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第一節 原子結構
第1課時 能層與能級、
基態與激發態、原子光譜 構造原理與電子排布式
第一章 原子結構與性質
學習目標
1.通過認識原子結構及核外電子排布，知道原子核外電子的能層、能級及電子排布規律，形成宏觀辨識與微觀探析的核心素養。
2.結合原子模型的演變過程，掌握原子核外電子排布的構造原理，能寫出1~36號元素基態原子的電子排布式，形成證據推理與模型認知的核心素養。
3.知道電子的運動狀態可通過原子軌道和電子云模型來描述，能說明微觀粒子運動狀態與宏觀物體運動特點的差異。
原子是怎么產生的？
——原子的誕生
大爆炸后兩小時，誕生了大量的H、少量的He及極少量的Li，然后經過長或短的發展過程，以上元素發生原子核的熔合反應，分期分批的合成了其它元素。
宇宙大爆炸
公元前400多年
原子
19世紀初
原子學說
發現電子
葡萄干布丁模型
行星模型
盧瑟福原子模型：原子是由居于原子中心的帶正電的原子核和核外帶負電的電子構成。原子核的質量幾乎等于原子的全部質量，電子在原子核外空間繞核做高速運動。
α粒子散射實驗
玻爾原子模型
氫原子光譜
人類認識原子的過程
湯姆生原子模型（1904年）：原子是一個球體，正電荷均勻分布在整個球體內，電子像面包里的葡萄干鑲嵌其中
道爾頓原子模型：原子是堅實的、不可再分的實心球。
（1） 原子中的電子在具有確定半徑的圓周軌道上繞原子核運動，并且不輻射能量；
（3）只有當電子從一個軌道（能量為Ei）躍遷到另一個軌道（能量為Ej）時，才會輻射或吸收能量。如果輻射或吸收的能量以光的形式表現出來并被記錄，就形成了光譜。
（2）不同軌道上運動的電子具有不同能量，而且能量是不連續的，這稱為能量“量子化” 。軌道能量依n值（1、2、3、·····）的增大而升高，n稱為量子數。對氫原子而言，電子處在n=1的軌道時能量最低，稱為基態，能量高于基態的狀態，稱為激發態；
尼爾斯·玻爾
玻爾核外電子分層排布的原子結構模型理論要點：
一.能層與能級
1.能層
②原子核外電子的排布規律
電子層數 一 二 三 四 五 六 七
符號 K L M N O P Q
每層最多容納電子數 2 8 18 32 50 72 98
①含義：多電子原子核外電子的能量是不同的，核外電子按能量不同分成能層。
一.能層與能級
能量規律：能層越高，電子的能量越高。即：能層的高低順序為E(K)＜E(L)＜E(M)＜E(N)＜E(O)＜E(P)＜E(Q)
1.能層
數量規律：每層容納的電子數不超過2n2；最外層電子數不超過8(K層為最外層時，電子數不超過2)；次外層電子數不超過18；倒數第三層電子數不超過32。
2.能級
②能級的符號和所能容納的最多電子數
能層 K L M N O 能級 1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s 4p 4d 4f 5s 5p …
最多電子數 2 2 6 2 6 10 2 6 10 14 2 6 …
①含義：多電子原子中，同一能層的電子，能量也可能不同，所以，同一能層的電子，又被分成不同的能級，就好比能層是樓層，能級是樓梯的階級。
1.一個能層的能級數與能層序數(n)間存在什么關系？一個能層最多可容納的電子數與能層序數(n)間存在什么關系？
思考與討論
2.以s、p、d、f 為符號的能級分別最多可容納多少個電子？ 3d、4d、5d能級所能容納的最多電子數是否相同？
3.第五能層最多可容納多少個電子？它們分別容納在幾個能級中？各能級最多容納多少個電子？
歸納總結
①每一能層最多可容納的電子數為2n2（n為能層序數）。
②在每一個能層中，能級符號的順序是ns、np、nd、nf.....(n為能層序數)。
③任一能層的能級總是從s能級開始，能級數等于該能層序數，即第一能層只有1個能級(1s)，第二能層有2個能級(2s和2p)，第三能層有3個能級(3s、3p和3d)，依次類推。
④以s、p、d、f......排序的各能級可容納的最多電子數依次為1、3、5、......的2倍。
⑤英文字母相同的不同能級中所能容納的最多電子數相同。
例如，1s、2s、3s、4s......能級最多都只能容納2個電子。
激光的產生
不同顏色絢麗的煙花
LED燈多彩的燈光的產生
霓虹燈發出五顏六色的光
身
邊
的
化
學
二.基態與激發態 原子光譜
①電子的躍遷是物理變化（未發生電子轉移），而原子得失電子時發生的是化學變化。
②一般在能量相近的能級間發生電子躍遷。
如1s22s22p2 表示基態碳原子，1s22s12p3為激發態碳原子（電子數不變）。
1.基態與激發態
原子
基態原子
激發態原子
吸收能量
釋放能量
處于最低能量
處于較高能量
二.基態與激發態 原子光譜
原子
基態原子
激發態原子
吸收能量
釋放能量
處于最低能量
處于較高能量
1.基態與激發態
③激發態原子不穩定，易釋放能量變為基態原子。
④激發態原子釋放能量變為基態原子時，其能量可轉化為可見光。
①不同元素的原子發生躍遷時會吸收或釋放不同的光，可以用光譜儀攝取各種元素的電子的吸收光譜或發射光譜，總稱原子光譜。
②原子光譜的成因與分類
2.原子光譜
激發態能級
發射光譜
吸收光譜
E1
E0
E2
E3
En
基態能級
Li、He、Hg的發射光譜
吸收光譜
提示：激發態原子中的電子躍遷到低能級時，多余的能量以光的形式釋放出來。
【思考討論】
金屬的焰色試驗中，一些金屬元素呈現不同焰色的原因是什么
三.構造原理與電子排布式
1. 離散的譜線
1814年，德國物理學家夫瑯禾費( J. Fraunhofer, 1787-1826)發明了分光鏡并用來觀察太陽光，發現在太陽光譜中有570多條黑線(現知幾千條)，后人稱之為夫瑯禾費線。1859年，德國科學家本生(R. w. Bunsen, 1811-1899 )和基爾霍夫(G. R. Kirchhoff ，1824-1887)發明了光譜儀，證實了夫瑯禾費線實質上是原子的吸收光譜，并一一找到對應的元素。例如被夫瑯禾費標記為D的雙線源自鈉(如圖)，后人稱為鈉雙線。然而，原子光譜為什么是離散的譜線而不是連續的呢 丹麥科學家玻爾破解了這個百年之謎。
三.構造原理與電子排布式
能級
7s
7p
6s
6p
6d
5s
5p
5d
5f
4s
4p
4d
4f
3s
3p
3d
2s
2p
1s
構造原理示意圖
K
L
M
N
O
P
Q
能層
①填充順序：根據構造原理，填充順序是在能層的基礎上，按能級能量由低到高依次填入相應能級，即按1s→2s→2p→……。
②能級交錯：隨著電荷數遞增，電子并不總是填滿一個能層后再填入下一個能層，而是按3p→4s→3d的順序填充的。
③電子能量的高低
英文字母相同的能級中，能層序數越大，電子能量越高
如E1s＜E2p＜E3d＜E4f
電子能量高低比較
從第三能層開始出現能級交錯現象，能級交錯排列的順序即電子能量由低到高的順序，即Ens＜E(n-2)f＜E(n-1)d＜Enp
能層和能級都相同時，電子的能力相同
同一能層中，能級越高，電子能量越高。
即Ens＜Enp＜End＜Enf
相同能層
不同能級
相同能級
不同能層
3.電子排布式
①電子排布式是用數字在能級符號右上角標明該能級上排布的電子數的式子。如：Al原子電子排布式中各符號、數字的意義為
能級上的電子數
能層
能級
②寫出下列原子或離子的電子排布式：
8O： ；
19K： ； 可簡寫為 ；
17Cl： ； 可簡寫為 ；
16S2－： 。
1s22s22p4
1s22s22p63s23p64s1
[Ar]4s1
1s22s22p63s23p5
[Ne]3s23p5
1s22s22p63s23p6
注意：為避免電子排布式過于繁瑣，可以把內層電子達到稀有氣體結構的部分，以相應稀有氣體元素符號外加方括號來表示。
3.電子排布式
1.簡單原子的電子排布式
① 按構造原理將電子依次填充到能量逐漸升高的能級。
②為避免電子排布式過于繁瑣，可以把內層電子達到稀有氣體結構的部分，以相應稀有氣體元素符號外加方括號表示。
2.復雜電子的電子排布式
對于較復雜的電子排布式，應先按能量從低到高排列，然后將同一能層的電子移到一起。例如：26Fe：依次為1s22s22p63s24s23d6→1s22s22p63s23p63d64s2，簡化為[Ar]3d64s2。
3.基態鉻、銅的核外電子排布不符合構造原理
Cr、Cu基態原子的電子排布式分別為 、____________________。
1s22s22p63s23p63d54s1
1s22s22p63s23p63d104s1
歸納總結
小結
能層與能級、
基態與激發態、原子光譜 構造原理與電子排布式
能層與能級
基態與激發態
原子光譜
構造原理與電子排布式
基態原子
激發態原子
吸收能量
釋放能量
能層越高，電子的能量越高
構造原理示意圖
謝 謝

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