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1、第一章第一章 原子结构与性质原子结构与性质第一节第一节 原子结构原子结构人教人教版高中版高中化学选择性化学选择性必修必修2 2第第1 1课时课时 能层能层与能级与能级 基态与激发态基态与激发态 原子光谱原子光谱 引引 言言化学研究的是构成宏观物体的物质。化学研究的是构成宏观物体的物质。一、研究物质的组成与结构一、研究物质的组成与结构二、研究物质的性质与变化二、研究物质的性质与变化决决定定决决定定“原性论原性论”思考思考物质的物质的组成与结构组成与结构如何决定物质的如何决定物质的性质与变化性质与变化呢？呢？物质的元素组成决定了物质的性质物质的元素组成决定了物质的性质为什么不同元素有不同性质？为什
2、么不同元素有不同性质？为什么有的元素性质相似？为什么有的元素性质相似？原子结构不同或相似原子结构不同或相似原子结构如何决定元素性质？原子结构如何决定元素性质？第一章第一章 内容内容引引 言言课标要求课标要求l了解有关核外电子运动模型的历史发展过程，认识核了解有关核外电子运动模型的历史发展过程，认识核外电子的运动特点。外电子的运动特点。l知道电子运动的能量状态具有量子化的特征（能量不知道电子运动的能量状态具有量子化的特征（能量不连续），电子可以处于不同的能级，在一定条件下会连续），电子可以处于不同的能级，在一定条件下会发生激发与跃迁。发生激发与跃迁。l知道电子的运动状态（空间分布及能量）可通过原
3、子知道电子的运动状态（空间分布及能量）可通过原子轨道和电子云模型来描述。轨道和电子云模型来描述。一、一、开天辟地原子的诞生宇宙大爆炸 1932年年勒勒梅梅特特首首次次提提出出了了现现代代宇宇宙宙大大爆爆炸炸理理论论：整整个个宇宇宙宙最最初初聚聚集集在在一一个个“原原始始原原子子”中中，后后来来发发生生了了大大爆爆炸炸，碎碎片片向向四四面面八八方方散散开开，形形成成了了我我们们的的宇宇宙宙。大大爆爆炸炸后后两两小小时时，诞诞生生了了大大量量的的H、少少量量的的He及及极极少少量量的的Li，然然后后经经过过长长或或短短的的发发展展过过程程，以以上上元元素素发生原子核的熔合反应，分期分批的合成了其它
4、元素。发生原子核的熔合反应，分期分批的合成了其它元素。宇宙大爆炸宇宙大爆炸宇宙大爆炸宇宙大爆炸2h2h后后诞生诞生大量的大量的大量的大量的氢氢氢氢大量的大量的大量的大量的氦氦氦氦极少量的极少量的极少量的极少量的锂锂锂锂原子核的原子核的熔合反应熔合反应合成合成其他元素其他元素19321932年勒梅特首次提出了现代宇宙大爆炸理论年勒梅特首次提出了现代宇宙大爆炸理论 1 1、原子的诞生、原子的诞生 我们今天熟悉的各种元素（原子），都是从那时起经历了漫长复杂的物理化学变化，分批分期合成而来的 氢元素是宇宙中最丰富的元素，占氢元素是宇宙中最丰富的元素，占88.6%88.6%（氦约为氢的（氦约为氢的1 1
5、8 8），另外还有），另外还有9090多种元素，它们的原子总数加起来不多种元素，它们的原子总数加起来不足足1%1%。宇宙年龄距近约。宇宙年龄距近约140140亿年，地球年龄已有亿年，地球年龄已有4646亿年。亿年。地球上的元素绝大多数是金属，非金属仅地球上的元素绝大多数是金属，非金属仅2222种。种。人类在认识自然的过程中，经历了无人类在认识自然的过程中，经历了无数的艰辛，正是因为有了无数的探索者，数的艰辛，正是因为有了无数的探索者，才使人类对事物的认识一步步地走向深才使人类对事物的认识一步步地走向深入，也越来越接近事物的本质。入，也越来越接近事物的本质。随着现代科学技术的发展，我们现在随着现
6、代科学技术的发展，我们现在所学习的科学理论，还会随着人类对客所学习的科学理论，还会随着人类对客观事物的认识而不断地深入和发展。观事物的认识而不断地深入和发展。2 2、人类认识原子的过程人类认识原子的过程“原子原子”一词源自古希腊语“ATOM”，是不可再分的意思。古希腊哲学家假想原子是世间万物最小的微粒。19世纪初，英国人道尔顿创立了近代原子学说，假设原子是化学元素中的最小粒子，每一种元素有一种原子。20世纪初，人们终于认识到原子不是最小的粒子，而且有复杂的结构。对原子结构的认识为元素周期律找到了理论根据。原子的基本性质，如原子半径、电离能和电负性等都与原子结构密切相关，因而也呈现周期性。原子的
7、来源原子的来源“葡萄干布丁”模型（汤姆生1904）电子分布在均匀的正电荷连续体内u原子结构模型的演变 原子结构模型的演变 实心球模型（道尔顿1803）原子是不可再分的12行星模型（卢瑟福1911）原子由原子核核外电子组成3圆形轨道模型（波尔1913）核外电子在特定轨道上高速运动4电子云模型（薛定谔1926）电子只能用概率大小来描述在某处出现的可能性5原子结构探索历程原子结构探索历程18691869年年俄国化学家门捷列夫发现了元素周期表19201920年年玻尔玻尔构造原理：从氢开始，随核电荷数递增，新增电子填入原子核外“壳层”的顺序。玻尔的壳层落实为玻尔的壳层落实为“能层能层”与与“能级能级”，
8、厘清了核外电，厘清了核外电子的可能状态，复杂的原子子的可能状态，复杂的原子光谱得以诠释光谱得以诠释德国科学家马德隆德国科学家马德隆发表了以原子光谱事实为依据的完整的发表了以原子光谱事实为依据的完整的构造理论构造理论19361936年年玻尔原子模型（玻尔原子模型（19131913年）年）玻尔借助诞生不久的量子理论改进了卢瑟福的模型。玻尔原子模型（又称分层模型）：当原子只有一个电子时，电子沿特定球形轨道运转；当原子有多个电子时，它们将分布在多个球壳中绕核运动。不同的电子运转轨道是具有一定级差的稳定轨道。丹麦物理学家玻尔丹麦物理学家玻尔（N.Bohr,1885N.Bohr,18851962)1962
9、)玻玻尔尔原原子子模模型型玻尔模型玻尔模型 电子只能在原子核电子只能在原子核外具有外具有特定能量特定能量的的“壳壳层层”中运动。中运动。旧知回顾旧知回顾2 2、你认为核外电子有什么运动特点和排布、你认为核外电子有什么运动特点和排布规律？规律？思考交流思考交流1 1、结合所学，请以钠原子为例，谈谈你对、结合所学，请以钠原子为例，谈谈你对原子结构的认识。原子结构的认识。钠的原子结构示意图原子是由原子核和原子是由原子核和核外电核外电子子组成组成核外电子是核外电子是分层分层排布的排布的;离核越远的电子离核越远的电子,能量能量越高越高。旧知回顾旧知回顾电子层电子层能层能层能层越高，电子的能量越高能层越高
10、，电子的能量越高原子原子基态原子基态原子激发态原子激发态原子吸收能吸收能量量释放能释放能量量处于最低能量处于最低能量处于较高能量处于较高能量任务任务 基态与激发态基态与激发态特别提醒特别提醒 电子的跃迁是物理变化（未发生电子转移），而原子电子的跃迁是物理变化（未发生电子转移），而原子得失电子时发生的是化学变化。得失电子时发生的是化学变化。光（辐射）是电子跃迁光（辐射）是电子跃迁释放释放能量的重要形式。能量的重要形式。一般在能量相近的能级间发生电子跃迁。如一般在能量相近的能级间发生电子跃迁。如1s22s22p2 表表示基态碳原子，示基态碳原子，1s22s12p3为激发态碳原子（电子数不变）。为激
11、发态碳原子（电子数不变）。激发态原子不稳定，易释放能量变为能量较低或基态原子激发态原子不稳定，易释放能量变为能量较低或基态原子。激发态原子释放能量变为基态原子时，其能量可转化为可激发态原子释放能量变为基态原子时，其能量可转化为可见光，如：焰火、激光、霓虹灯见光，如：焰火、激光、霓虹灯任务三任务三 基态与激发态基态与激发态 生活中，我们看到的许多可见光，都与原子核外电生活中，我们看到的许多可见光，都与原子核外电子跃迁释放能量有关。子跃迁释放能量有关。光谱与可见光光谱光谱与可见光光谱光谱：光谱：按照一定能量次序按照一定能量次序排列的光带。排列的光带。可见光光谱：可见光光谱：可以被人眼观察的可以被人
12、眼观察的光带。光带。研究原子结构的方法研究原子结构的方法原子光谱原子光谱氢原子光谱氢原子光谱研究原子结构的方法研究原子结构的方法原子光谱原子光谱原子光谱的产生原子光谱的产生基态KLMN激发态KLMN能量能量KLMN光KLMN不稳定不稳定吸收能量吸收能量电子跃迁电子跃迁释放能量释放能量(1)(1)定义：定义：不同元素的原子，电子发生跃迁时会吸收或释放不同的光，不同元素的原子，电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原子的可以用光谱仪摄取各种元素原子的发射发射光谱或光谱或吸收吸收光谱，总称光谱，总称原子光谱。原子光谱。发射光谱发射光谱吸收光谱吸收光谱任务任务 原子光谱原子光谱特
13、征特征:暗背景暗背景,亮线亮线,线状不连续线状不连续特征特征:亮背景，暗线，亮背景，暗线，线状不连续线状不连续 2 2、原子光谱的应用、原子光谱的应用He He 氦氦任务四任务四 原子光谱原子光谱（1 1）发现新元素）发现新元素（2 2）检验元素）检验元素不同元素的焰色试验不同元素的焰色试验任务四任务四 原子光谱原子光谱烟火烟火任务四任务四 原子光谱原子光谱（3 3）生产生活）生产生活霓虹灯霓虹灯分析霓虹灯发光的原理：分析霓虹灯发光的原理：充有氖气的霓虹灯能发出红光，产生这一现象的原因是通电充有氖气的霓虹灯能发出红光，产生这一现象的原因是通电后在电场作用下，放电管里氖原子中的电子吸收能量后跃迁
14、后在电场作用下，放电管里氖原子中的电子吸收能量后跃迁到能量较高的能级，且处在能量较高的能级上的电子会很快到能量较高的能级，且处在能量较高的能级上的电子会很快地以光的形式释放能量而跃迁回能量较低的能级上，该光的地以光的形式释放能量而跃迁回能量较低的能级上，该光的波长恰好处于可见光区域中的红色波段。波长恰好处于可见光区域中的红色波段。下图是锂、氦、汞的吸收光谱和发射光谱。下图是锂、氦、汞的吸收光谱和发射光谱。其中图其中图_是原子由基态转化为激发态时是原子由基态转化为激发态时的吸收光谱，图的吸收光谱，图_是原子由激发态转化是原子由激发态转化为基态时的发射光谱。不同元素的原子光谱为基态时的发射光谱。不
15、同元素的原子光谱上的特征谱线不同，请在下图中用线段将同上的特征谱线不同，请在下图中用线段将同种元素的吸收光谱和发射光谱连接。种元素的吸收光谱和发射光谱连接。课堂练习课堂练习任务一任务一 认识能层认识能层(1)(1)含义：含义：多电子原子核外电子的能量是不同的，核外多电子原子核外电子的能量是不同的，核外电子按电子按能量不同能量不同分成能层。分成能层。(2)(2)电子的能层由内向外排序，其序号、符号以电子的能层由内向外排序，其序号、符号以及能容纳的最多电子数及能容纳的最多电子数:第第n n层最多可容纳的电子层最多可容纳的电子数为数为2n2n2 2。(3)(3)最外层电子数不超过最外层电子数不超过8
16、 8(K(K层为最外层时层为最外层时,电电子数不超过子数不超过2 2)次外层电子数不超过次外层电子数不超过1818 倒数第三层电子数不超过倒数第三层电子数不超过3232任务一任务一 认识能层认识能层(3)(3)能量规律：原子核外电子总是可能先排布在能量规律：原子核外电子总是可能先排布在能量能量 的电子层上，然后由内向外依次的电子层上，然后由内向外依次排布在能量逐渐排布在能量逐渐 的电子层。即：能的电子层。即：能层的高低顺序为层的高低顺序为 较低较低升高升高E(K)E(L)E(M)E(N)E(O)E(P)E(Q)多电子原子中，多电子原子中，同一能层的电子，能同一能层的电子，能量也可能不同。量也可
17、能不同。还可以把一个能还可以把一个能层分为不同能级。层分为不同能级。任务二任务二 认识能级认识能级 科学家据此进一步完善玻尔模型。科学家据此进一步完善玻尔模型。将所谓的将所谓的“壳层壳层”由由“能层能层”落实为落实为“能层能层”中的中的“能级能级”。1 1、能层与能级的关系、能层与能级的关系 (1)(1)任一能层的能级总是从任一能层的能级总是从s s能级开始，而且能级数能级开始，而且能级数等于该能层序数，即第一能层只有等于该能层序数，即第一能层只有1 1个能级个能级(1s1s)，第二能，第二能层有层有2 2个能级个能级(2s2s和和2p2p)，依次类推。，依次类推。任务二任务二 认识能级认识能
18、级 (2)(2)以以s s、p p、d d、f f、g g.排序的各能级可容排序的各能级可容纳的最多电子数依次为纳的最多电子数依次为1 1、3 3、5 5、7 7.的的2 2倍。倍。(3)(3)能级符号前面用数字表示能层序数，能级符号前面用数字表示能层序数，英文英文字母相同的不同能级中所能容纳的最多电子数相字母相同的不同能级中所能容纳的最多电子数相同。例如，同。例如，1 1s s、2s2s、3s3s、4 4s s.能级最多都只能级最多都只能容纳能容纳2 2个电子。个电子。任务二任务二 认识能级认识能级1 1、能层与能级的关系、能层与能级的关系 （4 4）能层或能层或能级的能量特点如下：能级的能
19、量特点如下：单电子原子中：单电子原子中：E E(n ns)s)E E(n np)p)E E(n nd)d)E E(n nf)f)多电子原子中：多电子原子中：E E(n ns)s)E E(n np)p)E E(n nd)d)E E(n nf)f)任务二任务二 认识能级认识能级请填写下表，归纳各能级最多可容纳的电子数。请填写下表，归纳各能级最多可容纳的电子数。能层能层K KL LM MN N最多最多电子电子数数2 28 818183232能级能级最多最多电子电子数数1s2s2s2p2p3s3s3p3p3d3d4s4s4p4p4d4d4f4f2 22 26 62 26 610102 26 61010
20、1414任务二任务二 认识能级认识能级 4 4、第五能层最多可以容纳多少个电子？分别、第五能层最多可以容纳多少个电子？分别容纳在哪些能级中？各能级最多容纳多少个电容纳在哪些能级中？各能级最多容纳多少个电子？子？思考交流思考交流 3 3、以、以s s、p p、d d、f f为符号的能级分别最多可容为符号的能级分别最多可容纳多少个电子？纳多少个电子？3d3d、4d4d、5d5d能级所能容纳的最能级所能容纳的最多电子数是否相同多电子数是否相同?2.6.10.14相同50s-2，p-6，d-10，f-14一、一、能层与能级能层与能级能层KLMNO能级1s2s2p3s3p3d4s4p4d5s5p.最多电最多电子数子数2262 6102610142628183250课堂小结课堂小结二、基态与激发态二、基态与激发态 原子光原子光谱谱基态原子激发态原子吸收能量释放能量发射光谱吸收光谱能量较高能量最低课堂小结课堂小结