原子核外电子的运动-导学案

第1页专题2：原子结构与元素的性质第一单元原子核外电子的运动【课标要求】1.了解原子核外电子的运动状态。2.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。【教材内容展示】一、人类对原子结构的认识历史1．认识原子结构的历史（第一节已学）2．以氢原子为例，简述原子核外电子运动状态的方法——电子云。二、原子核外电子的运动特征1．电子层2．原子轨道3．电子自旋三、原子核外电子的排布1．原子核外电子的排布所遵循的原理能量最低原理泡利不相容原理洪特规则2．电子排布式、外围电子排布式、价电子3．轨道表示式（第一课时）[思考]1.核外电子质量小带负电荷，运动范围小，速度快，是否遵循宏观物体的运动规律？电子在核外运动时是否有一定的规律？2.科学家是采取什么方法来研究电子在核外运动的？3.关于电子在核外的运动，你现在已经知道哪些规律？一、核外电子的运动的特点：1.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）。2.可用统计（图示）的方法研究电子在核外出现的几率。电子云——电子在核外空间一定范围内出现，好像代负电荷的云雾笼罩在原子核周围，人们形象的称为～。电子云图中小黑点的疏密表示__________________________，成______________关系。3.（1）核外电子是分层排布的（2）不同电子层上的电子能量不同，离核越近，能量越低。（3）电子优先排布在能量最低的电子层里。（4）每个电子层所能容纳的电子数最多为2n2（n为电子层数）。（5）最外层电子数不超过8个（K为最外层时不超过2个），次外层不超过18个，倒数第三层不超过32个。[思考]（1）我们已经知道电子是分层排布的，那么是什么原因导致电子分层排布——第2页即电子分层排布的依据是什么？（2）在多电子原子中，每一层上的电子又是怎样运动的？能量一样吗？运动区域的形状一样吗？（3）为什么每个电子层所能容纳的电子数最多为2n2（n为电子层数）？为什么最外层电子数不超过8个（K为最外层时不超过2个）？二、原子核外电子的运动特征（一）电子层：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[思考]写出氖原子的电子层结构。氖原子第二电子层的8个电子是怎样运动的？它们的能量都一样吗？它们运动的区域一样吗？量子力学研究表明：这8个电子从能量上分为两组。一组有2个能量相同的电子，另一组有6个能量相同的电子。其中2电子组中的电子的能量略低于6电子组的电子的能量（指单个电子的能量）。这是什么原因呢？[展示]某原子核外电子运动状态图。[思考]（1）该原子核外有几个电子层？（2）各电子层上电子的运动区域的形状是否一样？分别是什么形状？（3）第二电子层上的运动区域有无相同形状？但是否在同一方向上？（4）已知该原子是镁，且每个区域都是由两个电子形成，请从立体空间角度设想一下第二电子层上在什么方向上还会有两个电子？为了描述电子在某一层中运动区域的形状和伸展方向的不同，科学家引入了原子轨道。1．形状同一电子层也可以有不同的原子轨道，电子运动区域形状的不同决定轨道的类型。第一电子层：只一种形状——球形对称，所以就只一种类型轨道，用s表示，叫s轨道，记作1s。第二电子层：有二种形状，所以有二种类型轨道。分别是：（1）球形对称，记作2s。（2）纺锤形（或哑铃形），用p表示，叫p轨道，记作2p。第3页第三电子层：是否看出其中存在明显的规律，试着写一写。有种形状，决定有种类型轨道。（1），记作；（2），记作。（3）复杂形状，用d表示，叫d轨道，记作3d。第四电子层：有种形状，决定有种类型轨道。（1），记作；（2），记作。（3）复杂形状，记作。（4）复杂形状，用f表示，叫f轨道，记作4f。第五电子层：有种形状，决定有种类型轨道。（1），记作；（2），记作。（3）复杂形状，记作；（4）复杂形状，记作。（5）复杂形状，用g表示，叫g轨道，记作5g。2．伸展方向相同形状的原子轨道还可有不同的伸展方向，伸展方向决定该种类型轨道的个数。s轨道是球形对称的，只有1个轨道。p轨道在空间有x、y、z3个伸展方向，所以p轨道含3个轨道，分别记作：px、py、pz。d轨道有个（这其中也存在明显的规律，试着写写）伸展方向，即d轨道含个轨道。f轨道有个伸展方向，即f轨道含个轨道。[练习]：各电子层包含的原子轨道数目电子层原子轨道类型原子轨道数目可容纳电子数1228318432n2n23.原子轨道能量高低的规律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……；2p＜3p＜4p＜5p……；③电子层和形状相同的原子轨道的能量相等，如2px=2py=2pz。④原子轨道能量顺序图：看P13图，填写下空1s﹤2s﹤2p﹤3s﹤3p﹤_______________________________________________…。介绍一种能级图——易画好记1s2s2p3s3p4s3d4p5s4d5p6s4f5d6p7s5f6d7p第4页[说明]自左而右、自上而下，轨道能量依次递增。（三）电子自旋：电子不仅在核外空间不停地运动，而且还做自旋运动。电子的自旋有两种状态，通常采用来表示电子的不同自旋状态。电子自旋并非像地球绕轴自旋，只是代表电子的两种不同状态。[思考]核外电子运动状态是由哪几个方面决定的？电子层、原子轨道（包括形状和方向）、电子自旋。[知识小结]原子核外电子的运动一、电子的运动的特点二、原子核外电子的运动特征（一）电子层：1、2、3、4、5、6、7，K、L、M、N、O、P、Q。（二）原子轨道：s、p、d、f（g、h、i……）1．形状：s——球形，p——纺锤形，d、f轨道较复杂2．伸展方向：s——1（轨道数目）p——3（px、py、pz）d——5f——7……3．各电子层包含的原子轨道类型及数目：见教材P12表格4．原子轨道能量高低的规律：nsnpndnf1s2s3s4s……2px=2py=2pz教材P13原子轨道能量顺序图（三）电子自旋：用“↑”、“↓”表示。[巩固练习]1．教材P12问题解决12．教材P12问题解决23．教材P16、54．S轨道形状是，p轨道形状是。5．第3电子层有种原子轨道，有个轨道；第4电子层有种原子轨道，有个轨道；第n电子层有种原子轨道，有个轨道。6．将下列多电子原子的原子轨道按轨道能量由高到低的顺序排列为。1s、3d、4s、2p、5f、6d、7s、4p、3s、5s、4p、6p7．描述原子核外电子的运动状态涉及、和。第5页（第二课时）重难点：正确并熟练的书写电子排布式及轨道表示式。［思考与练习］1.原子核外电子的运动状态涉及那几个方面？2.画出原子轨道能量顺序图三、原子核外电子的排布（一）电子排布式及轨道表示式的书写及其所遵循有关的原理：我们已经知道核外电子分层排布是遵循能量最低原理，而核外电子按轨道排布肯定也应遵循能量最低原理。[例1]：写出氢、氦、锂的电子排布式。[说明]：书写电子排布式的格式：（1）元素符号；（2）轨道符号(带电子层数)；（3）电子个数（右上角）。[总结]：1.能量最低原理：先；占有；低；然后；依次；较高；能量最低。2.泡利不相容原理：最多；两个；自旋状态不同。[例2]：写出锂的轨道表示式。[说明]：书写轨道表示式的格式：（1）元素符号；（2）轨道框（一个轨道一个框，能量相同的轨道可连在一起）；（3）电子及其自旋状态；（4）轨道符号（在轨道框下面）。[练习1]：写出He、Na、Mg的电子排布式及轨道表示式。[练习2]：写出碳原子的电子排布式及轨道表示式。[总结]：3.洪特规则:（1）能量相同的各个轨道；（2）尽可能分占不同轨道；（3）自旋状态相同；（4）能量最低。[分组练习]写出下列原子或离子的电子排布式和轨道表示式1．Be、Ca；O、S、Se2．B、Al、Ga；P、As3．Li+、K+；F-、Cl-、Br4．Si、Ge；He、Ne、Ar、Kr5．钪、钛、钒、锰第6页6．铁、钴、镍、锌7．铬、铜[总结]：洪特规则特例当原子核外电子排布在能量相等的轨道上形成全空(s0,p0,d0,f0)、半满(s1,p3,d5,f7)、全满(s2,p6,d10,f14)时，原子能量较低，稳定。（二）原子实——原子核外电子排布中内层电子达到稀有气体结构的部分。原子的外围电子排布式——以教材后所附元素周期表中所列的外围电子排布为准。[注意]：电子排布式≠原子实+外围电子排布式，如：Br[Ar]3d104s24p5溴的外围电子排布式是4s24p5。价电子——［练习］将上面[分组练习]2、6中的电子排布式，改写成用原子实表示的形式。[注]在化学反应中原子的外围电子发生变化而原子实不受影响。［练习］写出上面[分组练习]4、5的外围电子排布式：[思考]同周期元素的原子核外电子排布有哪些规律？同主族元素的原子核外电子排布有哪些规律？第4周期过渡元素的原子核外电子排布有哪些规律？四、电子跃迁及其应用[阅读]教材P15“拓展视野”[解释]焰色反应——原子吸收光谱——原子发射光谱——[知识小结]原子核外电子的运动三、原子核外电子的排布（一）原子核外电子的排布原理：1.能量最低原理：原子核外电子尽先占有能量最低的轨道。2.泡利不相容原理：每个原子轨道上最多只能容纳两个自旋状态不同的电子。3.洪特规则：在能量相同的轨道上的电子，将尽先分占不同轨道而且自旋状态相同。4.洪特规则特例：当原子核外电子排布在能量相等的轨道上形成全空(s0,p0,d0,f0)、半满(s1,p3,d5,f7)、全满(s2,p6,d10,f14)时，原子能量较低，稳定。（二）原子的电子排布式和轨道表示式1．电子排布式和轨道表示式的书写2．原子实第7页3．原子的外围电子排布式价电子——主族元素原子的外围电子4．对离子的电子排布式是最好不要写成原子实的形式四、电子跃迁及其应用[巩固练习]教材P16[练习与实践]1、2、4、6、8、9、10[作业]《新课堂·同步学习与探究》P4～5