第1章 第1节 第2课时 构造原理与电子排布式 电子云与原子轨道（课件PPT）-【优化指导】2024-2025学年新教材高中化学选择性必修2（人教版2019 单选版）

第一章 原子结构与性质 第一节　原子结构 第2课时　构造原理与电子排布式　 电子云与原子轨道 栏目索引 基础落实 梳理必备知识 重难探究 提升关键能力 学以致用 发展科学素养 课程标准 核心素养目标 1.知道电子的运动状态(空间分布及能量)可通过原子轨道和电子云模型来描述。 2．知道原子核外电子的能级高低顺序，了解原子核外电子排布的构造原理。 3．知道1～36号元素基态原子核外电子的排布。 1.宏观辨识与微观探析：能说明微观粒子运动状态与宏观物体运动特点的差异，建立对原子结构的模型认知。 2．证据推理与模型认知：基于原子核外电子排布的构造原理，能写出1～36号元素基态原子的电子排布式，进一步增强证据推理意识，初步学会运用模型解决实际问题。 第一章 原子结构与性质 化学 选择性必修2 物质结构与性质 R 一、构造原理与电子排布式 1．构造原理 (1)概念 以______事实为基础，从__开始，随核电荷数递增，新增电子填入____的顺序称为构造原理。 光谱学 氢 能级 第一章 原子结构与性质 化学 选择性必修2 物质结构与性质 R (2)图示 下图为构造原理示意图，图中用小圆圈表示一个____，每一行对应一个____，箭头引导的曲线显示递增电子填入____的顺序。 能级 能层 能级 第一章 原子结构与性质 化学 选择性必修2 物质结构与性质 R (3)应用 ①按照构造原理，元素的核电荷数每递增一个，同时增加一个______和一个________，就得到一个基态原子的电子排布。 ②电子填满了一个____，开始填入下一个____，由此构建了元素周期系中各元素的基态原子的电子排布。 核电荷 核外电子 能级 能级 第一章 原子结构与性质 化学 选择性必修2 物质结构与性质 R 2．电子排布式 (1)含义 电子排布式是指用能级符号及该能级中排布的电子数来表示核外电子排布的式子，能级符号右上角的数字表示该能级的______。 电子数 第一章 原子结构与性质 化学 选择性必修2 物质结构与性质 R (2)书写方法 ①一般情况下，能层低的能级要写在____，而不是按构造原理顺序写。例如，21Sc的电子排布式中最后两个能级应为________，不应写成4s23d1。 ②有些过渡金属元素基态原子的电子排布不符合构造原理，如Cr和Cu的最后两个能级的电子排布分别为_______和_______。 左边 3d14s2 3d54s1 3d104s1 第一章 原子结构与性质 化学 选择性必修2 物质结构与性质 R 二、电子云与原子轨道 1．电子云 (1)概率密度 ①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________上运行，而在核外空间各处都可能出现，但出现的概率不同，可以算出其概率密度分布。 线性轨道 概率 体积 第一章 原子结构与性质 化学 选择性必修2 物质结构与性质 R (2)电子云 ①由于核外电子的________分布看起来像一片云雾，因而被形象地称作电子云。电子云是处于一定空间运动状态的电子在原子核外空间的____________的形象化描述。 ②氢原子的1s电子在原子核外出现的概率密度分布 如图1所示： 图中小点是1s电子在原子核外出现的________的形 象描述。小点越密，表明概率密度____。 概率密度 概率密度分布 概率密度 越大 第一章 原子结构与性质 化学 选择性必修2 物质结构与性质 R (3)电子云轮廓图 ①绘制目的 绘制电子云轮廓图的目的是表示电子云轮廓的____，对核外电子的____________有一个形象化的简便描述。 ②绘制方法 绘制电子云轮廓图时，把电子在原子核外空间出现概率P＝______的空间圈出来。 形状 空间运动状态 90% 第一章 原子结构与性质 化学 选择性必修2 物质结构与性质 R ③s电子云 所有原子的任一能层的s电子的电子云轮廓图都是一个____，只是球的半径不同，如图2所示。 球形 第一章 原子结构与性质 化学 选择性必修2 物质结构与性质 R ④p电子云 p电子云轮廓图是____状的，无论2p、3p还是4p……都有3个相互____的电子云，分别称为px、py、pz，如图3所示。 哑铃 垂直 第一章 原子结构与性质 化学 选择性必修2 物质结构与性质 R 2．原子轨道 (1)量子力学把电子在原子核外的一个____________称为一个原子轨道。 (2)不同能层的能级、原子轨道数、原子轨道名称以及形状和取向如下表所示： 空间运动状态 第一章 原子结构与性质 化学 选择性必修2 物质结构与性质 R 2s 球形 2p 相互垂直 相互垂直 球形 哑铃形 3d 4s 4d 4f 第一章 原子结构与性质 化学 选择性必修2 物质结构与性质 R ◆名师点拨 关于构造原理的理解 (1)构造原理是一个思维模型，是个假想过程，是基于光谱学事实的经验规律。 (2)绝大多数元素的基态原子核外电子排布遵循构造原理，基态原子核外电子排布一定是使整个原子核外电子排布处于能量最低的能级组合。 (3)“能级交错”现象：由构造原理可知，从第三能层(M)开始各能级不完全遵循能层顺序，产生了能级交错排列，即“能级交错”现象，如电子先填充4s能级，后填充3d能级。 第一章 原子结构与性质 化学 选择性必修2 物质结构与性质 R ◆名师点拨 电子排布式及其书写 (1)电子排布式是表示原子核外电子排布的一种方式，在ns、np、nd等各能级符号的右上角用数字表示出该能级中的电子数目。例如，基态硼原子的电子排布式为1s22s22p1。 (2)书写电子排布式时，先按能层次序，后按能级次序，如3d和4s 能级书写顺序不能颠倒，应先写3d能级后写4s能级。 第一章 原子结构与性质 化学 选择性必修2 物质结构与性质 R (3)书写长周期中第 Ⅲ A族～第ⅦA族元素原子的简化电子排布式时，不要漏掉nd能级，如Br的简化电子排布式为[Ar]3d104s24p5，并非[Ar]4s24p5。 第一章 原子结构与性质 化学 选择性必修2 物质结构与性质 R ◆概念辨析 电子云、电子云轮廓图和 原子轨道的关系 第一章 原子结构与性质 化学 选择性必修2 物质结构与性质 R (1)电子云是原子核外电子的概率密度分布的形象化描述，是思维模型。电子云图反映电子在核外空间出现概率的相对大小，图中黑点不代表电子，黑点的疏密反映电子在原子核外出现概率密度的大小。黑点越密集，说明该区域电子出现的概率密度越大。 (2)电子云轮廓图是将电子在原子核外空间出现概率P＝90%的空间圈出来而形成的。 (3)原子轨道是电子在原子核外空间运动状态的反映，一个原子轨道就是一个空间运动状态。 第一章 原子结构与性质 化学 选择性必修2 物质结构与性质 R ◆名师点拨 关于原子轨道的理解 (1)ns能级只有1个原子轨道，有1个伸展方向；np能级有3个原子轨道，有3个伸展方向，相互垂直。 (2)同一能层中，不同能级的原子轨道形状不同，数目不同，能量不同。 (3)同一能层中，形状相同的原子轨道的能量相同，如2px、2py、2pz轨道的能量相同。 第一章 原子结构与性质 化学 选择性必修2 物质结构与性质 R ◆微辨析(对的画“√”，错的画“×”) (1)基态氢原子的电子排布式为1s1，故氢原子核外只有1个原子轨道(　　 　　) (2)基态铁原子的价层电子排布式为3d64s2(　　 　　) (3)基态硼原子的电子排布式为1s22s22p1，故其空间运动状态有5种(　　 　　) √ × × 第一章 原子结构与性质 化学 选择性必修2 物质结构与性质 R 探究一 构造原理与电子排布式的书写 2022年诺贝尔化学奖授予卡罗琳·贝尔托齐等三位科学家，以表彰他们对点击化学和生物正交化学的发展所做出的贡献。Cu( Ⅰ )催化叠氮化物和端炔发生环加成反应是点击化学的“明珠”，目前，Cu( Ⅰ )催化和无铜催化下的点击化学均已成为化学生物学的支柱。某点击化学反应的机理如图所示： 第一章 原子结构与性质 化学 选择性必修2 物质结构与性质 R [问题设计] (1)依据构造原理，分别写出基态碳、氮、硫原子的电子排布式。 提示：1s22s22p2；1s22s22p3；1s22s22p63s23p4。 (2)试分别写出基态Cu原子的价层电子排布式和基态Cu＋的电子排布式。 提示：3d104s1；1s22s22p63s23p63d10(或[Ar]3d10)。 第一章 原子结构与性质 化学 选择性必修2 物质结构与性质 R 1．基态原子(或离子)核外电子排布式的书写 类型 书写规律 应用示例 简单 原子 按照基态原子核外电子排布顺序，将电子依次填充到能量逐渐升高的能级中 基态碳原子：1s22s22p2； 基态磷原子1s22s22p63s23p3 复杂 原子 先按构造原理中电子填充顺序从低到高排列各能级，然后将同一能层的能级按ns、np、nd、nf……顺序排列 基态Fe原子填充：1s22s22p63s23p64s23d6；调整能级顺序： 1s22s22p63s23p63d64s2 第一章 原子结构与性质 化学 选择性必修2 物质结构与性质 R 类型 书写规律 应用示例 特殊 原子 先按构造原理中能级顺序填充电子，再考虑3d轨道的“半充满”“全充满”的稳定状态 基态Cr原子填充：1s22s22p63s23p64s23d4； 考虑顺序及稳定： 1s22s22p63s23p63d54s1 简单 离子 先写出基态原子的电子排布式，再根据得失电子情况，修改原子的电子排布式得到相应离子的电子排布式 基态Cu原子： 1s22s22p63s23p63d104s1； 基态Cu2＋： 1s22s22p63s23p63d9 第一章 原子结构与性质 化学 选择性必修2 物质结构与性质 R 2.简化电子排布式和价层电子排布式的书写 类型 书写规律 应用示例 简化电子 排布式 将原子中内层电子排布达到稀有气体结构的部分用相应稀有气体元素符号外加“[　]”表示 基态Ti原子： 1s22s22p63s23p63d24s2；基态Ti的简化电子排布式：[Ar]3d24s2 价层电子 排布式 对于主族元素，价层电子就是最外层电子；对于副族元素，价层电子包括最外层、次外层电子等 基态F的价层电子排布式：2s22p5； 基态Mn的价层电子排布式：3d54s2 第一章 原子结构与性质 化学 选择性必修2 物质结构与性质 R 【例1】 下列说法错误的是(　　　　　) A．根据构造原理，原子核外电子填充顺序为1s、2s、2p、3s、3p、3d、4s、4p…… B．1s22s12p1是激发态原子的电子排布式 C．基态溴原子的简化电子排布式为[Ar]3d104s24p5 D．基态Mg原子的电子排布式为1s22s22p63s2 A 第一章 原子结构与性质 化学 选择性必修2 物质结构与性质 R 解析： 根据构造原理，原子核外电子填充顺序为1s、2s、2p、3s、3p、4s、3d、4p，A错误；1s22s2为基态原子，1s22s12p1为激发态原子，B正确；基态溴原子核外有35个电子，排布在4个能层上，其简化电子排布式为[Ar]3d104s24p5，C正确；基态Mg原子的核外电子数为12，其电子排布式为1s22s22p63s2或[Ne]3s2，D正确。 第一章 原子结构与性质 化学 选择性必修2 物质结构与性质 R 1．基于构造原理填充顺序，下列原子轨道的能量大小比较，正确的是(　　　　　) A．E(4s)＜E(3d) B．E(3s)>E(3p) C．E(4s)＜E(3p) D．E(2px)＜E(2py) A 第一章 原子结构与性质 化学 选择性必修2 物质结构与性质 R 解析： 根据能量顺序1s＜2s＜2p＜3s＜3p＜4s＜3d＜4p＜5s＜4d＜5p＜6s＜4f知，E(4s)＜E(3d)，A正确、C错误；同一能层中，能量从低到高顺序是ns＜np＜nd，所以E(3s)＜E(3p)＜E(3d)，B错误；同一能层的同一能级能量相同，故E(2px)＝E(2py)，D错误。 第一章 原子结构与性质 化学 选择性必修2 物质结构与性质 R 2．下列各原子或离子的电子排布式错误的是(　　　　　) A．Mg2＋　1s22s22p6 B．Br　1s22s22p63s23p63d104s24p5 C．O2－　1s22s22p6 D．Cr　1s22s22p63s23p63d44s2 D 第一章 原子结构与性质 化学 选择性必修2 物质结构与性质 R 解析： Mg2＋电子排布式为1s22s22p6，符合能量最低原理，A正确；Br电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p5，符合能量最低原理，B正确；O2－电子排布式为1s22s22p6，符合能量最低原理，C正确；Cr电子排布式为1s22s22p63s23p63d44s2，不符合能量最低原理，正确的电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s1，D错误。 第一章 原子结构与性质 化学 选择性必修2 物质结构与性质 R 探究二 原子轨道及核外电子的空间运动状态 金属有机框架(MOFs)经常被用作析氢反应(HER)的光催化剂，2022年12月15日西班牙科学家发表文章，总结了MOFs作为太阳能驱动的光催化剂的用途，旨在克服当前在整体水分解(OWS)中的效率限制。 第一章 原子结构与性质 化学 选择性必修2 物质结构与性质 R [问题设计] (1)试写出基态氧原子的电子排布式，并确定电子占据最高能级轨道及空间伸展方向。 提示：1s22s22p4；2p轨道；3个伸展方向。 (2)试分别写出基态Sc、Mn原子的电子排布式，并判断其核外电子的空间运动状态种类。 提示：Sc：1s22s22p63s23p63d14s2(或[Ar]3d14s2)；11种 Mn：1s22s22p63s23p63d54s2(或[Ar]3d54s2)；15种。 第一章 原子结构与性质 化学 选择性必修2 物质结构与性质 R 1．原子轨道及其应用 (1)不同能层中同类能级的原子轨道形状相同，大小不同，与电子的数目无关。 (2)任意能层中，ns、np、nd、nf能级的原子轨道数目分别为1个、3个、5个和7个。 (3)ns、np、nd、nf能级的原子轨道在三维空间的伸展方向分别为1个、3个、5个和7个。 第一章 原子结构与性质 化学 选择性必修2 物质结构与性质 R 2．核外电子空间运动状态的描述及判断 (1)描述核外电子空间运动状态的“三要素”——能层、能级和原子轨道。 (2)判断原子核外电子空间运动状态种类：量子力学指出，电子在原子核外的一个空间运动状态就是一个原子轨道，据此可得：核外电子的空间运动状态种类＝电子占据的原子轨道数目。 第一章 原子结构与性质 化学 选择性必修2 物质结构与性质 R 【例2】 某基态原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s1，下列说法错误的是(　　　　　) A．该元素原子1s、2s、3s轨道形状均为球形 B．该元素原子核外有4个能层，M层共有18个电子 C．该元素原子核外电子有15种不同的空间运动状态 D．该元素单质比Zn更活泼 D 第一章 原子结构与性质 化学 选择性必修2 物质结构与性质 R 解析： 根据基态原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s1推知，该元素的原子序数为29，应为Cu元素。原子核外电子的s能级呈球形，只有一个原子轨道，A正确；由电子排布式可知，该元素原子核外有K、L、M、N共计4个能层，M层有2＋6＋10＝18个电子，B正确；ns、np、nd能级含有原子轨道数目分别为1个、3个和5个，结合Cu原子电子排布式可知，其核外电子占据原子轨道数为1＋1＋3＋1＋3＋5＋1＝15，故核外电子有15种不同的空间运动状态，C正确；根据金属活动性顺序可知，Zn比Cu活泼，D错误。 第一章 原子结构与性质 化学 选择性必修2 物质结构与性质 R 3．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．基态原子电子能量的高低顺序为：E(1s)＜E(2s)＜E(2px)＜E(2py)＜E(2pz) D．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 第一章 原子结构与性质 化学 选择性必修2 物质结构与性质 R 解析： 电子云是处于一定空间运动状态的电子在原子核外空间的概率密度分布的形象化描述，A错误；s能级的原子轨道为球形，处在该轨道上的电子不仅能在球壳内运动，也可在球壳外运动，只是在球壳外运动概率较小，B错误；p能级的3个原子轨道能量相同，C错误；任何电子层的p能级都有3个原子轨道，且轨道半径随着能层的增大而增大，D正确。 第一章 原子结构与性质 化学 选择性必修2 物质结构与性质 R 4．下列与原子核外电子排布规律相关的叙述中(n为能层序数)，不正确的是(　　　　　) A．基态原子的最外层电子数为奇数的元素均为主族元素 B．根据构造原理，电子填入能级的顺序一般为ns→(n－1)d→np C．由3d能级有5个轨道可知，周期表中第四周期元素比第三周期元素多10种 D．p能级电子能量不一定高于s能级电子能量 A 第一章 原子结构与性质 化学 选择性必修2 物质结构与性质 R 解析： 基态原子的最外层电子数为奇数的元素不一定为主族元素，如Cu原子最外层有1个电子，Cu是ⅠB族元素，A符合题意；根据构造原理，电子填入能级的顺序一般为ns→(n－1)d→np，B不符合题意；周期表中第四周期有18种元素，第三周期有8种元素，C不符合题意；p能级电子能量不一定高于s能级电子能量，如3s的能量大于2p，D不符合题意。 第一章 原子结构与性质 化学 选择性必修2 物质结构与性质 R 1．符号“3px”没有给出的信息是(　　　　　) A．能层 B．能级 C．电子的自旋取向 D．电子云在直角坐标系的取向 C 第一章 原子结构与性质 化学 选择性必修2 物质结构与性质 R 解析： 3px表示原子核外第三能层(电子层) p能级(电子亚层)轨道， 其中p轨道应有3个不同伸展方向的轨道，可分别表示为px、 py、pz，同一个原子轨道中最多含有2个自旋相反的电子，所以从符号“3px”中不能看出电子的自旋方向，C符合题意。 第一章 原子结构与性质 化学 选择性必修2 物质结构与性质 R 2．下列说法正确的是(　　　　　) A．处于最低能量的原子叫做基态原子 B．3p2表示3p能级有两个轨道 C．同一原子中，1s、2s、3s电子的能量逐渐减小 D．2p、3p、4p能级的轨道数依次增多 A 第一章 原子结构与性质 化学 选择性必修2 物质结构与性质 R 解析： 原子具有的能量越高越不稳定，化学上把处于最低能量的原子叫做基态原子，A正确；3p能级有3个轨道，3p2 表示3p轨道上电子数为2，B错误；能级符号相同，能层数越大，电子能量越高，所以1s、2s、3s电子的能量逐渐增大，C错误；同一原子中，2p、3p、4p能级的轨道数相等，都为3，D错误。 第一章 原子结构与性质 化学 选择性必修2 物质结构与性质 R 3．(2024·天津四校期末)下列原子或离子的基态电子排布式正确的是(　　　　　) A．Ni2＋：[Ar]3d8 B．Cu：[Ar]3d94s2 C．S2－：[Ne]2s23p6 D．Si：[Ar]3s23p2 A 第一章 原子结构与性质 化学 选择性必修2 物质结构与性质 R 解析： Ni含有28个核外电子，Ni2＋核外有26个电子，则Ni2＋的电子排布式为[Ar]3d8，A正确；3d能级处于全充满时具有较低能量，因此Cu基态电子排布式为[Ar]3d104s1，B错误；S2－核外电子数为18，排满3s再排3p，电子排布式为[Ne]3s23p6，C错误；Si原子核外电子数为14，核外电子排布式为[Ne]3s23p2，D错误。 第一章 原子结构与性质 化学 选择性必修2 物质结构与性质 R 4．下列对核外电子运动状态的描述正确的是(　　　　　) A．电子的运动与行星的运动相似，围绕原子核在固定的轨道上高速运转 B．能层序数为3时，有3s、3p、3d、3f四个轨道 C．氢原子只有一个电子，故只有一个原子轨道，不能发生跃迁而产生原子光谱 D．氢原子的1s电子云与氧原子的2s电子云形状相同 D 第一章 原子结构与性质 化学 选择性必修2 物质结构与性质 R 解析： 量子力学指出，电子在核外并非在固定的原子轨道上绕核高速运转，而是在核外空间各处都可能出现，A错误；能层序数为3时，有3s、3p、3d三个能级，其中3s能级有1个轨道，3p能级有3个轨道，3d能级有5个轨道，共9个轨道，B错误；氢原子只有一个电子，但有多个空轨道，1s电子可以跃迁到较高能级轨道上，吸收能量而产生原子光谱，C错误；ns电子云的形状相同，都是球形，D正确。 第一章 原子结构与性质 化学 选择性必修2 物质结构与性质 R 5．某原子的电子排布式为 1s22s22p63s23p63d54s2，下列说法不正确的是(　　　　　) A．该元素原子中共有 25 个电子 B．该元素原子核外有 4 个能层 C．该元素原子共有 7个能级 D．该元素原子 M 能层共有 8 个电子 D 第一章 原子结构与性质 化学 选择性必修2 物质结构与性质 R 解析： 该元素原子中共有2＋8＋13＋2＝25个电子，A正确；该原子的能层序数最大值是4，故该元素原子核外有4个能层，B正确；由基态原子的电子排布式可知，该元素原子有1s、2s、2p、3s、3p、3d、4s共7个能级，C正确；该元素原子M能层共有2＋6＋5＝13个电子，而不是8个电子，D错误。 第一章 原子结构与性质 化学 选择性必修2 物质结构与性质 R 6．下列各基态原子或离子的电子排布式书写错误的是(　　　　　) A．K：1s22s22p63s23p6 B．F：1s22s22p5 C．Cu2＋：1s22s22p63s23p63d9 D．N3－：1s22s22p6 A 第一章 原子结构与性质 化学 选择性必修2 物质结构与性质 R 解析： K原子核外电子有19个，电子排布式应为1s22s22p63s23p64s1，A错误。 第一章 原子结构与性质 化学 选择性必修2 物质结构与性质 R 7．按照下列元素基态原子的电子排布特征判断元素，并回答下列问题。 (1)A原子中只有一个能层且只含1个电子，则A的原子轨道形状为________。 (2)B原子的2p轨道上得到2个电子后不能再容纳外来电子，画出B的原子结构示意图__________________。 (3)C原子价层电子排布式为nsn－1npn＋1，则C的基态原子核外电子空间运动状态有____种。 第一章 原子结构与性质 化学 选择性必修2 物质结构与性质 R (4)D的一种核素的质量数为59，中子数为31，则D2＋的核外电子排布式为___________________________________________________________。 答案：(1)球形　(2) 　 (3)9　 (4)1s22s22p63s23p63d8(或[Ar]3d8) 第一章 原子结构与性质 化学 选择性必修2 物质结构与性质 R 解析： (1)A原子中只有一个能层且只含1个电子，则A为H；(2)B原子的2p轨道上得到2个电子后不能再容纳外来电子，原子核外电子排布式为1s22s22p4，故B为O；(3)C原子价层电子排布式为nsn－1npn＋1，由于s能级最多容纳2个电子，即n－1＝2，则n＝3，C原子价层电子排布式为3s23p4，故C为S；(4)D的一种核素的质量数为59，中子数为31，其质子数为59－31＝28，故D为Ni。 第一章 原子结构与性质 化学 选择性必修2 物质结构与性质 R 课时梯级训练（2） 谢谢观看！ $$