1.1.3电子云与原子轨道 课件2023-2024学年高二下学期化学人教版（2019）选择性必修2

第一节 原子结构 第一章 原子结构和性质 第三课时 电子云与原子轨道 思考: 宏观物体与微观物体（电子）的运动有什么区别? 宏观物体的运动特征： 宏观物体的运动可以准确地测出它们在某一时刻所处的位置及运行的速度；可以描画它们的运动轨迹。 微观物体的运动特征： 核外电子质量小(只有9.11×10-31 kg)，运动空间小（相对于宏观物体而言），运动速率大(近光速)；无确定的轨道，无法描述其运动轨迹；不能同时准确的测定其位置和速率 原子核外电子的运动状态是怎么样的呢？ 1913年，波尔提出氢原子模型，电子在线性轨道上绕核运行 1926年，玻尔建立的线性轨道模型被量子力学推翻。 量子力学指出，一定空间运动状态的电子并不在玻尔假定的线性轨道上运行，而在核外空间各处都可能出现，但出现的概率不同，可以算出它们的概率密度(ρ)分布。 表示电子在核外某处出现的概率密度。 【思考1】图小黑点的疏密意义是什么？ 核外电子的概率密度分布看起来像一片云雾笼罩在原子核周围，人们形象地把它叫做“电子云” 。 用P表示电子在某处出现的概率，V表示该处的体积， 则某处电子出现的概率密度ρ=P/V。 ：处于一定空间 的电子在原子核外空间的概率密度分布的形象化描述。 运动状态 1.电子云 电子云图绘制比较困难，常用电子云轮廓图代替。 ：将电子出现概率P≧90%的空间圈出来。 2.电子云轮廓图 如氢原子电子云轮廓图： 小蓝点是1s电子在原子核外出现的概率密度的形象描述 一：电子云 电子云图很难绘制，使用不便，我们常使用电子云轮廓图。 ①绘制电子云轮廓图的目的：表示电子云轮廓的形状，对核外电子的空间运动状态有一个形象化的简便描述。 ②绘制电子云轮廓图：把电子在原子核外空间出现概率P=90%的空间圈出来。 y x z y z x pz 3：电子云轮廓形状和大小 ①s电子的电子云轮廓 同一原子的s电子的电子云轮廓图 a.所有原子的任一能层的s电子的电子云轮廓图都是一个球形，只是半径不同。 b.同一原子的能层越高，s电子云半径越大。由于电子能量依次增高，电子在离核更远的区域出现的概率逐渐增大，电子云越来越向更大的空间扩展。 ②p电子的电子云轮廓 y z x pz z y x py z y x px Pz、Py、Px的电子云轮廓图 a、p电子云的形状是哑铃状的，有3个互向垂直电子云分别称为Px、Py、Pz 能层序数越大，p电子云半径越大。 b、同一能层中px、py、pz的能量相同。 (x、y、z分别是p电子云在直角坐标系里的取向) d轨道： d轨道在空间有__个伸展方向，即d轨道共__个轨道。 5 5 花瓣形 (了解) f轨道： f轨道形状更复杂，在空间有7个伸展方向，即f轨道共7个轨道。 (了解) 课堂练习1：图1和图2分别是1s电子的概率密度分布图和电子云轮廓图。下列有关认识正确的是(　　) A.图1中的每个小黑点表示1个电子 B.图2表示1s电子只能在球体内出现 C.图2表明1s的电子云轮廓呈圆形,有无数对称轴 D.图1中小黑点的疏密表示某一时刻电子在核外出现概率的大小 D 二：原子轨道 量子力学把电子在原子核外的一个空间运动状态称为一个原子轨道。 1：概念 常用电子云轮廓图的形状和取向来表示原子轨道的形状和取向。各能级的一个伸展方向的电子云轮廓图即表示一个原子轨道。 2：表示 3：轨道数 ns原子轨道1个 nd原子轨道有5个 np原子轨道有3个 nf 原子轨道有7个 不同能层的能级、原子轨道及电子云轮廓图 能层 能级 原子轨道数 原子轨道名称 电子云轮廓图的性质与取向 形状 取向 K 1s 1 1s 球形 L 2s 1 2s 球形 2p 3 2px、2py、2pz 哑铃形 相互垂直 M 3s 1 3s 球形 3p 3 3px、3py、3pz 哑铃形 相互垂直 3d 5 …… …… …… 4 9 2 3 N 4s 1 4s 球形 4p 3 4px、4py、4pz 哑铃形 相互垂直 4d 5 …… …… …… 4f 7 …… …… …… 4 16 课堂练习2：3px所代表的含义是（ ） A.px轨道上有3个电子 B.第三电子层px轨道有3个伸展方向 C.px电子云有3个伸展方向 D.第三电子层沿x轴方向伸展的P轨道 D 能级符号 ns np nd nf 轨道数目 电子云形状 三、电子云与原子轨道 P12-13 3.原子轨道 ①不同能层相同能级电子云轮廓图的形状和取向相同 ②能层序数越大，原子轨道的半径越大。如 1s<2s<3s<4s ③形状和大小相同，但取向不同的原子轨道，能量相等。如2Px、2Py、2Pz能量相等 1 3 5 7 球形 哑铃形 花瓣形 —— 1、s能级和p能级的原子轨道存在哪些方面的差异？ 提示　轨道图形、形状、数目、最多容纳电子数等不同。 2.不同能层中的s轨道和p轨道电子云轮廓分别相同吗？能量分别相同吗？ 提示　电子云轮廓相同(s轨道均为球形，p轨道均为哑铃形)；能量不同(能层序数越大，能量越高)。 【思考与讨论】 3.基态原子的核外电子填充在6个轨道的元素有几种？填充在7个轨道中的元素有几种？ 提示　s、p能级分别有1、3个原子轨道，按照构造原理，核外电子填充在6个轨道的元素为1s22s22p63s1(Na)和1s22s22p63s2(Mg)，共2种；填充在7个轨道中的元素只有1s22s22p63s23p1(Al)一种元素。 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级 小结：原子轨道的特点 1.s原子轨道是球形的，p原子轨道是纺锤形的 2.能层序数n越大，原子轨道的半径越大； 3.不同能层的同种能级的原子轨道形状相似，只是半径不同；相同能层的同种能级的原子轨道形状相似，半径相同，能量相同，方向不同 4. s能级只有一个原子轨道；p能级有3个原子轨道，互相垂直，可分别以px、py、pz表示，能量相等。如2px、2py、2pz轨道的能量相等。 ①在原子中第n能层,电子占有的轨道数最多为n2。 (　　) ②同一原子中的npx与npy轨道形状相同,半径相同且在空间相互垂直。(　　) ③电子云图中小黑点密度的大小可表示电子的多少。(　　) ④p轨道呈哑铃形,因此p轨道上的电子运动轨迹呈哑铃形。(　　) ⑤2p、3p、4p能级的轨道数依次增多( ) 课堂练习3：判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”) √ √ × × × 课堂练习4：如图甲是氢原子的1s电子云图(即概率密度分布图)，图乙、丙分别表示s、p能级的电子云轮廓图。下列有关说法正确的是(　　) A.电子云图(即概率密度分布图)就是原子轨道图 B．3p2表示3p能级中有两个原子轨道 C．由图乙可知，s能级的电子云轮廓图呈圆形， 有无数条对称轴 D．由图丙可知，p能级的原子轨道图呈哑铃形， 且有3个伸展方向 D 电子云 原子轨道 概率密度 电子云轮廓 s、球形 p、哑铃状… 同一原子的能层越高，电子云半径越大。 能级原子轨道数： s：1个、p:3个、d：5个、f：7个 能层原子轨道数：n2 原子轨道名称： 1s、2s、2px、2py、2pz… 课堂小结 [达标检测] 1. 下列说法中正确的是（ ） A. 1s22s12p1表示的是激发态原子的核外电子排布 B. 3p2表示3p能级有两个原子轨道 C. 同一原子中，1s、2s、3s电子的能量逐渐减小 D. 同一原子中，2p、3p、4p能级中的轨道数依次增多 A [达标检测] 2.(1)可正确表示原子轨道的是_____(填字母)。 A.2s B.2d C.3p D.3f (2)如图是s能级、p能级的原子轨道图，试回答问题： ①s能级的原子轨道呈____形，每个s能级有___个原子轨道；p能级的原子轨道分别相对于x、y、z轴_____，每个p能级有___个原子轨道。 ②s能级原子轨道、p能级原子轨道的半径与_________有关，________越大，原子轨道半径越大。 AC 球 1 对称 3 能层序数 能层序数 获得该课件的老师，只享有课件的使用权，可以用于教学和公开课，但不可以有以下行为： （1）不得传播该课件（包括免费分享和二次贩卖） （2）不得将该课件上传到各大网站 （3）不得直接使用该课件参加课件比赛或录课 （4）不得直接在个人公众号发布该课件 【违者必究法律责任】 做课件不容易，知识产权应当得到保护，如发现侵权行为，欢迎联系18288733534，不胜感激~ [达标检测] 3.如图是s能级和p能级的原子轨道示意图，下列说法正确的是( ) A．s能级和p能级的原子轨道形状相同 B．每个p能级都有6个原子轨道 C．s能级的原子轨道的半径与电子层序数有关 D．Na原子的电子在11个原子轨道上高速运动 C 4.下列说法中正确的是 A.1s电子云呈球形，表示电子绕原子核做圆周运动 B.ns能级的原子轨道图可表示为 C.3d3表示3d能级有3个轨道 D.电子云图中的小黑点密度大，说明该原子核外空间电子数目多 B 5、下列有关电子云和原子轨道的说法正确的是(　　) A．原子核外的电子像云雾一样笼罩在原子核周围，故称电子云 B．s能级的原子轨道呈球形，处在该轨道上的电子只能在球壳内运动 C．与s电子原子轨道相同，p电子原子轨道的平均半径也随能层的增大而增大 D．基态原子电子能量的高低顺序为E(1s)＜E(2s)＜E(2px)＜E(2py)＜E(2pz) C 科学史话——史上最惨物理天才 能层数 K L M N O P Q n 能级数 1 2 3 4 5 6 7 轨道数 1 4 9 16 25 36 49 最多容纳电子数 2 8 18 32 50 72 98 n 2n2 n2 两个电子容纳在一个轨道里，也就意味着，它们的空间运动状态是相同的。为什么每个原子轨道中最多可容纳两个电子？ 1925年，乌伦贝克和哥德斯密根据实验事实提出假设：电子除了空间运动状态外，还存在一种运动状态叫自旋。 一：电子自旋和泡利原理 1：电子自旋 1925年，乌伦贝克和哥德斯密根据实验事实提出假设：电子除了空间运动状态外，还存在一种运动状态叫自旋。 电子自旋在空间有顺时针和逆时针两种取向，简称自旋相反，常用上下箭头（ “↑”“↓” ）表示自旋相反的电子。 （1）概念 （2）两种取向及表示方法： ①自旋是微观粒子普遍存在的一种如电荷、质量一样的内在属性 ②电子的运动状态由能层、能级、原子轨道和自旋状态四个方面共同决定电子能量与能层、能级有关，电子运动的空间范围与原子轨道有关 ③一个原子中不可能存在运动状态完全相同的2个电子 （3）补充说明： （4）应用：课本P15资料卡片 钠原子光谱 泡利原理、构造原理、物质的磁性、研究物质的性质等 银原子磁场分束 2：泡利原理 在一个原子轨道里,最多只能容纳2个电子,且它们的自旋相反。这个原理被称为泡利原理（也称泡利不相容原理） 能级 s p d f 原子轨道数 1 3 5 7 最多容纳电子数 2 6 10 14 3：电子排布的轨道表达式 轨道表示式（又称电子排布图）是表述电子排布的一种图式 用方框（也可用圆圈）表示原子轨道，能量相同的原子轨道（简并轨道）的方框相连，箭头（↑↓）表示一种自旋状态电子。 如：氢和氧的基态原子 电子排布式、 轨道表示式为 ①概念 ②表示方法： 1s 2s 2p H ↑↓ ↑ O 1s ↑↓ ↑ ↑ H 1s1 O 1s22s22p4 原子轨道 简并轨道：能量相同的原子轨道 能级符号 电子对 ↑↓ 单电子：未成对电子 自旋平行 量子力学把电子在原子核外的一个 称为一个原子轨道。 ①在氧原子中，有 个电子对，有 个单电子。 ②在氧原子中，有 种空间运动状态，有 种运动状态不同的电子。 (3)单电子： 。 (4)自旋平行： 。 一个原子轨道中若只有一个电子，则该电子称为单电子 箭头同向的单电子称为自旋平行 3 2 5 8 (1)简并轨道： 。 (2)电子对： 。 能量相同的原子轨道 同一个原子轨道中，自旋方向相反的一对电子 3.“电子排布图”中的相关概念 问题： 简并轨道 有几个原子轨道就有几个空间运动状态 空间运动状态 基态原子核外有几个电子就有几种运行状态(要么不同轨道，要么自旋方向不同) 根据构造原理、能量最低原理、泡利原理可知，基态原子核外有几个电子就有几种运行状态(要么不同轨道，要么自旋方向不同) 34 1.请写出Fe、Fe2+、Fe3+的轨道表示式。 1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ Fe ↑↓ ↑ ↑ ↑ ↑ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ Fe2+ ↑↓ ↑ ↑ ↑ ↑ 1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ Fe3+ ↑ ↑ ↑ ↑ ↑ 1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s 练一练 35 课堂练习2：请画出铝原子的轨道表示式 铝原子外层有 个电子对，有 个单电子。 电子有 种空间运动状态，有 种运动状态不同的电子。 13 1 7 6 注意：①电子的空间运动状态指的是原子轨道 ②一个原子中不可能存在运动状态完全相同的2个电子 1、用□或〇代表一个原子轨道，能量相同的原子轨道（简并轨道）的方框相连。不同能级中的□要相互分开。 2、整个电子排布图中各能级的排列顺序要与相应的电子排布式一致。 4、通常在方框下方或上方标记能级符号。 3、箭头表示一种自旋状态的电子，一个箭头表示一个电子，↓↑”称电子 对 ，“↑”或“↓”表示单电子（或称未成对电子），箭头同向的单电子称自旋平行。 5、有时画出的能级上下错落，以表达能量高低不同。 小结： 电子对： 同一个原子轨道中，自旋方向相反的一对电子 单电子： 一个原子轨道中只有一个电子，即未成对电子 O的可能电子排布的轨道表示式： 为什么只有第一个是正确的？ 获得该课件的老师，只享有课件的使用权，可以用于教学和公开课，但不可以有以下行为： （1）不得传播该课件（包括免费分享和二次贩卖） （2）不得将该课件上传到各大网站 （3）不得直接使用该课件参加课件比赛或录课 （4）不得直接在个人公众号发布该课件 【违者必究法律责任】 做课件不容易，知识产权应当得到保护，如发现侵权行为，欢迎联系18288733534，不胜感激~ 二：洪特规则 基态原子中，填入简并轨道的电子总是先单独分占，且自旋平行 1925年，洪特根据多电子原子的原子光谱正式提出洪特规则： 如：2p3的电子排布为 不能为 洪特规则不仅适用于基态原子，也适用于基态离子 洪特规则适用于电子填入简并轨道，并不适用于电子填入能量不同的轨道 课堂练习3：下列基态碳原子轨道表示式正确的是（ ) 。 ② C 1s ↑↑ ↑↓ ↑↓ 2s 2p ① C 1s ↑↓ ↑↓ ↑↓ 2s 2p ↑ 2p ③ C 1s ↑ ↑↓ ↑↓ 2s 2p ④ C ↓ 1s ↑ ↑↓ ↑↓ 2s ③ 课堂练习3：下列为N原子的价层电子轨道表示式中，符合洪特规则的是（ ） A. B. C. D. C 有少数元素的基态原子的电子排布对于构造原理有1个电子的偏差。 因为能量相同的原子轨道在全充满、半充满、 全空状态时，体系的能量较低，原子较稳定。 相对稳定的状态 全充满： p6、d10、f14 半充满：p3、d5、f7 全空： p0、d0、f0 洪特规则特例 课堂练习4：写出 24Cr 29Cu 电子排布式和价层电子排布图 29Cu 1s22s22p63s23p63d104s1 24Cr 1s22s22p63s23p63d54s1 【思考与讨论】 课本P16 （1） 下列轨道表示式中哪个是硼的基态原子？为什么？ A. B. （2）下列轨道表示式中哪个是氧的基态原子？为什么？ A C B A 。根据泡利原理，在一个原子轨道里 最多只能容纳2个电子，且它们的自旋相反。 A。 根据洪特规则，基态原子中，填入个 简并轨道的电子总是先单独分占，且自旋平行 ——自然界的普适规律 三：能量最低原理 在构建基态原子时，电子将尽可能地占据能量最低的原子轨道，使整个原子的能量最低，这就是能量最低原理。 ①概念 ②因素 整个原子的能量由核电荷数、电子数和电子状态三个因素共同决定。 a：相邻能级能量相差很大时，电子填入能量较低的能级可使原子能量最低。如所有主族元素的基态原子。 b：当相邻能级能量差别不大时，有1-2个电子填入能量稍高的能级可能反而降低电子的排斥能，进而使原子整体能量最低。如所有副族元素的基态原子。 【思考与讨论】 课本P16 （1）为什么基态氦原子的电子排布是1s2而不是1s12s1 （3）为什么基态K和Ca的价电子是4s1和4s2而不是3d1和3d2？ 不满足能量最低原理 不满足洪特规则 不满足构造原理 （2）为什么基态氮原子的轨道表示式是 ，而不是 ？ 铁原子的电子排布图 ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑ ↑ ↑ ↑ 洪特规则 泡利原理 能量最低原理 1s 2s 2p 3p 3d 3s 4s 结论：基态原子的核外电子排布遵循泡利原理、洪特规则和能量最低原理。 违背任意一个，能量就不是最低，就不是基态。 课堂练习4：若将 6C原子的电子排布式写成1s22s22px2，它违背了(　　) A．能量守恒定律 B．能量最低原理 C．泡利原理 D．洪特规则 D ↑↓ Li Be B C ↑↓ 1s 2s ↑↓ ↑ ↑↓ ↑↓ 1s 2s ↑ 2p ↑↓ ↑↓ 1s 2s ↑ ↑ 2p 1s 2s N O ↑↓ ↑↓ 1s 2s ↑ ↑ ↑ 2p ↑↓ ↑↓ 1s 2s ↑ ↑ ↑ ↓ 2p F Ne ↑ ↑ ↑ ↓ ↓ ↑↓ 1s 2s 2p ↑↓ ↑↓ 1s 2s 2p ↑ ↑ ↑ ↓ ↓ ↓ ↑↓ 课堂练习5：第二周期元素原子的电子排布图（即轨道表示式） 课堂练习6：下列叙述正确的是(　　) A.[Ar]3d64s2是基态铁原子的电子排布 B.铬原子的电子排布式:1s22s22p63s23p64s13d5 C.铜原子的外围电子排布式是3d94s2 D.氮原子的电子排布图是 A　　　 充入电子时按构造原理，而书写时按能层次序！ 基态原子核外电子的排布规则 洪特规则特例(洪特规则的补充) 对于同一个能级，当电子排布为全充满(p6、d10、f14)、半充满(p3、d5、f7)或全空(p0、d0、f0)时，具有较低的能量和较大的稳定性。 半充满 1s22s22p63s23p63d104s24p64d104f145s25p65d106s1 24Cr 1s22s22p63s23p63d54s1 29Cu 1s22s22p63s23p63d104s1 47Ag 79Au 1s22s22p63s23p63d104s24p64d105s1 d轨道全充满 d轨道全充满 d轨道全充满 小结： 注意：书写轨道表示式时，常出现的错误及正确书写 规则1：能量最低原理 规则2：泡利原理 规则3：洪特规则 洪特规则特例(洪特规则的补充) 原子的电子排布遵循构造原理，能使整个原子的能量处于最低状态 在一个原子轨道最多只能容纳2个电子，且它们的自旋状态相反。 当电子排布在同一能级的不同轨道时，基态原子中的电子总是优先单独占据一个轨道，而且自旋方向相同。 小结： 基态原子核外电子的排布遵循的规则 实际上，整个原子的能量是由核电荷数、电子数和电子状态三个因素共同决定。 填多少 怎么填 归纳：核外电子排布表示方法 轨道表示式 ⑤ ④ ③ ② ① 五种表示方法中，电子排布图最能反映电子的排布情况 （1）有1个未成对电子： （2）有2个未成对电子： （3）有3个未成对电子： （4）有4个未成对电子： （5）有5个未成对电子： （6）有6个未成对电子： 小结：1-36号元素中，原子核外未成对电子数与价电子排布之间的关系 ns1、ns2np1、ns2np5、3d14s2、3d104s1 ns2np2、ns2np4、3d24s2、3d84s2 ⅠA族(ns1：H、Li、Na、K)； ⅢA族(ns2np1：B、Al、Ga)； ⅦA族(ns2np5：F、Cl、Br)； Sc、Cu。 ⅣA族(ns2np2：C、Si、Ge)； ⅥA族(ns2np4：O、S、Se)。Ti、Ni、 ⅤA族(ns2np3：N、P、As)，V、Co。 Fe。 Mn Cr ns2np3、3d34s2、3d74s2 3d64s2 3d54s2 3d54s1 归纳总结 熟记第四周期未成对电子数规律 未成对电子数及其占据的原子轨道 元素符号及价电子排布 1 4s K：4s1，Cu：3d104s1 3d Sc：3d14s2 4p Ga：4s24p1，Br：4s24p5 2 3d Ti：3d24s2，Ni：3d84s2 4p Ge：4s24p2，Se：4s24p4 3 3d V：3d34s2，Co：3d74s2 4p As：4s24p3 4 3d Fe：3d64s2 5 3d Mn：3d54s2 6 3d和4s Cr：3d54s1 1.下列原子的轨道表示式中，符合洪特规则的是 A. B. C. D. c 应用体验 2.下列有关化学用语中不能体现氮原子核外电子能量有差异的是 A. B. C. D.1s22s22p3 A 应用体验 3.24Cr原子处于基态时，价电子排布可用轨道表示式表示成 ，而不是 。 下列说法中正确的是 A.这两种排布方式都符合能量最低原理 B.这两种排布方式都符合泡利原理 C.这两种排布方式都符合洪特规则 D.这个实例说明洪特规则有时候和能量最低原理是矛盾的 B 4.下列关于硅原子的核外电子排布表示方法中，错误的是 A.1s22s22p63s23p2 B.[Ne]3s23p2 C. D. C 应用体验 6.下列微粒中，最外层未成对电子数最多的是 A.S B.As C.Mn D.Fe3＋ D 各微粒的未成对电子数分别为： S：2个，As：3个，Mn：5个，Fe3＋：5个，但Mn的最外层电子排布式为4s2 应用体验 7.下列电子排布式或轨道表示式正确的是 A.C的轨道表示式： B.Ca的电子排布式：1s22s22p63s23p63d2 C.N的轨道表示式： D.Br－的电子排布式：[Ar]3d104s24p6 CD 应用体验 8.A原子的结构示意图为　　　　 ，则X、Y及该原子3d能级上的电子数不可能的组合是 A.18、8、0 B.20、8、0 C.25、13、5 D.30、18、10 A 应用体验 10.下列原子或离子的电子排布式或轨道表示式正确的是________(填序号，下同)，违反能量最低原理的是____，违反洪特规则的是_____，违反泡利原理的是_____。 ①Ca2＋：1s22s22p63s23p6 ②F－：1s22s23p6 ③P： ④Fe：1s22s22p63s23p63d64s2 ⑤Mg2＋：1s22s22p6 ⑥C： ①④⑤ ② ③ ⑥ √ 违反能量最低原理 违反洪特规则 √ √ 违反泡利原理 EVCapture4.1.9软件录制 Lavf57.25.100 本视频由湖南一唯信息科技开发的EV录屏软件录制，www.ieway.cn $$