原子结构的发展史

第一讲 原子结构的发展史

学习目标：

1．了解原子结构的发展历史

2．熟悉相应化学用语表示方法

3．掌握微粒计算方法、概念差异的比较

4．掌握核外电子排布及其相关理论

教学过程：

1．发展历史与实验

原子结构模型的演变图中，⑴为道尔顿实心球式原子模型、⑵为卢瑟福行星运转式原子模型、⑶为汤姆生葡萄干面包式原子模型、⑷为近代量子力学原子模型、⑸为玻尔轨道式原子模型。其中符合历史演变顺序的一组排列是

A．⑴⑶⑵⑸⑷ B．⑴⑵⑶⑷⑸ C．⑴⑸⑶⑵⑷ D．⑴⑶⑸⑷⑵

2．组成原子的基本粒子之间的关系

（1）质子数决定_________的种类；质子数和中子数决定________的种类

（2）AZX代表一个质量数为_______，质子数为_______，中子数为______，核外电子数为___________的原子

（3）质量数==_________ + ___________，对任一原子，核电荷数==_________；对中性原子，核外电子数==__________________

（4）ZXn-中核外电子数==______________，ZXn+中核外电子数==____________

课堂练习：

1：在物质结构研究的历史上，根据量子论的观点，首先提出原子核外电子在一系列稳定轨道上运动并较好地解释了氢原子光谱的科学家是

A．汤姆生 B．卢瑟福 C．道尔顿 D．玻尔

2．两种微粒的质子数和电子数都相等，它们不可能是

A．一种阳离子和一种阴离子 B．一种单质分子和一种化合物分子

C．一种分子和一种离子 D．一种原子和一种分子

2．核外电子排布的初步

核外电子以极高的速度、在极小的空间作应不停止的运转。不遵循宏观物体的运动规律（不能测出在某一时刻的位置、速度，即不能描画出它的运动轨迹）。

可用统计（图示）的方法研究电子在核外出现的概率。电子云——电子在核外空间一定范围内出现的机会的大小，好像带负电荷的云雾笼罩在原子核周围，人们形象的称为电子云。电子云图中小黑点的疏密表示___________，成______________关系。

原子核外电子的运动特征

（一）电子层（又称能层）：分层依据：能量的较大差别；

电子运动的主要区域或离核远近的不同。

（二）原子轨道——电子亚层

轨道的类型不同，轨道的形状也不同。

用s、p、d、f分别表示不同形状的轨道。

原子轨道表示方法：表示为ns，np，nd，nf等。

原子轨道种类数与电子层序数_______。

（三）轨道的伸展方向

思考：各原子轨道的能量高低：（提高是多电子原子中，电子填充原子轨道时）

①相同电子层上原子轨道能量的高低：ns ___np____ nd _____ nf

②形状相同的原子轨道能量的高低：1s ____ 2s______3s______ 4s……

③电子层和形状相同的原子轨道的能量高低：2px____2py______2pz

巩固练习：

1．下列轨道含有轨道数目为3的是（ ）

A．1s B．2p C．3p D．4d

2．3d轨道中最多容纳电子数为 （ ）

A．2 B．10 C． 14 D． 18

3．第三电子层含有的轨道数为 （ ）

A．3 B． 5 C． 7 D． 9

4．用“＞”“＜”或“＝”表示下列各组多电子原子的原子轨道能量的高低

⑴3s 3p ⑵2px 2py

⑶3s 3d ⑷4s 3p

5．以下能级符号不正确的是 （ ）

A． 5s B． 4d C ．3f D． 6p

6．下列各电子层中不包含d亚层的是 （ ）

A．N电子层 B．M电子层 C．L电子层 D．K电子层

（四）自旋方向

思考：各电子层包含的原子轨道数目和可容纳的电子数

3．核外电子排布与周期表的关系

（1）构造原理关键点：一定要记住电子排入轨道的顺序，这是本章最重要的内容。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，其能量关系是：ns＜（n-2）f ＜ （n-1）d ＜np

核外电子排布的表示方法：

_______________________________________________________________________________

（2）核外电子排布规律

A．最低能量原理：

B．_____________________原理：

C．_____________________规则：

（3）核外电子排布方法

以24Cr为例：

课堂练习：

1．下列各原子或离子的电子排布式错误的是（ ）

A Al 1s22s22p63s23p1 B O2- 1s22s22p6

C Na+ 1s22s22p6 D Si 1s22s22p2

2．下列各原子或离子的电子排布式错误的是（ ）

A. Ca2+ 1s22s22p63s23p6 B. O2- 1s22s23p4

C. Cl- 1s22s22p63s23p6 D. Ar 1s22s22p63s23p6

3．判断下列原子的电子排布式是否正确；如不正确，说明它违反了什么原理

（1）Al： 1s2 2s22p6 3s13p2

（2）Cl： 1s2 2s22p6 3s23p5

（3） S： 1s2 2s22p6 3s33p3

（4） K： 1s2 2s22p6 3s23p63d1

（5）Ne： 1s2 2s22p6

4．“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

A．构造原理 B．泡利原理 C．洪特规则 D．能量最低原理

5．下列原子结构与洪特规则有关的是

A．Cu原子的外围电子排布是 3d104s1而不是3d94s2。

B．S 原子的价电子排布是 3s23p4而不是3s13p5。

C．Fe 原子的外围电子排布是3d64s2 而不是3d8。

D．N原子的最外层有3个未成对电子，且自旋方向相同。

6．熟练写出元素周期表中前36号元素的名称、元素符号和用电子排布式表示1～36号元素原子核外电子的排布。填表

A．在一般情况下总想处于一种较为安全（或稳定）的一种状态（基态），也就是能量最低时的状态。当有外加作用时，电子也是可以吸收能量到能量较高的状态（激发态），但是它总有时时刻刻想回到基态的趋势。一般来说，离核较近的电子具有较低的能量，随着电子层数的增加，电子的能量越来越大；同一层中，各亚层的能量是按s、p、d、f的次序增高的。这两种作用的总结果可以得出电子在原子核外排布时遵守下列次序：1s、2s、2p、3s、3p、4s、3d、4p……

B．我们已经知道，一个电子的运动状态要从4个方面来进行描述，即它所处的电子层、电子亚层、电子云的伸展方向以及电子的自旋方向。在同一个原子中没有也不可能有运动状态完全相同的两个电子存在，这就是保里不相容原理所告诉大家的。根据这个规则，如果两个电子处于同一轨道，那么，这两个电子的自旋方向必定相反。也就是说，每一个轨道中只能容纳两个自旋方向相反的电子。这一点好像我们坐电梯，每个人相当于一个电子，每一个电梯相当于一个轨道，假设电梯足够小，每一个电梯最多只能同时供两个人乘坐，而且乘坐时必须一个人头朝上，另一个人倒立着（为了充分利用空间）。根据保里不相容原理，我们得知：s亚层只有1个轨道，可以容纳两个自旋相反的电子；p亚层有3个轨道，总共可以容纳6个电子；d亚层有5个轨道，总共可以容纳10个电子。我们还得知：第一电子层（K层）中只有1s亚层，最多容纳两个电子；第二电子层（L层）中包括2s和2p两个亚层，总共可以容纳8个电子；第3电子层（M层）中包括3s、3p、3d三个亚层，总共可以容纳18个电子……第n层总共可以容纳2n2个电子。

C．有两方面的含义：一是电子在原子核外排布时，将尽可能分占不同的轨道，且自旋平行；洪特规则的第二个含义是对于同一个电子亚层，当电子排布处于

全满（s2、p6、d10、f14）

半满（s1、p3、d5、f7）

全空（s0、p0、d0、f0）时比较稳定。