第四章 原子结构2
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4原子结构
Bohr的局限
Bohr 没有摆脱经典力学的束缚，没有认识到电子运 动的波粒二象性，他的电子绕核运动的固定轨道的观 点不符合微观粒子运动的特性，不能全面反映微观粒 子运动规律。因此不能说明多电子原子的光谱，也不 能说明氢原子光谱的精细结构。
普通化学
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4 原子结构
4.1 微观粒子的特性
三、微观粒子的波粒二象性 光的本性
微观粒子的运动没有固定的轨迹，只有统计的分布规 律。只能用几率而不能用轨迹来描述它们的运动状态。
1926 年Schrödinger 提出了描述核外电子运动状态 的波动方程建立了近代量子力学理论。
本节应用 Schrödinger方程来研究氢原子的结构。
普通化学
21:55:31
4 原子结构
4.2 单电子原子的波函数及其结构
单位体积内电子出现几率（概率）的大小称为几 率密度。空间任何一点电子波的强度和电子在该 处出现的几率密度成正比。
海森堡测不准原理: Δx·Δp≥h
Δp= mΔv；
微观粒子运动的两个基本特征： 量子化和波粒二象性
普通化学
21:55:31
4 原子结构和周期系
4.1 微观粒子的运动特征
微观粒子的波粒二象性
普通化学
21:55:31
4 原子结构
微观粒子的波粒二象性
4.1 微观粒子的特性
德布罗意的预言
❖表征波动性的波长和表征粒子性的动量之间存在 如下关系：
❖这种实物粒子的波称为德布罗意波(又称物质波 或实物波)
例如一个电子
m =9.11×10-11g
υ=6×105m.s-1
按德布洛意关系此电子的波长 λ=1.21nm
而且由此电子的能量逐渐降低，最后坠入原子核，使 原子不复存在。
《常考题》初中高中物理选修三第四章《原子结构和波粒二象性》知识点总结(含答案解析)
一、选择题1．如图为氢原子的能级示意图，已知光子能量在1.63eV~3.10eV的光为可见光。
要使大量处于基态的氢原子被激发后可辐射出2种可见光光子，原子应吸收的能量为（）A．10.2eV B．12.09eV C．12.75eV D．13.06eV2．氢原子能级的示意图如图所示，大量氢原子从n=4的能级向n=2的能级跃迁时辐射出可见光a，从n=3的能级向n=2的能级跃迁时辐射出可见光b，则（）A．a光的光子能量大于b光的光子能量B．氢原子从n=4的能级向n=3的能级跃迁时会辐射出紫外线C．处于能级n=4的电子的动能大于能级n=2的动能D．在真空中传播时，b光的波长较短3．光电管是一种利用光照射产生电流的装置，当入射光照在管中金属板上时，可能形成光电流。
表中给出了6次实验的结果。
组次入射光子的能量/e V相对光强光电流大小/mA逸出光电子的最大动能/eV第一组1234.04.0}4.0弱中强2943600.90.90.9第二组4566.06.06.0弱中2740552.92.9.9强由表中数据得出的论断中正确的是（）A．两组实验采用了相同频率的入射光B．两组实验所用的金属板材质不同C．若入射光子的能量为5.0eV，逸出光电子的最大动能为2.9eVD．若入射光子的能量为5.0eV，相对光强越强，光电流越大4．氢原子能级示意如图。
现有大量氢原子处于n=3能级上，下列正确的是（）A．这些原子跃迁过程中最多可辐射出6种频率的光子B．从n=3能级跃迁到n=1能级比跃迁到n=2能级辐射的光子频率低C．从n=3能级跃迁到n=4能级需吸收0.66eV的能量D．n=3能级的氢原子电离至少需要吸收13.6eV的能量5．如图，当电键K断开时，用光子能量为2.5eV的一束光照射阴极P，发现电流表读数不为零。
合上电键，调节滑线变阻器，发现当电压表读数小于0.60V时，电流表读数仍不为零；当电压表读数大于或等于0.60V时，电流表读数为零。
高中物理 选修三(2019)第四章 原子结构和波粒二象性 第2节光电效应练习(含答案)
光电效应练习学校:___________姓名：___________班级：___________考号：___________一、单选题1．如图所示为光电管工作原理图，当有波长（均指真空中的波长，下同）为λ的光照射阴极板K 时，电路中有光电流，则（ ）A ．换用波长为λ1（λ1＞λ）的光照射阴极K 时，电路中一定没有光电流B ．换用波长为λ2（λ2＜λ）的光照射阴极K 时，电路中一定没有光电流C ．增加电路中电源的端电压，电路中的光电流可能增大D ．将电路中电源的极性反接，电路中一定没有光电流2．关于光电效应，以下说法正确的是（ ）A ．光电子的最大初动能与入射光的频率成正比B ．光电子的最大初动能越大，形成的光电流越强C ．能否产生光电效应现象，决定于入射光光子的能量是否大于或等于金属的逸出功D ．用频率是1ν的绿光照射某金属发生了光电效应，改用频率是v 2的黄光照射该金属一定不发生光电效应3．如图所示，用可见光照射金属板，发现与该金属板相连的验电器指针张开一定角度，下列说法中不正确的有（ ）A ．验电器指针带正电B ．有一部分电子从金属板表面逸出C ．如果改用相同强度的红外线照射，验电器指针也一定会张开一定角度D ．如果改用相同强度的紫外线照射，验电器指针也一定会张开一定角度4．真空中有一平行板电容器，两极板分别由铂和钾（其截止频率对应的光波波长分别为1λ和2λ）制成，板面积为S ，间距为d ．现用波长为12()λλλλ<<的单色光持续照射两板内表面，则电容器的最终带电荷量Q 正比于A ．11()d S λλλλ-B ．22()d S λλλλ- C ．11()S d λλλλ- D ．22()S d λλλλ- 5．在光电效应实验中，某同学用同一光电管在不同实验条件下得到三条光电流与电压之间的关系曲线（甲光、乙光、丙光），如图所示（甲、乙交于U c 2）。
则可判断出（ ）A ．甲的光照强度小于乙的光照强度B ．乙光对应的截止频率大于丙光的截止频率C ．甲光对应的光电子最大初动能大于丙光的光电子最大初动能D ．若乙光能使某金属板发生光电效应，则丙光一定也可以6．a 、b 、c 三条平行光线从空气射向玻璃砖且方向垂直于半圆柱体玻璃砖的截面直径，如图所示。
第四章原子结构简介
18
【例如】n＝3， l＝0，1，2 l 可以有三个取值。也就是说，第三电子层有
三个亚层，分别是：3s、3p、3d。 同一层中（n相同），l 越大，则轨道的能量越高。
E3s E3p E3d
另外，l 不同的原子轨道，形状不一样。
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19
角量子数与电子亚层、轨道形状的对应关系
角量子数 亚层符号 轨道形状
鲍林原子轨道能级图★
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29
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30
E4s E4p E4d E4f
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31
08:28
32
从鲍林近似能级图可以看出，各轨道能级次序如下：
1s<2s<2p<3s<3p<4s<3d<4p<5s<4d<5p<6s<4f< 5d<6p<7s<5f<6d<7p
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能量相同的轨道称为简并轨道（或等价轨道）， 如：3px、3py、3pz 互相称为等价轨道。
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23
l＝2，m＝-2，-1，0，+1，+2 五个取值，说明d 轨道在空间有5个不同取向 的原子轨道：
dz2 、dxy 、dxz 、dx2 y2 、d yz
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24
根据n、l、m三个量子数的取值范围，可以 确定每个电子层中原子轨道的数目。
理奖 量子概念是1900年普朗克首先提出的，到今天已经一百多年 了。期间，经过玻尔、德布罗意、玻恩、海森柏、薛定谔、 狄拉克、爱因斯坦等许多物理大师的创新努力，到20世纪30 年代,初步建立了一套完整的量子力学理论
08:28
4
§4-1 氢原子光谱和玻尔理论
新2024秋季高中化学必修人教版第四章物质结构元素周期律《第一节原子结构与元素周期表》
教学设计：新2024秋季高中化学必修人教版第四章物质结构元素周期律《第一节原子结构与元素周期表》一、教学目标（核心素养）1.宏观辨识与微观探析：学生能够理解原子的基本构成（质子、中子、电子）及其数量关系，并能从宏观元素性质推断其微观原子结构特征。
2.证据推理与模型认知：通过构建原子结构模型，学生能够运用原子序数、核电荷数、核外电子排布等概念，解释元素性质周期性变化的原因，建立元素周期律的初步认知。
3.科学探究与创新意识：引导学生通过实验数据和周期表信息，探究元素性质与原子结构之间的关系，培养科学探究精神和创新思维。
4.科学态度与社会责任：认识元素周期表在化学科学及现代社会中的重要作用，激发学生对化学学科的兴趣和责任感。
二、教学重点•原子的构成及粒子间的数量关系。
•核外电子排布规律与元素周期表的结构。
•元素性质周期性变化的根本原因。
三、教学难点•深入理解核外电子排布的能级跃迁与电子层、能级的概念。
•元素性质（如金属性、非金属性）与原子结构之间的定量关系。
四、教学资源•高中化学必修人教版教材第四章第一节内容。
•多媒体教学课件（包含原子结构模型动画、元素周期表演示图）。
•实验视频或实物演示（如钠、镁、铝金属性对比实验）。
•互联网资源（科学史话、最新研究成果链接）。
五、教学方法•讲授法结合多媒体演示，直观展示原子结构和周期表。
•小组讨论，围绕元素性质与原子结构的关系进行合作探究。
•问题引导法，通过设置梯度问题，引导学生逐步深入理解概念。
•案例分析，选取典型元素性质变化实例，强化理论与实践结合。
六、教学过程1. 导入新课•情境引入：展示一张色彩斑斓的元素周期表图片，提问：“这张表为何如此重要？它背后的秘密是什么？”激发学生好奇心。
•视频导入：播放一段关于原子结构发现的科学史视频，简述从道尔顿的原子论到现代原子模型的演变过程，引出本节课主题。
2. 新课教学•原子的基本构成：•讲解质子、中子、电子的概念及它们之间的关系（电荷数=质子数=核电荷数，质量数=质子数+中子数）。
原子结构讲解
原子结构讲解
原子结构是指原子的组成以及各组成部分之间的相对位置。
原子是由原子核和核外电子组成的，原子核位于原子的中心，核外电子围绕原子核高速旋转。
原子结构示意图是一种表示原子结构的图示，它用圆圈和小圈分别表示原子核和核内质子数，弧线表示电子层，弧线上的数字表示该层的电子数。
原子的核外电子是分层排列的，从里到外分别称为第一层、第二层、第三层等。
每层最多可以排2×(n)^2个电子，其中n表示层数。
最外层电子数不
超过8个，次外层电子数不超过18个，倒数第三层不超过32个。
原子的性质由其核外电子的排布决定。
根据电子排布的不同，原子可以分为金属原子、非金属原子和稀有气体原子。
金属原子的最外层电子数一般小于4，容易失去电子，表现出金属的特性；非金属原子的最外层电子数一般大
于或等于4，容易得到电子，表现出非金属的特性；稀有气体原子的最外层电子数为8个（氦为2个），是一种稳定结构，表现出稀有气体的特性。
以上就是原子结构的简要介绍，如需获取更多信息，建议查阅化学书籍或咨询化学专家。
第四章 原子结构和波粒二象性 大单元教学说课-高二下学期物理人教版(2019)选择性必修第三册
• 2、科学思维：领悟理论与实践结合的科学思想。掌握发现错误----分析原因 ----提出假设----实验验证的科学探究方法。
• 3、科学探究：物理学史中重要理论和实验的产生有其历史发展的必然性， 这种必然性以及理论与实验的科学性的分析过程就是一种非常可行的科学探 究过程。
• 4、科学态度与责任： 理解人类对原子的认识和研究经历了一个十分漫长的 过程， 这一过程也是辩证发展的过程，通过教学让学生体验科学家所进行 的科学探究，领会科学方法和科学精神。
三、活动设计
活动一
活动二
1897
1909
J.J汤姆逊发 现了电子并建 立了原子的枣 糕式模型
卢瑟福 原子核式 结构模型
活动三
1922
玻尔量子理 论引入原子 结构
三、活动设计
人们对原子组成和原子结构的认识过程
v
e
+F
r
e
枣糕（西瓜）模型
核式结构模型
量子化轨道
电子云
三、活动设计
第二课时 光电效应的专题课 我们安排了三个活动，通过三个活动 使同学们系统掌握了光电效应规律，会利用光电效应方程计算遏止 电压、截止频率、饱和电流，能应对一些简单的计算题，缩短同学 们之间的差距
一、单元设计指导思想
【教材和学情分析】
学生在初中已经学过原子的核式结构，但并不了解这些知识是怎样获得的， 本单元介绍了科学家怎样一步一步深入认识了原子结构，学生通过这段历史可 以进一步了解科学探索的过程，了解人类认识微观世界的方法和途径，有利于 培养他们的学习兴趣。发展他们的思维能力。
教材上本单元有五节内容：第一节 普朗克黑体辐射理论 第二节 光电效应 第三节 原子核式结构模型 第四节 氢原子光谱和玻尔原子模型 第五节 粒子的波动性和量子力学的建立
• 3、科学探究：物理学史中重要理论和实验的产生有其历史发展的必然性， 这种必然性以及理论与实验的科学性的分析过程就是一种非常可行的科学探 究过程。
• 4、科学态度与责任： 理解人类对原子的认识和研究经历了一个十分漫长的 过程， 这一过程也是辩证发展的过程，通过教学让学生体验科学家所进行 的科学探究，领会科学方法和科学精神。
三、活动设计
活动一
活动二
1897
1909
J.J汤姆逊发 现了电子并建 立了原子的枣 糕式模型
卢瑟福 原子核式 结构模型
活动三
1922
玻尔量子理 论引入原子 结构
三、活动设计
人们对原子组成和原子结构的认识过程
v
e
+F
r
e
枣糕（西瓜）模型
核式结构模型
量子化轨道
电子云
三、活动设计
第二课时 光电效应的专题课 我们安排了三个活动，通过三个活动 使同学们系统掌握了光电效应规律，会利用光电效应方程计算遏止 电压、截止频率、饱和电流，能应对一些简单的计算题，缩短同学 们之间的差距
一、单元设计指导思想
【教材和学情分析】
学生在初中已经学过原子的核式结构，但并不了解这些知识是怎样获得的， 本单元介绍了科学家怎样一步一步深入认识了原子结构，学生通过这段历史可 以进一步了解科学探索的过程，了解人类认识微观世界的方法和途径，有利于 培养他们的学习兴趣。发展他们的思维能力。
教材上本单元有五节内容：第一节 普朗克黑体辐射理论 第二节 光电效应 第三节 原子核式结构模型 第四节 氢原子光谱和玻尔原子模型 第五节 粒子的波动性和量子力学的建立
工程化学习题解答2
第四章 原子结构1．判断正错（+）（1）能量量子化、波粒二象性和几率分布是微观粒子运动的三个特征。
（-）（2）电子的运动也可用牛顿力学来描述。
（-）（3）除氢原子外的其它原子中，只要角量子数不同，其轨道能级必定不同。
（-）（4）通过原子发射光谱至少可以对金属元素进行定性分析。
（+）（5）确定了n 、l 、m 三个量子数，就确定了一个原子轨道。
（-）（6）确定了n 、l 、m 三个量子数，就确定了一个电子的运动状态。
2．选择填空（1）下列四个量子数组合正确的是（B ）A ．（1，1，0，+21） B.（3，0，0，+21）C ．（1，2，1，-21） D.（3，1，2，-21） （2）下列原子轨道存在的是（D ）A ． 1p B. 2d C. 3f D. 6s34．判断正错（-）（1）当n =2时，l 只能取1，m 只能取±1。
（-）（2）波函数角度分布图也能表示电子离核的远近。
（-）（3）磁量子数为0的轨道都是s 轨道。
（-）（4）p 轨道角度分布图为“8”字形，这表明电子是沿“8”字形运动的。
5．填空（1）决定电子离核远近和所处能级高低的量子数是（n ）。
（2）决定轨道形状的量子数是（l ）。
（3）决定轨道空间伸展方向的量子数是（m ）。
（4）决定电子自旋方向的量子数是（m s ）。
6．下列原子的核外电子分布式是不正确的，它们各违背什么原则？请订正之。
（1）5B ：1s 22s 3 违背泡利不相容原理，应为：1s 22s 22p 1（2）22Ti ：1s 22s 22p 63s 23p 63d 4 违背能量最低原理，应为：1s 22s 22p 63s 23p 63d 24s 2（3）7N ：1s 22s 22p 2x p 1y 违背洪特规则，应为：1s 22s 22p 1x 2p 1y 2p 1z（4）29Cu ：1s 22s 22p 63s 23p 63d 94s 2 违背全充满半充满规律，应为：1s22s22p63s23p63d104s17．分别写出6C、7N、8O三种原子的电子分布式、外层电子分布式和2p电子的8．通过表格形式写出20Ca、24Cr、26Fe、29Cu四种原子的外层电子分布式、未成9．选择填空（1）下列原子外层电子分布式不正确的是（D）A． 11Na：3s1 B. 17Cl：3s23p5 C. 23V：3d34s2 D. 30Zn：4s2（2）Mn2+外层电子分布式正确的是（C）A．4s0 B. 3d54s0 C. 3s23p63d5 D. 3d5（3）下列原子中未成对电子数最多的是（B）A． V B. Cr C. Mn D. Zn（4）下列离子中属于9—17电子构型的是（C）A． Cl— B. Ca2+ C. Cu2+ D. Zn2+12．某元素最高氧化数为+6，最外层电子数为1，金属性是同族中最强的。
4.3原子的核式结构模型
原子的核式结构模型与原子的枣糕模型的区别
核式结构模型
原子内部是非常空旷的,正电
荷集中在一个很小的核里
电子绕核高速旋转
枣糕模型
原子是充满了正电荷的球体
电子均匀嵌在原子球体内
三、原子核的电荷与尺度
1.电子数与原子序数
由于原子是电中性的，原子核所带正电荷数等于电子数。
科学家们注意到各种元素的原子核的电荷数，即原子内的电
AB中的电流方向可以改变磁场方向，从而使阴极射线的受力方向向上，
使电子束的径迹向上偏，C对。由此可知电子束的径迹与AB中的电流方
向即AB形成的磁场方向有关，D错。
E
（比荷）
m rB 2
汤姆孙根据阴极射线在电场和磁场中的偏转情况断定，它的
本质是带负电的粒子流。它是构成各种物质的共有成分。
组成阴极射线的粒子被称为电子。电子是比原子更基本的
物质单元，是原子的组成部分。
由此可见电子是原子的组成部分，是比原子更基本的物质单元。
原子核
电子
金属原子
阴极射线是带负电的电子流。
2、在α粒子散射实验中，电子对α粒子运动的影响可以忽略，
这是因为与α粒子相比，电子（ D ）
A.电量太小
B.速度太小
C.体积太小
D.质量太小
3.关于卢瑟福的原子核式结构学说的内容，下列说法中正确的是（ B）
A.原子是一个质量分布均匀的球体
B.原子的质量几乎全部集中在原子核内
C.原子的正电荷和负电荷全部集中在一个很小的核内
A.导线中的电流由A流向B
B.导线中的电流由B流向A
C.若要使电子束的径迹向上偏，可以通过改变AB中电流的方向来实现
D.电子的径迹与AB中电流的方向无关
_新教材高中化学第四章物质结构元素周期律第一节第一课时原子结构核素课件新人教版必修第一册
→F－：
。
[名师点拨] (1)最外层电子数排满 8 个(He 为 2 个)形成稳定结构，不易得失电子、化学性 质稳定。 (2)原子核外电子排布规律是相互联系、相互制约的，不能孤立地理解或应用其 中一部分。如 M 层不是最外层时，其容纳的电子数最多为 18 个，当 M 层为最外 层时，其容纳的电子数最多为 8 个。 (3)原子形成离子时，核外电子数发生变化，但核内质子数不变。
提示：Na＋
与稀有气体 Ne 的核外电子排布相同；Cl－
与稀有气
体 Ar 的核外电子排布相同。
1．电子层 在含有多个电子的原子中，电子分别在能量不同的区域内运动。我们把不同的区
域简化为不连续的壳层，也称作电子层。
2．核外电子的分层排布 在多电子原子中，电子的能量是不相同的。能量较低的，通常在离核较近的区域
第四章 物质结构 元素周期律
第一节 原子结构与元素周期表
第一课时 原子结构 核素
[素养发展目标]
1．从微观视角认识原子的构成，了解元素、核素、同位素的含义。 2．了解原子核外电子排布规律，能画出 1～20 号元素的原子结构示意图，能根据
原子的结构特征确定元素，促进宏观辨识与微观探析化学核心素养的发展。
解析：4200Ca 和4220Ca 是质子数相同、中子数不同的两种核素，二者互为同位素，不 属于同素异形体。
答案：B
3．(1)下列原子：162C、174N、11H、2113Na、21H、4200Ca、4109K、31H、164C 中，元素有________ 种，核素有________种，互为同位素的有________。 (2)18O2 与 16O2，二者的关系是________(填“互为同位素”“互为同素异形体”或 “属于同一种物质”)。 解析：(1)题目提供的 9 种原子共 9 种核素，6 种元素，其中11H、21H、31H，126C、164C 分别互为同位素。 (2)18O2 和 16O2 是分子，属于同一种物质。 答案：(1)6 9 11H、21H、31H；126C、146C (2)属于同一种物质
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电子云的角度分布图是波函数角度部分平方(Y2) 随θ, φ变化关系的图形。
比较Y(θ, φ)与Y2(θ, φ)：
(1) Y2(θ, φ)较“瘦” (2) 没有正、负号
即：电子云的角度分布比波函数的角度分布 图“瘦”一些，无正负号
一、E的大小
1、H原子：电子能量只取决于n的大小 (n是唯一 影响因素。)
价电子层结构 3s23p5 4s1 3d54s1 3d64s2 3d104s1 4s24p4 5s2 4f36s2 6s26p2
注意：绝大部分元素符合上述规律， 但也有例外，
如：Ru(44) 4d75s1， Rh(45) 4d85s1， Pd(46) 4d10.
如何确定价电子层结构：
1. 价电子层：反映不同化合价及电子得失发 生在哪个轨道。
1s2 2e
Ne(10)：1s22s22p6
2s22p6
Ar(18)：1s22s22p63s23p6 Kr(36)：1s22s22p63s23p63d104s24p6
3s23p6 4s24p6
Xe(54)：1s22s22p63s23p63d104s24p64d105s25p6 5s25p6
8e稳 定结 构
2、电子云：核外电子运动的统计解释，是核外电 子几率密度形象化的描述。
3、两者关系：电子云是几率密度的具体图像。
(1) Y(θ, φ)与主量子数n没有关系，∴Ypx即可。 (2) Y(θ, φ)分布图上有“＋”、“－”之分。
“＋” ：表示波函数数值为正。 “－” ：表示波函数数值为负。
图中的 ⊕ 表示原子核，一个小黑点表示电子在这
Rn(86)：1s22s22p63s23p63d104s24p64d104f14 5s25p65d106s26p6
6s26p6
4.3 核外电子排布
据泡利不相容原理和Pauling能级顺序图，随原子序 数递增，将电子依次填入到各原子的原子轨道中， 再考虑洪特规则，最后内层电子再按主量子数能量 顺序调整，即可得到各个原子的基态电子构型。
里出现过一次。
(f) 5张照 片叠印
(g) 20张 照片叠印
(h) 100张 照片叠印
(i) 许多张 照片叠印
氢原子的电子云的特征：
1、氢原子的电子云呈球形对称，而多电子原子的 电子云则比较复杂。
2、电子云图上的一个小黑点，并不表示一个电子， 而是表示电子在某一时刻曾在此处出现一次。
二、电子云角度分布图
0, 1, 2
m
-3 0, ±1, ±2
+1 0
0
3
0 0, ±1 0, ±1, ±2
三、原子轨道角度分布 z
y x
直角坐标
直角坐标( x, y, z)与球坐标 (r,θ,φ) 的转换
z
x = r sinθcosφ
y = r sinθsinφ
z = r cosθ
θr
r = x2 + y2 + z2
电子层： K L M N O P Q ……
n 电子层 l
1
K
0
2
L
0
1
3
M
0
1
2
4
N
0
1
2
3
亚层 (轨道符号)
1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s 4p 4d 4f
3、磁量子数 (m)
m决定了原子轨道在空间的伸展方向或者说 是空间取向。
m取值(由l决定) ： m = 0, ±1, ±2 …±l (共2l+1个)
二、其它元素电子排布
17Cl：
1s22s22p63s23p5
原子实 [Ne]3s23p5
Ne:10 17Cl：1,2能级组全充满[Ne]3s3p
17-10=7
[Ne]3s23p5
26Fe：1-3能级组全充满[Ar]4s3d4p 26-18=8 [Ar]4s23d6 [Ar] 3d64s2
例题：写出17Cl, 19K, 24Cr, 29Cu, 26Fe, 35Br, 59Pr和82Pb的电 子结构式(电子排布)和价电子层结构。
2、徐光宪近似规律：取 (n+0.7l )整数即为能级组数。 4d 5p 4f 6s
n+0.7l 5.4 5.7 6.1 6 能级组数 Ⅴ Ⅴ Ⅵ Ⅵ
一、 能量最低原理
核外电子排布时尽可能优先占据能级较低 的轨道，以使系统能量处于最低。
按Pauling能级组由低到高填充:
1s, 2s2p, 3s 3p, 4s 3d 4p, 5s 4d 5p, 6s 4f 5d 6p, 7s 5f 6d 7p
=
h m∆v
=
6.626 ×10−34 50×10−3 × 3×104 × 0.01%
=
4.42 ×10−33 m
对相同速度的电子，位置的不准确值为：
∆x
≥
h m∆v
=
6.626 ×10−34 9.11×10−31 × 3×104 × 0.01%
=
2.424 ×10−4 m
原子半径为10-10 m 数量级
◆ 能量最低原理 ◆ 泡利不相容原理 ◆ 洪特规则
轨道顺序 1s 2s2p 3s3p 4s3d4p 5s4d5p 6s4f5d6p 7s5f6d7p
能级组 I II III IV Ⅴ
VI
VII
状态数 2 8 8 18
18
32
32
特点： (1)组数 = n (主量子数)
(2)每能级组 (I除外)以s开头，以p结尾
小结：
(1)测不准原理只适用于微观物体，对于宏观物 体的位置、速度可以同时准确确定。
(2)测不准原理反应了微观粒子的运动特征(波粒二 象性)，说明微观粒子不能用经典力学来描述。
(3)测不准原理不是测定的误差。
3.2 核外电子运动状态的描述－波函数
一、薛定谔方程(Schrödinger)
电子在原子核外空间运动的波动性，可用波函数 来描述。波函数不是一个具体数值，而是用空间 坐标(x, y, z)来描述波的数学表达式。
§3 原子的量子力学模型
3.1 波粒二象性
一、光的二象性 1905年爱因斯坦光子理论，明确了光既具有波动 性(光的干涉、衍射)，又具有微粒性(光电效应)
二、德布罗意波(微观粒子的波粒二象性)
1924年法国的De.Broglie大胆提出电子、原子等实 物微观粒子也具有波粒二象性。
p = mv = h λ
n
l
m
ms
3，4，5… 2
0
+
1 2
2
1
-1
－1 2
4 0，1，2，3 0
1 +2
3
1
0， ±1
－1 2
l 亚层
0
s
m
空间运动状态数
(原子轨道)
0
1
1
p
0, ±1
3
2
d
0, ±1, ±2
5
3
f 0, ±1, ±2, ±3
7
简并轨道：同一亚层的几个原子轨道能量是完全相同的。
改正：
n 3 2 4 3
l 2 0 1 3
2、角量子数 (l)
同一电子层可分为几个亚层，l 用来描述 电子所处的亚层。
(1) l 确定原子轨道的形状：
l 取值
0
1
2
3
轨道形状 轨道符号
球形 s
哑铃 花瓣
p
df
(2) n与l 的关系： l ＝0、1、2‥‥‥ n-1
z
y x
直角坐标
二、四个量子数
1、主量子数 (n) ：描述电子离核的远近和能级。 n越大，表示电子离核的平均距离越远， 状态的能级越高。 n = 1， 2， 3， 4， 5， 6， 7……
φ
x
y
球坐标
波函数的角度分布图
s轨道：
YS =
1 4π
y
+ x
Ys
z
－+
x
Ypx
y +
x
－
Ypy
z +
x
－
Ypz
Ψ (x, y, z) ⎯球⎯坐⎯标→Ψ (r,θ,φ) = R(r)⋅Y(θ,φ)
R (r) － 径向分布部分，仅与r (原子轨道半径) 有关，与空间取向无关
Y(θ, φ) － 角度分布部分，只取决于轨道的空间 取向，与轨道半径无关
二、 pauli不相容原理：
同一个原子里面没有四个量子数完全相同的两个 电子。(结果：每个轨道只能容纳2e，而且这两 个e自旋方向必须相反)
轨道符号 s
轨道数
1
电子数
2
p
df
3
57
6
10 14
三、 洪特规则 (Hund Rule)
1、对于处于主量子数(n)和角量子数(l)都相同的 轨道中的e，优先占据磁量子数(m)不同的轨道， 对于这些电子自旋应相同(平行)。
这些取值意味着亚层中的电子有(2l+1)个取向， 每一个取向相当于一个“轨道”.
所以：一组 n、l、m确定一个波函数， eg: (2, 0, 0): 2s
4、自旋量子数 (ms)
决定电子自旋方向：m s
=
+
1 2
,
ms
=
−
1 2
常用正反箭头表示：
自旋平行：相同的自旋状态
自旋反平行：不同的自旋状态
填空：
例如：Kr (36)
1s, 2s2p, 3s 3p, 4s 3d 4p, 5s 4d 5p, 6s 4f 5d 6p, 7s 5f 6d 7p
2 8 8 18
Kr ：1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6
比较Y(θ, φ)与Y2(θ, φ)：
(1) Y2(θ, φ)较“瘦” (2) 没有正、负号
即：电子云的角度分布比波函数的角度分布 图“瘦”一些，无正负号
一、E的大小
1、H原子：电子能量只取决于n的大小 (n是唯一 影响因素。)
价电子层结构 3s23p5 4s1 3d54s1 3d64s2 3d104s1 4s24p4 5s2 4f36s2 6s26p2
注意：绝大部分元素符合上述规律， 但也有例外，
如：Ru(44) 4d75s1， Rh(45) 4d85s1， Pd(46) 4d10.
如何确定价电子层结构：
1. 价电子层：反映不同化合价及电子得失发 生在哪个轨道。
1s2 2e
Ne(10)：1s22s22p6
2s22p6
Ar(18)：1s22s22p63s23p6 Kr(36)：1s22s22p63s23p63d104s24p6
3s23p6 4s24p6
Xe(54)：1s22s22p63s23p63d104s24p64d105s25p6 5s25p6
8e稳 定结 构
2、电子云：核外电子运动的统计解释，是核外电 子几率密度形象化的描述。
3、两者关系：电子云是几率密度的具体图像。
(1) Y(θ, φ)与主量子数n没有关系，∴Ypx即可。 (2) Y(θ, φ)分布图上有“＋”、“－”之分。
“＋” ：表示波函数数值为正。 “－” ：表示波函数数值为负。
图中的 ⊕ 表示原子核，一个小黑点表示电子在这
Rn(86)：1s22s22p63s23p63d104s24p64d104f14 5s25p65d106s26p6
6s26p6
4.3 核外电子排布
据泡利不相容原理和Pauling能级顺序图，随原子序 数递增，将电子依次填入到各原子的原子轨道中， 再考虑洪特规则，最后内层电子再按主量子数能量 顺序调整，即可得到各个原子的基态电子构型。
里出现过一次。
(f) 5张照 片叠印
(g) 20张 照片叠印
(h) 100张 照片叠印
(i) 许多张 照片叠印
氢原子的电子云的特征：
1、氢原子的电子云呈球形对称，而多电子原子的 电子云则比较复杂。
2、电子云图上的一个小黑点，并不表示一个电子， 而是表示电子在某一时刻曾在此处出现一次。
二、电子云角度分布图
0, 1, 2
m
-3 0, ±1, ±2
+1 0
0
3
0 0, ±1 0, ±1, ±2
三、原子轨道角度分布 z
y x
直角坐标
直角坐标( x, y, z)与球坐标 (r,θ,φ) 的转换
z
x = r sinθcosφ
y = r sinθsinφ
z = r cosθ
θr
r = x2 + y2 + z2
电子层： K L M N O P Q ……
n 电子层 l
1
K
0
2
L
0
1
3
M
0
1
2
4
N
0
1
2
3
亚层 (轨道符号)
1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s 4p 4d 4f
3、磁量子数 (m)
m决定了原子轨道在空间的伸展方向或者说 是空间取向。
m取值(由l决定) ： m = 0, ±1, ±2 …±l (共2l+1个)
二、其它元素电子排布
17Cl：
1s22s22p63s23p5
原子实 [Ne]3s23p5
Ne:10 17Cl：1,2能级组全充满[Ne]3s3p
17-10=7
[Ne]3s23p5
26Fe：1-3能级组全充满[Ar]4s3d4p 26-18=8 [Ar]4s23d6 [Ar] 3d64s2
例题：写出17Cl, 19K, 24Cr, 29Cu, 26Fe, 35Br, 59Pr和82Pb的电 子结构式(电子排布)和价电子层结构。
2、徐光宪近似规律：取 (n+0.7l )整数即为能级组数。 4d 5p 4f 6s
n+0.7l 5.4 5.7 6.1 6 能级组数 Ⅴ Ⅴ Ⅵ Ⅵ
一、 能量最低原理
核外电子排布时尽可能优先占据能级较低 的轨道，以使系统能量处于最低。
按Pauling能级组由低到高填充:
1s, 2s2p, 3s 3p, 4s 3d 4p, 5s 4d 5p, 6s 4f 5d 6p, 7s 5f 6d 7p
=
h m∆v
=
6.626 ×10−34 50×10−3 × 3×104 × 0.01%
=
4.42 ×10−33 m
对相同速度的电子，位置的不准确值为：
∆x
≥
h m∆v
=
6.626 ×10−34 9.11×10−31 × 3×104 × 0.01%
=
2.424 ×10−4 m
原子半径为10-10 m 数量级
◆ 能量最低原理 ◆ 泡利不相容原理 ◆ 洪特规则
轨道顺序 1s 2s2p 3s3p 4s3d4p 5s4d5p 6s4f5d6p 7s5f6d7p
能级组 I II III IV Ⅴ
VI
VII
状态数 2 8 8 18
18
32
32
特点： (1)组数 = n (主量子数)
(2)每能级组 (I除外)以s开头，以p结尾
小结：
(1)测不准原理只适用于微观物体，对于宏观物 体的位置、速度可以同时准确确定。
(2)测不准原理反应了微观粒子的运动特征(波粒二 象性)，说明微观粒子不能用经典力学来描述。
(3)测不准原理不是测定的误差。
3.2 核外电子运动状态的描述－波函数
一、薛定谔方程(Schrödinger)
电子在原子核外空间运动的波动性，可用波函数 来描述。波函数不是一个具体数值，而是用空间 坐标(x, y, z)来描述波的数学表达式。
§3 原子的量子力学模型
3.1 波粒二象性
一、光的二象性 1905年爱因斯坦光子理论，明确了光既具有波动 性(光的干涉、衍射)，又具有微粒性(光电效应)
二、德布罗意波(微观粒子的波粒二象性)
1924年法国的De.Broglie大胆提出电子、原子等实 物微观粒子也具有波粒二象性。
p = mv = h λ
n
l
m
ms
3，4，5… 2
0
+
1 2
2
1
-1
－1 2
4 0，1，2，3 0
1 +2
3
1
0， ±1
－1 2
l 亚层
0
s
m
空间运动状态数
(原子轨道)
0
1
1
p
0, ±1
3
2
d
0, ±1, ±2
5
3
f 0, ±1, ±2, ±3
7
简并轨道：同一亚层的几个原子轨道能量是完全相同的。
改正：
n 3 2 4 3
l 2 0 1 3
2、角量子数 (l)
同一电子层可分为几个亚层，l 用来描述 电子所处的亚层。
(1) l 确定原子轨道的形状：
l 取值
0
1
2
3
轨道形状 轨道符号
球形 s
哑铃 花瓣
p
df
(2) n与l 的关系： l ＝0、1、2‥‥‥ n-1
z
y x
直角坐标
二、四个量子数
1、主量子数 (n) ：描述电子离核的远近和能级。 n越大，表示电子离核的平均距离越远， 状态的能级越高。 n = 1， 2， 3， 4， 5， 6， 7……
φ
x
y
球坐标
波函数的角度分布图
s轨道：
YS =
1 4π
y
+ x
Ys
z
－+
x
Ypx
y +
x
－
Ypy
z +
x
－
Ypz
Ψ (x, y, z) ⎯球⎯坐⎯标→Ψ (r,θ,φ) = R(r)⋅Y(θ,φ)
R (r) － 径向分布部分，仅与r (原子轨道半径) 有关，与空间取向无关
Y(θ, φ) － 角度分布部分，只取决于轨道的空间 取向，与轨道半径无关
二、 pauli不相容原理：
同一个原子里面没有四个量子数完全相同的两个 电子。(结果：每个轨道只能容纳2e，而且这两 个e自旋方向必须相反)
轨道符号 s
轨道数
1
电子数
2
p
df
3
57
6
10 14
三、 洪特规则 (Hund Rule)
1、对于处于主量子数(n)和角量子数(l)都相同的 轨道中的e，优先占据磁量子数(m)不同的轨道， 对于这些电子自旋应相同(平行)。
这些取值意味着亚层中的电子有(2l+1)个取向， 每一个取向相当于一个“轨道”.
所以：一组 n、l、m确定一个波函数， eg: (2, 0, 0): 2s
4、自旋量子数 (ms)
决定电子自旋方向：m s
=
+
1 2
,
ms
=
−
1 2
常用正反箭头表示：
自旋平行：相同的自旋状态
自旋反平行：不同的自旋状态
填空：
例如：Kr (36)
1s, 2s2p, 3s 3p, 4s 3d 4p, 5s 4d 5p, 6s 4f 5d 6p, 7s 5f 6d 7p
2 8 8 18
Kr ：1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6