表示式)的主要依据之一。

2.能量最低原理:原子核外电子遵循构造原理排布时,原子的能量处于最低状态。即在基态原子里,电子优先排布在能量最低的能级里,然后排布在能量逐渐升高的能级里。

3.泡利原理:每个原子轨道里最多只能容纳2个自旋方向相反的电子。

4.洪特规则:电子排布在同一能级的各个轨道时,优先占据不同的轨道,且自旋方向相同。

四、基态、激发态、光谱

1.基态:最低能量状态。如处于最低能量状态的原子称为基态原子。

2.激发态:较高能量状态(相对基态而言)。如基态原子的电子吸收能量后,电子跃迁至较高能级成为激发态原子。

3.光谱:不同元素的原子发生跃迁时会吸收(基态→激发态)和放出(基态→激发态)能量,产生不同的光谱--原子光谱(吸收光谱和发射光谱)。利用光谱分析可以发现新元素或利用特征谱线鉴定元素。

【例题解析】

例1  下列有关电子云和原子轨道的说法正确的是(   )

A.原子核外的电子象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能级的原子轨道呈纺锤形,随着能层的增加,p能级原子轨道也在增多

D.与s电子原子轨道相同,p电子原子轨道的平均半径随能层的增大而增大

分析  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内出现的概率,并非原子核真被电子云雾所包裹,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,电子的能量依次增高,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。

答案  D

例2  已知锰的核电荷数为25,以下是一些同学绘制的基态锰原子核外电子的轨道表示式(即电子排布图),其中最能准确表示基态锰原子核外电子运动状态的是(   )

A                  B                    C                   D

分析  由构造原理可知E(4s)

答案  D

例3  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

分析  根据核外电子排布规律,该元素基态原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p64d15s2。由此可见:该元素原子中共有39个电子,分5个电子层,其中M能层上有18个电子,最外层上有2个电子。

答案  B