1、成才之路 化學(xué),路漫漫其修遠(yuǎn)兮 吾將上下而求索,人教版 選修,原子結(jié)構(gòu)與性質(zhì),第一章,第一節(jié) 原子結(jié)構(gòu),第一章,第2課時(shí) 能量最低原理 泡利原理 洪特規(guī)則,霓虹燈為什么能夠發(fā)出五顏六色的光 霓虹燈之所以能夠發(fā)出五顏六色的光，其原因與氫原子光譜形成的原因基本相同。對(duì)霓虹燈而言，燈管中裝載的氣體不同，在高電壓的激發(fā)下發(fā)出的光的顏色就不同。例如，氖燈的燈管中充入的氣體是氖氣，通電后在電場作用下，放電管里的氖原子中的電子吸收能量后躍遷到能量較高的軌道，但處在能量較高軌道上的電子會(huì)很快地以光的形式輻射能量而躍遷回能量較低的軌道，所發(fā)出的光的波長恰好位于可見光區(qū)域中的紅色波段，所以我們看到的是紅色光。類似

2、地，在通電后氬氣發(fā)藍(lán)色光，氦氣發(fā)粉紅色光，水銀蒸氣發(fā)藍(lán)色光，等等。,一、基態(tài)與激發(fā)態(tài)、光譜 1能量最低原理 現(xiàn)代物質(zhì)結(jié)構(gòu)理論證實(shí)，原子中的電子排布遵循_能使整個(gè)原子的能量處于_狀態(tài)，簡稱能量最低原理。 2基態(tài)原子與激發(fā)態(tài)原子,構(gòu)造原理,最低,最低能量,吸收,釋放,能量,較高,3光譜與光譜分析 (1)原子光譜：不同元素的原子發(fā)生躍遷時(shí)會(huì)吸收或釋放不同的光，可以用光譜儀攝取各種元素的電子_光譜或_光譜，總稱原子光譜。 (2)光譜分析：現(xiàn)代化學(xué)中，常利用原子光譜上的_來鑒定元素，稱為光譜分析。,吸收,發(fā)射,特征譜線,二、電子云與原子軌道 1電子云 (1)概念：電子云是處于一定空間運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的電子在原子

3、核外空間的_分布的形象化描述。小黑點(diǎn)越密，表示概率密度_。由于核外電子的概率密度分布看起來像一片云霧，因而被形象地稱為_。,概率密度,越大,電子云,(2)電子云的形狀： s電子云呈_形 p電子云呈_形,球,啞鈴,2原子軌道 (1)原子軌道：通常把電子云輪廓圖中電子出現(xiàn)的概率約為_的空間圈出來，這種電子云輪廓圖稱為原子軌道。每一個(gè)原子軌道表示電子在原子核外的_空間運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。 (2)能級(jí)與原子軌道數(shù)目關(guān)系,90%,一個(gè),1,3,5,7,2,相反,“”,單獨(dú)占據(jù),相同,3電子排布圖：用方框表示原子軌道，用不同方向的箭頭表示自旋狀態(tài)不同的電子的式子。 如氮原子的電子排布圖是_。,答案：(1) (2)

4、(3) (4) (5),答案：B 解析：處于最低能量的原子稱為基態(tài)原子。電子由較低能級(jí)向較高能級(jí)躍遷，叫激發(fā)。激發(fā)態(tài)原子的能量只是比原來基態(tài)原子的能量高。如果電子僅在內(nèi)層激發(fā)，電子未獲得足夠的能量，不會(huì)失去。,答案：C 解析：根據(jù)構(gòu)造原理寫出來的原子處于基態(tài)。當(dāng)基態(tài)原子的電子吸收能量后，電子會(huì)躍遷到較高能級(jí)，變成激發(fā)態(tài)原子。A項(xiàng)，電子從2s能級(jí)躍遷到2p能級(jí)，屬于激發(fā)態(tài)；B項(xiàng)屬于基態(tài)；C項(xiàng)，電子從3s能級(jí)躍遷3d能級(jí)，屬于激發(fā)態(tài)，D項(xiàng)，電子從3s能級(jí)躍遷到3p能級(jí)，屬于激發(fā)態(tài)。,答案：C 解析：A和B兩項(xiàng)都是電子排布式，C和D兩項(xiàng)都是電子排布圖，其中C項(xiàng)違背了洪特規(guī)則。,答案：D,解析：電子云

5、是對(duì)電子運(yùn)動(dòng)的形象化描述，它僅表示電子在某一區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)的概率，并非原子核真被電子云霧所包圍，故選項(xiàng)A錯(cuò)誤；原子軌道是電子出現(xiàn)的概率約為90%的空間輪廓，它表明電子在這一區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)的機(jī)會(huì)大，在此區(qū)域外出現(xiàn)的機(jī)會(huì)少，故選項(xiàng)B錯(cuò)誤；無論能層序數(shù)n怎樣變化，每個(gè)p能級(jí)都是3個(gè)原子軌道且相互垂直，故選項(xiàng)C錯(cuò)誤；由于按1p、2p、3p的順序，電子的能量依次增大，電子在離核更遠(yuǎn)的區(qū)域出現(xiàn)的概率逐漸增大，電子云越來越向更大的空間擴(kuò)展、原子軌道的平均半徑逐漸增大。,解析：ns能級(jí)各有1個(gè)軌道，np能級(jí)各有3個(gè)軌道，s電子的原子軌道都是球形的，p電子的原子軌道都是啞鈴形的，每個(gè)p能級(jí)有3個(gè)原子軌道，它們相互垂直，

6、分別以px、py、pz表示。,1.能量最低原理：原子核外電子總是優(yōu)先占有能量低的軌道，然后依次進(jìn)入能量高的軌道，這樣使整個(gè)原子處于能量最低的狀態(tài)。 這個(gè)原則是比較抽象的，如果我們打個(gè)這樣的比方就可以理解了，也易于記憶了。把地球比作原子核，把能力高的大雁、老鷹等鳥比作能量高的電子，把能力低的麻雀、小燕子等鳥比作能量低的電子。能力高的鳥常在離地面較高的天空飛翔，能力低的鳥常在離地面很低的地方活動(dòng)。,核外電子排布遵循的規(guī)律,解析：據(jù)洪特規(guī)則，電子在能量相同的各個(gè)軌道上排布時(shí)盡可能分占不同的原子軌道，且自旋狀態(tài)相同，故(1)選B，(4)選A；據(jù)能量最低原理，核外電子先占有能量低的軌道，再占有能量高的軌

7、道，(2)中由于s軌道能量低于p軌道，故選A；(3)中A：d5為半充滿狀態(tài)，為相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)，B不是，所以選A。 答案：(1)B (2)A (3)A (4)A,1.電子排布式 (1)定義：用核外電子分布的原子軌道(能級(jí))及各原子軌道(能級(jí))上的電子數(shù)來表示電子排布的式子。如1s22s22p4、1s22s22p63s23p63d64s2分別是O、Fe原子的電子排布式。 以鋁原子為例，電子排布式中各符號(hào)、數(shù)字的意義為：,描述核外電子排布的化學(xué)用語,(2)簡化的電子排布式 電子排布式中的內(nèi)層電子排布可用相應(yīng)的稀有氣體的元素符號(hào)加方括號(hào)來表示，以簡化電子排布式。以稀有氣體的元素符號(hào)外加方括號(hào)表示的部分

8、稱為“原子實(shí)”。如鈣的電子排布式為1s22s22p63s23p64s2，其簡化的電子排布式可以表示為Ar4s2。,(3)外圍電子排布式 在原子的核外電子排布式中，省去“原子實(shí)”后剩下的部分稱為外圍電子排布式，也叫價(jià)電子排布。如氯、銅原子的電子排布式分別為1s22s22p63s23p5、1s22s22p63s23p63d104s1，用“原子實(shí)”的形式分別表示為Ne3s23p5、Ar3d104s1，其外圍電子排布式分別為3s23p5、3d104s1。,提示：雖然電子排布是遵循構(gòu)造原理的，但書寫時(shí)應(yīng)按照電子層的順序排列。如鐵原子的電子排布式是1s22s22p63s23p63d64s2，而不宜寫作1s

9、22s22p63s23p64s23d6。 主族元素的最外層電子就是外圍電子，又稱價(jià)電子。過渡元素的外圍電子一般包括最外層的s電子和次外層的d電子，有的還包括倒數(shù)第三層的f電子。 元素周期表中呈現(xiàn)的電子排布是各元素原子的外圍電子排布。,電子排布式和電子排布圖反映的是基態(tài)原子即處于最低能量狀態(tài)的原子的電子排布情況。它們相互關(guān)聯(lián)，可以非常方便地相互轉(zhuǎn)換。,3原子結(jié)構(gòu)示意圖 原子結(jié)構(gòu)示意圖是表示原子的核電荷數(shù)和核外電子在原子核外各電子層排布的圖示。 4電子式 在化學(xué)反應(yīng)中，一般是原子的最外層電子數(shù)目發(fā)生變化。為了簡便起見，化學(xué)中常在元素符號(hào)周圍用小黑點(diǎn)“”或小叉“”來表示元素原子的最外層電子，相應(yīng)的式

10、子叫做電子式。如鈉原子的電子式為Na(或Na)。,(1)A為_(寫出元素符號(hào)，下同)，電子排布式是_。 (2)B為_，簡化電子排布式是_。 (3)C為_，價(jià)電子排布式是_。 (4)D為_，電子排布圖是_。 (5)E為_，原子結(jié)構(gòu)示意圖是_。 解析：由題意可知，A為Si，B為Na，C為P，則D為N，E為Fe。這五種元素電子排布式分別為 A1s22s22p63s23p2，B：1s22s22p63s1，C.1s22s22p63s23p3，D.1s22s22p3，E.1s22s22p63s23p63d64s2。由電子排布式可寫出答案。,解析：Br是35號(hào)元素，位于第四周期第A族，核外電子排布式為1s2

11、2s22p63s23p63d104s24p5，其簡化電子排布式為Ar3d104s24p5。,名師培優(yōu) 易混概念的比較 1電子層、次外層、最外層、最內(nèi)層、內(nèi)層 在推斷題中經(jīng)常出現(xiàn)與層數(shù)有關(guān)的概念，理解這些概念是正確做推斷題的關(guān)鍵。為了研究方便，人們形象地把原子核外電子的運(yùn)動(dòng)看成分層運(yùn)動(dòng)，在原子結(jié)構(gòu)示意圖中，按能量高低將核外電子分為不同的能層，并用符號(hào)K、L、M、N、O、P、Q表示相應(yīng)的層，統(tǒng)稱為電子層。一個(gè)原子在基態(tài)時(shí)，電子所占據(jù)的電子層數(shù)等于該元素在周期表中所處的周期數(shù)。,2基態(tài)、激發(fā)態(tài) 處于最低能量的原子叫基態(tài)原子?；鶓B(tài)原子的核外電子排布遵循泡利原理、洪特規(guī)則、能量最低原理。當(dāng)基態(tài)原子吸收能

12、量后，電子會(huì)躍遷到較高能級(jí)，變成激發(fā)態(tài)原子。 3價(jià)電子、最外層電子、外圍電子 價(jià)電子指原子參加化學(xué)反應(yīng)時(shí)形成化合價(jià)的電子；最外層電子指能量最高的電子層上的電子，對(duì)于主族元素，最外層電子數(shù)等于價(jià)電子數(shù)；對(duì)于副族元素，部分能量高的次外層電子參與成鍵，即次外層部分電子與最外層電子統(tǒng)稱為外圍電子，即價(jià)電子。例如，鋁原子的簡化電子排布式為Ne3s23p1，最外層電子數(shù)和價(jià)電子數(shù)都是3。,4能層、能級(jí)、軌道 電子層即為能層，同一能層中按能量高低分為不同的能級(jí)(如s、p、d)，同一能級(jí)中若有多個(gè)軌道，其能量相同。例如，鎳(Ni)原子的電子排布式為1s22s22p63s23p63d84s2，其中1、2、3、4

13、稱為能層，2s、2p表明第2能層上有2個(gè)能級(jí)，即鎳原子核外電子排布有4個(gè)能層，7個(gè)能級(jí)(1s、2s、2p、3s、3p、3d、4s)。軌道：s、p、d、f所含軌道數(shù)分別為1、3、5、7，如1s、2s、3s、4s能級(jí)的能量不同，但是軌道數(shù)相同。電子進(jìn)入能級(jí)的順序是(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項(xiàng)違背了3d能級(jí)半充滿時(shí)為穩(wěn)定狀態(tài)，C項(xiàng)違背了3d能級(jí)全充滿時(shí)為穩(wěn)定狀態(tài)，D項(xiàng)違背了能量最低原理。故選A。,解析：A項(xiàng)表示碳原子的軌道表示式，正確；B項(xiàng)不符合洪特規(guī)則；C項(xiàng)，正確的Cr原子的價(jià)電子

14、排布式為3d54s1；Fe2是鐵原子失去最外層2個(gè)電子形成的，其電子排布式是1s22s22p63s23p63d6。,答案：D 解析：電子云是處于一定空間運(yùn)動(dòng)狀態(tài)(即原子軌道)的電子在原子核外空間的概率分布的形象化描述，所以正確，錯(cuò)誤；s、p軌道的電子云分別為球形和啞鈴形，錯(cuò)誤而正確；電子云伸展方向不同的3個(gè)p軌道、5個(gè)d軌道、7個(gè)f軌道的能量是彼此相同，正確。,答案：A 解析：霓虹燈之所以能發(fā)光，是因?yàn)殡娮游漳芰亢筌S遷到能量較高的軌道，能量較高軌道上的電子會(huì)很快以光的形式輻射能量而躍遷回能量較低的軌道。,答案：C 解析：不同能級(jí)的原子軌道形狀可以相同，如1s、2s能級(jí)的原子軌道都是球形，只是

15、半徑不同，A錯(cuò)?，F(xiàn)在的技術(shù)無法測(cè)定電子在原子核外的運(yùn)動(dòng)軌跡，原子軌道只是體現(xiàn)電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，B、D錯(cuò)。任何能層的p能級(jí)都有3個(gè)p軌道，C正確。,答案：C 解析：根據(jù)洪特規(guī)則可知，能量相同的原子軌道在全充滿、半滿時(shí)，體系能量較低，原子較穩(wěn)定。,解析：p軌道有3個(gè)原子軌道，最多可以容納6個(gè)電子，根據(jù)電子排布的泡利不相容原理和洪特規(guī)則，當(dāng)p軌道上有2個(gè)電子或4個(gè)電子時(shí)，p軌道上有2個(gè)未成對(duì)電子，所以可能是A族元素，也可能是A族元素，故A不符合題意；p軌道上有1個(gè)空軌道，說明另外兩個(gè)軌道各容納了1個(gè)電子，加上s軌道上的2個(gè)電子，最外層是4個(gè)電子，屬于A族元素，故B符合題意；最外層電子排布式為1s2和2

16、s22p6的原子，二者都是稀有氣體元素，但不屬于主族元素，故C錯(cuò)誤；最外層電子排布式為1s2的原子為He，位于0族，而最外層電子排布為2s2的原子是Be，屬于A族元素，故D錯(cuò)誤。,(5)E元素基態(tài)原子中沒有未成對(duì)電子，E的外圍電子排布式是_。,玻爾與愛因斯坦的爭論 玻爾的原子結(jié)構(gòu)模型是成功和缺陷并存。對(duì)這一點(diǎn)，玻爾自己也有清醒的認(rèn)識(shí)。在1922年獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)時(shí)，他還在頒獎(jiǎng)儀式上謙遜而坦率地指出：“原子理論還處于非常初級(jí)的階段，還有很多根本性的問題尚待解決?！闭腔谄鋺T有的明智和對(duì)科學(xué)的追求，玻爾于1921年在哥本哈根大學(xué)建立了理論物理研究所。這個(gè)研究所吸引了眾多優(yōu)秀科學(xué)家如海森伯、泡利、狄拉克等前來進(jìn)行工作，并且很快成為至今仍被人們贊頌的、以玻爾為首的“哥本哈根學(xué)派”。,哥本哈根學(xué)派提出了粒子波的統(tǒng)計(jì)解釋、測(cè)不準(zhǔn)原理和互補(bǔ)原理。這個(gè)學(xué)派所建立的量子世界的突出特點(diǎn)是將連續(xù)軌跡代之以不連續(xù)的量子躍遷，以概率決定論取代嚴(yán)格決定論，突現(xiàn)量子現(xiàn)象的整體性以及伴隨而來的主客體分界的模糊性。但由此也引起了許多爭論。其中，發(fā)生在愛因斯坦與玻爾