选修原子结构§1-1（暑）

第一章 原子结构与性质

§1-1 原子结构

【学习目标】：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。了解泡利原理和洪特规则。 【学习重点】：1．根据构造原理写出1～36号元素原子的电子排布式；

2．核外电子的运动状态，电子云与原子轨道； 3．泡利原理、洪特规则 【学习难点】：1．电子云与原子轨道； 2．基态、激发态与光谱。 【知识梳理】

一、开天辟地——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。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。（1815年，普鲁特曾预言氢是所有元素之母）

人们对原子的认识过程：（1）古希腊哲学家德谟克利特为代表的古代原子学说；

（2）道尔顿近代原子学说 （3）汤姆生“葡萄干布丁”原子模型和卢瑟福“行星系式”原子模型 （4）玻尔原子模型 （5）现代原子结构量子力学模型（核外电子运动——电子云） 【复习提问】电子是怎样在核外空间排布的？ 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2n2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

（4）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。

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8个电子；当M层不是最外层时，最多可排18个电子 【思考】这些规律是如何归纳出来的呢？ 二、能层与能级 2-1能层

（1）能层的概念：按电子能量差异，将核外电子所在的不同区域划分成不同的能层。

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我们知道多电子原子的核外电子的能量是不同的，由内而外可以分为不同的电子层，准确地说，应该叫做“能层”： 第一、二、三、四、五、六、七……能层

符号表示 K、 L、 M、 N、O、 P、 Q…… 能量由低到高

例如：钠原子有11个电子，分布在三个不同的能层上，第一层2个电子，第二层8个电子，第三层1个电子。

思考：19K、8O的电子分别分布在几个不同的能层上？各能层上有多少个电子？ （2）能层的表示方法：

能 层（n） 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…… （3）各能层最多可容纳电子数：2n2（n：能层的序数） 2-2能级

（1）能级的概念：多电子原子中，同一个能层的电子，能量也可能不同，可以把它们分成不同的能级 （2）能级的符号和所能容纳的最多电子数：

能 层 K L M N O 能 级 1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s 4p 4d 4f 5s 5p ?? 最多电子数 2 2 8 6 2 6 18 10 2 6 10 14 2 32 6 50 ?? 各能层电子数 2 可见，每个能层中，能级符号的顺序是ns、np、nd、nf……，同一能层，电子能量s、p、d、f顺序逐渐升高，即：能量高低顺序为：ns＜np＜nd＜nf

（3）各能层所拥有的能级数量：任一能层，能级都是从s能级开始，且：能级数＝能层序数。

例如：第一能层只有1s能级；第二能层有2s、2p两个能级；第三能层有3s、3p、3d三个能级。 （4）各能级可容纳的电子数目：s、p、d、f……可容纳的电子数依次是1、3、5、7……的两倍

例如，s能级最多可容纳2个电子；p能级最多可容纳6个电子；d能级最多可容纳10个电子；f能级最多可容纳14个电子。

【典例分析】:下列有关说法正确的是（ ）

A．各能级的原子轨道数按s、p、d、f的顺序依次为1、3、5、7 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n－1 D．各能层含有的电子数为2n2

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【课堂练习1】

（1）下列关于能级的能量大小比较错误的是（ ）

A．E1s＜E2s＜E3s＜E4s B．E2p＜E3p＜E4p＜E5p C．E4s＜E4p＜E4d＜E4f D．E2s＜E2p＜E2d＜E2f （2）下列说法正确的是（ ）

A．n＝1的能层可以有p能级，标记为1p B．n＝2的能层可以有d能级，标记为2d C．n＝6的能层可以有f能级，标记为6f D．n＝3的能层可以有f能级，标记为3f （3）下列说法正确的是（ ）

A．不论何种原子的M能层上都有18个电子 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n－1

D．s、p、d、f能级可容纳的电子数依次是2、6、10、14。

三、构造原理与电子排布式

3-1构造原理：从氢原子开始，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，这个电子大多是按下图的能级顺序填充的，填满一个能级再填一个新能级。这种规律称为“构造原理”。

简单讲，构造原理就是电子的排布顺序，其实质是各能级的能量高低顺序。 1s→2s→2p→3s→3p→4s→3d→4p→5s→4d→5p→6s→4f→5d→6p→7s→5f→6d→7p

122，334，345，456，4567，567

这个顺序要求同学们要熟记。

3-2构造原理的应用——电子排布式（电子构型）

能层序数

nx 能级符号

m

该能级上填充 的电子数目

例如：1H：1s1 11Na：1s22s22p63s1 7N：1s22s22p3 20Ca：1s22s22p63s23p64s2

书写电子排布式时，可以把内层电子已达到稀有气体电子层结构的部分写成[稀有气体元素符号（称]为原子实），从而简化电子排布式。

例如： 11Na：[Ne]3s1 20Ca：[Ar]4s2

离子的电子排布式：17Cl：1s22s22p63s23p6，26Fe2+：1s22s22p63s23p63d6，26Fe3+：1s22s22p63s23p63d5

－

【特别提醒】电子填充顺序要按构造原理，书写电子排布式则要能层序数

例如，28Ni，电子填充顺序是1s2→2s2→2p6→3s2→3p6→4s2→3d8，而电子排布式为：1s22s22p63s33p63d84s2 【思考】根据构造原理，试分析原子的最外层（K层除外）电子数不超过8的原因。

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【课堂练习2】

（1）已知21Sc(钪)部分核外电子排布为：1s22s22p63s23p64s2，它的最后一个电子应该填充在4p能级还是3d能级？为什么？

（2）写出1～36号元素的核外电子排布式和简化核外电子排布式。

（3）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：

①EK、EN、EL、EM ________________________， ②E3S、E2S、E4S、E1S_______________________， ③E3S、E3d、E2P、E4f_______________________________。 （4）多电子原子中，3s、3p、3d、4s能级的能量高低顺序为

A．3s＜3p＜3d＜4s B．3s＜3p＜4s＜3d C．3s＝3p＝3d＝4s D．3s＝3p＝3d＜4s

（5）已知X、Y两种元素的简化电子排布式分别为，X：[Ar]3d54s2；Y：[Ne]3s23p4。回答下列问题：

①X、Y两种元素的原子序数和元素符号分别是，X：____________；Y：____________。 ②Y原子最外电子层上的电子数是能层数的_______倍；Y原子最外电子层上s能级与p能级上的电子数之比为______________。

（6）在1～18号元素中，最外层p能级上填充的电子数等于其电子层数的原子有__________；最外层p能级上填充的电子数是其电子层数的2倍的原子有__________。 四、能量最低原理、基态与激发态、光谱

4-1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。即电子在填充到各个能级中时，将尽可能先进入能量较低的能级，当能量较低的能级填充满后，再依次进入能量较高的能级。

4-2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。

4-3激发态: 较高能量状态（相对于基态）。当基态原子的电子吸收能量后，电子会跃迁到较高能级，这时的原子称为激发态原子。

吸收能量

基态与激发态相互转化与能量转化的关系：基态原子 释放能量 激发态原子 4-4光谱

（1）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，总称为原子光谱。光（辐射）是电子释放能量的重要形式之一。正是因为原子核外电子发生跃迁释放能量，才有五彩缤纷绚烂迷人的各种光现象。

（2）应用：发现新元素——科学家们通过太阳光谱的分析发现了稀有气体氦；光谱分析——鉴定元素的存在与含量。 【课堂练习3】

（1）同一原子的基态和激发态相比较（ ）

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