第七章原子电子结构

原子核外电子排布教案第一章：引言1.1 学习目标：了解原子核外电子排布的概念及其重要性。

掌握电子的基本性质和电子云的概念。

1.2 教学内容：介绍原子的基本结构，包括原子核和核外电子。

解释电子的基本性质，如负电荷、量子化等。

引入电子云的概念，解释其表示电子分布的方式。

1.3 教学活动：通过图片和示例介绍原子的基本结构。

利用动画演示电子的基本性质。

引导学生思考为什么电子不能随意分布在原子核周围。

1.4 作业与评估：设计一些简答题，让学生回答关于电子基本性质的问题。

让学生绘制简单的电子云示意图。

第二章：电子分层排布2.1 学习目标：掌握电子在原子核外的分层排布规律。

了解不同层上的电子数量限制。

2.2 教学内容：介绍电子的分层排布规律，包括K层、L层、M层等。

解释每个层上的电子数量限制，如K层最多容纳2个电子。

2.3 教学活动：通过示例和图解展示电子的分层排布。

引导学生理解电子在不同层上的排布规律。

2.4 作业与评估：设计一些填空题，让学生填写不同层上的电子数量限制。

让学生根据给定的原子核，绘制其电子的分层排布图。

第三章：电子亚层排布3.1 学习目标：掌握电子在同一层内的亚层排布规律。

了解不同亚层的名称和特点。

3.2 教学内容：介绍电子在同一层内的亚层排布规律，包括s亚层、p亚层、d亚层等。

解释不同亚层的名称和特点，如s亚层具有较低的能量。

3.3 教学活动：通过示例和图解展示电子在同一层内的亚层排布。

引导学生理解不同亚层的排布规律和特点。

3.4 作业与评估：设计一些选择题，让学生区分不同亚层的名称和特点。

让学生根据给定的原子核，绘制其电子的亚层排布图。

第四章：电子自旋排布4.1 学习目标：掌握电子自旋排布的规则。

了解电子自旋量子数和自旋状态。

4.2 教学内容：介绍电子自旋排布的规则，如泡利不相容原理、洪特规则等。

解释电子自旋量子数和自旋状态的概念。

4.3 教学活动：通过示例和图解展示电子自旋排布的规则。

第七章 原子的壳层结构7.1 有两种原子，在基态时其电子壳层是这样添充的：（1）n=1壳层、n=2壳层和3s 次壳层都填满，3p 次壳层填了一半。

（2）n=1壳层、n=2壳层、n=3壳层及4s、4p、4d 次壳层都填满。

试问这是哪两种原子？解：每个壳层上能容纳的最多电子数为，每个次壳层上能容纳的最多电子数为。

22n )12(2+l （1）n=1壳层、n=2壳层填满时的电子数为：10221222=×+×3s 次壳层填满时的电子数为：2)102(2=+×3p 次壳层填满一半时的电子数为：3)112(221=+×× 此种原子共有15个电子，即Z=15，是P(磷)原子。

（2）与（1）同理：n=1,2,3三个壳层填满时的电子数为28个4s、4p、4d 次壳层都填满的电子数为18个。

所以此中原子共有46个电子，即Z=46，是（钯）原子。

Pd 7.2 原子的3d 次壳层按泡利原理一共可以填多少电子？为什么？答：根据泡利原理，在原子中不能有两个电子处在同一状态，即不能有两个电子具有完全相同的四个量子数。

对每一个次壳层,最多可以容纳个电子。

3d 次壳层的，所以3d 次壳层上可以容纳10个电子，而不违背泡利原理。

l ）（122+l 2=l 7.3 原子的S、P、D 项的量子修正值Na 01.0,86.0,35.1=Δ=Δ=ΔD p s 。

把谱项表达成22)(n Z R σ−形式，其中Z 是核电荷数。

试计算3S、3P、3D 项的σ分别为何值？并说明σ的物理意义。

解：用量子数亏损表征谱项时 形式为 22)(*Δ−=n R n R 用有效电荷表征时 形式为 2222)(*n Z R n RZ σ−= 两种形式等价。

令二者相等，则得到 Δ 与 σ 之间的关系Δ−=−n n Z σ Δ−−=n n Z σ 用 Z = 11 和 n = 3 代入上式得 3S、3P、3D 项的σ值分别为：3119.183 1.35S σ=−=− 3119.630.86P σ=−=− 3111030.01D σ=−≈− σ 代表因内层电子对核电荷的屏蔽效应、价电子的轨道贯穿效应和原子实的极化效应而使价电子感受到的核电荷数的亏损。

1．三星堆见证了中华文明起源的多样性，通过“14C 测定法”初步确定其年代区间。

下列有关说法正确的是( )A ．14C 与12C 互为同位素B ．14C 的核外电子数是14C ．14C 可由中子轰击14N 产生，14C 与14N 的化学性质相同D ．青铜器皿、骨头、纺织品、灰烬等都可作为检测的样品2．(2023·广东梅州模拟)我国科学家在月壤粉末的部分铁橄榄石颗粒表面非晶层中发现了单质铁，产生的原因为铁橄榄石被撞击时在高温与高压下发生熔融，同时其中的Fe 2＋发生歧化反应生成Fe 与Fe 3＋。

下列说法正确的是( )A ．Fe 2＋在生成Fe 3＋时失去电子，发生还原反应B ．可用X 射线衍射实验测定铁橄榄石的晶体结构C.5826Fe 2＋和5626Fe 含有的电子数相同 D ．基态Fe 3＋的核外电子有26种不同的运动状态3．(2023·广东佛山模拟)下列说法正确的是( )A ．在多电子原子中，p 道电子能量一定高于s 轨道电子能量B ．2p 和3p 轨道形状均为哑铃形C ．基态氮原子的轨道表示式为D ．B 原子由1s 22s 22p 1x →1s 22s 22p 1y 时，由基态转化为激发态，形成发射光谱4．某元素的一种核素X 的原子质量数为A ，含N 个中子，它与1H 原子组成H m X 分子，a g H m X 中所含质子的物质的量是( )A.a (A －N ＋m )A ＋mmol B.a (A －N )m mol C.a (A －N )A ＋m mol D.a (A －N ＋m )mmol 5．下列有关构造原理的说法错误的是( )A ．原子核外电子填充3p 、3d 、4s 能级的顺序为3p →4s →3dB ．某基态原子部分核外电子的排布式为3d 64s 2C ．所有基态原子的核外电子排布都遵循构造原理D ．构造原理中的电子排布能级顺序，并不代表各能级能量由低到高的顺序6．下列关于原子结构、原子轨道的说法正确的是( )A．N能层中有4s、4p、4d、4f四个能级，共16个轨道，可容纳32种运动状态的电子B．在K能层中，有自旋相反的两条轨道C．s电子绕核运动，其轨道为球面，而p电子在哑铃形曲面上运动D．电子云通常是用小黑点来表示电子的多少7．第四周期元素中基态原子核外有3个未成对电子的共有()A．2种B．3种C．4种D．5种8．下列轨道表示式所表示的元素原子中，其能量处于最低状态的是()A.B.C.D.9．下列说法正确的是()A．最外层电子排布式为n s2的基态原子所对应元素一定位于第Ⅱ A族B．d区元素的原子一定都有d轨道电子C．最外层电子排布式为n s1的基态原子所对应元素一定是金属元素D．基态原子价层电子排布式为n s n n p n的元素一定是金属元素10．人们通常将在同一原子轨道上运动、自旋相反的2个电子，称为“电子对”，将在某一原子轨道上运动的单个电子，称为“未成对电子”。

第四章 碱金属原子1. 已知Li 原子光谱主线系最长波长0A 6707=λ，辅线系系限波长A 3519=∞λ.求Li 原子第一激发电势和电离电势.解：主线系最长波长是原子从第一激发态跃迁至基态的光谱线的波长E h hc νλ∆==第一激发电势1eU E =∆34811976.626210310V 1.850V 1.602210 6.70710E hc U e e λ---∆⨯⨯⨯====⨯⨯⨯辅线系系限波长是原子从无穷处向第一激发态跃迁产生的 辅线系~~*2n R n νν∞=-,~~*n n νν∞→∞=192 5.648910J hc eU λ-∞==⨯2 3.526V U =电离电势：U =U 1+U 2=5.376V2. Na 原子的基态3S .已知其共振线波长为58930A ，漫线系第一条的波长为81930A ，基线系第一条的波长为184590A ，主线系的系限波长为24130A 。

试求3S 、3P 、3D 、4F 各谱项的项值. 解：主线系波数~p 22s p ,3,4,(3)()n R Rn n ν=-=-∆-∆~~p 2s ,(3)n Rn νν∞→∞==-∆系限波长：p λ∞=24130A =72.41310m -⨯~1613S 71m 4.144210m 2.41310T ν--∞-===⨯⨯共振线为主线系第一条线, 是原子从3P 到3S 跃迁产生的光谱线 共振线波长：λp1=58930A =75.89310m -⨯~61p13S 3P 71 1.696910m 5.89310mT T ν--=-==⨯⨯1616S 3P 3m 104473.2m 106969.1--⨯=⨯-=T T漫线系（第一辅线系）波数~d 22p d ,3,4,(3)()n R Rn n ν=-=-∆-∆漫线系第一条线是原子从3D 到3P 跃迁产生的光谱线 漫线系第一条光谱线的波长7d18.19310m λ-=⨯167D 3P 31~d m 102206.1m10193.81--⨯=⨯=-=T T ν1616P 3D 3m 102267.1m 102206.1--⨯=⨯-=T T基线系（柏格曼线系）波数,5,4,)()3(2f 2d ~f =∆--∆-=n n RR n ν 基线系第一条线是原子从4F 到3D 跃迁产生的光谱线 基线系第一条光谱线的波长6f1 1.845910m λ-=⨯156F 4D 31fm 104174.5m108459.1--⨯=⨯=-=T T ν 1515D 3F 4m 108496.6m 104174.5--⨯=⨯-=T T3. K 原子共振线波长为7665Å，主线系系限波长为2858Å. 已知K 原子的基态为4S. 试求4S 、4P 谱项的量子数修正项∆S 、∆P 值各为多少？K 原子的主线系波数,5,4,)()4(2P 2S ~p=∆--∆-=n n RR n ν 2S ~~p )4(,∆-==∞→∞Rn n νν 1617~m 104990.3m 10858.211---∞∞⨯=⨯==p λν 16~S 4m 104990.3-∞⨯==νT而 2S S 4)4(∆-=RT 所以 S4S 4T R =∆- 17m 100973731.1-∞⨯=≈R R 7709.14S =∆-2291.2S =∆K 原子共振线为主线系第一条线, 是原子从4P 到4S 跃迁产生的光谱线1p A 7665=λ167P 4S 41pm 103046.1m10665.7--⨯=⨯=-=T T ν 1616S 4P 4m 101944.2m 103046.1--⨯=⨯-=T T而 2P P 4)4(∆-=RT 所以 P4P 4T R =∆- 17m 100973731.1-∞⨯=≈R R7638.14P4P =-=∆T R第五章 多电子原子1. He 原子的两个电子处在2p3d 电子组态.问可能组成哪几种原子态?用原子态的符号表示之.已知电子间是LS 耦合.解：p 电子的轨道角动量和自旋角动量量子数分别为,11=l 211=s . d 电子的轨道角动量和自旋角动量量子数分别为,21=l 212=s . 因为是LS 耦合，所以.,,1,212121l l l l l l L -⋯-++=.1,2,3=L.0,1.2121=-+=S s s s s S 或而 .,,1,S L S L S L J -⋯-++=.1,0,1===J S L 原子态为11P . .0,1,2,1,1===J S L 原子态为30,1,2P ..2,0,2===J S L 原子态为12D ..1,2,3,1,2===J S L 原子态为31,2,3D ..3,0,3===J S L 原子态为13F . .2,3,4,1,3===J S L 原子态为32,3,4F .2. 已知He 原子的两个电子被分别激发到2p 和3d 轨道，其所构成的原子态为3D ，问这两电子的轨道角动量p l 1与p l 2之间的夹角，自旋角动量p s 1与p s 2之间的夹角分别为多少？(1). 解：已知原子态为3D ,电子组态为2p3d, 所以2,1,1,221====l l S L因此'1212221211212221222211113733212/)(cos cos 26)1(6)1(22)1(οθθθπ==---=-+==+==+==+=l l l l L l l l l L L l l p p p p P p p p p P L L P l l p hl l p 所以'0'0471061373180=-=οθL(2).1212122s s S s s p p P =======因为所以而'2212221222212221228109312/)(cos cos 2οθθθ=-=---=-+=s s s s S s s s s S p p p p P p p p p P 所以'0'0327028109180=-=οθS4. 试以两个价电子l 1=2和l 2=3为例说明,不论是LS 耦合还是jj 耦合都给出同样数目的可能状态. (1) LS 耦合.3,221==l l.,,1,212121l l l l l l L -⋯-++=.1,23,4,5=L .2121==s s .0,1=S.,,1,S L S L S L J -⋯-++=当S =0时，J =L , L 的5个取值对应5个单重态, 即1=L 时,1=J ,原子态为11P .2=L 时,2=J ,原子态为12D .3=L 时,3=J ,原子态为13F . 4=L 时,4=J ,原子态为14G .5=L 时,5=J ,原子态为15H .当S =1时，.1,,1-+=L L L J代入一个L 值便有一个三重态．５个L 值共有５乘３等于１５个原子态，分别是：1=L 时,0,1,2=J 原子态为30,1,2P2=L 时,1,2,3=J 原子态为31,2,3D3=L 时,2,3,4=J 原子态为32,3,4F 4=L 时,3,4,5=J 原子态为33,4,5G5=L 时,4,5,6=J 原子态为34,5,6H因此，LS 耦合时共有２０个可能状态． (2) jj 耦合.,...,.2527;2325;21212121j j j j j j J j j s l j s l j -++===-=+=或或或 将每个j 1、j 2 合成J 得：.1,2,3,42523.2,3,4,52723.0,1,2,3,4,52525.1,2,3,4,5,6272521212121============J j j J j j J j j J j j ，合成和，合成和，合成和，合成和4,3,2,15,4,3,25,4,3,2,1,06,5,4,3,2,1)25,23()27,23()25,25()27,25(共20个可能状态所以，无论是LS耦合还是jj耦合，都会给出20种可能状态．6.已知He原子的一个电子被激发到2p轨道，另一个电子还在1s轨道,试做出能级跃迁图来说明可能出现哪些光谱线跃迁.解：在1s2p组态的能级和1s1s基态之间存在中间激发态，电子组态为1s2s.利用LS耦合规则求出各电子组态的原子态如下:1s1s：1S01s2s：1S0、3S11s2p：1P1、3P0,1,2根据选择定则,这些原子态之间可以发生5条光谱线跃迁。

第七章(一)是非题1．不同原子的原子光谱不同，因为原子核内的质子数与中子数不同。

（）2．原子的外层电子所处的能级愈高，则该电子的电离能愈大。

（）3．基态氢原子的能量具有确定值，而其核外电子的位置是不确定的。

（）4．最外层电子构型为n s1~2的元素不一定都在s区。

（）5．极性分子中的化学键必定为极性键，非极性分子则不一定是非极性键。

（）6．原子形成分子的最大共价键数等于基态原子的单电子数。

（）7．两原子间可形成多重键，但其中只能有一个σ键，其余均为π键。

（）8．色散力存在于非极性分子之间，取向力存在于极性分子之间。

（）9．sp3杂化就是1s轨道与3p轨道进行杂化。

（）10．Si的卤化物SiF4、SiCl4、SiBr4、SiI4均为分子晶体，随分子量的增大，色散力增大，分子间作用力依次增大，熔、沸点依次升高。

（）11．共价型化合物的熔、沸点较低是因为共价结合力较弱。

（）12．氢键的键能大小与分子间力相近，因而两者没有差别。

（）（二）选择题1．电子的波粒二象性是由下列哪位科学家提出来的？（）A.EinsteinB. BohrC.de BroglieD.Pauling2．下列电子构型中，通常第一电离能I1最小的是：（）A.n s2n p3B. n s2n p4C. n s2n p5D. n s2n p63．下列原子轨道不存在的是：（）A.2dB. 8sC.4fD.7p4．某金属离子M2+的第三电子层中有14个电子，则该离子的外层电子构型必为：（）A.3d64s2B. 3d8s0C.3d84s2D.3d64s05．基态原子外层轨道的能量存在E3d>E4s的现象是因为：（）A.钻穿效应B. 洪特规则C.屏蔽效应D.A和C6．氢原子的s轨道波函数（）A.与r有关B. 与θ有关C. 与θ、φ无关D. 与θ、φ有关7．19号元素K基态最外层电子的四个量子数为：（）A.4,0,0,1/2B. 3,0,0,1/2C. 4,1,1,1/2D. 4,1,0,1/28．多电子原子中决定电子能量的量子数为：（）A.nB. n,lC. n,l,mD. n,l,m,s i9．下列元素的电负性大小顺序正确的是：（）A.B>C>N>O>FB.F>Cl>Br>IC.Si>P>S>ClD.Te>Se>S>O10．两成键原子的原子轨道沿核间连线以“肩并肩”方式重叠形成：（）A.σ键B.离子键C.π键D.氢键11．周期表中第五、六周期的IVB、VB、VIB，同族元素的性质非常接近，这是因为：（）A. s区元素的影响B.p区元素的影响C. d区元素的影响D. 镧系收缩的影响12．PCl3分子中，与Cl原子成键的中心原子P采用的原子轨道是：（）A. p x, p y, p zB.三个sp杂化轨道C. 三个sp2杂化轨道D. 三个sp3杂化轨道14．中心原子采用sp3杂化轨道，而分子构型为三角锥形的是：（）A. H2OB.NF3C. BF3D. SiH415．根据价层电子对互斥理论，XeF4分子的几何构型为：（）A.平面正方形B.正四面体形C.变形四面体D. 立方体形16．气态卤化氢分子HX的偶极矩由小到大的顺序为：（）A.HF,HCl,HBr,HIB.HCl, HF,,HBr,HIC. HI,HBr,HCl,HFD. HI,HBr, HF, HCl17.下列哪一反应的∆r H m 代表KBr(s)的晶格能U ： （ ）A.K +(g) + Br -(g) → KBr(s)B. K (s) + 1/2Br 2(l) → KBr(s)C. K +(g) + Br -(g) → KBr(g)D. KBr(s) → K +(g) + Br -(g)18．下列化合物的熔点变化顺序不正确的是： （ ）A.KF >KCl >KBr >KIB. NaCl <MgCl 2<AlCl 3<SiCl 4C. NaCl >KCl >RbCl >CsClD. BaO <SrO <CaO < MgO19．下列物质的熔、沸点变化顺序正确的是：（ ）A.He >Ne >Ar >KrB. H 2O <H 2S <H 2Se <H 2TeC. SiO 2>NaCl >NH 3>N 2D. NaCl <MgCl 2<AlCl 3< SiCl 420．下列化合物在水中溶解度正确的是：（ ）A. H 2S > CCl 4B. KF <CaF 2C. HgI 2 > HgCl 2D. BaO < MgO(三)填空题3． 单电子原子的能量由量子数 决定，而多电子原子的能量由量子数 决定。