高考化学二轮专题培优课件——专题六：原子结构 (含解析)

无机部分专题六：原子结构原子结构6.1微观粒子的波粒二象性微观粒子的波粒二象性6.2氢原子核外电子的运动状态氢原子核外电子的运动状态6.4原子结构和元素周期律原子结构和元素周期律原子结构原子结构6.3多电子原子核外电子多电子原子核外电子的运动状态的运动状态1 1、掌握四个量子数的意义、掌握四个量子数的意义、掌握四个量子数的意义、掌握四个量子数的意义2 2、能运用不相容原理，能量最低原理和洪特规、能运用不相容原理，能量最低原理和洪特规、能运用不相容原理，能量最低原理和洪特规、能运用不相容原理，能量最低原理和洪特规 则写出元素的原子核外电子排布和价电子构型。则写出元素的原子核外电子排布和价电子构型。则写出元素的原子核外电子排布和价电子构型。则写出元素的原子核外电子排布和价电子构型。3 3、理解周期表、元素性质与原子结构的关系。、理解周期表、元素性质与原子结构的关系。、理解周期表、元素性质与原子结构的关系。、理解周期表、元素性质与原子结构的关系。本章重点本章重点6.1.1氢光谱和玻尔理论氢光谱和玻尔理论6.1.3不确定原理不确定原理6.1.2微观粒子的波粒二象性微观粒子的波粒二象性6.1微观粒子的波粒二象性微观粒子的波粒二象性1924年，法国青年物理学家年，法国青年物理学家deBroglie大胆地大胆地提出电子也具有波粒二象性的假说。并预言：对提出电子也具有波粒二象性的假说。并预言：对于质量为于质量为me，运动速率为，运动速率为的电子，其相应的波的电子，其相应的波长长 可由下式给出：可由下式给出：6.1.2微观粒子的波粒二象性微观粒子的波粒二象性p：动量，：动量，m:光子质量（粒子性）光子质量（粒子性）:光的波长（波动性）光的波长（波动性）h=6.62610-34J.s(Planck常数常数)1、电子的波粒二象性、电子的波粒二象性电子衍射实验电子衍射实验:1927年年,两位美国科学家进行了电子两位美国科学家进行了电子衍射实验衍射实验,证实了德布罗意关系式的正确性。证实了德布罗意关系式的正确性。重要暗示重要暗示不可能存在不可能存在Rutherford和和Bohr模型中行星绕太阳那样的电子轨道。模型中行星绕太阳那样的电子轨道。1、海森堡的不确定原理海森堡的不确定原理不可能同时测得电子的精确位置和精确动量不可能同时测得电子的精确位置和精确动量 ！6.1.3不确定原理不确定原理2、微观粒子运动的统计规律、微观粒子运动的统计规律 具具有有波波粒粒二二象象性性的的电电子子，不不再再遵遵守守经经典典力力学学规规律律，它它们们的的运运动动没没有有确确定定的的轨轨道道，只只有有一一定的空间概率分布。定的空间概率分布。若若通通过过电电子子枪枪一一粒粒粒粒发发射射电电子子，通通过过狭狭缝缝打打到到感感光光屏屏幕幕上上，时时间间较较短短时时，电电子子数数目目少少，每每个个电电子子的的分分布布无无规规律律；而而当当时时间间较较长长时时，电电子子的数目足够多时，的数目足够多时，出现衍射环。出现衍射环。衍射环的出现，表明了电子运动的波动性衍射环的出现，表明了电子运动的波动性，所以波动性是粒子性的统计结果。所以波动性是粒子性的统计结果。实验中明暗实验中明暗交替的衍射环中，亮的地方，交替的衍射环中，亮的地方，电子出现的机会电子出现的机会大，暗的地方电子出现机会小。即这种电子的大，暗的地方电子出现机会小。即这种电子的分布是有规律的。分布是有规律的。微观粒子的三个特征（微观粒子的三个特征（波粒二象性，不确定原理，波粒二象性，不确定原理，运动规律的统计性运动规律的统计性）说明，研究微观粒子，不能）说明，研究微观粒子，不能用经典的牛顿力学理论。而找出微观粒子的空间用经典的牛顿力学理论。而找出微观粒子的空间分布规律，必须借助数学方法，分布规律，必须借助数学方法，建立一个数学模建立一个数学模式，式，找出一个函数，找出一个函数，用这这一函数来研究微观粒用这这一函数来研究微观粒子。子。6.2.2四个量子数四个量子数6.2氢原子核外电子的运动状态氢原子核外电子的运动状态6.2.1波函数与波函数与薛定谔薛定谔方程方程6.2.3波函数和电子云图形波函数和电子云图形式中式中:称为波函数称为波函数,是核外电子出现区域是核外电子出现区域的函数的函数;E为原子的总能量为原子的总能量;V为原子核对电子的吸引能为原子核对电子的吸引能();m为电子的质量为电子的质量;h为普朗克常数为普朗克常数;x、y、z为电子的空间坐标。为电子的空间坐标。1、薛定谔方程、薛定谔方程:二阶偏微分方程：二阶偏微分方程：6.2.1波函数和薛定谔方程波函数和薛定谔方程薛定谔薛定谔薛定谔薛定谔（1）波函数是一个函数，不是一个数值；）波函数是一个函数，不是一个数值；从薛定谔方程解出来的波函数，是球坐标从薛定谔方程解出来的波函数，是球坐标 的函数式，记为的函数式，记为常将波函数分解为两个常将波函数分解为两个函数的乘积：函数的乘积：2、波函数、波函数 ：薛定谔方程的解：薛定谔方程的解（2)波函数是表示原子中电子在原子核外空间的波函数是表示原子中电子在原子核外空间的可能的运动状态，由量子数确定，确定一个电子可能的运动状态，由量子数确定，确定一个电子的空间运动状态需要用三个量子数的空间运动状态需要用三个量子数n,l,m。（3)波函数没有明确直观的物理意义。波函数没有明确直观的物理意义。原子轨道原子轨道是电子在原子核外空间的运动状态，是电子在原子核外空间的运动状态，可以用波函数来描述。可以用波函数来描述。3、原子轨道、原子轨道注意：注意：原子轨道与宏观的轨道不同，没有轨迹；原子轨道与宏观的轨道不同，没有轨迹；原子轨道原子轨道与玻尔理论中的轨道不同，是一函数与玻尔理论中的轨道不同，是一函数式；式；原子轨道原子轨道有相应的能量，由量子数确定。有相应的能量，由量子数确定。四个量子数四个量子数主量子数主量子数n 磁量子数磁量子数 m 自旋量子数自旋量子数 ms角量子数角量子数ln=1,2,3,6.2.2四个量子数四个量子数n取值取值：1，2，3，4，5n意义意义：n主要决定电子能量高低；主要决定电子能量高低；n表示离核的远近；表示离核的远近；不同的不同的n值，对应于不同的电子层。值，对应于不同的电子层。1、主量子数、主量子数n：取值：1 2 3 4 5符号：符号：KLMNO l 的取值的取值：0，1，2，3n-1(亚层）亚层）s,p,d,f.意义意义：l 决定了原子轨道的形状决定了原子轨道的形状；单电子原子中电子的能量由单电子原子中电子的能量由n决定，多电决定，多电子原子中电子的能量由子原子中电子的能量由n和和l共同决定。共同决定。2、角量子数、角量子数lnl1234（亚层亚层0000s111p22d3f)原子轨道的形状取决于原子轨道的形状取决于l:n=3,l=0:表示轨道为第三层的表示轨道为第三层的3s轨道，轨道，形状为球形形状为球形l=1:表示轨道为第三层的表示轨道为第三层的3p轨道，形状为哑铃形轨道，形状为哑铃形l=2:表示轨道为第三层的表示轨道为第三层的3d轨道，形状为花瓣形轨道，形状为花瓣形m取值取值：可取：可取0，1,2l意义意义：m决定原子轨道的空间取向决定原子轨道的空间取向;m与能量无关与能量无关(m 取值相同的轨道互为等价轨道取值相同的轨道互为等价轨道)。3、磁量子数磁量子数mlm轨道数轨道数0(s)1(p)2(d)3(f)01012101232101231357s轨道轨道(l=0,m=0):m 一一种取值种取值,空间一种取向空间一种取向,一条一条s轨道轨道 p轨道轨道(l=1,m=+1,0,-1)m 三种取值三种取值,三种取向三种取向,三条等价三条等价(简并简并)p轨道轨道d 轨道轨道(l=2,m=+2,+1,0,-1,-2):m 五五种取值种取值,空间五种取向空间五种取向,五条等价五条等价(简并简并)d 轨轨道道所所以以,m只只决决定定原原子子轨轨道道的的空空间间取取向向,不不影影响响轨轨道道的的能能量量。因因n和和l一一定定,轨轨道道的的能能量量则则为为一一定定,空空间间取向取向(伸展方向伸展方向)不影响能量不影响能量。1)电子层电子层,电子距离核的远近电子距离核的远近,轨道能量高低轨道能量高低;2)轨道的形状轨道的形状;3)轨道在空间分布的方向轨道在空间分布的方向。因而因而,利用三个量子数即可将一个原子轨道描述利用三个量子数即可将一个原子轨道描述出来。出来。n电子层电子层电子亚层电子亚层轨道轨道数数1K01s 012L012s2p 0 1,0,+13M0123s3p3d04N01234s4p4d4f0电子层、电子亚层、原子轨道与量子数之间的关系电子层、电子亚层、原子轨道与量子数之间的关系4、自旋量子数、自旋量子数(ms):ms：决定电子在空间的自旋方向。：决定电子在空间的自旋方向。取值取值：+1/2,-1/2，通常用，通常用“”“”表示。表示。综综上上所所述述：原原子子中中每每一一个个电电子子的的运运动动状状态态可可以以用用四四个个量量子子数数(n,l,m,ms)来来描描述述，为为此此根根据据量量子子数数数数值值间间的的关关系系可可知知各各电电子子层层中中可可能能有有的的运运动动状态数。状态数。(1)(1)用下列各量子数来表示某一电子在核外的用下列各量子数来表示某一电子在核外的运动状态，其中合理的是运动状态，其中合理的是。A、n=2,l=2,m=0B、n=3,l=2,m=+1C、n=2,l=0,m=-1D、n=2,l=3,m=+2(2)多电子原子中，以下列量子数表征的电子，多电子原子中，以下列量子数表征的电子，其能量最高的是其能量最高的是。A、2,l,-1,+1/2B、2,0,0,-2/1C、3,1,1,+1/2D、3,2,-1,+1/2Question 1(3)写出与轨道量子数写出与轨道量子数n=4,l=2,m=0的的原子轨道名称。原子轨道名称。原原子子轨轨道道是是由由n,l,m 三三个个量量子子数数决决定定的的。与与l=2 对对应应的的轨轨道道是是d 轨轨道道。因因为为n=4,该该轨轨道道的的名名称称应应该该是是4d.磁磁量量子子数数m=0 在在轨轨道道名名称称中中得得不不到到反反映映,但但根根据据我我们们迄迄今今学学过过的的知知识识,m=0表表示示该该4d 轨轨道道是是不不同同伸伸展展方方向向的的5条条4d 轨轨道道之一。之一。6.3.1屏蔽效应和钻穿效应屏蔽效应和钻穿效应6.3.2原子核外电子的排布原子核外电子的排布6.3多电子原子核外电子多电子原子核外电子的运动状态的运动状态 由核外其余电子抵消部分核电荷对指定电子吸引的作用称由核外其余电子抵消部分核电荷对指定电子吸引的作用称屏蔽效应屏蔽效应。1、屏蔽效应：、屏蔽效应：6.3.1屏蔽效应和钻穿效应屏蔽效应和钻穿效应以以Li原子为例说明这个问题原子为例说明这个问题：研究外层的一个电子。研究外层的一个电子。它受到核的它受到核的的引力，同时又受到内层电子的的引力，同时又受到内层电子的2的斥力。的斥力。实际上受到的引力已经不会恰好是实际上受到的引力已经不会恰好是+3，受到的斥力也不会恰好是，受到的斥力也不会恰好是2我们把我们把看成是一个整体，即被中和掉部分正电的看成是一个整体，即被中和掉部分正电的的原子核。的原子核。于是我们研究的对象于是我们研究的对象外层的一个电子就相当于处在单电子体系中。外层的一个电子就相当于处在单电子体系中。中和后的中和后的核电荷核电荷Z变成了变成了有效核电荷有效核电荷Z*。有效核电荷 Z*=(Z)2、钻穿效应、钻穿效应:外层电子钻入原子核附近而使体系能量降低的外层电子钻入原子核附近而使体系能量降低的现象叫做钻穿效应现象叫做钻穿效应。E3dE4s,就是就是4s电子的钻穿效应较电子的钻穿效应较3d电子强的缘故电子强的缘故。3d与与4s轨道的径向分布图轨道的径向分布图1、核外电子分布三规则、核外电子分布三规则6.3.2原子核外电子排布原子核外电子排布（1）Pauli不相容原理不相容原理 在一个原子中，不可能存在四个量子数完全相在一个原