原子结构教案.docx
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原子结构教案
第一章原子结构与性质
第一节原子结构
【学海导航】
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)<E(p)<E(d)<E(f)。
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()
ABCD
分析由构造原理可知E(4s)<E(3d),而选项A、B中E(3d)<E(4s)。
洪特规则指出:
“电子排布在同一能级的不同轨道时优单独占据一个轨道,且自旋方向相同”而选项A中未单独占据一个轨道,选项C中虽然单独占据一个轨道但自旋方向不相同。
根据泡利原理:
“1个原子轨道里最多可容纳2个自旋方向相反的电子”而选项B中的s轨道的自旋方向相同。
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
【习题精练】
1.下列说法中,不符合现代大爆炸宇宙学理论的是()
A.我们所在的宇宙诞生于一次大爆炸
B.恒星正在不断地合成自然界中没有的新元素
C.氢、氦等轻核元素是宇宙中天然元素之母
D.宇宙的所有原子中,最多的是氢元素的原子
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n—1
D.各能层含有的电子数为2n2
3.以下对核外电子运动状况的描述正确的是()
A.电子的运动与行星相似,围绕原子核在固定的轨道上高速旋转
B.能量低的电子只能在s轨道上运动,能量高的电子总是在f轨道上运动
C.能层序数越大,s原子轨道的半径越大
D.在同一能级上运动的电子,其运动状态肯定不同
4.下列图象中所发生的现象与电子的跃迁无关的是()
ABCD
5.按能量由低到高的顺序排列,正确的一组是()
A.1s、2p、3d、4sB.1s、2s、3s、2p
C.2s、2p、3s、3pD.4p、3d、4s、3p
6.当镁原子由1s22s22p63s2→1s22s22p63p2时,以下认识正确的是()
A.镁原子由基态转化成激发态,这一过程中吸收能量
B.镁原子由激发态转化成基态,这一过程中释放能量
C.转化后位于p能级上的两个电子处于同一轨道,且自旋方向相同
D.转化后镁原子与硅原子电子层结构相同,化学性质相似
7.若n=3,以下能级符号错误的是()
A.npB.nfC.ndD.ns
8.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
BCD
9.写出下列元素基态原子的电子排布式:
(1)N
(2)Ne
(3)S(4)Ca
(5)29Cu(6)32Ge
10.按照下列元素基态原子的电子排布特征判断元素,并回答问题。
A的原子中只有一个能层且只含1个电子;B的原子3p轨道上得到1个电子后不能再容纳外来电子;C的原子的2p轨道上有1个电子的自旋方向与其它电子的自旋方向相反;D的原子第三能层上有8个电子,第四能层上只有1个电子;E原子的外围电子排布为3s23p6。
(1)写出由A、B、C、D中的三种元素组成的化合物的化学式(至少写出5个):
;
(2)写出用上述元素组成的物质制得A的单质的化学方程式(至少写出2个):
、
;
(3)检验某溶液中是否含有D+的离子,可通过______________反应来实现;
检验某溶液中是否含有B—的离子,通常所用的试是_________和_______。
(4)写出E的元素符号___________,要证明太阳上是否含有E元素,可采用的方法是______________________。
11.思思同学在总结“构造原理、能量最低原理、泡利原理、洪特规则”后得出了:
“在同一原子里,没有运动状态完全相同的电子存在”的结论。
你认为此结论是否正确,请说明理由。
12.下表列出了核电荷数为21~25的元素的最高正化合价,回答下列问题:
元素名称
钪
钛
钒
铬
锰
元素符号
Sc
Ti
V
Cr
Mn
核电荷数
21
22
23
24
25
最高正价
+3
+4
+5
+6
+7
(1)写出下列元素基态原子的核外电子排布式:
Sc____________________________Ti_______________________________
V____________________________Mn______________________________
(2)已知基态铬原子的电子排布是1s22s22p63s23p63d54s1,并不符合构造原理。
人们常常会碰到客观事实与理论不相吻合的问题,当你遇到这样的问题时,你的态度是:
___
____________________________________________________________________________。
(3)对比上述五种元素原子的核外电子排布与元素的最高正化合价,你发现的规律
是_________________________________________________________________________;出现这一现象的原因是________________________________________________________。
第一节原子结构(导学)
习题精练
1.B2.A3.CD4.D5.C6.A7.B8.C
9.
(1)1s22s22p3
(2)1s22s22p6(3)1s22s22p63s23p4(4)1s22s22p63s23p64s2
(5)1s22s22p63s23p63d104s1(6)1s22s22p63s23p63d104s24p2
10.
(1)KOH、KClO、KClO3、HClO、HClO3等
(2)2H2O
2H2↑+O2↑2K+2H2O==2KOH+H2↑
(3)焰色AgNO3、稀HNO3
(4)Ar对太阳光进行光谱分析
11.正确。
因为不同能层、不同能级、不同轨道上的电子运动状态不同;在同一轨道上运动的两个电子,因自旋方向相反,其电子运动状态也不相同。
12.
(1)Sc:
1s22s22p63s23p63d14s2或[Ar]3d14s2Ti:
1s22s22p63s23p63d24s2或[Ar]3d24s2
V:
1s22s22p63s23p63d34s2或[Ar]3d34s2Mn:
1s22s22p63s23p63d14s23d54s2或[Ar]3d54s2
(2)尊重客观事实,注重理论适用范围,掌握特例……(3)五种元素的最高正化合价数值等于各元素基态原子的最高能层s电子和次高能层d电子数目之和;能量交错使得d电子也参与了化学反应。
课时2基态、激发态、光谱与能量最低原理
1.下列说法正确的是()
A.自然界中的所有原子都处于基态
B.同一原子处于激发态时的能量一定高于基态时的能量
C.无论原子种类是否相同,基态原子的能量总是低于激发态原子的能量
D.激发态原子的能量较高,极易失去电子,表现出较强的还原性
2.下列能级的能量大小比较,正确的是()
A.E(4s)>E(3d)B.E(6p)>E(5f)C.E(6s)<E(5p)D.E(4d)<E(5p)
3.对充有氖气的霓虹灯管通电,灯管发出红色光。
产生这一现象的主要原因()
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.氖原子获得电子后转变成发出红光的物质
D.在电流的作用下,氖原子与构成灯管的物质发生反应
4.与Ne核外电子排布相同的离子跟与Ar核外电子排布相同的离子形成的化合物是()
A.MgBr2B.Na2SC.KClD.KF
5.科学研究证明:
核外电子的能量不仅与电子所处的能层、能级有关,还与核外电子的数目及核电荷的数目有关。
氩原子与硫离子的核外电子排布相同,都是1s22s22p63s23p6。
下列说法正确的是()
A.两粒子的1s能级上电子的能量相同
B.两粒子的3p能级上的电子离核的距离相同
C.两粒子的电子发生跃迁时,产生的光谱不同
D.两粒子都达8电子稳定结构,化学性质相同
6.以下现象与核外电子的跃迁有关的是()
①霓虹灯发出有色光②棱镜分光③激光器产生激光④石油蒸馏⑤凸透镜聚光⑥燃放的焰火,在夜空中呈现五彩缤纷的礼花⑦日光灯通电发光⑧冷却结晶
A.①③⑥⑦ B.②④⑤⑧
C.①③⑤⑥⑦ D.①②③⑤⑥⑦
7.A原子的结构示意图为
。
则X、Y及该原子3p能级上的电子数分别为()
A.18、6、4B.20、8、6
C.18、8、6D.15~20、3~8、1~6
8.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
9.化下列学史中的事件,不符合科学是()
A.牛顿通过类比音阶提出光谱一词B.玻尔通过理论计算得出光谱谱线波长
C.普鲁特通过思辨性推测作出预言D.布朗通过实验观察的方法发现布朗运动
10.以下电子排布式表示基态原子电子排布的是()
A.1s22s22p63s13p3B.1s22s22p63s23p63d104s14p1
C.1s22s22p63s23p63d24s1D.1s22s22p63s23p63d104s24p1
11.对照元素周期表,填写下表:
元素
符号
核电荷数
基态原子的简
化电子排布式
周期表中的位置
周期表中的位置与外
围电子层排布的关系
周期
族
Na
周
期
数
等
于
电
子
层
数
Ca
Si
As
Cl
Ti
Cr
Mn
Cu
Zn
12.已知元素X、Y的核电荷数小于31,且能形成XY2型的化合物。
回答下列问题:
(1)若X、Y均为非金属元素,写出你所知道的XY2的化学式____________________、
______________________、____________________、_______________________等。
(2)若X原子的外围电子层排布为3d104s2,Y可能是____________元素或___________
元素(写元素符号)。
(3)若Y的阴离子与Ar有相同的电子层结构,则X的原子外围电子层排布构型有:
_____________________、_______________________、_____________________、
_____________________、_______________________、_____________________。
13.下图是锂、氦、汞的吸收光谱和发射光谱。
其中图_____________是原子由基态转化为激发态时的光谱,图____________是原子由激发态转化为基态时的光谱。
不同元素的原子光谱上的特征谱线不同,请在下图中用线段将同种元素的吸收光谱和发射光谱连接。
13.针对核电荷数为1~20的元素,有人说:
“元素的最高正化合价数值与元素原子的最外层电子数相等”。
这一说法是否适用于除稀有气体元素以外的所有元素?
请举例说明。
课时2能量最低原理、基态、激发态、光谱
1.B2.D3.A4.BD5.C6.A7.B8.B9.C10.D
11.
元素
符号
核电荷数
基态原子的简
化电子排布式
周期表中的位置
周期表中的位置与外
围电子层排布的关系
周期
族
11
[Ne]3s1
三
ⅠA
主族元素的族序数等于s能级与p能级电子数的和
20
[Ar]4s2
四
ⅡA
14
[Ne]3s23p2
三
ⅣA
33
[Ar]4s24p3
四
ⅤA
17
[Ne]3s23p5
三
ⅦA
22
[Ar]3d24s2
四
ⅣB
d电子数小于8时,副族元素的族序数等于ns能级与(n-1)d能级电子数的和
24
[Ar]3d54s1
四
ⅥB
25
[Ar]3d54s2
四
ⅦB
29
[Ar]3d104s1
四
ⅠB
(n-1)d能级上电子数等于10时,副族元素的族序数等于ns能级电子数
30
[Ar]3d104s2
四
ⅡB
12.
(1)CO2SO2SiO2CS2
(2)F、Cl(3)1s22s23s24s23d64s23d94s23d104s2
13.①③⑤ ②④⑥
14.以上说法只适用于主族元素,不适用于过渡元素。
如锰元素最外电子层上只有2个电子,而它的最高正化合价为+7价;铜元素最外电子层上只有1个电子,而铜的常见化合价却是+2价。
课时3电子云、原子轨道与泡利原理、洪特规则
1.图1和图2分别是1s电子的概率概率分布图和原子轨道图。
下列有关认识正确的是()
A.图1中的每个小黑点表示1个电子
B.图2表示1s电子只能在球体内出现
C.图2表明1s轨道呈圆形,有无数对称轴
D.图1中的小黑点表示某一时刻,电子在核外所处的位置
2.“各能级最多容纳的电子数,是该能级原子轨道数的二倍”,支撑这一结论的理论是()
A.构造原理B.泡利原理C.洪特规则D.能量最低原理
3.电子排布在同一能级时,总是()
A.优先单独占据不同轨道,且自旋方向相同
B.优先单独占据不同轨道,且自旋方向相反
C.自由配对,优先占据同一轨道,且自旋方向相同
D.自由配对,优先占据同一轨道,且自旋方向相反
4.基态原子的4s能级中只有1个电子的元素共有()
A.1种B.2种C.3种D.8种
5.下图中,能正确表示基态硅原子的是()
ABCD
6.人们常将在同一原子轨道上运动的,自旋方向相反的2个电子,称为“电子对”;将在同一原子轨道上运动的单个电子,称为“未成对电子”。
以下有关主族元素原子的“未成对电子”的说法,错误的是()
A.核外电子数为奇数的基态原子,其原子轨道中一定含有“未成对电子”
B.核外电子数为偶数的基态原子,其原子轨道中一定不含“未成对电子”
C.核外电子数为偶数的基态原子,其原子轨道中可能含有“未成对电子”
D.核外电子数为奇数的基态原子,其原子轨道中可能不含“未成对电子”
7.当碳原子的核外电子排布由
转变为
时,下列说法正确的是()
A.碳原子由基态变为激发态B.碳原子由激发态变为基态
C.碳原子要从外界环境中吸收能量D.碳原子要向外界环境释放能量
8.化合物YX2、ZX2中,X、Y、Z的核电荷数小于18;X原子最外能层的p能级中有一个轨道充填了2个电子,Y原子的最外层中p能级的电子数等于前一能层电子总数,且X和Y具有相同的电子层;Z与X在周期表中位于同一主族。
回答下列问题:
(1)X的电子排布式为,Y的轨道表示式为;
(2)ZX2的分子式是,YX2电子式是;
(3)Y与Z形成的化合物的分子式是_______,该化合物中化学键的种类是________。
9.下面是s能级p能级的原子轨道图,试回答问题:
⑴s电子的原子轨道呈形,每个s能级有个原子轨道;p电子的原子轨道呈形,每个p能级有个原子轨道。
⑵s电子原子轨道、p电子原子轨道的半径与什么因素有关?
是什么关系?
10.下图是N、O、F三种元素基态原子电子排布的轨道表示式(如有需要,可以利用本练习中出现过的信息)。
试回答下列问题:
⑴N、O、F形成氢化物的分子组成,与对应的三种元素基态原子内的电子排布有什么关系?
⑵在右边的方框内,画出C原子基态原子电子排布的轨道表示式。
⑶根据你发现的规律,对基态C原子形成CH4分子的微观过程提出合理的猜想。
11.以下是表示铁原子和铁离子的3种不同化学用语。
结构示意图
电子排布式
电子排布图(轨道表示式)
铁原子
1s22s22p63s23p63d64s2
铁离子
1s22s22p63s23p63d5
⑴铁原子最外层电子数为,铁在发生化学反应时,参加反应的电子可能是。
⑵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。
课时3电子云、原子轨道、泡利原理、洪特规则
1.D2.B3.A4.C5.A6.BD7.AC
8.
(1)1s22s22p4
(2)SO2
(3)CS2极性键
9.⑴球形1纺锤3⑵与能层序数n有关。
能层序数n越大,原子轨道的半径越大。
10.⑴1个氢化物分子中的H原子数目等于其对应的基态原子中的未成对电子数
⑵
⑶基态C原子有1个2s电子激发到p轨道,形成4个未成对电子。
11.⑴24s上的2个电子或4s上的2个电子和3d上的1个电子
⑵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