1.1.3 原子结构（电子云与原子轨道、泡利原理、洪特规则） 课件 2023-2024学年高二下学期化学人教版（2019）选择性必修2

组织建设 第一节　原子结构 3、核外电子运动状态的描述、排布原则 第一章 原子结构与性质 衡阳市八中高二化学备课组 何烨 能量 量子化 原子光谱 能层 能级 原子结构示意图 构造原理 简化电子排布式 1s2 2s2 2p6 3s1 电子排布式 价层电子排布式 【Ne 】3s1 3s1 表示方法 核外电子的运动状态 规律 提出问题 s p d f 2 6 10 14 问题：核外电子在各能级中电子数目有最多可容纳电子的限制呢？ 怎样的运动特点？ 宏观、微观运动的不同 ②可以描画它们的运动轨迹。 ①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； 1、宏观物体的运动特征 2、微观物体的运动特征 歼-20 核外电子质量小，运动空间小，运动速率大。 无确定的轨道，无法描述其运动轨迹， 无法计算或预测电子在某一刻所在的位置。 图上微观粒子的运动表示是对还是错？ 无法计算电子在某一刻所在的位置，只能指出其在核外空间某处出现的机会的多少。 认识新知 薛定谔 薛定谔方程： 1926年奥地利物理学家薛定谔提出，可以用一个数学方程描述核外电子的运用状态，为近代量子力学奠定了理论基础。 量子力学指出： 一定空间运动状态的电子并不在玻尔假设的线性轨道上运动，而是在核外空间各处都可以出现，只是出现的概率不同。 玻尔模型 核外电子运动空间的不确定性与概率 小黑点表示： 1s在原子核外出现的概率密度的形象描述 P表示电子在某处出现的概率，V表示体积，P/V称为概率密度，用ρ表示。 小黑点不表示电子，只表示电子在这里出现过一次。 小黑点的疏密表示电子在核外空间内出现的机会的多少。 概率密度是概率的密度，就是在单位空间（体积）内出现的概率。 1、概率密度 2、电子云 思考：（1）什么是电子云？ 左图是氢原子1s电子的概率密度分布图。 小黑点的密集程度是1s电子在原子核外空间各处出现的概率大小的形象描述。 电子云： 电子在原子核外出现的概率密度分布的形象描述。 电子云 电子云：电子在原子核外空间概率密度分布的形象描述。 由于核外电子的概率密度分布看起来像一片云雾，因而被形象地称为电子云 电子云密度大的地方说明电子出现的机会多，而电子云密度小的地方说明电子出现的机会少。 1s电子的电子云轮廓图绘制过程 把电子出现的概率约为90%的空间圈出来， 人们把这种电子云轮廓图称为原子轨道。 3、 原子轨道： 电子在原子核外的一个空间状态称为一个原子轨道 ②意义：对核外电子的空间运动状态有一个形象化的简便描述。 3、原子轨道(电子云轮廓图) ①定义：电子在原子核外空间出现概率P=90%的空间圈出来 S能级的原子轨道 球形 思考：（2）电子云形状和伸展方向？ P能级的原子轨道 P能级的电子云 哑铃形（或纺锤形） 3个原子轨道 合并图 p能级的原子轨道图 p能级的原子轨道是哑铃形的,每个p能级有3个原子轨道,它们相互垂直,分别以Px, Py, PZ表示。 p原子轨道的平均半径也随能层序数增大而_____ 【猜想】d能级有几个原子轨道？ d能级的5个原子轨道 d的原子轨道呈现花瓣状，在空间有5个伸展方向，所以d的原子轨道有5个. (了解)f 能级的 原子轨道图 f的原子轨道有7个 【思考】1S能级和2S能级的原子轨道有什么不同？ 能量增高 电子运动范围增大 （电子云增大） 原子轨道越大 同心球 不同能层的同种能级的原子轨道： 形状相似，半径不同； 量子力学把电子在原子核外的一个空间运动的状态称为一个原子轨道 常用电子云轮廓图的形状和取向来表示原子轨道的形状与取向。 思考（3）什么叫做轨道？ (4)讨论不同能级中的原子轨道数量 能级 s p d f 最多可容纳的电子数 2 6 10 14 原子轨道数 单轨道可容纳电子数 2 2 2 2 1 3 5 7 小结：能层、能级和原子轨道之间的关系 能层 能级 原子 轨道数 原子轨道符号 电子云轮廓图 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 3dxy、3dyz 、3dxz 3dx2-y2 3dz2 花瓣形 —— 17 各能层所包含的能级类型及各能层、能级最多容纳的电子数 能层(n) 一 二 三 四 五 六 七 符号 K L M N O P Q 能级(l) 1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s 4p 4d 4f ······ 原子轨道数 1 1 3 1 3 5 1 3 5 7 电子云形状 球形 球形 哑铃形 球形 哑铃形 花瓣 球形 哑铃形 花瓣 电子云取向 无 无 相互垂直 无 相互垂直 无 相互垂直 最多容纳的电子数 2 2 6 2 6 10 2 6 10 14 ······ 2 8 18 32 2n2 提出问题 问题：从分析中我们知道每个原子单轨道中最多可容纳2个电子，那么这2个电子的运动状态完全相同吗？ 能量 量子化 原子光谱 能层 能级 原子结构示意图 电子排布式 原子轨道 电子自旋 教材P15 资料卡片中的问题 银原子束 电子有自旋 电子自旋导致能级分裂 589.0 589,6 钠双线 氢原子光谱 电子--自旋实验依据 斯特恩-盖拉赫实验 二、基态原子的核外电子排布原则 1、电子自旋和泡利原理 （1）电子自旋 定义： ①电子除空间运动状态外，还有一种状态叫做自旋。 ②两种取向及表示方法： 顺时针、逆时针 注：一个原子中不可能存在运动状态完全相同的2个电子 核外电子的基本特征 能层 能级 轨道 公转 大范围 小范围 电子自旋 自转 电子的自旋有顺时针和逆时针两种状态，常用上下箭头(“↑”和“↓”)表示自旋状态相反的电子. 第 页 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）。 填多少 （2）泡利原理 如：2s2的电子排布图为 ,不能表示为 。 2、电子排布的轨道表示式-----电子排布图 He的电子排布的轨道表示式 O的电子排布的轨道表示式 【思考】你能感受到什么？ 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。 当电子排布在同一能级的不同轨道时，总是首先单独占一个轨道（即分占不同的轨道），而且自旋方向相同。 3、洪特规则 怎么填 √ 例C ：1s2 2s22p2 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。 【练习】以基态3-10号原子为例，学习轨道表示式研究原子核外电子在原子轨道中的排布。 O F Ne 1s 2s 2p 1s 2s 2p 1s 2s 2p 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：能量相同的简并轨道，全满、半满、全空条件时，体系能量较低，原子较稳定。 前36号元素中， 全空的有：Be（2s2 ） Mg（ 3s2 ） Ca（ 4s2） 半充满的有： N（ 2s22p3 ） P（ 3s23p3 ） Cr（ 3d54s1 ） Mn（ 3d54s2 ） As（4s24p3） 全充满的有：Ne（ 2s22p6 ） Ar（ 3s23p6 ） Cu（ 3d104s1 ） Zn（ 3d104s2 ） Kr（4s24p6） 2p0 3p0 3d0 4、能量最低原理 原子的电子排布遵循构造原理使整个原子的能量处于最低状态 【思考】为什么Fe3+比Fe2+稳定？ 练习书写基态21-30号原子核外电子在原子轨道中的排布的轨道表示式。 Ca K Sc Ti V Cr 1s 2s 2p 3s 3p 4s 1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 练习书写基态21-30号原子核外电子在原子轨道中的排布的轨道表示式。 Mn Fe Co Ni Cu Zn 1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 练习检测 不满足洪特规则 不满足能量最低原理 不满足构造原理 1、正误判断： （1）从空间角度看，2s轨道比1s轨道半径大，2s包含了1s（ ） （2）p能级能量一定比s能级的能量高（ ） （3）2p、3p、4p能级的轨道数依次增多（ ） （4）2p和3p轨道形状均为哑铃形（ ） （5）2px、2py、2pz轨道相互垂直，且能量相等，称作简并轨道（ ） √ × √ × √ 练习检测 2.下列电子排布图能表示某原子的最低能量状态的是 D 练习检测 3.磷酸铁锂(LiFePO4)电极材料主要用于各种锂离子电池。 下列说法错误的是 A．Li位于周期表ⅠA B．基态Fe2+的价层电子排布式为3d6 C．基态P原子的未成对电子数为5 D．基态O原子核外电子占据的最高能级的电子云轮廓图为哑铃形 C 练习检测 4、A、B、C、D、E、F均为36号以前的元素，请完成下列空白。 （1）A元素基态原子的最外层有2个未成对电子，次外层有2个电子， 其元素符号为 。 （2）B元素的原子最外层电子排布式为nsnnpn+1，其元素符号为 。 （3）C元素三价阳离子的3d轨道为半充满，其元素符号为 ，其基态原子的电子排布式 。 C或O N Fe 1s22s22p63s23p63d64s2 练习检测 （4）D元素基态原子的M层全充满，N层没有成对电子，只有一个未成对 电子，D的元素符号为 ， 其基态原子的价电子轨道表示式为 。 （5）E、F元素的基态原子都只有一个未成对电子，它们相互作用形成的 离子的电子层结构相同，且离子最高能级的电子对数等于其最高能层 的电子层数。E、F的元素符号为 。 Cu ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ 3d ↑ 4s Cl 和 K 或 H和Li 2.(1)与铬同周期的所有元素的基态原子中最外层电子数与铬原子相同的元素有________(填元素符号)。 (2)基态Fe3＋的M层电子排布式为_________，基态铝原子核外自旋平行的电子最多有_____个，与铝同族的第四周期元素原子的价电子排布式为_______，基态磷原子的核外电子运动状态共有_____种，其价电子排布式为________。 (3)基态Ge原子有____个未成对电子。 二、原子核外电子排布规律的应用 K、Cu 3s23p63d5 7 4s24p1 15 3s23p3 2 3.F元素的基态原子最外层电子排布式为nsnnpn＋2，则n＝____；基态原子中能量最高的是____电子，核外电子的轨道表示式为_______________________。 2 2p $$