高中化学第1章原子结构与性质第1节原子结构第2课时能量最低原理电子云与原子轨道学业分层测评新人教版选
能量最低原理
电子云与原子轨道
(建议用时：45分钟)
[学业达标]
1．图中所发生的现象与电子的跃迁无关的是( )
【解析】燃放烟火、霓虹灯、燃烧蜡烛等获得的光能都是电子跃迁时能量以光的形式释放出来导致的，而平面镜成像则是光线反射的结果。
【答案】 D
2．X、Y、Z三种元素的原子，其最外层电子排布分别为n s1、3s23p1和2s22p4，由这三种元素组成的化合物的化学式可能是( )
A．X2YZ3B．X2YZ2
C．XYZ2D．XYZ3
【解析】最外层电子排布为3s23p1和2s22p4的元素分别是Al和O，它们的化合价分别为＋3、－2。最外层电子排布为n s1的元素化合价为＋1，根据化合价代数和为0知C项符合题意。
【答案】 C
3．图1和图2分别是1s电子的概率密度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
【解析】电子云图中的一个小黑点只表示电子曾经在此出现过一次，A错误；图2所示只是电子在该区域出现的几率大，在此之外也能出现，不过几率很小，B错误；1s轨道在空间呈球形而不是圆形，C错误。
【答案】 D
4．p轨道电子云形状正确叙述为( )
A．球形对称
B．对顶双球
C．极大值在x、y、z轴上的哑铃形
D．互相垂直的梅花瓣形
【解析】p轨道的电子云形状为
【答案】 C
5．下列各能级中轨道数最多的是( )
A．7s B．6p
C．5d D．4f
【解析】s轨道是球形对称的，p轨道有3种伸展方向，而d轨道有5种伸展方向，f 轨道有7种伸展方向。因此7s、6p、5d、4f的原子轨道数分别为1、3、5、7。
【答案】 D
6．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。其中违反了泡利原理的是( )
【解析】泡利原理是指在一个原子轨道中最多只能容纳两个电子，且自旋状态相反，故A违反了泡利原理。
【答案】 A
7．下面是第二周期部分元素基态原子的电子排布图，据此下列说法错误的是( )
B C
N O
A．每个原子轨道里最多只能容纳2个电子
B．电子排在同一能级时，总是优先单独占据一个轨道
C．每个能层所具有的能级数等于该能层的序数(n)
D．若原子轨道里有2个电子，则其自旋状态一定相反
【解析】由题给的四种元素原子的电子排布图可知，在一个原子轨道里，最多只能容纳2个电子，即符合泡利原理，A正确；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，即符合洪特规则，B正确；任一能层的能级总是从s能级开始，而且能级数等于该能层序数，C正确；若在一个原子轨道里有2个电子，则它们的自旋状态相反，若在同一能级的不同轨道里有2个电子，则自旋状态相同，故D错。
【答案】 D
8．下列结论错误的是( )
【解析】A
于能量最低状态，并不违背能量最低原理。
(完整版)第一章原子结构与性质知识点归纳
第一章 原子结构与性质知识点归纳 山东临沂市莒南三中（276600） 张琛 山东省烟台市蓬莱四中（265602） 马彩红 2．位、构、性关系的图解、表解与例析 (1)元素在周期表中的位置、元素的性质、元素原子结构之间存在如下关系： 同位素（两个特性）
3．元素的结构和性质的递变规律 4．核外电子构成原理 (1)核外电子是分能层排布的，每个能层又分为不同的能级。 随着原子序数递增 ① 原子结构呈周期性变化 ② 原子半径呈周期性变化 ③ 元素主要化合价呈周期性变化 ④ 元素的金属性与非金属形呈周期性变化 ⑤ 元素原子的第一电离能呈周期性变化 ⑥ 元素的电负性呈周期性变化 元素周期律 排列原则 ① 按原子序数递增的顺序从左到右排列 ② 将电子层数相同的元素排成一个横行 ③ 把最外层电子数相同的元素（个别除外），排成一个 纵行 周期（7个横行） ① 短周期（第一、二、三周期） ② 长周期（第四、五、六周期） ③ 不完全周期（第七周期） 性质递变 原子半径 主要化合价 元 素 周 期 表 族（18 个纵行） ① 主族（第ⅠA 族—第ⅦA 族共七个） ② 副族（第ⅠB 族—第ⅦB 族共七个） ③ 第Ⅷ族（第8—10纵行） ④ 结 构
(2)核外电子排布遵循的三个原理： a．能量最低原理b．泡利原理c．洪特规则及洪特规则特例 (3)原子核外电子排布表示式：a．原子结构简图b．电子排布式c．轨道表示式5．原子核外电子运动状态的描述：电子云 6．确定元素性质的方法 1．先推断元素在周期表中的位置。 2．一般说，族序数—2=本族非金属元素的种数(1 A族除外)。 3．若主族元素族序数为m，周期数为n，则： (1)m/n<1时为金属，m/n值越小，金属性越强： (2)m/n>1时是非金属，m/n越大，非金属性越强；(3)m/n=1时是两性元素。
2018届高三化学(人教版)一轮复习选修3第1节原子结构与性质Word版含答案
选修3 物质结构与性质 第一节 原子结构与性质 基础知识整合] 1．能层、能级和原子轨道 (1)轨道形状??? s 电子的原子轨道呈球形对称p 电子的原子轨道呈哑铃形 (2)s 、p 、d 、f 能级上原子轨道数目依次为1、3、5、7，其中n p x 、n p y 、n p z 三个原子轨道在三维空间相互垂直，各能级的原子轨道半径随能层数(n )的增大而增大。 (3)能量关系??????? ①相同能层上原子轨道能量的高低：n s (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。 构造原理：原子的核外电子在填充原子轨道时，随着原子核电荷数的递增，原子核每增加一个质子，原子核外便增加一个电子，这个电子大多是按着能级的能量由低到高的顺序依次填充的，填满一个能级再填一个新能级，这种规律称为构造原理。 构造原理示意图： (2)泡利原理：在一个原子轨道里，最多只能容纳2个电子，且它们的自旋状态相反。 (3)洪特规则：当电子排布在同一能级的不同轨道时，基态原子中的电子总是优先单独占据一个轨道，且自旋状态相同。 注：洪特规则特例：当能量相同的原子轨道在全充满(p6、d10、f14)、半充满(p3、d5、f7)和全空(p0、d0、f0)状态时，体系的能量最低。如24Cr的基态原子电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s1，而不是1s22s22p63s23p63d44s2。 4．电子的跃迁与原子光谱 (1)电子的跃迁 ①基态―→激发态： 当基态原子的电子吸收能量后，电子会从低能级跃迁到较高能级，变成激发态原子。 ②激发态―→基态： 激发态原子的电子从较高能级跃迁到较低能级时会释放出能量。 《原子与原子核的结构》教学设计 学时：2学时，第1学时完成原子的核式结构模型;第2学时完成原子核的组成和质能方程。 一、教材结构框图 二、教学目标设计 (一)知识与技能 1.了解卢瑟福a粒子散射实验，核式结构模型的建立，了解从分析实验结果到提出原子的核式结构学说的过程; 2.知道质子和中子的发现过程及原子核的组成;了解原子物理的研究方法是在实验的基础上进行科学分析; 3.了解原子核的表示方法，了解同位素;了解爱因斯坦质能方程的含义，感受它的科学之美。 (二)过程与方法 通过对原子结构的认识过程的学习，体会物理学解决“黑箱问题”的方法，并理解人类对微观世界的认识是不断扩大和加深的科学探究永无止境; (三)情感态度与价值观 通过阅读史料，感受前辈科学家为探究真理而毕生奋斗的科学精神。 三、学习重点 卢瑟福的α粒子散射实验的现象及所说明的问题。 四、教学过程设计 第一环节：回顾历史，提出问题 (播放1964年我国第一颗原子弹爆炸成功的视频) 1945年7月16日，美国在新墨西哥州沙漠中阿拉莫戈多的“三一”试验场内30米高的铁塔上，进行了人类有史以来的第一次核试 验;1954年建在前苏联的卡卢加州奥布宁斯克城的世界首座核电 站;1964年我国第一颗原子弹爆炸成功。说明人类已经开始利用原子的核能。 1893年道尔顿(J. Dalton)提出了原子学说：一切物质都由极小的微粒──原子组成。不同的物质，含有不同的原子，不同原子的大小、质量和性质不同。随后被许多实验所证实，并且对许多现象给予了定量的解释。科学的发展证实了原子的存在。当原子学说逐渐被人们接受以后，人们又面临着新的问题：原子到底有多大?原子是如何构成的?内部结构如何?原子是最小的粒子吗…… (出示鸡蛋或者鸡蛋的图片) 问题1：假如你以前从未吃过鸡蛋，甚至没有见过鸡蛋，现在你想知道这东西里面究竟有什么，有什么办法吗? 问题2：如果你不想打碎它，但又想知道这里面有什么，有什么办法吗? 问题3：在陌生的环境中，发现一个不认识的东西。为了了解它，有什么简洁的办法? (黑箱法：指一个系统内部结构不清楚，或根本无法弄清楚时，从外部输入控制信息，使系统内部发生反应后输出信息，再根据其输出信息来研究其功能和特性的一种方法。) 电子云 1简介 电子云是物理学、化学中的一项概念。 电子云是近代对电子用统计的方法，在核外空间分布方式的形象描绘，它的区别在于行星轨道式模型。电子有波粒二象性，它不像宏观物体的运动那样有确定的轨道，因此画不出它的运动轨迹。不能预言它在某一时刻究竟出现在核外空间的哪个地方，只能知道它在某处出现的机会有多少。为此，就以单位体积内电子出现几率，即几率密度大小，用小白点的疏密来表示。小白点密处表示电子出现的几率密度大，小白点疏处几率密度小，看上去好像一片带负电的云状物笼罩在原子核周围，因此叫电子云。在量子化学中，用一个波函数Ψ（x，y，z）表征电子的运动状态，并且用它的模的平方|Ψ|2值表示单位体积内电子在核外空间某处出现的几率，即几率密度，所以电子云实际上就是|Ψ|2在空间的分布。研究电子云的空间分布主要包括它的径向分布和角度分布两个方面。径向分布探求电子出现的几率大小和离核远近的关系，被看作在半径为r，厚度为dr的薄球壳内电子出现的几率。角度分布探究电子出现的几率和角度的关系。例如s态电子，角度分布呈球形对称，同一球面上不同角度方向上电子出现的几率密度相同。p态电子呈8字形，不同角度方向上几率密度不等。有了pz的角度分布，再有n=2时2p的径向分布，就可以综合两者得到2pz的电子云图形。由于2p和3p的径向分布不同，2pz和3pz的电子云图形也不同。 2概念 电子云就是用小黑点疏密来表示空间各电子出现概率大小的一种图形。 电子云出现的几率大小 电子在原子核外很小的空间内作高速运动，其运动规律跟一般物体不同，它没有明确的轨道。根据量子力学中的测不准原理，我们不可能同时准确地测定出电子在某一时刻所处的位置和运动速度，也不能描画出它的运动轨迹。因此，人们常用一种能够表示电子在一定时间内在核外空间各处出现机会的模型来描述电子在核外的的运动。在这个模型里， 能量最低原理 电子云与原子轨道 (建议用时：45分钟) [学业达标] 1．图中所发生的现象与电子的跃迁无关的是( ) 【解析】燃放烟火、霓虹灯、燃烧蜡烛等获得的光能都是电子跃迁时能量以光的形式释放出来导致的，而平面镜成像则是光线反射的结果。 【答案】 D 2．X、Y、Z三种元素的原子，其最外层电子排布分别为n s1、3s23p1和2s22p4，由这三种元素组成的化合物的化学式可能是( ) A．X2YZ3B．X2YZ2 C．XYZ2D．XYZ3 【解析】最外层电子排布为3s23p1和2s22p4的元素分别是Al和O，它们的化合价分别为＋3、－2。最外层电子排布为n s1的元素化合价为＋1，根据化合价代数和为0知C项符合题意。 【答案】 C 3．图1和图2分别是1s电子的概率密度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 【解析】电子云图中的一个小黑点只表示电子曾经在此出现过一次，A错误；图2所 示只是电子在该区域出现的几率大，在此之外也能出现，不过几率很小，B错误；1s轨道在空间呈球形而不是圆形，C错误。 【答案】 D 4．p轨道电子云形状正确叙述为( ) A．球形对称 B．对顶双球 C．极大值在x、y、z轴上的哑铃形 D．互相垂直的梅花瓣形 【解析】p轨道的电子云形状为 【答案】 C 5．下列各能级中轨道数最多的是( ) A．7s B．6p C．5d D．4f 【解析】s轨道是球形对称的，p轨道有3种伸展方向，而d轨道有5种伸展方向，f 轨道有7种伸展方向。因此7s、6p、5d、4f的原子轨道数分别为1、3、5、7。 【答案】 D 6．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。其中违反了泡利原理的是( ) 【解析】泡利原理是指在一个原子轨道中最多只能容纳两个电子，且自旋状态相反，故A违反了泡利原理。 【答案】 A 7．下面是第二周期部分元素基态原子的电子排布图，据此下列说法错误的是( ) 第一章原子结构与性质 ?原子结构 1?能级与能层 加：也瓦子的总十轨ift 呈哦讳醪 mW L1+ wpFfe 詆上 各隐级上的廉「孰直養副」枳|睡緘丄宇牛 佩址」一-牛 * + b +*-r ⑴相同题上㈱子執坦能量的高低; WS 畀卩M?i 『 ② 形状相R 的尙子報说能卡的髙低: 农2令触靭…… ③ 同橋层内用状相同而伸屛方向 不同的廉了蜿ifi 的昶章和专'如 即“ 2i 如即勘道仰能楚4A 零 3. 原子核外电子排布规律 ⑴构造原理：随着核电荷数递增，大多数元素的电中性基 轨道（能级），叫做构造原理。 J ◎⑥?金 ? ◎⑥、⑥、⑥ ⑥⑥⑥? ?i/ 能级交错：由构造原理可知，电子先进入 说明：构造原理并不是说 4s 能级比3d 能级能 量低（实际上 4s 能级比3d 能级能量高），而是指这样顺 序填充电子可以使整个原子的能量最低。 也就是说，整个原子的能量不能机械地看做是各电子所处轨道的 能量之和。 （2）能量最低原理 现代物质结构理论证实，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。 构造原理和能量最低原理是从整体角度考虑原子的能量高低，而不局限于某个能级。 （3）泡利（不相容）原理：基态多电子原子中，不可能同时存在4个量子数完全相同的电子。 换言之, 态原子的电子按右图顺序填入核外电子运动 4s 轨道，后进入3d 轨道，这种现象叫能级交错。 一个轨道里最多只能容纳两个电子， 且电旋方向相反 (用“TJ”表示)，这个原理称为泡利(Pauli )原理 (4) 洪特规则：当电子排布在同一能级的不同轨道(能量相同)时，总是优先单独占据一个轨道， 洪特规则特例：当p 、d 、f 轨道填充的电子数为全空、半充满或全充满时，原子处于较稳定的状态。 即 p0、dO 、fO 、p3、d5、f7、p6、d10、f14 时，是较稳定状态。 前36号元素中，全空状态的有 4Be 2s22p0、12Mg 3s23p0、20Ca 4s23d0;半充满状态的有：7N 2s22p3、 15P 3s23p3、24Cr 3d54s1、25Mn 3d54s2、33As 4s24p3;全充满状态的有 10Ne 2s22p6、18Ar 3s23p6、29Cu 3d104s1、30Zn 3d104s2、36Kr 4s24p6。 4. 基态原子核外电子排布的表示方法 (1) 电子排布式 ① 用数字在能级符号的右上角表明该能级上排布的电子数，这就是电子排布式，例如K : 1s22s22p63s23p64s1。 ② 为了避免电子排布式书写过于繁琐，把内层电子达到稀有气体元素原子结构的部分以相 应稀有气体 的元素符号外加方括号表示，例如 K ： [Ar]4s1。 (2) 电子排布图(轨道表示式) 每个方框或圆圈代表一个原子轨道，每个箭头代表一个电子。 如基态硫原子的轨道表示式为 帀冋戸冋河丽FW1 In 2 驶 2fi 3* 3|> 二.原子结构与元素周期表 1. 原子的电子构型与周期的关系 (1) 每周期第一种元素的最外层电子的排布式为 ns1。每周 期结尾元素的最外层电子排布式除 He 为1s2 外，其余为ns2np6。He 核外只有2个电子，只有1个s 轨道，还未出现p 轨道，所以第一周期结尾元素的 电子排布跟其他周期不同。 (2) 一个能级组最多所容纳的电子数等于一个周期所包含的元素种类。但一个能级组不一定全部是能量 相同的能级，而 是能量相近的能级。 2. 元素周期表的分区 (1)根据核外电子排布 ① 分区 这个规则叫洪特( Hund )规则。比如, f J J J fJ I f p3的轨道式为 而且自旋方向相同, 第二节原子结构与元素的性质 一、元素周期表的编排原则 1.将电子层数相同的元素按原子序数递增的顺序从左到右排成横行。 2.把最外层电子数相同的元素(个别例外)按电子层数递增的顺序从上到下排成纵行。 二、周期表的结构 周期：具有相同的电子层数的元素按照原子序数递增的顺序排成一个横行。 主族：由短周期和长周期元素共同构成的族。 副族：仅由长周期元素构成的族。 1.核外电子排布与族序数之间的关系 可以按照下列方法进行判断：按电子填充顺序由最后一个电子进入的情况决定，具体情况如下： (3)进入(n －1)d ①(n －1)d 1～5为ⅢB～ⅦB ?族数＝[(n －1)d ＋n s]电子数 ②(n －1)d 6～8为Ⅷ ③(n －1)d 10为ⅠB、ⅡB ?族数＝n s 的电子数 ④进入(n －2)f ? ?????????4f ——La 系元素5f ——Ac 系元素ⅢB 2. 3.(1)主族(ⅠA～ⅦA)和副族ⅠB、ⅡB 的族序数＝原子最外层电子数(n s ＋n p 或n s)。 (2)副族ⅢB～ⅦB 的族序数＝最外层(s)电子数＋次外层(d)电子数。 (3)零族：最外层电子数等于8或2。 (4)Ⅷ族：最外层(s)电子数＋次外层(d)电子数。若之和分别为8、9、10，则分别是Ⅷ族第1、2、3列。 1.同周期，从左到右，原子半径依次减小。 2.同主族，从上到下，原子或同价态离子半径均增大。 3.阳离子半径小于对应的原子半径，阴离子半径大于对应的原子半径，如r (Na ＋) 4.电子层结构相同的离子，随核电荷数增大，离子半径减小，如r(S2－)>r(Cl－)>r(K＋)>r(Ca2＋)。 5.不同价态的同种元素的离子，核外电子多的半径大，如r(Fe2＋)>r(Fe3＋)，r(Cu＋)>r(Cu2＋)。 特别提醒 在中学要求的畴可按“三看”规律来比较微粒半径的大小 “一看”能层数：当能层数不同时，能层越多，半径越大。 “二看”核电荷数：当能层数相同时，核电荷数越大，半径越小。 “三看”核外电子数：当能层数和核电荷数均相同时，核外电子数越多，半径越大。 七、电离能 1.第一电离能 (1)每个周期的第一个元素(氢和碱金属)第一电离能最小，稀有气体元素原子的第一电离能最大，同周期中自左至右元素的第一电离能呈增大的趋势。 (2)同主族元素原子的第一电离能从上到下逐渐减小。 2.逐级电离能 (1)原子的逐级电离能越来越大 首先失去的电子是能量最高的电子，故第一电离能较小，以后再失去电子都是能级较低的电子，所需要的能量多；同时，失去电子后离子所带正电荷对电子吸引更强，从而电离能越来越大。 (2)金属元素原子的电离能与其化合价的关系 一般来讲，在电离能较低时，原子失去电子形成阳离子的价态为该元素的常见价态。如Na的第一电离能较小，第二电离能突然增大(相当于第一电离能的10倍)，故Na的化合价为＋1，而Mg在第三电离能、Al在第四电离能发生突变，故Mg、Al的化合价分别为＋2、＋3。 八、元素电负性的应用 1.元素的金属性和非金属性及其强弱的判断 (1)金属的电负性一般小于 1.8，非金属的电负性一般大于 1.8，而位于非金属三角区边界的“类金属”(如锗、锑等)的电负性则在1.8左右，它们既有金属性，又有非金属性。 (2)金属元素的电负性越小，金属元素越活泼；非金属元素的电负性越大，非金属元素越活泼。 (3)同周期自左到右，电负性逐渐增大，同主族自上而下，电负性逐渐减小。 (4)电负性较大的元素集中在元素周期表的右上角。 2.化学键的类型的判断 一般认为：如果两个成键元素原子间的电负性差值大于1.7，它们之间通常形成离子键；如果两个成键元素原子间的电负性差小于1.7，它们之间通常形成共价键。 第一章物质结构与性质教案 教材分析： 一、本章教学目标 1．了解原子结构的构造原理，知道原子核外电子的能级分布，能用电子排布式表示常见元素(1～36号)原子核外电子的排布。 2．了解能量最低原理，知道基态与激发态，知道原子核外电子在一定条件下会发生跃迁产生原子光谱。 3．了解原子核外电子的运动状态，知道电子云和原子轨道。 4．认识原子结构与元素周期系的关系，了解元素周期系的应用价值。 5．能说出元素电离能、电负性的涵义，能应用元素的电离能说明元素的某些性质。 6．从科学家探索物质构成奥秘的史实中体会科学探究的过程和方法，在抽象思维、理论分析的过程中逐步形成科学的价值观。 本章知识分析： 本章是在学生已有原子结构知识的基础上，进一步深入地研究原子的结构，从构造原理和能量最低原理介绍了原子的核外电子排布以及原子光谱等，并图文并茂地描述了电子云和原子轨道；在原子结构知识的基础上，介绍了元素周期系、元素周期表及元素周期律。总之，本章按照课程标准要求比较系统而深入地介绍了原子结构与元素的性质，为后续章节内容的学习奠定基础。尽管本章内容比较抽象，是学习难点，但作为本书的第一章，教科书从内容和形式上都比较注意激发和保持学生的学习兴趣，重视培养学生的科学素养，有利于增强学生学习化学的兴趣。 通过本章的学习，学生能够比较系统地掌握原子结构的知识，在原子水平上认识物质构成的规律，并能运用原子结构知识解释一些化学现象。 注意本章不能挖得很深，属于略微展开。 第一节原子结构 第一课时 知识与技能： 1、进一步认识原子核外电子的分层排布 2、知道原子核外电子的能层分布及其能量关系 3、知道原子核外电子的能级分布及其能量关系 4、能用符号表示原子核外的不同能级，初步知道量子数的涵义 5、了解原子结构的构造原理，能用构造原理认识原子的核外电子排布 6、能用电子排布式表示常见元素（1～36号）原子核外电子的排布 方法和过程： 复习和沿伸、类比和归纳、能层类比楼层，能级类比楼梯。 情感和价值观：充分认识原子结构理论发展的过程是一个逐步深入完美的过程。 教学过程： 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。 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。大爆炸后约两小时，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。 〖复习〗必修中学习的原子核外电子排布规律： 第一节原子结构 第一课时 知识与技能： 1、进一步认识原子核外电子的分层排布 2、知道原子核外电子的能层分布及其能量关系 3、知道原子核外电子的能级分布及其能量关系 4、能用符号表示原子核外的不同能级，初步知道量子数的涵义 5、了解原子结构的构造原理，能用构造原理认识原子的核外电子排布 6、能用电子排布式表示常见元素（1～36号）原子核外电子的排布 教学内容： 一、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。 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。大爆炸后约两小时，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。 〖复习〗必修中学习的原子核外电子排布规律： 核外电子排布的一般规律 (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个电子。 (3)原于最外层电子数目不能超过个(K层为最外层时不能超过个电 子)。 (4)次外层电子数目不能超过个(K层为次外层时不能超过个)，倒 数第三层电子数目不能超过个。 说明：以上规律是互相联系的，不能孤立地理解。例如；当M层是最外层时，最多可排个电子；当M层不是最外层时，最多可排个电子 练习: 1、画出下列原子的结构示意图：Be、N、Na、Ne、Mg 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，最外层电子数与次外层电子数相等的有，最外层电子数与电子层数相等的有； L层电子数达到最多的有，K层与M层电子数相等的有。 2、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，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__ _____ _。 二、能层与能级 能层：多电子原子的核外电子的________是不同的，按电子的______差异，可将核外电子分成不同的能层由内而外可以分为： 第一、二、三、四、五、六、七……能层 《电子云与原子轨道》教学设计 课堂练习复习提问电子在那里出现的概率小，点密的地方表示电子在那里出现 的概率大。 【问题2】S电子云的原子轨道都是球形的，电子只能出 现在球体内吗？ 【讲解点拨】绘制电子云轮廓图常把电子出现的概率约 为90%的空间圈出来，而电子也出现在球体外，只是概率小 于90%。 【讲解】认识原子轨道能级的电子云轮廓图 演示文稿展示S能级、P能级、d能级的电子云轮廓图。 【提出概念】轨道：量子力学把电子在原子核外的一个 空间运动状态称为一个原子轨道。 PPT：不同能层的能级、原子轨道及电子云轮廓图。 教师提问（略） 1.构造原理 2.书写Cl、K、Fe元素原子的核外电子排布式。 小组合作讨论后， 小组代表发言。 加深理解 得出结论：1.所有 原子的任一能层 的S电子云轮廓都 是一个球形，只是 球的半径大小不 同。2.其他空间运 动状态的电子云 都不是球形的。P 电子云是哑铃 状…… 学生回答问题 学生回忆 Cl:1s22s22p63s23p5 K: 1s22s22p63s23p64s1 F e:1s22s22p63s23p63d64s2 教师讲解课堂练习自主构建 课堂小结 二、泡利原理和洪特规则 【讲解】上节课我们学习了电子排布式的画法，下面需 要大家学会电子排布图的画法。电子排布图中每个方框代表 一个原子轨道，每个箭头代表一个电子。 【板书】C、N的基态原子的电子排布式（略） 1.写出24号、29号元素的电子排布式、电子排布图。 2.阅读元素周期表，比较有什么不同，为什么？从元素周 期表中查出铜、银、金的外围电子层排布。它们是否符合构 造原理？ 教师引导学生小组讨论，形成补充规则。 相对稳定的状态是： 全充满：（P6，d10,f14） 全空：（P0，d0,f0） 半充满：（P3，d5,f7） 【引导】原子结构示意图、电子排布式、电子排布图不 同化学用语所能反映的粒子结构情况和区别。 结论： 1.原子结构示意图能直观反映粒子核内的质子数和核外 电子层数及各能层上的电子数。 2.电子排布能直观反映粒子各能层、各能级和各轨道的能 量的高低及个轨道上的电子分布情况及电子的自旋状态。 【归纳总结】PPT 1．核外电子排布规则： （1）能量最低原理 （2）泡利原理 （3）洪特规则 2．核外电子排布表示方法： （1）原子结构示意图 （2）电子排布式 （3）电子排布图 听、看、识忆、理 解 练习 1.写O、F、 Al、Si、P原子的电 子排布图。 对比元素周期表， 产生疑问。小组讨 论。 练习2.书写C、N Ca、Cl原子结构示 意图，电子排布 式、电子排布图。 深入理解 归纳、总结、识记 《电子云与原子轨道》教学设计 本节内容是人教版高二化学上册所学选修3第一章第一节《原子结构与性质》的第五课时。本节课的授课对象主要是高三上普通班的同学。 一、教学设计思路分析 1、教材分析 本节课的地位和作用：人教版高中化学选修3、第一章第一节“原子结构与性质”（P9页）第五课时，主要内容为“电子云与原子轨道”概念的建立；了解原子核外电子的运动规律，掌握泡利原理、洪特规则；以及掌握不同能层的能级、原子轨道以电子云轮廓图的的关系。 教学重点：通过s电子云、p电子云的轮廓图，加深对电子云、原子轨道含义的理解。 教学难点：学会从电子云模拟轮廓图取理解核外电子的排布特点及特殊性质。 2、学情分析 学生接受能力较强，已处于高二阶段；在该阶段学生对原子结构以及核外电子排布等已有一定的理解，为这节课的学习也奠定了一定的基础。但对核外电子的运动规律以及原子轨道非常陌生，而且不易将泡利原理和洪特规则熟练地运用于原子轨道的理解中。 学生的好奇心强，已具备了探究的意识；掌握了探究必备的相关知识，如知道原子的组成，物质的远动是有规律的，核外电子的运动规律要遵循能量最低原理、洪特规则和泡利原理。 3、教学思路 以学生活动为主体，探究学习方法为基本方法，理论学习与实践相结合，用多媒体展示，通过模型建立，组织学生思考与讨论，从而获得认知。 二、教学方案设计 1、教学目标 知识与技能： （1）使学生领会电子云及原子轨道的基本含义。 （2）使学生理解s电子云、p电子云的轮廓图，加深对电子云、原子轨道含义的理解进一步掌握核外电子的排布及运动规律物质。 过程与方法： 创设学习情景，空间模型，引导学生积极参与探究过程，获取知识和亲身体验。培养学生知识迁移能力，合作学习能力，同时培养学生用普遍联系的观点分析问题。 情感态度与价值观： 培养学生的唯物观，世界是物质的；物质的运动是有规律；培养学生用普遍联系的观点分析问题。 2、教学方法： 教法：讨论法、讲授法指导教学。 学法：自主阅读法、讨论法。 3、教学准备 多媒体设备、PowerPoint课件、 4、教学过程 氢原子电子云空间分布的可视化 1 技术指标 1）设计一个用户界面，从不同角度直观揭示氢原子电子云空间几率分布的规律。要求：有用户任意输入量子数的界面； 2）根据量子力学中对氢原子的求解，设计出各个模块的参数（例如径向分布概率，角向分布概率等）； 3）用Matlab来进行模拟； 4）通过给定量子数，可以弹出绘图窗口，给出该量子态下，三维空间中氢原子中电子在空间各点的几率分布。 2 基本原理 2.1 电子云模型及其量子力学实质 电子云是电子在原子核外空间概率密度分布的形象描述，电子在原子核外空间的某区域内出现，好像带负电荷的云笼罩在原子核的周围，人们形象地称它为“电子云”。用现代量子力学的观点来看，电子有波粒二象性，它不像宏观物体的运动那样有确定的轨道，因此画不出它的运动轨迹。我们不能预言它在某一时刻究竟出现在核外空间的哪个地方，只能知道它在某处出现的机会有多少。为此，就以单位体积内电子出现几率，即几率密度大小，用小黑点的疏密来表示。小黑点密处表示电子出现的几率密度大，小黑点疏处几率密度小，看上去好像一片带负电的云状物笼罩在原子核周围，因此叫电子云。用一个波函数Ψ（x，y，z）表征电子的运动状态，并且用它的模的平方|Ψ|^2的值表示单位体积内电子在核外空间某处出现的几率，即几率密度，所以电子云实际上就是几率密度|Ψ|^2在空间的分布。研究电子云的空间分布主要包括它的径向几率分布和角度几率分布两个方面。径向分布探求电子出现的几率大小和离核远近的关系，被看作在半径为r，厚度为dr的薄球壳内电子出现的几率。角度分布探究电子出现的几率和角度的关系。 2.2 用matlab软件编程实现电子云模型 第一章原子结构与性质 课标要求 1.了解原子核外电子的能级分布，能用电子排布式表示常见元素的（1~36号）原子核外电子的排布。了解原子核外电子的运动状态。 2.了解元素电离能的含义，并能用以说明元素的某种性质 3.了解原子核外电子在一定条件下会发生跃迁，了解其简单应用。 4.了解电负性的概念，知道元素的性质与电负性的关系。 要点精讲 一.原子结构 1.能级与能层 2.原子轨道 3.原子核外电子排布规律 ⑴构造原理：随着核电荷数递增，大多数元素的电中性基态原子的电子按右图顺序填入核外电子运动轨道（能级），叫做构造原理。 能级交错：由构造原理可知，电子先进入4s 轨道，后进入3d 轨道，这种现象叫能级交错。 说明：构造原理并不是说4s 能级比3d 能级能量低（实际上4s 能级比3d 能级能量高），而是指这样顺序填充电子可以使整个原子的能量最低。也就是说，整个原子的能量不能机械地看做是各电子所处轨道的能量之和。 （2）能量最低原理 现代物质结构理论证实，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。 构造原理和能量最低原理是从整体角度考虑原子的能量高低，而不局限于某个能级。 （3）泡利（不相容）原理：基态多电子原子中，不可能同时存在4个量子数完全相同的电子。换言之，一个轨道里最多只能容纳两个电子，且电旋方向相反（用“↑↓”表示），这个原理称为泡利（Pauli ）原理。 （4）洪特规则：当电子排布在同一能级的不同轨道（能量相同）时，总是优先单独占据一个轨道，而且自旋方向相同，这个规则叫洪特（Hund ）规则。比如，p3的轨道式为 或，而不是。 洪特规则特例：当p 、d 、f 轨道填充的电子数为全空、半充满或全充满时，原子处于较稳定的状态。即p0、d0、f0、p3、d5、f7、p6、d10、f14时，是较稳定状态。 前36号元素中，全空状态的有4Be 2s22p0、12Mg 3s23p0、20Ca 4s23d0；半充满状态的有：7N 2s22p3、15P 3s23p3、24Cr 3d54s1、25Mn 3d54s2、33As 4s24p3；全充满状态的有10Ne 2s22p6、18Ar 3s23p6、29Cu 3d104s1、30Zn 3d104s2、36Kr 4s24p6。 4. 基态原子核外电子排布的表示方法 (1)电子排布式 ①用数字在能级符号的右上角表明该能级上排布的电子数，这就是电子排布式，例如K ：1s22s22p63s23p64s1。 ②为了避免电子排布式书写过于繁琐，把内层电子达到稀有气体元素原子结构的部分以↑↓ ↑ ↓ ↓ ↓ ↑ ↑ ↑ 新课标（人教版）高一化学选修3 全部教学案 第一章原子结构与性质 教材分析： 一、本章教学目标 1．了解原子结构的构造原理，知道原子核外电子的能级分布，能用电子排布式表示常见元素(1～36号)原子核外电子的排布。 2．了解能量最低原理，知道基态与激发态，知道原子核外电子在一定条件下会发生跃迁产生原子光谱。 3．了解原子核外电子的运动状态，知道电子云和原子轨道。 4．认识原子结构与元素周期系的关系，了解元素周期系的应用价值。 5．能说出元素电离能、电负性的涵义，能应用元素的电离能说明元素的某些性质。 6．从科学家探索物质构成奥秘的史实中体会科学探究的过程和方法，在抽象思维、理论分析的过程中逐步形成科学的价值观。 本章知识分析： 本章是在学生已有原子结构知识的基础上，进一步深入地研究原子的结构，从构造原理和能量最低原理介绍了原子的核外电子排布以及原子光谱等，并图文并茂地描述了电子云和原子轨道；在原子结构知识的基础上，介绍了元素周期系、元素周期表及元素周期律。总之，本章按照课程标准要求比较系统而深入地介绍了原子结构与元素的性质，为后续章节内容的学习奠定基础。尽管本章内容比较抽象，是学习难点，但作为本书的第一章，教科书从内容和形式上都比较注意激发和保持学生的学习兴趣，重视培养学生的科学素养，有利于增强学生学习化学的兴趣。 通过本章的学习，学生能够比较系统地掌握原子结构的知识，在原子水平上认识物质构成的规律，并能运用原子结构知识解释一些化学现象。 注意本章不能挖得很深，属于略微展开。 相关知识回顾（必修2） 1.原子序数：含义： （1）原子序数与构成原子的粒子间的关系： 原子序数＝＝＝＝。（3）原子组成的表示方法 a. 原子符号：A z X A z 第2课时 原子的基态与激发态、电子云与原子轨道 [目标定位] 1.知道原子的基态、激发态与光谱之间的关系。2.了解核外电子运动、电子云轮廓图和核外电子运动的状态。 一、能量最低原理和原子的基态与激发态 1．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。 (1)处于最低能量的原子叫做基态原子。 (2)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、激发态相互间转化的能量变化 基态原子 吸收能量释放能量，主要形式为光 激发态原子 2．不同元素的原子发生跃迁时会吸收或释放不同的光，若用光谱仪摄取各种元素的电子的吸收光谱或发射光谱，则可确立某种元素的原子，这些光谱总称原子光谱。 (1)玻尔原子结构模型证明氢原子光谱为线状光谱。 (2)氢原子光谱为线状光谱，多电子原子光谱比较复杂。 3．可见光，如灯光、霓虹灯光、激光、焰火……都与原子核外电子发生跃迁释放能量有关。 (1)基态原子 电子按照构造原理排布(即电子优先排布在能量最低的能级里，然后依次排布在能量逐渐升高的能级里)，会使整个原子的能量处于最低状态，此时为基态原子。 (2)光谱分析 不同元素的原子光谱都是特定的，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。 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 答案 B 解析处于最低能量的原子叫做基态原子。电子由较低能级向较高能级跃迁，叫激发。激发态原子的能量只是比原来基态原子的能量高。如果电子仅在内层激发，电子未获得足够的能量，不会失去。 2．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是() 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 答案 A 解析解答该题的关键是明确基态原子与激发态原子的相互转化及其转化过程中的能量变化及现象。在电流作用下，基态氖原子的电子吸收能量跃迁到较高能级，变为激发态原子，这一过程要吸收能量，不会发出红色光；而电子从较高能量的激发态跃迁到较低能量的激发态或基态时，将释放能量，从而产生红光，故A项正确。 理解感悟光是电子释放能量的重要形式之一，日常生活中的许多可见光，如灯光、霓虹灯光、激光、焰火等都与原子核外电子发生跃迁释放能量有关。 易错提醒电子云图与电子云轮廓图不是同一个概念，电子云轮廓图实际上是电子云图的大部分区域；量子力学把电子在原子核外的一个空间运动状态称为一个原子轨道，电子云轮廓图就是我们通常所说的原子轨道图。 二、电子云与原子轨道 1．原子核外电子的运动特点。 (1)电子的质量很小(9.1095×10－31kg)，带负电荷。 (2)相对于原子和电子的体积而言，电子运动的空间很大。 (3)电子运动的速度很快，接近光速(3.0×108m·s－1)。 2．电子在核外空间做高速运动，不能确定具有一定运动状态的核外电子在某个时刻处于原子核外空间何处，只能确定它在原子核外各处出现的概率，得到的概率分布图看起来像一片云雾，因而被形象地称作电子云。 第一章 原子结构与性质知识点归纳 2．位、构、性关系的图解、表解与例析 同位素（两个特性） 3．元素的结构和性质的递变规律 4．核外电子构成原理 (1)核外电子是分能层排布的，每个能层又分为不同的能级。 (2)核外电子排布遵循的三个原理： a ．能量最低原理 b ．泡利原理 c ．洪特规则及洪特规则特例 (3)原子核外电子排布表示式：a ．原子结构简图 b ．电子排布式 c ．轨道表示式 5．原子核外电子运动状态的描述：电子云 6．确定元素性质的方法 第二章 分子结构与性质复习 随着原子序数递增 ① 原子结构呈周期性变化 ② 原子半径呈周期性变化 ③ 元素主要化合价呈周期性变化 ④ 元素的金属性与非金属形呈周期性变化 ⑤ 元素原子的第一电离能呈周期性变化 ⑥ 元素的电负性呈周期性变化 元素周期律 排列原则 ① 按原子序数递增的顺序从左到右排列 ② 将电子层数相同的元素排成一个横行 ③ 把最外层电子数相同的元素（个别除 外），排成一个纵行 周期 （7个 横行） ① 短周期（第一、二、三周期） ② 长周期（第四、五、六周期） ③ 不完全周期（第七周期） 元 素 周 期 表 族（18 个纵行） ① 主族（第ⅠA 族—第ⅦA 族共七个） ② 副族（第ⅠB 族—第ⅦB 族共七个） ③ 第Ⅷ族（第8—10纵行） ④结 构 1、微粒间的相互作用 （2）共价键的知识结构 2．分子构型与物质性质 （1）微粒间的 相互作用 σ键 π键 按成键电子云 的重叠方式 极性键 非极性键 一般共价键 配位键 离子键 共价键 金属键 按成键原子 的电子转移方式 化学键 范德华力 氢键 分子间作用力 本质：原子之间形成共用电子对（或电子云重叠） 特征：具有方向性和饱和性 σ键 特征 电子云呈轴对称 （如s —s σ键、 s —p σ键、p —p σ键) π键 特征 电子云分布的界面对通过键轴的一个平面对称（如p —p π键） 成键方式 共价单键—σ键 共价双键—1个σ键、1个π键 共价叁键—1个σ键、2个π键 规律 键能：键能越大，共价键越稳定 键长：键长越短，共价键越稳定 键角：描述分子空间结构的重要参数 用于衡量共价键的稳定性 键参数 共 价 键 原子结构与性质 重点知识梳理 1.了解原子核外电子的能级分布，能用电子排布式表示常见元素(1～36号)原子核外 电子的排布。了解原子核外电子的运动状态。 2.了解元素电离能的含义，并能用以说明元素的某种性质。 3.了解原子核外电子在一定条件下会发生跃迁，了解其简单应用。 4.了解电负性的概念，知道元素的性质与电负性的关系。 一.原子结构 1.能级与能层 2.原子轨道 3.原子核外电子排布规律 (1)遵守能量最低原理、泡利原理、洪特规则。 (2)能级交错现象：核外电子的能量并不是完全按能层序数的增加而升高，不同能层的能 级之间的能量高低有交错现象，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。 (3)当能量相同的原子轨道在全满(p6、d10、f14)、半满(p3、d5、f7)和全空(p0、d0、f0) 状态时，体系的能量最低。如24Cr的基态原子电子排布式为：1s22s22p63s23p63d54s1，而不是：1s22s22p63s23p63d44s2。 4. 基态原子核外电子排布的表示方法 (1)电子排布式 例如K：1s22s22p63s23p64s1 或 [Ar]4s1。 (2)电子排布图(轨道表示式) 用方框表示原子轨道，用“↑”或“↓”表示自旋方向不同的 电子，按排入各电子层中各能级的先后顺序和在轨道中的排布情况书写。 二.原子结构与元素周期表 1.原子的电子构型与周期的关系 (1)每周期第一种元素的最外层电子的排布式为_________。每周期结尾元素的最外层电子 排布式除He为_________外，其余为_________。He核外只有_________个电子，只有1个_________轨道，还未出现p轨道，所以第一周期结尾元素的电子排布跟其他周期不同。 (2)一个能级组最多所容纳的电子数等于一个周期所包含的元素种类。但一个能级组不一 定全部是能量相同的能级，而是能量相近的能级。 (3)周期表中，周期序数=该周期元素基态原子的__________________。 2.元素周期表的分区 若已知元素的外围电子排布，可直接判断该元素在周期表中的位置。如：某元素的外围电子排布为4s24p4，由此可知，该元素位于p区，为第四周期ⅥA族元素。即最大能层为其周期数，最外层电子数为其族序数，但应注意过渡元素(副族与第Ⅷ族)的最大能层为其周期数，外围电子数应为其纵列数而不是其族序数(镧系、锕系除外)。 三.元素周期律 第一章原子结构与性质 一.原子结构 1、能级与能层 2、原子轨道 3、原子核外电子排布规律 （1）构造原理：随着核电荷数递增，大多数元素的电中性基态原子的电子按右图顺序填入核外电子运动轨道（能级）， 叫做构造原理。 能级交错：由构造原理可知，电子先进入4s轨道，后进入3d轨道，这种现象叫能级交错。 （说明：构造原理并不是说4s能级比3d能级能量低（实际上4s能级比3d能级能量高），而是指这样顺序填充电子可以使整个原子的能量最低。） （2）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。 （3）泡利（不相容）原理：一个轨道里最多只能容纳两个电子，且电旋方向相反（用“↑↓”表示），这个原理称为泡利原理。 ：当电子排布在同一能级的不同轨道（能量相同）时，总是优先单独占据一个轨道，而且自）洪特规则4（． ↑↑↓↑↑↑。，的轨道式为p3而不是旋方向相同，这个规则叫洪特规则。比如，洪特规则特例：当p、d、f轨道填充的电子数为全空、半充满或全充满时，原子处于较稳定的状态。即p0、d0、f0、p3、d5、f7、p6、d10、f14时，是较稳定状态。 前36号元素中，全空状态的有4Be 2s22p0、12Mg 3s23p0、20Ca 4s23d0；半充满状态的有：7N 2s22p3、15P 3s23p3、24Cr 3d54s1、25Mn 3d54s2、33As 4s24p3；全充满状态的有10Ne 2s22p6、18Ar 3s23p6、29Cu 3d104s1、30Zn 3d104s2、36Kr 4s24p6。 4、基态原子核外电子排布的表示方法 （1）电子排布式 ①用数字在能级符号的右上角表明该能级上排布的电子数，这就是电子排布式，例如K：1s22s22p63s23p64s1。 ②为了避免电子排布式书写过于繁琐，把内层电子达到稀有气体元素原子结构的部分以相应稀有气体的元素符号外加方括号表示，例如K：[Ar]4s1。 （2）电子排布图(轨道表示式) 每个方框或圆圈代表一个原子轨道，每个箭头代表一个电子。 如基态硫原子的轨道表示式为《原子与原子核的结构》教学设计
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