复习题多媒体教案及点评

化学：1.1《原子结构》教案（2）（共三课时）（人教版选修3）

第一节 原子结构(第1课时)

【复习】《必修2

》中学习的原子核外电子排布规律：

(1) 核外电子总是尽量先排布在能量较低的电子层，然后由里向外，依次排布在能量逐步升高的电子层(能量最低原理)。

(2) 原子核外各电子层最多容纳2n个电子。

(3) 原于最外层电子数目不能超过8个(K层为最外层时不能超过2个电子)；

次外层电子数目不能超过18个(K层为次外层时不能超过2个)；

倒数第三层电子数目不能超过32个。 在多电子原子里，处于不同电子层（能层）上的电子，能量不同。在同一能层的电子，能量是否都相同呢？这节课里，我们将要深入学习原子核外电子排布规律。

一、开天辟地——原子的诞生

1、原子结构理论发展

从古代希腊哲学家留基伯和德谟克利特的朴素原子说到现代量子力学模型，人类思想中的原子结构模型经过多次演变，给我们多方面的启迪。

2.原子的诞生：现代大爆炸宇宙学理论认为，我们所在的宇宙诞生于一次大爆炸。构成现今宇宙的所有物质在爆炸前聚集在一个密度极大、温度极高的原始核中。由于某种未明原因，宇宙的原始核发生了大爆炸，宇宙物质均匀地分布到整个宇宙空间。一开始，宇宙中只有中子，中子的半衰期是678±30 s。一个中子发生衰变将同时得到一个质子、一个电子和一个反中微子：后约两小时，诞生了大量的氢、少量的氦以及极少量的锂。其后，经过或长或短的发展过程，氢、氦等发生原子核的熔合反应，分期分批地合成其他元素。

2

【图1—1】宇宙大爆炸模拟图

二、能层与能级

1.能层：多电子原子的核外电子的能量是不同的，按电子的能量的差异，将核外电子分成不同的能层。

能 层 一 二 三 四 五 六 七……

符 号 K L M N O P Q……

最多电子数 2 8 18 32 50……

即每层所容纳的最多电子数是：2n(n：能层的序数) 2.能级：多电子原子中，同一能层的电子，能量也可能不同，还可以把它们分成能级。能级符号和所能容纳的最多电子数如下：

能 层

能 级

各能级最

多电子数

各能层最多电子数

【规律】

（1）每个能层中，能级符号的顺序是ns、np、nd、nf、ng……

（2）任一能层，能级数 == 能层序数

（3）s、p、d、f……可容纳的电子数依次是1、3、5、7、9……的两倍！

【学与问】

（1）原子核外电子的每一个能层最多可容纳的电子数与能层序数的关系：为2n。

（2）每个能层所具有的能级数与能层序数（n）的关系：能级数==能层的序数（n）。

（3）英文字母相同的不同能级中所容纳的最多电子数相同吗？答：相同。

三、构造原理：即电子所排布的能级顺序。是元素随原子序数的递增，绝大多数基态原子的核外电子的排布规律。（它是一个经验规律，是可以通过原子光谱确定的）

1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p 5s 4d 5p 6s 4f 5d 6p 7s……

22 K 1S 2 L 2S 2P 2 6 M 3S 3P 3d 2 6 10 N 4S 4P 4d 4f 2 6 10 14 O 5S 5P- - - - 2 6- - - - 2 8 18 32 50

【图1—2】构造原理

（基态原子核外电子排布的能级顺序）

※构造原理：是电子排入轨道的顺序，这是本章最重要的内容。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。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。因此，从第四能层开始，该能层的ns与np能级之间插入了(n-1)层的d能级，第六能层开始还插入（n-2）f，甚至如果第八周期有元素的话，第八能层开始还插入（n-3）g能级。其能量关系是：ns＜（n-3）g<（n-2）f （n-1）d ＜np。

【随堂练习】

1.根据构造原理，只要我们知道原子序数，就可以写出几乎所有元素原子的电子排布（叫

做电子排布式）。试写出1—36号元素基态原子的电子排布式。

1 氢 H 1s

3 鋰 Li 1S 2S……

11 钠 Na 1s2s2p3s

16 硫 S 1s2s2p 3s3p 19 钾 K 1s2s2p3s3p4s 21 鈧 Sc 1s2s2p3s3p3d4s 24 铬

Cr 1s2s2p3s3p3d4s

26 铁 Fe 1s2s2p3s3p3d4s

30 铜 Cu 1s2s2p3s3p3d4s

36 氪 Kr 1s2s2p3s3p3d4s4P

★有少数元素的基态原子的电子排布对于构造原理有一个电子的偏差，如：

22626102622626101226266222626512262612226261226242261211

铬 24Cr [Ar]3d4s （符合洪特规则）

铜

29Cu [Ar]3d4s （符合洪特规则）

2.写出17Cl（氯）、21Sc(钪)、35Br（溴）的电子排布及简化的电子排布式。

氯：1s2s2p3s3p [Ne] 3s3p

钪：1s2s2p3s3p3d4s22626102262612 226252510151[Ar] 3d4s

[Ar] 3d4s4p

1025 12溴：1s2s2p3s3p3d4s4p

25 3.画出下列原子的结构示意图：Be、N、Na、Ne、Mg 回答下列问题：

（1）在这些元素的原子中，最外层电子数大于次外层电子数的有 N、Ne ，最外层电子数与次外层电子数相等的有 Be ，

（2）最外层电子数与电子层数相等的有 Be ；L层电子数达到最多的有 Na、Ne、Mg，K层与M层电子数相等的有 Mg 。

4.下列符号代表一些能层或能级的能量，请将它们按能量由低到高的顺序排列：

（1）EK EN EL EM K L M N ，

（2）E3S E2S E4S E1S 1s 2s 3s 4s ，

（3）E3S E3d E2P E4s 2p

3s 4s 3d 。

5. A元素原子的M电子层比次外层少2个电子。B元素原子核外L层电子数比最外层多7个电子。

（1）A元素的元素符号是 S ，B元素的原子结构示意图为：

（2）A、B两元素形成化合物的化学式及名称分别是_Na2S_ 和

硫化钠 。

6.下列各原子或离子的电子排布式错误的是

（BD）

A． Al 1s2s2p3s3p B．O 1s2s2p

C． Na 1s2s2p D．Si 1s2s2p3s3p

7. 下列各原子的电子排布式中，是基态原子的电子排布式的是

（C）

A. 1s2s B. 1s2s2p C. 1s2s2p3s D. 1s2s2p3p

【思考与交流】

（1）从元素周期表中查处铜、银、金的外围电子排布。它们是否符合“构造原理”？

原子 外围电子排布

Cu 3d4s Ag 4d5s 1011011121122622261+22622624226212-226

Au 5d6s 结论：铜、银、金的外围电子排布不符合“构造原理”。

（2）电子排布式可以简化，如可以把钠的电子排布式写成 [Ne] 3s

，试问：上式方括号里的符号的意义是什么？请你仿照钠的简化电子排布式写出8号、14号、26号元素的简化电子排布式：

答：符号［Ne］表示Na的内层电子排布与稀有气体元素Ne的核外电子排布相同。 原子序数 元素符号 简化的电子排布式

8 O [He] 2s2p

14 Si [Ne] 3s3p 26 Fe [Ar] 3d4s 或［Ne］3s3p3d4s

第一节 原子结构(第2课时)

四、能量最低原理、基态、激发态、光谱

1. 能量最低原理：原子的电子排布遵循构造原理能使整个原子的能量处于最低状态，简称能量最低原理。

2.基态、激发态：

基 态：处于最低能量的原子叫做基态原子。

激发态：较高能量状态（相对基态而言）。当基态原子的电子吸收能量后，电子会跃迁到较高能级，变成激发态原子。

3.原子光谱：不同元素的原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的电子的吸收光谱或发射光谱，总称原子光谱。

★原子光谱的特征

①是一些线状光谱

②发射光谱是一些明亮的细线（电子由较高能量的激发态跃迁到较低能量的激发态乃至基态时释放能量），

③吸收光谱是一些暗线（电子由基态跃迁到激发态时吸收能量）。

④原子的发射谱线与吸收谱线位置精确重合。不同原子的光谱各不相同，氢原子光谱最为简单。其它原子光谱较为复杂。

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，称为光谱分析。

利用光谱分析可以发现新元素或利用特征谱线鉴定元素。

62266222241101

【图1—6】鋰、氦、汞的吸收光谱

【图1—5】鋰、氦、汞的发射光谱

【针对性训练】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 -（ B ）

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

（ D ）

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 ）

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- （ BD ）

A． MgBr2 B．Na2S C．KCl D．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1s2s2p3s3p。下列说法正确的是

-（ C ）

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- （ A ）

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．电子由3d能级跃迁至4p能级时，可通过光谱仪直接摄取 -（ B ）

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

8．化下列学史中的事件，不符合科学是

（ C ）

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

9．以下电子排布式表示基态原子电子排布的是

（ D ）

A．1s2s2p3s3p2262621 22613 22626 B．1s2s2p3s3p3d4s4p 22626102 122626101 1C．1s2s2p3s3p3d4s D．1s2s2p3s3p3d4s4p 10．对照元素周期表，填写下表： 元素

符号

Na Ca 核电基态原子的简

周期表中的位置

周期

3 4 族

IA ⅡA 周期表中的位置与外

围电子层排布的关系

主族元素的族序数等于s能级与p能级电子周

期

荷数

化电子排布式

11 20 [Ne] 3s

[Ar] 4s

21

Si As Cl Ti Cr Mn Cu 14 33 17 22 24 25 [Ne] 3s3p

[Ar] 3d4s4p

[Ne] 3s3p

[Ar] 3d4s

[Ar] 3d4s

[Ar] 3d4s

52512225102 3223 4 3 4 4 4 ⅣA ⅤA

数的和. 数

等

于

ⅦA d电子数小于8时，副族元素的族序数等于ⅣB ⅥB ⅦB 电

子

ns能级与(n-1)d能级层

电子数的和. 数

30 [Ar] 3d4s

[Ar] 3d4s

1021014 IB (n-1)d能级上电子数等于10时，副族元素Zn 29 4 ⅡB 的族序数等于ns能级电子数

11．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_CO2 、 SO2 、SiO2 、CS2

等。

（2）若X原子的外围电子层排布为3d4s，Y可能是__ F 、元素或 _Cl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：

解析：Y可能为 Cl或S，形成XY2

型化合物有：BeCl2、MgCl2、CaCl2、MnCl2、FeCl2、CuCl2、ZnCl2、NiCl2、CS2

∴X的外围电子排布构型有：2S

；3S8222 102：4S；3d4s

；3d4s

；3d4s

；3d4s；

225262101102 3d4s

；2s2p

12．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。

答：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，而铜的最高正价却是+2价。

2第一节 原子结构(第3课时)

五、电子云与原子轨道

1.电子运动的特征：①质量极小 ②运动空间极小 ③极高速运动。

因此，电子运动不能能像描述宏观运动物体那样，确定一定状态的核外电子在某个时刻处于原子核外空间如何，而只能用统计的观点来描述。只能确定它在原子核外各处出现的概率——用概率密度分布图（电子

云）来描述。

2.电子云：概率分布图看起来像一片云雾，因而被形象地称作电子云。

【图1—10】氢原子的基态电子（即1S电子）的概率分布图（电子云示意图）

3.原子轨道

（1）原子轨道的概念：常把电子出现的概率约为90%的空间圈出来，人们把这种电子云轮廓图成为原子轨道。

原子轨道图：

【图1—11】电子云轮廓图的制作过程

【图1—12】S能级的原子轨道图

【图1—13】P能级的原子轨道图

（2）原子轨道的形状及轨道半径:

① S电子的原子轨道：

★

形状：是球形的。每个S能级有1个原子轨道。

★

原子轨道半径与能层数：能层数 n越大——原子轨道半径越大。

如轨道半径：：1S < 2S < 3S- - - -。

② P电子的原子轨道：

★

形状：是纺锤形的。每个P能级有3个原子轨道,它们互相垂直，分别以

PX、PY、PZ表示。

★

原子轨道半径与能层数：能层数 n越大——P电子原子轨道的平均半径越大。

如轨道半径：2P < 3P < 4P < 5P- - - - 。

【科学探究】第二周期元素基态原子的电子排布如下图所示（图中每个方框代表一个原子轨道，每个箭头代表一个电子，“↑↓”表示电子的自旋方向相反）

③ d电子的原子轨道：形状为花瓣形，每个d能级有5个原子轨道,

【图1—4】第二周期元素基态原子的电子排布（轨道表示式）

由图1—4总结：

①

每个轨道最多只能容纳几个电子：一个轨道上最多只能容纳2个电子且自旋方向相反。

②

电子排布在同一能级时，有什么规律：电子在同一能级上排布时，总是优先单独占据不同的轨道而且自旋方向相同。

（3）原子轨道数与能级：

能 级 n S n P n d n f 轨 道 数 1 3 5 7

各能级最多容纳电子数

2

6

10

14 4.泡利原理和洪特规则

（1）泡利原理：一个原子轨道里最多只能容纳2个电子，而且自旋方向相反（用

“↑↓”表示），这个原理称为泡利原理。

（2）洪特规则：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，而且自旋方向相同，这个规则是洪特规则。

★

洪特规则的特例：对于同一个能级，当电子排布为全充满、半充满或全空时，是比较稳定的。

【例1】Cr 原子的电子排布：1s 2s 2p3s3p3d4s

【例2】Cu 原子的电子排布：1s2s2p3s3p3d4s

【疑难点拨】

1. 电子排布的式书写：一要遵循排布规律，二要注意书写规则。如铁原子的电子排布式许多人写成：1s2s2p3s3p4s3d或1s2s2p3s3p3d

前者不符合书写的规则，应当把3d写在4s的前面，而后者则不符合核外电子填入轨道的顺序，正确的答案应是：1s2s2p3s3p3d4s。

2．基态与激发态的区别，原子的核外电子排布符合能量最低原理等核外电子排布规律，处于能量最低状态的就是基态，不符合的排布规律的当然其能量也不处于最低态，这时原子的核外电子排布当然就不是基态而是激发态。如：C的核外电子排布如果是 1s2s2p就不是基态而是激发态。因为基态应该是1s2s2p。

【针对性训练】课时3 电子云、原子轨道与泡利原理、洪特规则 1. “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-（ B ） A．构造原理 B．泡利原理 C．洪特规则 D．能量最低原理

2.电子排布在同一能级时，总是

（A）

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

2132222262662。226262622626822626 101226 26 5 1

3.基态原子的4s能级中只有1个电子的元素共有- （ C ）

A．1种 B．2种 C．3种 D．8种

4.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

（ BD ）

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” 5.下面是s能级p能级的原子轨道图，试回答问题：

【图1—12】S能级的原子轨道图

【图1—13】P能级的原子轨道图

（1）s电子的原子轨道呈

球 形，每个s能级有 1 个原子轨道；p电子的原子轨道呈

纺锤

形，每个p能级有 3 个原子轨道。

（2）s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？

答：

与能层序数n有关。能层序数n越大，原子轨道的半径越大。

6.．根据N、O、F三种元素基态原子电子排布的轨道表示式回答下列问题：

（1） N、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？ 答：1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。

（2）画出C原子基态原子电子排布的轨道表示式：

（3）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。

答：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。所以1个碳原子能与4个氢原子配对成键，形成甲烷。

7.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

1s2s2p3s3p3d4s

2262662

铁离子

1s2s2p3s3p3d

226265

（1）铁原子最外层电子数为 2个

，铁在发生化学反应时，参加反应的电子可能是4s上的2个电子或4s上的2个电子和3d上的1个电子 。

（2）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。

①

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。

②

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。

③

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。