高中化学第一节 原子结构多媒体教学ppt课件

这是一份高中化学第一节 原子结构多媒体教学ppt课件，共41页。PPT课件主要包含了电子自旋，填多少，泡利原理，原子核外电子的排布，电子对，单电子，洪特规则，怎么填，洪特规则特例，能量最低原理等内容，欢迎下载使用。

一、基态原子的核外电子排布原则
电子除空间运动状态外，还有一种状态叫做自旋。
（2）两种取向及表示方法：
电子自旋可以比喻成地球的自转。
电子自旋在空间有顺时针和逆时针两种取向。
常用方向相反的箭头“↑”和“↓”表示自旋状态相反的电子。
注：①自旋是微观粒子普遍存在的一种如同电荷、质量一样的内在属性。
②能层、能级、原子轨道和自旋状态四个方面共同决定电子的运动状态，电子能量与能层、能级有关，电子运动的空间范围与原子轨道有关
③一个原子中不可能存在运动状态完全相同的2个电子
在一个原子轨道里,最多只能容纳2个电子,且它们的自旋相反。这个原理被称为泡利原理（也称泡利不相容原理）。如2s2的电子排布图为 ,不能表示为 。
(1)轨道表示式又称电子排布图,是表述电子排布的一种图式,如氢原子、氧原子的基态原子的轨道表示式分别为: 其中方框(也可用圆圈)表示原子轨道,能量相同的原子轨道(简并轨道)的方框相连.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。将每一个原子轨道用一个方框表示,在方框内标明基态原子核外电子分布的式子称为电子排布图。
3.电子排布的轨道表示式-----电子排布的另一种方式
(2)箭头表示一种自旋状态的电子,“↑↓”称电子对,“↑”或“↓”称单电子(或称未成对电子)。如基态氧原子有2个未成对电子。 (3)箭头同向的单电子称自旋平行,如基态氧原子有2个自旋平行的2p电子。 (4)通常应在方框下方或上方标记能级符号。有时画出的能级上下错落,以表达能量高低不同。 
同一个原子轨道中，自旋方向相反的一对电子
一个原子轨道中只有一个电子，即未成对电子
以铝原子为例，说明轨道表示式中各部分的含义：
铝原子外层成对电子对的数目为6,有一个单电子。
第二周期元素原子的电子排布图（即轨道表示式）
基态原子中,填入简并轨道(能量相同的原子轨道)的电子总是先单独分占,且自旋平行（自旋方向相同）,称为洪特规则。它不仅适用于基态原子,也适用于基态离子。
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，而且自旋状态相同。
C ：1s2 2s22p2
洪特规则是针对电子填入简并轨道而言的, 并不适用于电子填入能量不同的轨道。
如2p3的电子排布图为 ,不能表示为 。
有少数元素的基态原子的电子排布对于构造原理有1个电子的偏差。因为能量相同的原子轨道在全充满、半充满、 全空状态时，体系的能量较低，原子较稳定。
全充满：p6、d10、f14
半充满:p3、d5、f7
全空:p0、d0、f0
洪特规则特例：全空、半充满、全充满时相对稳定
当原子轨道为全空、半充满或全充满时，这些状态下总的电子云的分布是空间对称的，原子体系的能量低，原子的电子排布最稳定。 对基态原子的电子进行排布时，首先确定核外电子数目，再由构造原理从1s能级开始排布，每个轨道只能排布2个自旋方向相反的电子，当最后排布的能级中出现能量相同的轨道时，最后几个电子的排布要符合洪特规则，遇到24号、29号等特殊情况的元素，要考虑半充满、全充满等因素，使整个原子体系的能量最低。
练习：写出 24Cr 29Cu 电子排布式
29Cu 1s22s22p63s23p63d104s1
24Cr 1s22s22p63s23p63d54s1
当轨道被电子半充满或全充满或全空时最稳定，即p3、d5、f7半充满和p6、d10、f14全充满稳定。
在构建基态原子时，电子将尽可能占据能量最低的原子轨道,使整个原子的能量最低,这就是能量最低原理。
多电子原子在基态时原子核外电子优先占有能量最低的轨道，然后依次进入能量高的轨道，这样使整个原子处于能量最低的状态。整个原子的能量有核电荷数、电子数和电子状态三个因素共同决定.
能级的能量高低顺序如构造原理所示(对于1～36号元素来说，应重点掌握和记忆“1s→2s→2p→3s→3p→4s→3d→4p”这一顺序)。
例1 写出5、6、7、8、9号元素的核外电子排布式。并记住各主族元素最外层电子排布式的特点(成对电子对的数目、未成对电子数和它占据的轨道)。
[答案] B:1s22s22p1　成对电子对的数目:2　未成对电子数:1　未成对电子占据的轨道:2pC:1s22s22p2　成对电子对的数目:2　未成对电子数:2　未成对电子占据的轨道:2pN:1s22s22p3　成对电子对的数目:2　未成对电子数:3　未成对电子占据的轨道:2pO:1s22s22p4　成对电子对的数目:3　未成对电子数:2　未成对电子占据的轨道:2pF:1s22s22p5　成对电子对的数目:4　未成对电子数:1　未成对电子占据的轨道:2p
例2 下列叙述正确的是(　　)A.[Ar]3d64s2是基态铁原子的电子排布B.铬原子的电子排布式:1s22s22p63s23p64s13d5C.铜原子的外围电子排布式是3d94s2D.氮原子的电子排布图是
[解析] B项,书写电子排布式,不能按填充顺序书写,而应按照能层从左到右书写;C项,d轨道应是全充满时稳定;D项违反了洪特规则。
(1)核外电子排布所遵循的规律①能量最低原理:电子将尽可能地占据能量最低的原子轨道,使整个原子的能量最低。②泡利原理:在一个原子轨道里,最多只能容纳2个电子且自旋相反。③洪特规则:基态原子中,填入简并轨道的电子总是先单独分占且自旋平行。
基态原子核外电子排布的规则
(2)构造原理中的“能级交错”现象。从构造原理示意图可以看出,从第三能层就会出现能级交错现象,这是因为3d能级的能量高于4s能级。按能量最低原理,电子在进入核外电子层时,不是排完3p就排3d,而是先排4s,排完4s才排3d。由于能级交错,在次外层未达最大容量之前,已出现了最外层,而且最外层未达最大容量时,又进行次外层电子的填充,所以原子最外层和次外层电子数常常达不到最大容量。
(3)洪特规则特例。有少数元素基态原子的电子排布对于排布原则有1个电子的偏差。因为能量相同的原子轨道在全充满(如p6和d10)、半充满(p3和d5)和全空(p0和d0)状态时,体系能量较低,原子较稳定。如:Cr1s22s22p63s23p63d44s2(错误);实际为1s22s22p63s23p63d54s1Cu1s22s22p63s23p63d94s2(错误);实际为1s22s22p63s23p63d104s1
原子的电子式、原子结构示意图、核外电子排布式、电子排布图（轨道表示式）
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。
能直观地反映核外电子的能层、能级和各能级上的电子数。
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。
原子核外电子排布的表示方法
S：1s22s22p63s23p4
基态原子核外电子排布的表示方法
原子核外电子排布遵循的原理和规则
原子核外电子排布的表示式
电子排布式、价电子排布式
全满、半满、全空相对稳定
1～36号元素核外电子排布的特殊性(1)最外层只有1个未成对电子的元素：ⅠA族(ns1：H、Li、Na、K)，ⅢA族(ns2np1：B、Al、Ga)，ⅦA族(ns2np5：F、Cl、Br)及Cr(3d54s1)、Cu(3d104s1)；最外层有2个未成对电子的元素：ⅣA族(ns2np2：C、Si、Ge)，ⅥA族(ns2np4：O、S、Se)；最外层有3个未成对电子的元素：ⅤA族(ns2np3：N、P、As)。(2)核外电子排布中，未成对电子数最多的元素：Cr(3d54s1，共有6个未成对电子)。
2.下列离子中d轨道达半充满状态的是(　　)　　　　　　　　　　　　　　　　　　A.Cr3+B.Cu+C.C3+D.Fe3+
[解析] Cr3+的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d3,d轨道不是半充满状态,故A错误;Cu+的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d10,d轨道处于全满状态,故B错误;C3+的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d6,d轨道不是半充满状态,故C错误;Fe3+的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d5,d轨道达半充满状态,故D正确。
3.氧离子中电子的运动状态有(　　)A.3种B.8种C.10种D.12种
[解析] 氧离子核外电子排布为1s22s22p6,原(离)子核外没有两个运动状态完全相同的电子,有几个电子就有几种运动状态,氧离子核外有10个电子,所以有10种不同运动状态的电子。
4.下列有关碳原子的电子排布图中,能量最低的是(　　)D.
[解析] 根据洪特规则,原子的核外电子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,这样整个原子的能量最低。A中2p轨道上两个电子占据在同一个轨道上,B、C中两个轨道上电子的自旋状态相反,均违背洪特规则,只有D中的排布符合洪特规则,能量最低。
5.下列有关原子核外电子的能量与运动状态的说法正确的是(　　)A.在同一原子中,2p、3p、4p……能级的电子轨道数依次增多B.在同一能级上运动的电子,其能量一定相同C.在同一能级上运动的电子,其运动状态有可能相同D.在同一原子中,1s、2s、3s、4s……能级的原子轨道的平均半径相同
[解析] 在同一原子中,任一能层的p能级都有三个互相垂直的原子轨道,A项错误;决定电子能量的是能层和能级,也就是说,处于同一能层相同能级上的电子,即使处在不同的原子轨道上,其能量也是相同的,B项正确;
6.下列关于硅原子的核外电子排布表示方法中,错误的是(　　)A.1s22s22p63s23p2 B.[Ne]3s23p2C. D.
[解析] A、B两项是电子排布式,C、D两项是电子排布图,其中C项违背了洪特规则,故错误。
7.下列原子的价电子轨道表示式正确的是(　　)
8.(1)写出砷的元素符号　　　　,原子中所有电子占据　　　　　个能级,共占有　　　　个轨道,核外共有　　　　个不同运动状态的电子。 (2)写出元素Ni的名称　　　　,该元素在周期表的位置为第　　　　周期,第　　　　族。 (3)第四周期基态原子中未成对电子数最多的元素是　　　　,该元素基态原子的价电子轨道表示式为　　　　　　　　。 (4)第三电子层上有　　　　个能级,作为内层最多可容纳　　　　个电子,作为最外层时,最多可含有　　　　个未成对电子。 
解析:(1)砷的元素符号为As,是第33号元素,核外有33个不同运动状态的电子,其核外电子排布为1s22s22p63s23p63d104s24p3,电子占据8个能级,共占有18个原子轨道。(2)镍的元素符号为Ni,在周期表中的第四周期第Ⅷ族。(3)第四周期元素中,外围电子排布为ndxnsy,且能级处于半满稳定状态时含有的未成对电子数最多,即外围电子排布为3d54s1的元素铬含有的未成对电子数最多,其基态原子的价电子轨道表示式为 。(4)第三电子层有3s、3p、3d三个不同的能级,由于每个电子层最多容纳2n2个电子,故当第三电子层作为内层时,最多可容纳18个电子,作为最外层时,当3p能级中填充3个电子时未成对电子最多,即最多有3个未成对电子。
9.(1)以下列出的是一些原子的2p能级和3d能级中电子排布的情况。试判断,哪些违反了泡利原理?　　　,哪些违反了洪特规则?　　　　。 
[解析] 同一轨道中不应有自旋状态相同的电子,③违反了泡利原理;②中单电子自旋状态应相同,④中5个电子应分占5个轨道,⑥中单电子自旋状态应相同,所以②④⑥违反了洪特规则。
(2)某元素的激发态(不稳定状态)原子的电子排布式为1s22s22p63s13p33d2,则该元素基态原子的电子排布式为　　　　　　　　;其最高价氧化物对应水化物的化学式是　　　　。 (3)将下列多电子原子的原子轨道按轨道能量由低到高顺序排列。①2s　②3d　③4s　④3s　⑤4p　⑥3p轨道能量由低到高排列顺序是　 　　　　　(填序号)。 
1s22s22p63s23p4　
[解析] (2)3p能量小于3d,激发态为1s22s22p63s13p33d2,基态应为1s22s22p63s23p4。此原子核外电子数为16,其质子数也为16,该元素为硫元素,其最高价氧化物对应水化物的化学式是H2SO4。
11.(1)元素Mn与O中,基态原子核外未成对电子数较多的是　　　。 (2)基态Ge原子有　　个未成对电子。 (3)镍元素基态原子的3d能级上的未成对电子数为　　。 (4)基态Fe原子有　　个未成对电子。 (5)基态K原子中,核外电子占据最高能层的符号是　　,占据该能层电子的电子云轮廓图形状为　　　 。 (6)Cu的价层电子排布图为　　　　　　　　　　。 
规律总结 1~36号元素中原子核外电子排布的特殊性。(1)最外层只有一个未成对电子的元素:①第ⅠA族(ns1:H、Li、Na、K),②第ⅢA族(ns2np1:B、Al、Ga),③第ⅦA族(ns2np5:F、Cl、Br),④Cr(3d54s1)和Cu(3d104s1)。(2)最外层有2个未成对电子的元素:①第ⅣA族(ns2np2:C、Si、Ge),②第ⅥA族(ns2np4:O、S、Se)。(3)最外层有3个未成对电子的元素:第ⅤA族(ns2np3:N、P、As)。(4)3d能级半充满的元素:Cr3d54s1;Mn3d54s2。