无机化学——多电子原子核外电子的运动状态
无机化学习题[1]
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第一章原子结构一、填空题1、根据现代原子结构理论，核外电子的运动状态可用波函数来描述，它在习惯上被称为原子轨道；︱ψ︱２形象化表示是电子云。
2、某一多电子原子，在其第三电子层的亚层数是 3 表示符号分别是3s 3p 3d ，该电子层一共有9 个轨道。
3、4p亚层中轨道的主量子数为 4 ，角量子数为 1 ，该亚层的轨道最多可以有 3 种空间取向，最多可容纳 6 个电子。
4、5d亚层中轨道的主量子数为 5 ，角量子数为 2 ，该亚层的轨道最多可以有 5 种空间取向，最多可容纳10 个电子。
5、原子轨道的能量是由主量子数和角量子数决定的。
6、基态原子中核外电子的三个基本原理是：能量最低原理泡利不相容原理、和洪特规则。
7、原子轨道近似能级图是按照能量由低到高的顺序排列，并将能量相近的能级划归一组，称为能级组。
相邻能级组之间能量相差比较大。
每个能级组（除第一能级组）都是从S 能级开始，于P 能级终止。
能级组数= 核外电子层数，即周期表的周期数。
能级组的划分与周期表周期的划分一致。
8、氧原子的原子序数是8，它的最外层电子的排布式是。
它位于元素周期表的第周期，第族。
9、己知某元素的原子序数在氪前，当此元素的原子失去两个电子后，l=2的轨道内电子恰好为半充满。
则该元素原子序数为，在元素周期中的周期为，族为。
10、42号元素Mo的电子构型为；其最外层电子的四个量子数为5，0，0，+1/2或者—1/2 ；价层d轨道的符号为 4 d 。
二、单选题1、在多电子原子中，具有下列各组量子数的电子中能量最高的是( A )。
（A）3，2，＋1，＋1/2 （B）2，1，＋1，－1/2（C）3，1，0，－1/2 （D）3，1，＋1，－1/22、关于原子轨道的下述观点，正确的是 B（A）原子轨道是电子运动的轨道；（B）某一原子轨道是电子的一种空间运动状态，即波函数（C）原子轨道表示电子在空间各点出现的概率；（D）原子轨道表示电子在空间各点出现的概率密度。
《无机化学》电子教案设计
第 1 章原子结构与元素周期系[ 教学要求]1 ．掌握近代理论在解决核外电子运动状态问题上的重要结论：电子云概念，四个量子数的意义，s 、p 、d 原子轨道和电子云分布的图象。
2 ．了解屏蔽效应和钻穿效应对多电子原子能级的影响，熟练掌握核外电子的排布。
3 ．从原子结构与元素周期系的关系，了解元素某些性质的周期性。
[ 教学重点]1 ．量子力学对核外电子运动状态的描述。
2 ．基态原子电子组态的构造原理。
3 ．元素的位置、结构、性质之间的关系。
[ 教学难点]1 ．核外电子的运动状态。
2 ．元素原子的价电子构型。
[ 教学时数] 8 学时[ 教学内容]1 ．核外电子运动的特殊性：核外电子运动的量子化特征（氢原子光谱和玻尔理论）。
核外电子运动的波粒二象性（德布罗衣的预言，电子的衍射试验，测不准关系）。
2 ．核外电子运动状态的描述：波函数、电子云及其图象表示（径向与角度分布图）。
波函数、原子轨道和电子云的区别与联系。
四个量子数（主量子数n ，角量子数l ，磁量子数m ，自旋量子数ms ）。
3 ．核外电子排布和元素周期表；多电子原子的能级（屏蔽效应，钻穿效应，近似能级图，原子能级与原子序数关系图）。
核外电子排布原理和电子排布（能量最低原理，保里原理，洪特规则）。
原子结构与元素周期性的关系（元素性质呈周期性的原因，电子层结构和周期的划分，电子层结构和族的划分，电子层结构和元素的分区）。
4 ．元素某些性质的周期性，原子半径，电离势，电子亲和势，电负性。
1-1 道尔顿原子论古代自然哲学家对物质之源的臆测：本原论（元素论）和微粒论（原子论）古希腊哲学家德谟克利特（Democritus, 约460—370 B C ）：宇宙由虚空和原子构成，每一种物质由一种原子构成。
波意耳：第一次给出了化学元素的操作性定义---- 化学元素是用物理方法不能再分解的最基本的物质组分，化学相互作用是通过最小微粒进行的，一切元素都是由这样的最小微粒组成的。
无机化学原子结构教案
无机化学课程工程教学设计方案熊颖单位：江西省医药学校2014年 3 月5 日教学过程一、新课导入二、教学步骤2 §2.1 原子构造理论的开展概述一、含核的原子模型,古中国和古希腊的物质构造学说；,道尔顿的原子学说（1808 ）：原子不行分；,卢瑟福的含核原子模型（1911 ）。
二、玻尔的原子模型（一）氢原子光谱玻尔氢原子理论（1913 ）（二）玻尔氢原子理论,原子构造理论的几点假设：原子构造理论的几点 3 1、在原子中，电子不是在随意轨道上绕核运动，而是在一些符合肯定条件（从量子论导出的条件）的轨道上运动。
稳定轨道（stable orbital）具有固定的能量，沿此轨道运动的电子，称为处在定态的电子，它不汲取能量，也不放射能量2、电子在不同轨道上运动时具有不同的能量，通常把这些具有不连续能量的状态称为能级（energy level）。
玻尔氢原子能级为：玻尔氢原子能级为： B E=, 2 n n称为量子数（quantum number n quantum number），其值可取1，2，3…等任何1 2 3… 正整数。
B为常数，其值等于2.18×10-18J。
3、当电子从某一轨道跃迁到另一轨道时，有能量的汲取或放出。
其频率ν 可由两个轨道的能量差,E确定：E2- E1 = ,E = hν h为普朗克常量，其数值为6.62618×1034J,s。
4 （三）对玻尔理论的评价优点：,优点：首先引入量子化的概念，说明了氢原子光谱为不连续光谱。
,缺乏：缺乏：（1）未能完全冲破经典力学连续概念，只是牵强加进了一些人为的量子化条件和假定。
（2）不能说明多电子原子（核外电子数大于1的原子）、分子或固体的光谱。
亦不能说明氢光谱的每条谱线事实上还可分裂为两条谱线的现象。
（3）未考虑其运动的波动性，采纳了宏观轨道的概念。
5 （四）几个根本概念,稳定轨道在原子中一些符合肯定条件（从量子论导出的条件）的轨道。
无机化学_09原子的电子层结构和周期律
2s,2p轨道的径向分布图
3d峰数=3-2=1 4s峰数=4-0=4
峰数=n－l
峰的数目越多，电子钻 到离核区域越近，该轨 道上电子能量就越低.
3d 与 4s轨道的径向分布图
学习目标：理解钻穿效应
化学与环境工程系
钻穿效应
Drill effect
学习目标：理解电子云的概念
化学与环境工程系
径向分布函数D(r)：
概率 d
2
d 空间微体积
4π r 2
d 4 π r dr
2
概率 4π r dr
2 2
4π r 2 2
2
令：D(r ) 4π r
2
因此,1s电子在离核a0处出现的几率最大
化学与环境工程系
电子在2s轨道上出现两个离核 不同距离的几率较大区域.
化学与环境工程系
9.1 氢原子结构
9.1.1 氢原子光谱与Bohr理论
9.1.2 电子的波粒二象性 9.1.3 SchrÖdinger方程与量子数
9.1.4 波函数图形 9.1.5 波函数的物理意义
化学与环境工程系
9.1.1 氢原子光谱与Bohr理论
光和电磁辐射
红
橙
黄 绿
青 蓝
紫
自然光是 连续 光谱,即在任意波长段都有相应的光波
例：
原子轨道
ms
1s (1个) 1/2 l = 0， m = 0 2s (1个) 1/2 l = 1， m = 0 , 1 2p (3个) 1/2 n = 3 l = 0， m = 0 3s (1个) 1/2 l = 1， m = 0 , 1 3p (3个) 1/2 l = 2， m = 0 , 1， 2 3d (5个) 1/2 n = 4 ? 轨道数= n2个,各层最多容纳电子数=2 n2个 n=1 n=2
无机化学-知识点总结
无机化学-知识点总结无机化学知识点总结无机化学是化学学科的一个重要分支，它研究的是无机物质的组成、结构、性质和反应等方面的知识。
以下是对无机化学中一些重要知识点的总结。
一、原子结构与元素周期表1、原子结构原子由原子核和核外电子组成。
原子核包含质子和中子，质子带正电荷，中子不带电。
核外电子绕核运动，处于不同的能级和轨道。
电子的排布遵循泡利不相容原理、能量最低原理和洪特规则。
2、元素周期表元素周期表是按照原子序数递增的顺序排列的。
周期表中的横行称为周期，纵列称为族。
同一周期元素的电子层数相同，从左到右原子半径逐渐减小，金属性逐渐减弱，非金属性逐渐增强。
同一主族元素的最外层电子数相同，从上到下原子半径逐渐增大，金属性逐渐增强，非金属性逐渐减弱。
二、化学键与物质结构1、化学键化学键包括离子键、共价键和金属键。
离子键是由阴阳离子之间的静电作用形成的，通常存在于活泼金属与活泼非金属之间。
共价键是原子之间通过共用电子对形成的，分为极性共价键和非极性共价键。
金属键是金属原子之间通过自由电子形成的。
2、物质结构物质的结构有原子晶体、分子晶体、离子晶体和金属晶体。
原子晶体如金刚石，由原子通过共价键形成空间网状结构，硬度大，熔点高。
分子晶体如干冰，通过分子间作用力结合，熔点和沸点较低。
离子晶体由阴阳离子通过离子键形成，熔点较高，硬度较大。
金属晶体由金属阳离子和自由电子组成，具有良好的导电性、导热性和延展性。
三、化学热力学基础1、热力学第一定律能量守恒定律在热力学中的体现，即ΔU ＝ Q ＋ W，其中ΔU 为热力学能的变化，Q 为吸收或放出的热量，W 为做功。
2、热力学第二定律指出了热功转换的方向性和不可逆性，即自发过程总是朝着熵增加的方向进行。
3、热力学第三定律规定了绝对零度时，纯物质的完美晶体熵值为零。
四、化学反应速率和化学平衡1、化学反应速率表示化学反应进行快慢的物理量，通常用单位时间内反应物浓度的减少或生成物浓度的增加来表示。
电子的核外排布
≥4个
稳定（不得失)
在化学反应中 易失去电子
在化学反应中 易得到电子
总结：元素的性质，特别是化学性质，跟它的原
子的 最外层电子数
关系密切。
练习:
下面的结构示意图正确的是:( )
+3 2 1 A
+3 3 B
+11 2 8 1 +11 2 9
C
D
练习：
画出下列原子的结构示意图：
7N
12Mg
17Cl
部分金属元素的原子结构示意图
3、下列具有相似化学性质的元素组别
是： C、D
。
A.
B.
C.
D.
同学们有没有想过电子是 怎样围绕原子核做高速运
动的呢?
三、原子核外电子的不同运动区域
多电子原子核外电子的分层运动状况
核外电子分层排布
电子按能量高低在核外分层排布。 1234567 K LMNOPQ
由内到外，能量逐渐升高
核外电子的分层排布（又叫分层运动）
电子层符号 K L M N O P Q
电子层序数(n) 1 2 3 4 5 6 7
电子离核的距离 近
远
电子具有的能量 低
高
2、原子结构示意图
如： Na
核内质子数
电子层
原子核
每个电子层上的电子数
称有气体元素原子电子层排布
各电子层的电子数
核电 元素名 元素
荷数 称 符号 K
L
M
N
O
P
最外层电子 数
2
氦
He
2
2
10
氖
Ne
2
8
8
18
氩
Ar
无机化学 原子结构
1927年，德布罗依的假设为戴维逊(Davisson C J) 和盖革(Geiger H)的电子衍射实验所证实。
电子衍射图
1.1.3 微观粒子波粒二象性的特点
问题： 1. 是否波长越长，波动性越大？
2. 实物微粒波动性与光波动性的区别是什么？ 或者是实物微粒波动性的特点是什么？
(3) 磁量子数(m)
m可取0，1，2，3，… l ，共2l +1个值。 m值反映了电子云(或原子轨道)在空间的伸展方向
同一亚层内的原子轨道其能量是相同的，称等价轨道或 简并轨道。但在磁场作用下，能量会有微小的差异，因而其 线状光谱在磁场中会发生分裂。
当一组合理的量子数n、l、m确定后，电子运动的波函 数 也随之确定，该电子的能量、核外的概率分布也确定了。
鲍林近似能级图： Pauling根据光谱 实验数据及理论 计算结果，把原 子轨道能级按从 低到高分为几个 能级组。
各能级的能量次序为：
轨道能量排序与n和l的关系：
1. l相同，n不同时 2. n相同，l不同时 3. n不同，l不同时------能级交错现象
当角量子数l相同时，原子轨道的能量随着主量子数n值增大而升高： 1s < 2s < 3s
原子核外电子排布三原则：
Hund 规则： 当电子在等价轨道（能量相同轨道）上分布时，将尽
可能分占等价轨道，且自旋相同。
半满和全满规则： 等价轨道中电子处于全空（s0,p0,d0,f0）、半空(p3,d5,f7)
或全满状态(p6,d10,f14)时能量较低.
泡利不相容原理里不是说每个轨道里得 电子自旋方向相反么？那洪特规则里怎 么写在等价轨道上电子自旋方向相同呢
无机及分析化学教案-第一章无机化学基本知识-6学时
第1次课学时 2及发射卫星使用的高能燃料。
4.计算机中信息存储设备。
化学在畜牧生产中的作用：生物体本身就是多种化合物组成的集合体，如：细胞，线粒体，溶酶体等等。
当今科技已发展到从分子水平上研究生物科学，产生了分子生物学等新型学科。
生物学的研究越来越离不开化学原理、化学知识和化学分析技术。
二、讲授新课：第一节原子结构元素周期系一、原子核外电子的运动状态（一）、微观粒子的统计规律性1.微观粒子的波粒二象性结论：正是由于微观粒子与宏观粒子不同，不遵循经典力学规律，而要用量子力学来描述它的运动状态。
电子衍射示意图2.测不准原理图△X·△P≥h/4π（二）、波函数和原子轨道薛定谔方程：描述核外电子运动的波动方程。
薛定谔方程是描述微观粒子运动状态、变化规律的基本方程。
它的解并不是具体的数资，而是一个含有三个变量x、y、z和三个参数n、l、m的函数式，叫做波函数ψ，表示为ψ(x，y，z)。
波函数是描述核外电子运动状态的数学函（15分钟）微观粒子的统计规律性（20分钟）波函数和原子轨道数式。
量子力学中的原子轨道不是某种确定的轨道，而是原子中一个电子可能的空间运动状态，包含电子所具有的能量，离核的平均距离、几率密度分布等。
（三）、几率密度和电子云电子在核外空间某处单位微小体积内出现的几率，称为几率密度，用波函数绝对值的平方|ψ|2表示。
常常形象地将电子的几率密度(|ψ|2)称作“电子云”。
1s电子云界面图电子云的角度分布图（四）、四个量子数及其对核外电子运动状态的描述1.主量子数(n)（1）取值范围它只能取1，2，3……等正整数。
（2）物理意义：①主量子数n是决定电子能量的主要因素。
②主量子数表示电子离核的远近或电子层数。
在光谱学上常用一套拉丁字母表示电子层，常用K、L、M、N、O、P、Q等符号分别表示n = 1，2，3，4，5，6，7。
2.角量子数(l) （10分钟）几率密度和电子云（30分钟）四个量子数图原子轨道的角度分布图第2次课学时 2一、课程回顾：（和同学们互动，以提问的方式回忆上节课所讲内容并板书）一、原子核外电子的运动状态（一）、微观粒子的统计规律性（二）、波函数和原子轨道（三）、几率密度和电子云（四）、四个量子数及其对核外电子运动状态的描述提问并讲解：二、讲授新课：二、原子核外电子的排布（一）、核外电子排布的规律1.保里(Pauli)不相容原理2.能量最低原理3.洪特(Hund)规则（二）、近似能级图学时 2图 稀溶液的沸点升高、凝固点下降AB 为纯水的蒸气压曲线，A′B′为稀溶液的蒸气压曲线，AC 为冰的蒸气压曲线溶液的沸点上升：B b b b b b K T T T ⋅=-=∆ο凝固点下降：B f f f f b K T T T ⋅=-=∆ο3、溶液的渗透压半透膜： 渗透压：课程小结：。
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道只能容纳自旋方向相反的两个电子。 （2）Building-up principle (能量最低原理) ：电子排布应尽
可能使整个原子体系能量最低，通常按Pauling近似能 级图由低到高排布电子。 （3）Hund‘s rule（洪特规则）：简并轨道（能量完全相同 的轨道）上的电子应尽可能地分占不同轨道，且全满、 半满、全空状态是较稳定的。
2.15
Z
* 3d
22 19.05
2.95
E4s E3d
2、钻穿效应
由波函数的径向分布图可知，n越大的电子在离核较远的地方 出现的机会较多，但在核附近仍有一定的几率，这种外层电子 向内层穿透，导致内层电子对它的屏蔽作用减弱的效应叫钻穿 效应，有以下几种情况
(1) l相同，n不同 1s<2s<3s (2) n相同，l不同 3s<3p<3d
2、鲍林近似轨道能级图
3、科顿能级图 Pauling的近似能级图并不能 反映不同元素同一原子轨道在 能量上的差异。实际上，对不 同元素的同一原子轨道在能量 上是有差异的。Cotton的能级 图能很好地反映这一差异。如 HCl分子就是由H原子的1s轨 道和Cl的2p轨道共用成键的。
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三、 Electron Configurations in Atoms（原子核外电子排布）
中常有一些目前无法解释的排布方式。
（2）原子失去电子变为离子，离子电子排布式取决失电子的 次序，其次序为：np,ns,(n-1)d,(n-2)f依次失去。
如Cu2+: [Ar]3d104s1 → [Ar]3d9 Ni3+: [Ar]3d84s2 → [Ar]3d7
1-48号元素的核外电子排布
1 H 1s1 2 He 1s2 3 Li [He]2s1 4 Be [He]2s2 5 B [He]2s22p1 6 C [He]2s22p2 7 N [He]2s22p3 8 O [He]2s22p4 9 F [He]2s22p5 10 Ne [He]2s22p6 11 Na [Ne]3s1 12 Mg [Ne]3s2 13 Al [Ne]3s23p1 14 Si [Ne]3s23p2 15 P [Ne]3s23p3 16 S [Ne]3s23p4
17 Cl [Ne]3s23p5 18 Ar [Ne]3s23p6 19 K [Ar]4s1 20 Ca [Ar]4s2 21 Sc [Ar]3d14s2 22 Ti [Ar]3d24s2 23 V [Ar]3d34s2 24 Cr [Ar]3d54s1 25 Mn [Ar]3d54s2 26 Fe [Ar]3d64s2 27 Co [Ar]3d74s2 28 Ni [Ar]3d84s2 29 Cu [Ar]3d104s1 30 Zn [Ar]3d104s2 31 Ga [Ar]3d104s24p1 32 Ge [Ar]3d104s24p2
En,l ,m
Z2 n2
(2.179
10 18 )
J
1、屏蔽效应
(2) 对多电子原子 Z为有效核电荷Z*=Z-σ，电子能级能量为：
En ,l ,m
Z *2 n2
(2.179 10 18 )
J
En,l ,m
(Z )2
n2
(2.179 10 18 )
J
ห้องสมุดไป่ตู้
由于氢原子只有一个电子，无其它电子屏蔽，其电子能级 只与主量子数n有关，即(E4s=E4p=E4d)，
第三节、多电子原子核外电子的运动状态
第三节主要内容 一、屏蔽效应与穿透效应 二、多电子原子的原子轨道能级图 三、原子核外的电子排布
一、屏蔽效应与穿透效应
1、屏蔽效应 对多电子原子，其薛定谔方程的求解十分困难，通常是
采用某些近似方法，如在中心力场模型中，把多电子原子中 其它电子对某个指定电子的作用，近似看作是该电子对部分 核电荷的抵消作用，即指定电子受到核的作用力为具有(Z-σ) 个核电荷对该电子的作用力。这里(Z-σ)=Z*称为有效核电 荷， σ叫屏蔽常数。 (1) 单电子原子-H原子 其电子能级的能量为：
(n-2)层对ns,np电子的σ=1.00 （5）左各组对nd、nf电子的σ=1.00
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Slater规则示例
例题：用Slater规则比较K和Ti原子的4s和3d轨道能量高低。
19 K，(1s2)(2s2 2p6)(3s23p6)(3d1) or (4s1) ?
4s 101.080.8516.8 3d 101.081.0018
对多电子原子，有效核电荷Z*=Z-σ， 其屏蔽常数σ与主 量子数n和角量子数l有关，可由Slater规则计算。
Slater规则 (近似计算适用)
（1）多电子原子中的电子分为如下几组： (1s),(2s,2p),(3s,3p),(3d),(4s,4p),(4d),(4f),(5s,5p)
（2）右边(外层)电子对左边(内层)电子的屏蔽常数σ=0， （3）1s电子间σ=0.30，其余各组内电子间σ=0.35 （4）(n-1)层对ns,np电子的σ=0.85,
由上述原则，可直接写出大多数元素原子的核外电子排布式， 如 6C：1s22s22p2, 16S：1s22s22p63s23p4,
19K：1s22s22p63s23p64s1
29Cu：1s22s22p63s23p64s13d10
(常记为:[Ar]3d104s1 )
[Ar]—原子实
（1）电子排布应以实验事实为依据，不能凭空猜想，周期表
Z*4s 19 -16.8 2.2
Z*3d 19 -18 1.0
E4s E3d
22Ti，(1s2)(2s2 2p6)(3s23p6)(3d2)(4s2) or (3d4) ?
4s 101.0100.8510.3519.85
3d 181.0 30.3519.05
Z
* 4s
22 19.85
二、原子轨道能级顺序图
(3) n,l都不同时，将出现能级交错 : 4s<3d<4p
多电子原子的原子轨道能量大小由n和l共同决定 1、徐光宪(n+0.7l规则) (n+0.7l) 值越大能级越高
1s<2s<2p<3s<3p<4s<3d<4p<5s<4d<5p<6s<4f<5d<6p
记忆方法：1，22，33，434，545，6456，7567