山东第一医科大学（泰山医学院）：《无机化学》课程教学资源（授课教案）第八章 原子结构

教 案 姓名崔建华2008-2009学年第1学期时间1013,10.14 节次1-23-4.5-634 课程名称 无机化学 授课专业及层次 环境本传，化工专高分子本 授课内容 §81氢原子结构 学时数 1.了解氢原子光谱，热悉玻尔理论和核外电子运动的特点及描述。 2.熟悉原子轨道、概率和概率密度、电子云等概念 教学目的 3.掌握四个量子数的取值和意义：掌握s,P,d轨道和电子云的形状和空 间伸展方向。 重点 原子轨道，波函数的意义 难点 原子轨道、波函数 白受内空 使用教具 多媒体 相关学科知识 教学法 讲授 讲授内容纲要、要求及时间分配 §8.1氢原子结构 8.11氢原子光谱与玻尔理论 20min 1光和电磁辐射：连续光谱： 2氢原子光谱：不连续光谱（线状光谱】 1885J.J.Balmer v=3.289×105(1/2-1/m2)s 3.Bohr理论 《1)理论要点 ①定态假设： ②量子化规则：能量量子化 ③电子可以在两个定态之间发生跃迁(exitation) 原子吸收或放出能量（即光子的能量）满足关系： AE=hy=E2-E;v=(E2-E)/h 2)结论：①得出了H原子各定态的能量及轨道半径 E=-z2/n2×2.179X10-J r=an2(n=1,2,3,.):a=0.0529nm=0.53A ②可以说明原子稳定存在及原子光谱的不连续性 3)对于J.R.Rydberg经验公式的满意解释 (4)缺陷（局限性）：

教 案 姓名崔建华 2008-2009 学年第 1 学期 时间 10.13，10.14 节次 1-2,3-4,5-6,3-4 课程名称 无机化学 授课专业及层次 环境本/专，化工专,高分子本 授课内容 §8.1 氢原子结构 学时数 2 教学目的 1.了解氢原子光谱，熟悉玻尔理论和核外电子运动的特点及描述。 2.熟悉原子轨道、概率和概率密度、电子云等概念 3.掌握四个量子数的取值和意义；掌握 s,p,d 轨道和电子云的形状和空 间伸展方向。 重 点 原子轨道，波函数的意义 难 点 原子轨道、波函数 自学内容 使用教具 多媒体 相关学科知识 教 学 法 讲授 讲授内容纲要、要求及时间分配 §8.1 氢原子结构 8.1.1 氢原子光谱与玻尔理论 ⒈光和电磁辐射： 连续光谱； ⒉氢原子光谱：不连续光谱〔线状光谱〕 1885 J.J.Balmerν＝3.289×1015(1/22－1/n2 )s－1 ⒊Bohr 理论 ⑴理论要点: ①定态假设: ②量子化规则: 能量量子化 ③电子可以在两个定态之间发生跃迁〔exitation〕, 原子吸收或放出能量(即光子的能量)满足关系: ΔE＝hv＝E2－E1;ν＝(E2－E1)/h ⑵结论：①得出了 H 原子各定态的能量及轨道半径 E＝－Z 2 /n2×2.179×10－18J r＝a°n 2〔n＝1,2,3,.〕; a°＝0.0529nm＝0.53A° ②可以说明原子稳定存在及原子光谱的不连续性 ⑶对于 J.R.Rydberg 经验公式的满意解释 ⑷缺陷(局限性)： 20min

讲授内容纲要、要求及时间分配（附页】 8.1.2电子的波粒二象性 1.光的波粒二象性： 2.电子的波粒二象性 人=白=合8-6)你为德布罗意关系式 3.不确定原理 20min 8.1.3 Schrodinger方程与量子数 1.Schrodinger方程 a2Ψ/x2+a2Ψ/a+a2Ψ/正2=-8πm/h2(E-V)b 2.量子数(quantum number) 主量子数；角动量量子数1：磁量子数m;电子的自旋磁量子数m 3.波函数的表示及量子数组合 波函数平n,1,m(x,y,z)→表示氢原子中核外电子运动的某一状态。 n=1,1=0,m=0 Ψ1,0,0，Ψ1S 1=2,1=0,m=0 Ψ2SΨ3S n=2,1=1,m=0,±1 Ψ2,1,0，Ψ2P(Z) Ψ2,1,1，Ψ2px,Ψ2py 得到一系列波函数，同时也得到了与这些状态相对应的能量E。 8.1.4氢原子的基态 1.氢原子基态的总能量E=一R(亿/m) 20min 2.波函数 ().用波函数描述微观粒子运动的具体方法 ①坐标系变换中(x,y,z）→中（红，0，中） ②变量分离令Ψ(r,0,中)=R(r)·Y(0,中) R(r)→称为波函数的径向部分 Y.(0,中)→角度波函数Y(0,中)=日(0)·中（中

讲授内容纲要、要求及时间分配（附页） 8.1.2 电子的波粒二象性 1.光的波粒二象性: 2.电子的波粒二象性: λ＝ mv h ＝ p h (8－6) 称为德布罗意关系式 3.不确定原理 8.1.3 Schrodinger 方程与量子数 1.Schrodinger 方程  2Ψ/ x 2＋  2Ψ/ y 2＋  2Ψ/ z 2＝－8π2 m/h2 (E—V)ψ 2. 量子数〔quantum number〕 主量子数 n;角动量量子数 l;磁量子数 m；电子的自旋磁量子数 mS 3.波函数的表示及量子数组合： 波函数Ψn,l,m (x,y,z)→表示氢原子中核外电子运动的某一状态。 n＝1,l＝0,m＝0 Ψ1,0,0，Ψ1S n＝2,l＝0,m＝0 Ψ2S Ψ3S n＝2,l＝1,m＝0,±1 Ψ2,1,0，Ψ2P(Z) Ψ2,1, 1，Ψ2px ,Ψ2py 得到一系列波函数，同时也得到了与这些状态相对应的能量 E。 8.1.4 氢原子的基态 ⒈氢原子基态的总能量 E＝－RH(Z/n)2 ⒉ 波函数 ⑴. 用波函数描述微观粒子运动的具体方法 ①坐标系变换ψ(x,y,z) →ψ(r,θ,φ) ②变量分离 令Ψ(r,θ,φ)＝R(r)·Y(θ,φ) R(r)→称为波函数的径向部分 Yl,m (θ,φ)→角度波函数 Y(θ,φ) ＝Θ(θ)·Φ(φ 20min 20min

讲授内容纲要、要求及时间分配（附页） ③解三个方程R(r)、⊙(0)、Φ（中） ④波函数的图形讨论 (3)波函数的物理意义 Ψ有明确的物理意义→概率密度 Omin ①电子云 ②径向分布函数图D(r)=4r2p 8.1.5氢原子激发态 2Omin 1.当n=2,1=0,m=0时，解薛定谔方程可得到E2和Ψ2S =-(月=-化=-66X10p Ψ2S=R(r)·Y(0,Φ) =2点/a侧g-amem(-r/2: 2.在n=2,1=1,m=0时， 解出另一个激发态2P态，其总能量仍为B2。波函数为： Ψ2Pa)=1/2ra(t/aexp(-r/2a）·cos0 3.在n=3,1=2,(m=-2、-1、0、1、2)时， 可以得到3d轨道的5种波函数 如上所述，波函数是用不同量子数（血，1，）来表征的。 4.四个量子数的意义： 主量子数：决定电子层数，是决定电子能量高低的主要因素 角量子数1：定原子轨道的形状，在多电子原子中也是决定电子能量高低。 磁量子数m:决定角动量在外磁场方向上的分量，即原子轨道在空间的伸展方 向。 自旋磁量子数：决定电子的自旋方式。 课堂小结： lOmin 练习：p.250习题3,5

讲授内容纲要、要求及时间分配（附页） ③解三个方程 R(r)、Θ(θ)、Φ(φ) ④波函数的图形讨论 ⑶波函数的物理意义 Ψ2有明确的物理意义→概率密度 ①电子云 ②径向分布函数图 D(r)＝4πr 2Ψ 2 8.1.5 氢原子激发态 1.当 n＝2,l＝0,m＝0 时,解薛定谔方程可得到 E2和Ψ2S : E2＝－( n Z ) 2 RH＝－ 4 1 (RH＝－5.45×10－19J) Ψ2S＝R(r)·Y(θ,φ) ＝ 2 2 1 {1/a0} 3/2(2－r/a0)exp(－r／2a0)· 4 1 2.在 n＝2,l＝1,m＝0 时, 解出另一个激发态 2P 态,其总能量仍为 E2 。波函数为: Ψ2P(z)＝ 4 1 {1/2πa0 3 } 1/2(r/a0)exp(－r／2a0)·cos  3.在 n＝3,l＝2,〔m＝－2、－1、0、1、2〕时, 可以得到 3d 轨道的 5 种波函数 如上所述,波函数是用不同量子数(n,l,m)来表征的。 4.四个量子数的意义: 主量子数 n：决定电子层数,是决定电子能量高低的主要因素 角量子数 l：定原子轨道的形状,在多电子原子中也是决定电子能量高低。 磁量子数 m：决定角动量在外磁场方向上的分量,即原子轨道在空间的伸展方 向。 自旋磁量子数 mS：决定电子的自旋方式。 课堂小结： 练习：p.250 习题 3,5 10min 20min 10min

教 案 姓名崔建华2008-2009学年第1学期时间10.20.10.2L 节次1-23-4.5-63-4 课程名称 无机化学 授课专业及层次环境本传，化工专高分子本 授课内容 §82多电子原子结构 学时数 2 1.掌握Pauling近似能级图，了解Cotton原子轨道能级图 2.掌据屏蔽效应、钻穿效应的概念及意义 教学目的 掌握核外电子排布的原理及常见元素的核外电子排布，并确定其在周 期表中的位置 重点 Pauling近似能级图：屏蔽效应、钻穿效应：核外电子排布的原理 难点 屏蔽效应、钻穿效应 自学内容 使用教具 多媒体 相关学科知识 教学法 讲解，类比 讲授内容纲要、要求及时间分配 §8.2多电子(multielectron atom)原子结构 20min 8.2.1多电子原子轨道能级 1 Pauling(鲍林)近似能级图 ()形成 2)能级组 能量相近的轨道排成一组，用一方框表示，方框中的小圆圈代表轨道。 (3)角量子数1相同的能级的能量高低由主量子数n决定 ()“能级分裂”例如：Ens<Enp<End<Enf (⑤“能级交错” 当主量子数n和角量子数1都不同时出现的能级巅倒现象。 例如：E(4s)<E(3d) 2.Cotton(科顿)原子轨道能级图 10min I)不同于Pauling近似能级图的特点： (2)特点总结： 定性地表明了原子序数改变时，原子轨道能量的相对变化

教 案 姓名崔建华 2008-2009 学年第 1 学期 时间 10.20, 10.21 节次 1-2,3-4,5-6,3-4 课程名称 无机化学 授课专业及层次 环境本/专，化工专,高分子本 授课内容 §8.2 多电子原子结构 . 学时数 2 教学目的 1.掌握 Pauling 近似能级图,了解 Cotton 原子轨道能级图 2.掌握屏蔽效应、钻穿效应的概念及意义 3.掌握核外电子排布的原理及常见元素的核外电子排布，并确定其在周 期表中的位置 重 点 Pauling 近似能级图；屏蔽效应、钻穿效应；核外电子排布的原理 难 点 屏蔽效应、钻穿效应 自学内容 使用教具 多媒体 相关学科知识 教 学 法 讲解，类比 讲授内容纲要、要求及时间分配 §8.2 多电子(multielectron atom)原子结构 8.2.1 多电子原子轨道能级 ⒈Pauling(鲍林)近似能级图 ⑴形成 ⑵能级组 能量相近的轨道排成一组,用一方框表示,方框中的小圆圈代表轨道。 ⑶角量子数 l 相同的能级的能量高低由主量子数 n 决定 ⑷“能级分裂” 例如:Ens＜Enp＜End＜Enf ⑸“能级交错” 当主量子数 n 和角量子数 l 都不同时出现的能级巅倒现象。 例如:E(4s)＜E(3d) ⒉Cotton〔科顿〕原子轨道能级图 ⑴不同于 Pauling 近似能级图的特点: ⑵特点总结: 定性地表明了原子序数改变时,原子轨道能量的相对变化。 20min 10min

讲授内容纲要、要求及时间分配（附页） 3.屏蔽效应(shieldning effect): 20min (1)定义 (2)屏蔽常数及有效核电荷一对屏蔽作用的量度 0一屏蔽常数，（亿一σ）→有效核电荷Z。 (3)确定o大小的规则一S1ater经验规则 4.钻穿效应 (1)定义 (2)钻穿效应的大小及能级高低 钻穿能力大小是 ns>np>nd>nf 能级高低顺序是 Ens<Enp<End<Enf (3)关于“能级交错”问题仍有不同的观点和解释 8.2.2核外电子排布 1.核外电子排布规律一构造原理 15min (l)最低能量原理(principle of energy minimization) 系统能量越低越稳定。即电子优先进入（或排布在）能量较低的轨道上。 原则：电子排布的结果使整个原子能量最低。 (2M.Pauli不相容原理： 原子中不允许有四个量子数完全相同的二个电子 (3F.H.Hund(洪特，德国)规则（最低能量原理的补充） 在相同和相同1的轨道上分布的电子，应尽可能分占m值不同的轨道且自黄 平行。 注：核外电子的排布式还不能完全由理论上预测，一般以实验结果为准。 2.常见元素的核外电子排布式及其在周期表中的位置 1).常见元素的核外电子排布式：1一36 15min 2).周期表的结构及常见元素的位置 15min 周期，族，分区及其与外层电子结构的关系 课堂小结： 练习：p.250习题6,10-16

讲授内容纲要、要求及时间分配（附页） ⒊屏蔽效应〔shieldning effect〕: ⑴定义 ⑵屏蔽常数及有效核电荷—对屏蔽作用的量度: σ—屏蔽常数,(Z－σ)→有效核电荷 Z *。 ⑶确定σ大小的规则—Slater 经验规则 ⒋钻穿效应 ⑴定义 ⑵钻穿效应的大小及能级高低 钻穿能力大小是 ns＞np＞nd＞nf 能级高低顺序是 Ens＜Enp＜End＜Enf ⑶关于“能级交错”问题仍有不同的观点和解释 8.2.2 核外电子排布 1. 核外电子排布规律－构造原理 ⑴最低能量原理〔principle of energy minimization〕 系统能量越低越稳定。即电子优先进入(或排布在)能量较低的轨道上。 原则:电子排布的结果使整个原子能量最低。 ⑵W.Pauli 不相容原理: 原子中不允许有四个量子数完全相同的二个电子 ⑶F.H.Hund(洪特,德国)规则〔最低能量原理的补充〕 在相同 n 和相同 l 的轨道上分布的电子,应尽可能分占 m 值不同的轨道且自旋 平行。 注：核外电子的排布式还不能完全由理论上预测,一般以实验结果为准。 2.常见元素的核外电子排布式及其在周期表中的位置 1). 常见元素的核外电子排布式；1－36 2).周期表的结构及常见元素的位置 周期，族，分区及其与外层电子结构的关系 课堂小结： 练习：p.250 习题 6，10－16 20min 15min 15min 15min 5min

教案 姓名崔建华20082009_学年第L学期 时间1027,1028 节次12.3-45-634 课程名称 无机化学 授课专业及层次环境本传，化工专高分子本 授课内容 §83元素周期律§9.1价键理论学时数 掌握原子半径、电离能、 电子亲和能和电负性的变化规律。 教学目的 2、 掌握价键理论基本要点与共价键特点：掌握杂化轨道的类型及应用， 熟悉不等性杂化的概念 重点 1.元素性质的变化规律。2.价键理论 难点 元素性质的周期性变化规律，共价健的形成，杂化轨道 自学内容 使用教具 多媒体 相关学科知识 教学法 讲解，类比，推理 讲授内容纲要、要求及时间分配 8.3.1原子的电子层结构和元素周期系 10min 1、元素周期律： 2、元素周期表（长表）： 周期：族：结构分区：s区、p区、d区、f区 量子数，电子层，电子亚层之间的关系： 8.3.2元素性质的周期性 1.有效核电荷 10min 同周期：短周期：左→右，显著增加 长周期：左→右，前半部分朵增加不多，后半部分显著增加 同族：上→下，增加，但不显著。 2.原子半径(r) 主族：从左到右r减小：从上到下r增大。 过渡：从左到右r缓慢减小；从上到下r略有增大。 3.电离能 10min 同周期： 主族：IA到VIIA,增大，r减小，I增大。IA最小，0族最大： 副族：电子加到次外层，承增加不多，r减小缓慢，【略增。 同主族：从上到下，1依次变小

教 案 姓名崔建华 2008-2009 学年第 1 学期 时间 10.27，10.28 节次 1-2,3-4,5-6,3-4 课程名称 无机化学 授课专业及层次 环境本/专，化工专,高分子本 授课内容 §8.3 元素周期律 §9.1 价键理论 学时数 2 教学目的 1、掌握原子半径、电离能、电子亲和能和电负性的变化规律。 2、 掌握价键理论基本要点与共价键特点；掌握杂化轨道的类型及应用, 熟悉不等性杂化的概念 重 点 1.元素性质的变化规律。2. 价键理论 难 点 元素性质的周期性变化规律，共价键的形成，杂化轨道 自学内容 使用教具 多媒体 相关学科知识 教 学 法 讲解，类比，推理 讲授内容纲要、要求及时间分配 8.3.1 原子的电子层结构和元素周期系 1、元素周期律： 2、元素周期表(长表)： 周期： 族： 结构分区：s 区、p 区、d 区、f 区 量子数，电子层，电子亚层之间的关系： 8.3.2 元素性质的周期性 1.有效核电荷 Z* 同周期：短周期：左→右，Z*显著增加。 长周期：左→右，前半部分 Z*增加不多，后半部分显著增加 同族：上→下，Z*增加，但不显著。 2．原子半径（r） 主族：从左到右 r 减小；从上到下 r 增大。 过渡：从左到右 r 缓慢减小；从上到下 r 略有增大。 3.电离能 同周期： 主族：ⅠA 到 VIIA，Z*增大，r 减小，I 增大。ⅠA 最小，0 族最大； 副族：电子加到次外层， Z* 增加不多， r 减小缓慢， I 略增。 同主族：从上到下，I 依次变小。 10min 10min 10min

讲授内容纲要、要求及时间分配（附页） 4.电子亲和能 15min 同周期：从左到右，Z增大，r减小，A的负值增大。 卤素的A呈现最大负值，ⅡA为正值，稀有气体的A为最大正值。 同主族：从上到下，规律不很明显，大部分的A负值变小。 特例：4N)为正值，是p区元素中除稀有气体外唯一的正值。 4的最大负值不出现在F原子而是C原子 5.电负性 同周期：从左到右电负性依次增大：金属性依次减弱，非金属性依次增强。 同主族：从上到下电负性依次变小：金属性依次增大，非金属性依次减弱。 课堂小结： 5min 练习：P.250习题1-19(7,9除外) 59.1价健理论 9.1.1共价键的本质与特点 15min 1.量子力学处理2分子的结果 共价键的本质：原子轨道重叠，核间电子概率密度大吸引原子核而成健 2.价键理论基本要点： 键合原子各提供自旋方式相反的未成对电子用以成对： 原子轨道最大程度地重叠。 3.共价键的特点：饱和性， 方向性 9.1.2共价键的键型 5min 1.口键：头碰头重叠2.开键： 肩并肩重叠3.配位键： 9.1.3杂化轨道 要点：·成键时能级相近的价电子轨道混合杂化，形成新的价电子轨道一杂化轨道。·杂 25min 化前后轨道数目不变。·杂化后轨道伸展方向，形状发生改变 1.sp3杂化C4的空间构型为正四面体 2.sp2杂化BF3的空间构型为平面三角形 3.sD杂化B2的空间构型为直线形 4.不等性sp3杂化HhO,NH 小结：杂化轨道的类型与分子的空间构型 课堂小结： 5min 练习：R.280习题：1

讲授内容纲要、要求及时间分配（附页） 4.电子亲和能 同周期：从左到右，Z* 增大，r 减小， A 的负值增大。 卤素的 A 呈现最大负值，ⅡA 为正值，稀有气体的 A 为最大正值。 同主族：从上到下，规律不很明显，大部分的 A 负值变小。 特例： A(N)为正值，是 p 区元素中除稀有气体外唯一的正值。 A 的最大负值不出现在 F 原子而是 Cl 原子 5.电负性 同周期：从左到右电负性依次增大；金属性依次减弱，非金属性依次增强。 同主族：从上到下电负性依次变小；金属性依次增大，非金属性依次减弱。 课堂小结： 练习：P.250 习题 1－19（7，9 除外） §9.1 价键理论 9.1.1 共价键的本质与特点 1.量子力学处理 H2 分子的结果 共价键的本质:原子轨道重叠，核间电子概率密度大吸引原子核而成健 2.价键理论基本要点： 键合原子各提供自旋方式相反的未成对电子用以成对； 原子轨道最大程度地重叠。 3.共价键的特点：饱和性， 方向性 9.1.2 共价键的键型 1.σ键： 头碰头重叠 2.π键： 肩并肩重叠 3. 配位键： 9.1.3 杂化轨道 要点：•成键时能级相近的价电子轨道混合杂化，形成新的价电子轨道—杂化轨道。 •杂 化前后轨道数目不变。 •杂化后轨道伸展方向，形状发生改变 1. sp3 杂化 CH4 的空间构型为正四面体 2. sp2 杂化 BF3 的空间构型为平面三角形 3. sp 杂化 BH2 的空间构型为直线形 4.不等性 sp3 杂化 H2O，NH3 小结：杂化轨道的类型与分子的空间构型 课堂小结： 练习：P.280 习题：1 15min 5min 15min 5min 25min 5min