1、第一章原子结构与性质1911年，英国物理学家卢瑟福根据粒子散射实验提出了原子结构的行星模型。在这个模型里，电子像太阳系的行星围绕太阳转一样围绕着原子核旋转。但是根据经典电磁理论，这样的电子会发射出电磁辐射，损失能量，以至瞬间坍缩到原子核里。这与实际情况不符，卢瑟福无法解释这个矛盾。1912年，正在英国曼彻斯特大学工作的玻尔将一份被后人称作卢瑟福备忘录的论文提纲提交给他的导师卢瑟福。在这份提纲中，玻尔在行星模型的基础上引入了普朗克的量子概念，认为原子中的电子处在一系列分立的稳态上。回到丹麦后玻尔急于将这些思想整理成论文，可是进展不大。1913年2月4日前后的某一天，玻尔的同事汉森拜访他，提到了瑞
2、士数学教师巴尔末的工作以及巴尔末公式，玻尔顿时受到启发。后来他回忆道：“就在我看到巴尔末公式的那一瞬间，突然一切都清楚了，就像是七巧板游戏中的最后一块。”这件事被称为玻尔的“二月转变”。1913年7月、9月、11月，经由卢瑟福推荐，哲学杂志接连刊载了玻尔的三篇论文，标志着玻尔模型正式提出。这三篇论文成为物理学史上的经典，被称为玻尔模型的“三部曲”。各式各样的原子结构模型，哪些真正体现了原子内部的结构？原子核外的电子究竟是怎样排布的？这一章我们就来具体学习一下，在学习本章时应注意：1重视新、旧知识的密切联系。本章内容跟在初中化学课程和高中必修2中学习的原子结构与元素性质等知识都有密切的联系，在认
3、识物质世界的层次上呈螺旋式上升。本章的知识之间有着严密的逻辑关系。例如，在学习元素周期律和元素周期表时，要以本章的原子结构理论为指导，并紧密地联系以前学过的有关元素化合物的知识。2要注意概念之间的联系。运用类比方法，掌握概念的共性和差异性，理解概念的内涵和外延，以便顺利、深入地理解所学知识，并构建起以原子结构为核心的知识体系。3以辩证唯物主义的观点认识自然科学原理。坚持对立统一的观点，有利于学习原子结构的知识；运用量变质变原理，有利于正确、深刻地理解元素周期律及其实质。4注重科学思维。本章内容较抽象，理论性强。要学好本章内容，一定要充分发挥自身在学习过程中的主体作用，在探究的过程中学习新知识。
4、对那些复杂、抽象的问题，积极、主动地进行分析、归纳、判断、推理。认真阅读教材，充分利用教材中丰富多彩的栏目内容，将抽象的知识具体化，理解事实中蕴涵的理论和思想。第一节原子结构第一课时原子的诞生能层与能级构造原理学习目标1.通过对比知道原子核外电子的能层、能级分布及其与能量的关系。2通过了解原子结构的模型，了解原子结构的构造原理。3熟记基态原子核外电子在原子轨道上的排列顺序，能熟练画出136号元素基本原子的核外电子排布。4知道核外电子排布应遵循能量最低原理，理解基态、激发态和光谱间的关系。一、原子的诞生1.2宇宙的组成元素3地球上的元素元素二、能层与能级1分类依据根据多电子原子核外电子的能量差异
5、，将核外电子分成不同的能层。2能层的表示方法及各能层最多容纳的电子数3.分类依据根据多电子原子中同一能层电子能量的不同，将它们分成不同能级。4能级的表示方法及各能级最多容纳的电子数。三、构造原理1构造原理随着原子核电荷数的递增，绝大多数元素的原子核外电子的排布将遵循以下排布顺序：1s、2s、2p、3s、3p、4s、3d、4p、5s、4d、5p、6s、4f、5d、6p、7s、人们把它称为构造原理。如图：2电子排布式根据构造原理，只要知道原子序数(等于核电荷数)，就可以写出几乎所有元素原子的电子排布，这样的电子排布是基态原子的。用数字在能级符号右上角标明该能级上排布的电子数，这就是电子排布式，如N
6、a：1s22s22p63s1。说明：以Al原子为例，电子排布式中各符号、数字的意义分别为3原子的外围电子排布由于原子的内层电子不参与化学反应，只有最外层电子发生变化，故描述原子核外电子排布时，省去内层电子，仅写出可能参与反应的外围电子层的排布，即得到元素原子的外围电子排布式。例如，周期表中所表示的Fe：3d64s2；S：3s23p4。4简化电子排布式为了方便，常把内层已达稀有气体电子层结构的部分用稀有气体符号加括号表示。如K：，所以原子的电子排布式可表示为：Ar4s1，又如Na：Ne3s1，Fe：Ar3d64s2。四、能量最低原理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
7、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。2基态与激发态原子(1)基态：最低能量状态。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)。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)基态原子、激发态原子相互转化时与能量的关系：基态原子激发态原子。3光谱(1)光谱“光谱”一词最早是由伟大的物理学家牛顿提出的。不同元素的原子发生跃迁时会吸收或释放出不同的光，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，这些光谱统称为原子光谱。(2)光谱分析及其应用在现代化学中利用原子光谱上的特征谱线来鉴定元
8、素，称为光谱分析。在历史上，有许多种元素都是通过光谱分析来发现的，如在1859年德国科学家本生和基尔霍夫发明了光谱仪，摄取了当时已知元素的光谱图。1861年基尔霍夫利用光谱分析的方法发现了铷元素。再如稀有气体氦的原意是“太阳元素”，是1868年分析太阳光谱时发现的，最初人们以为它只存在于太阳，后来才在地球上发现。(3)基态、激发态与光谱的联系例如，电子可以从1s跃迁到2s、2p相反，电子从较高能量的激发态跃迁到较低能量的激发态乃至基态时，将释放能量。光(辐射)是电子释放能量的重要形式之一。知识点一 能层与能级的组成及能量关系1能层(1)在多电子原子中，核外电子是分层运动的，能量高的电子在离核远
9、的区域里运动，能量低的电子在离核近的区域里运动。这也说明多电子的原子中电子的能量是不同的。能量不同的电子在核外不同的区域内运动，这种不同的区域称为能层，即“电子层”(n)。例如：氯原子的结构示意图为，表示氯原子的17个电子分布在三个能量不同的能层上。(2)每一能层最多容纳的电子数为2n2。(3)离核越近的能层，能量越低。(4)能层的表示方法：2.能级(1)在多电子原子中，同一能层的电子，能量也可能不同。同一能层的电子在不同能量的能级上运动，能级分别用s、p、d、f表示。就好比能层是楼层，能级是楼梯的阶级。(2)在同一能层上不同能级的能量：nsnpndnf。任一能层的能级总是从s能级开始，且该能
10、层的能级数等于该能层序数。如第一能层只有一个能级(1s)，第二能层有两个能级(2s、2p)，第三能层有三个能级(3s、3p、3d)，第四能层有四个能级(4s、4p、4d、4f)。(3)s、p、d、f最多容纳的电子数依次为2、6、10、14。(4)能级的表示方法：能层能级各能级最多容纳的电子数能层最多容纳的电子数n1K1s22n2L2s2p268n3M3s3p3d261018n4N4s4p4d4f26101432n5O5s (5)在目前已知的元素的原子中，能层数最高到第七电子层，而能级的种类也只出现了s、p、d、f，产生这种现象的原因是能级的能量问题。(见构造原理)决定电子能量高低的因素有：能层
11、，能级符号相同时，能层数越高，电子能量越高；能级，在同一能层的不同能级中，s、p、d、f能级能量依次升高；在多电子原子中会发生能级交错现象。1.英文字母相同的不同能级中所能容纳的最多电子数是否相同？【点拨】相同。如所有s能级最多容纳21个电子，p能级最多容纳23个电子，d能级最多容纳25个电子，f能级最多容纳27个电子。2能级数与能层序数有什么关系？【点拨】任一能层的能级数等于该能层序数。3不同能级的能量有什么关系？【点拨】在每一个能层中，能级符号顺序为ns、np、nd、nf(n代表能层)，能量依次升高，即在第n层中，能级的能量顺序是E(ns)E(np)E(nd)E(nf)。不同能层，能级符号
12、相同，n越大，能量越高，如1s2s3s4s【例1】下列有关认识正确的是()A各能级可容纳的最多电子数按s、p、d、f的顺序依次为1、3、5、7的二倍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n1D各能层含有的电子数为2n2【提示】本题中的D选项是一个易错点，在电子排布时，从低能级开始填充，填满了低能级再填充较高能级，所以在填充时只能是最多能填充2n2个电子，如当某个能层是最外层时最多只能填充8个电子。【解析】各能层中的能级数等于其所处的能层数，即当n1时，它只有1s能级，当n2时，含有两个能级，分别为2s、2p能级，所以B、C都不正确；D中每个能层最多能填充2n2个电子，
13、但不是一定含有2n2个电子。【答案】A下列关于多电子原子核外电子排布的说法正确的是(D)A各能层含有的能级数等于能层序数减去1B同是s能级，在不同的能层中最多所能容纳的电子数是不相同的C原子核外电子的每一个能层最多可容纳的电子数为n2DM能层中含有3d能级解析：各能层中所含有的能级数等于其能层序数，A项错误；s能级不管是在哪一能层上最多所容纳的电子数都为2个，B项错误；每个能层上最多容纳的电子数为2n2，C项错误；第一能层中，只含1s能级，第二能层中，只含2s、2p两个能级，第三能层(M层)中，含有3s、3p、3d三个能级，D项正确。知识点二 构造原理1构造原理设想从氢原子开始，随着原子核电荷
14、数的递增，原子核每增加一个质子，原子核外便增加一个电子，这个电子大多是按下图所示的能级顺序填充的，填满一个能级再填一个新能级。这种规律称为构造原理。有关构造原理的说明：(1)核外电子首先是以能量高低顺序进入轨道。(2)各能级的能量由能层序数和能级类型共同决定，各能级的能量高低顺序，可由下列公式得到：ns(n2)f(n1)dE(4s)、E(4d)E(5s)、E(5d)E(6s)、E(6d)E(7s)、E(4f)E(5p)、E(4f)E(6s)等。原因是电子之间存在着斥力，从而减弱了原子核对外层电子的吸引力，致使能级出现交错现象。3各能级的能量高低顺序(1)EnsE(n1)sE(n2)s(2)En
15、pE(n1)pE(n2)p(3)EndE(n1)dE(n2)d(4)EnfE(n1)fE(n2)f(5)能级交错：EnsE(n2)fE(n1)dE(n1)s。当ns和np充满时(共4个轨道，最多容纳8个电子)，多余电子不是填入nd，而是首先形成新电子层，填入(n1)s轨道中，因此最外层电子数不可能超过8个。同理可以解释为什么次外层电子数不超过18个。若最外层是第n层，次外层就是第(n1)层。由于E(n1)fE(n1)sEnp，在第(n1)层出现前，次外层只有(n1)s、(n1)p、(n1)d上有电子，这三个亚层共有9个轨道，最多可容纳18个电子，因此次外层电子数不超过18个。例如，原子最外层是
16、第五层，次外层就是第四层，由于E4fE6sE5p，当第六层出现之前，次外层(第四层)只有在4s,4p和4d轨道上有电子，这三个亚层共有9个轨道，最多可容纳18个电子，也就是次外层不超过18个电子。【例2】构造原理揭示的电子排布能级顺序实质是各能级能量高低。若以E(nl)表示某能级的能量，以下各式中正确的是()AE(5s)E(4f)E(4s)E(3d)BE(3d)E(4s)E(3p)E(3s)CE(4s)E(3s)E(2s)E(4s)E(4f)E(3d)【提示】当比较不同能层、不同能级的能量高低时，要注意能级交错现象。【解析】根据构造原理，各能级能量的大小顺序：1s2s2p3s3p4s3d4pE
17、(5s)E(3d)E(4s)；对于不同能层的相同能级，能层序数越大，能量越高。【答案】B比较下列能级的能量大小关系(填“”“”或“”)：(1)2s4s；(2)3p4s；(4)4d5d；(5)2p3s；(6)4d5f。解析：由构造原理可知：同一能层的能级能量高低顺序为：nsnpndE(n1)s，这样n3，np充满时(共3个轨道，最多容纳6个电子)，多余电子不是填入nd轨道中，而是首先形成新电子层，填入(n1)s轨道中，因此最外层电子数不可能超过8个。同理，若最外层是第n层，次外层就是第(n1)层。根据构造原理E(n1)fE(n1)sEnpE(n1)d，在第(n1)层出现前，次外层只有(n1)s、
18、(n1)p、(n1)d上有电子，共9个轨道，最多可容纳18个电子。因此，次外层电子数不超过18个，例如当原子最外层是第五层时，次外层就是第四层，由于E4fE6sE5pE4d，在第六层出现前，次外层(第四层)只在4s、4p、4d共9个轨道上有电子，最多可容纳18个电子。【例3】下列各原子或离子的电子排布式错误的是()ANa1s22s22p6BF1s22s22p5CCl1s22s22p63s23p5 DAr1s22s22p63s23p6【提示】书写电子排布式时，可用解决问题程序化思想。即可先写出原子或离子的结构示意图，然后按每个能层中的能级是按s、p、d、f的顺序排列，各能级上的电子数标在能级符号
19、的右上角。【解析】本题考查的是构造原理及各能级最多容纳的电子数。s能级最多容纳2个电子，p能级有3个轨道，最多可容纳6个电子，电子总是从能量低的电子层或原子轨道开始排列，Cl应是Cl原子得到一个电子形成的稳定结构，所以Cl的电子排布式应为1s22s22p63s23p6。【答案】C写出下列原子的电子排布式：(1)11Na1s22s22p63s1；(2)16S1s22s22p63s23p4；(3)34Se1s22s22p63s23p63d104s24p4；(4)20Ca1s22s22p63s23p64s2；(5)26Fe1s22s22p63s23p63d64s2；(6)30Zn1s22s22p63
20、s23p63d104s2。解析：根据原子核外电子排布所遵循的原理书写原子的电子排布式，同时应注意从3d能级开始出现“能级交错”现象。1下列各能层不包含d能级的是(D)AO能层 BN能层CM能层 DK能层解析：多电子原子中，同一能层的电子可分为不同的能级，K层只有s能级，L层有s、p能级，从M层开始有d能级。2下列叙述正确的是(B)A能级就是电子层B每个能层最多可容纳的电子数是2n2C同一能层中的不同能级的能量高低相同D不同能层中的s能级的能量高低相同解析：能级应该是电子亚层，能层才是电子层；同一能层中的不同能级的能量的高低顺序是E(ns)E(np)E(nd)E(nf)不同能层，能级符号相同，n
21、越大，能量越高，如E(1s)E(2s)E(3s)E(4s)3下列电子排布式中，原子处于激发态的是(B)A1s22s22p4 B1s22s22p43s1C1s22s22p63s23p63d54s1 D1s22s22p63s23p6解析：原子处于激发态时，低能量的轨道未填满就进入高能量的轨道。44p轨道填充一半的元素，其原子序数是(B)A15 B33C35 D51解析：4p轨道填充一半的元素，其电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p3，原子序数为33。5主族元素原子失去最外层电子形成阳离子，主族元素原子得到电子填充在最外层形成阴离子。下列各原子或离子的电子排布式错误的是(B)
22、ACa21s22s22p63s23p6BO21s22s23p4CFe1s22s22p63s23p63d64s2DFe21s22s22p63s23p63d6解析：氧原子的电子排布式为1s22s22p4，因此O2的电子排布式为1s22s22p6，则B错。原子失去电子形成离子时，应先失去最外层上的电子。Fe的电子式为：1s22s22p63s23p63d64s2，铁元素生成Fe2时，应先失去4s上的电子，故Fe2的电子排布式为1s22s22p63s23p63d6。故选B。6以下能级符号表述正确的是(B)5s1d2f1p2d3f4f5d3p6sA BC D解析：每一个能层都有s能级，从第二能层开始出现p
23、能级，从第三能层开始出现d能级，从第四能层开始出现f能级。综上所述，B项正确。7硅原子的电子排布式由1s22s22p63s23p2转变为1s22s22p63s13p3，下列有关该过程的说法正确的是(A)A硅原子由基态转化为激发态，这一过程吸收能量B硅原子由激发态转化为基态，这一过程释放能量C硅原子处于激发态时的能量低于基态时的能量D转化后硅原子与基态磷原子的电子层结构相同，化学性质相似解析：硅原子由基态转化为激发态，这一过程吸收能量，则其处于激发态时的能量高于基态时的能量，故A项正确，B、C项错误；转化后硅原子与基态磷原子的电子层结构不相同，因为基态磷原子的最外层电子排布式为3s23p3，化学
24、性质也不相同，D项错误。8(1)某元素的原子序数为33，则此元素原子的电子总数是33；有4个电子层，8个能级；它的电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p3。(2)写出S、Ca2、Cl的电子排布式。S：1s22s22p63s23p4；Ca2：1s22s22p63s23p6；Cl：1s22s22p63s23p6。(3)某原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s2。该元素原子中共有25个电子；该元素原子核外有4个能层；该元素原子M能层共有13个电子。解析：核电荷数原子序数核外电子数，故此原子的核外电子数为33个；依据构造原理，能量由低到高的顺序为E(4s)E(
25、3d)E(4p)，则此元素的电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p3。(3)从电子排布式看，各能级的电子数之和为25，该原子最高能级为4s能级，故有4个能层，M层电子排布为3s23p63d5，故该能层电子数为13。9有几种元素的粒子核外电子排布式为1s22s22p63s23p6，其中：某粒子一般不与其他元素的原子反应，这种粒子的符号是Ar；某粒子的盐溶液能使溴水褪色，并出现浑浊，这种粒子的符号是S2；某粒子氧化性很弱，但得到电子后还原性很强，且对应原子只有一个单电子，这种粒子的符号是K；某粒子还原性虽弱，但失去电子后氧化性很强，且这种元素的原子得到一个电子即达到稳定结构，这种粒子的符号是Cl。解析：符合题述核外电子排布式的粒子中，很难发生化学反应的应为稀有气体Ar；能使溴水褪色，应为还原性较强的S2，发生反应S2Br2=S2Br；氧化性很弱，得电子后还原性很强，应为K；原子得一个电子即达到稳定结构，该粒子应为Cl。
