1.1.2 电子云与原子轨道泡利原理、洪特规则、能量最低原理-【状元桥·优质课堂】2024-2025学年高中化学选择性必修2（人教版2019）

第一章原子结构与性质 第2课时 电子云与原子轨道泡利原理、洪特规则、 能量最低原理 答案解析Pm 目标导航 知识导图] [课程标准] 1.知道电子的运动状态（空间分布及能量）可通过 电子云与原子轨道 电子云模型来措述，了解电子云和原子轨道的 基态原子 能量最低原理 概念。 核外电子 的排布及 泡利原理 电子轨道表示式 2.能结合能量最低原理、泡利不相容原理，洪特规 运动状态 洪特规则 则书写1~36号元素的核外电子排布式和轨道 表示式，并说明含义。 课前·教材预案川 川知识点1电子云与原子轨道 川川知识点2泡利原理、洪特规则、能量最低原理 L.电子云 1.电子自旋与泡利原理 (1)电子云是处于一定空间运动状态的电子在 在一个原子轨道里，最多只能容纳圆 原子核外空间的四 分布的形象化 电子，它们的自旋回 。 常用☒ 描述。小黑点越密，表明概率密度四 (◆和￥)表示自旋相反的电子。 由于核外电子的概率密度分布看起来像一片 2.电子排布的轨道表示式 云雾，因而被形象地称为☒ 轨道表示式又称回 ,是表述电子 (2)电子云轮廓图 排布的一种图式。如氢原子、氧原子的轨道表示 ①表示四 的形状，对核外电子 式分别为四 、@ 的固 有一个形象化的简便 其中方框（或圆圈）表示☑ ,能量 描述。绘制电子云轮廓图时，把电子在原子核 相同的原子轨道的方框相连，箭头表示一种 外空间出现概率P一固 的空间圈 图 的电子：“个↓”称网 出来。 ,“◆”或“”称圆 (或称 ②s电子的电子云轮廓图为☑ 形，同一 未成对电子)。箭头同向的单电子称四 原子的能层越高，s电子云半径越大。 ,如基态氧原子有2个自旋平行的2p ③p电子云轮廓图是⑧ ,有⑨ 个 电子。通常在方框上方或下方标记回 相互垂直的电子云，分别称为回 以铝原子为例，电子排布图中各符 2.原子轨道 号、数字的意义如图所示： ·能层序数 (1)原子轨道：量子力学把电子在原子核外的 ·能级符号 没行出子 回 称为一个原子轨道。 的轨道称 2p 5 为空轨道 (2)能级与原子轨道数目的关系 +单电了 能级符号 ns 迎 d nf 1个方在表示1个轨道 箭头表示1个屯了及其月旋状态用” 轨道数目 4 固 表示2个自旋方向机反的电子，称为电子对 9 化学选择性必修2课堂学案 3.洪特规则 (3)电子云图中小黑点密度的大小表示电子的 基态原子中，填入简并轨道的电子总是先单独 多少 () (4)p轨道呈哑铃形，因此p轨道上的电子运动 分占，且自旋圆 ,称为洪特规则。 轨迹呈哑铃形。 4.能量最低原理 (5)3d的电子排布图为H1W☐☐ 在构建基态原子时，电子将尽可能地占据能量 四 的原子轨道，使整个原子的能量最 (6)核外电子排布的表示方法中，轨道表示式 低，这就是能量最低原理。 最能反映电子的排布情况。 I自主测评 名师提醒 判断正误，正确的打“√/”，错误的打“×” (1)电子在原子核外做无规则运动，没有固定 (1)同一原子中2p、3p、4p能级轨道数依次 轨道。 增多。 (2)电子云中的独立的小，黑点没有意义，小黑 (2)电子的运动与行星相似，围绕原子核在固 点的密度才有意义，小黑点的密度大小表示 电子在原子核外出现概率的大小。 定轨道上高速旋转。 课堂·深度拓展川 川川探究点1电子云与原子轨道 点的数目也不代表电子真实出现的次数。 (3)由氢原子的1s电子在原子核外出现的概 互动探究 率密度分布图可知，在离原子核越近的空间电 子出现的概率越大：电子云的外围形状具有不 规则性。 90% 氢原子电子云轮廓图的确定 L.电子在原子核外出现的概率有什么规律？ (4)电子云图很难绘制，且不方便使用，故常使 2.不同能层的同种能级的原子轨道是否完全 用电子云轮廓图。 相同？ 2.s能级和p能级的原子轨道对比 能级 深度拓展 轨道图形 1.电子云图的理解 由于微观粒子质量小，运动空间小、运动速度 轨道形状 球形 哑铃形 快，不能同时准确测出其位置与速度，所以对 于核外电子只能确定其在原子核外各处出现 轨道数目 1 3(空间相互垂直) 的概率。 最多容纳 6 (1)电子云图表示电子在核外空间出现的概率 电子数 2 密度的相对大小。电子云图中小黑点密度越 ①均以原子核为对称中心 大，表示电子出现的概率密度越大。 相同点 ②原子轨道的平均半径分别随能层数 (2)电子云图中的小黑点并不代表电子，小黑 增大而增大，且形状相似 ·10· 第一章原子结构与性质 注意：同一能级不同轨道的能量相等，如 ⑥Mg2+:1s22s22p E(np)=E(np,)=E(p.)。 2s 2p 【例题1】下列有关电子云和原子轨道的说法正 ] 确的是 深度拓展 A.不同能层的s能级的原子轨道都呈球形 1.核外电子排布遵循的原理与规则 B.通常用小黑点来表示电子的多少，黑点密 京子核外地子排符合 度大，电子数目大 能址圾 泡利 洪特 C.p能级的原子轨道呈哑铃型，随着能层序 低原 原用 数的增大，p能级原子轨道数也在增多 若过背 。则原了能品不 D.原子轨道即电子的运动轨迹 处」坡低状，原子不意定 思维导引：电子云是一种形象化的描述，而电 2.洪特规则特例 子的运动实际上是具有不可测定性的。 当同一能级上的电子排布为全充满(p、d”、 【变式1】如图是s能级和p能级的原子轨道图， )、半充满(p、d、P)和全空状态(p°、dP、P) 下列说法正确的是 时，具有较低的能量和较强的稳定性。例如， 铬(2，Cr)元素基态原子的价电子排布是3d4s (3d,4s能级均为半充满)，而不是3d4s:铜(sCu) 元素基态原子的价电子排布是3d°4s(3d全 充满、4s半充满)，而不是3dP4s2。 3.核外电子排布的常见错误 (1)当出现d轨道时，虽然电子按s、(一1)d、p 的顺序填充，但在书写电子排布式时，仍把(n一1) A.s能级和p能级的原子轨道形状相同 d放在s前，例如Fe:1s2s2p3s23p34s2正 B.每个p能级都有6个原子轨道 确，Fe:1s2s22p3s23p4s23d错误。 C.p能级不同轨道的能量大小：E(p.)> (2)在画基态原子的轨道表示式时，常出现以 E(np,)>E(np.) 下错误： D.基态钠原子的电子在6个原子轨道上高速 ①+++■违反能量最低原理)： 运动 ②+（违反泡利原理）： 川探究点2I核外电子排布 ③1h (违反洪特规则)： 互动探究 ④：1违反洪特规则)： 3.下列原子或离子的电子排布式正确的是 ⑤画轨道表示式时，不能省略空轨道。如C的 ,违反能量最低原理的是 2 2 违反洪特规则的是 ,违反泡利原理 轨道表示式应为□而不 的是 18 24 2p ①Ca+:1s22s22p3s23p ②F:1s22s23p 是田村幻 Is 2s 2p 3 3p 【例题2】回答下列问题： ③P:田西田田田口 (1)基态M原子核外未成对电子有 个。 DCr:1s2s22p3s3p3d 4s (2)基态镁原子核外M层电子的自旋状态 5Fe:1s22s22p3s23p3d4s (填“相同”或“相反”)。 ·11 化学选择性必修2课堂学案 (3)基态Ge原子有 个未成对电子。 【变式2】下列对电子排布式或轨道表示式的书写 (4)氮原子价层电子的轨道表达式（电子排布 评价正确的是 图)为 选项 电子排布式或轨道表示式 评价 (5)下列Li原子电子排布图表示的状态中，能 量最低和最高的分别为 N原子的轨道表示式： 错误：违反洪特 ① 个价个 (填标号) 1s 2s 规则 2p A.四□□■ (O原子的轨道表示式： 1s 2s 2p,2p,2p. 错误：违反泡利 ② B□W个□□ 四冈NW四 不相容原理 Is 2s 2p 1s 2s 2p.2p,2p. C.□W□☐ K原子的轨道表示式： 错误：违反能量 ③ 1s 2s 2p,2p,2p. 1s2s 2p 3s 3p3d 最低原理 D.四□□■ Br的电子排布式： 错误：违反能量 1s 2s 2p,2p,2p ④ CAr]3d4s'4p 最低原理 思维导引：根据核外电子排布规律对未成对 电子、能量进行判断。 A.① B.② C.③ D.④ 微专题突破1核外电子排布的表示方法> 答案解析Pm 【例题1】判断正误，正确的打“√”，错误的打“×”。 (3)(2023·海南卷)（节选）锑和磷同族，锑原 (1)(2023·1月渐江卷)碳的基态原子轨道表 子基态的价层电子排布式为 1s 2s 2p 核心突破 示式：四州州■ 核外电子排布的表示方法 (2)(2023·湖南卷)基态N原子的价层电子 2s 2p 将每个能层上的电子总数表示在原 含义 排布图：☒个个 原子（离 子核外的式子 (3)(2022·北京卷)NaO2的电子式： 子)结构 示意图 实例 Na"[:0:0:7 Na" 含义 用数字在能级符号右上角标明该能 (4)(2021·辽宁卷)C结构示意图： 电子 级上排布的电子数 排布式 实例 K:Is 2s2p'3s 3p4s 为了避免电子排布式书写过于烦琐， (5)(2022·江苏卷)锗原子(Ge)基态核外电 简化电子含义 把内层电子达到稀有气体原子结构 子排布式为4s4p 的部分以相应稀有气体元素符号外 排布式 【例题2】(1)(2022·山东卷)（节选）基态Ni原 加方括号表示 子的价电子排布式为 ,在元 实例 K:[Ar]4s 索周期表中位置为 主族元索的价电子指最外层电子，价 价电子 含义 (2)(2023·重庆卷)（节选）（的核外电子 电子排布式即最外层电子排布式 排布式 排布式为 实例 Al:3s 3p ·12吸收能量，失去电子的难易程度需根据原子的具体情况而 【深度拓展】 定，有的激发态原子易失去电子，有的激发态原子难失去电 【例题1】A解析s能级的原子轨道呈球形，A项正确：小黑点 子，D项错误。 表示电子在核外空间某处出现的机会，不表示电子数目，B 4.C解析由题干选项可知，A,C为F原子的激发态，而C为2 项错误：p能级的原子轨道呈哑铃型，每个p轨道都含有3 个2p上的电子激发到3p上，A为1个2印上的电子激发到 个相互垂直的轨道，C项错误：原子轨道不是电子的运动轨 3s上，故C比A的能量更高，B为Ne原子的激发态，D为B 迹，而是量子力学描述的电子在原子核外的空间运动状态， 原子的激发态，故选C项。 D项错误 5.解析(1)①L.层有8个电子，则M层有4个电子，故A为硅。 【变式1】D解析s轨道为球形，p轨道为哑铃形，A项错误； ②当次外层为K层时，最外层电子数则为3，则B为硼：当次 每个P能级只有3个原子轨道，B项错误：同一能级不同轨 外层为L层时，最外层电子数为1.5×8=12，违背了排布规 道的能量相等，即E(p,)=E(p,)=E(p),C项错误：基 律，故不可能。③Ni的原子序数为28，根据构造原理，基态 态纳原子的电子在6个原子轨道上高速运动，D项正确。 Ni原子的电子排布式为1s2s2p3s23p3d4s2,故N+的 探究点二 【互动探究】 电子排布式为1s2s2p3s23p3:基态Fe原子的电子排布 3解析根据核外电子排布规律，①正确：②违反能量最低原 式为1s2s2p3s23p3d4s2,故Fe+的电子排布式为 理，电子排完2s轨道后应排2p轨道而不是3即轨道，正确的 1s2s2p3s3p3d:硫原子序数为16，基态硫原子的电子排 为1s22s2p:③违反洪特规则，电子填入简并轨道时，应单 布式为1s2s22p3s23p,故S的电子排布式为1s2s2p 独分占不同的轨道且自旋状态相同：④违反能量最低原理， 3s3p。(2)根据最外层电子排布式可知孩元素有4个电子 能量相同的原子轨道在半充满状态时，体系的能量较低，原 层，最外层有7个电子，位于元素周期表的第四周期第A 子较稳定，正确的为1s2s2p3s3p3f4s:⑤和⑥正确：⑦违反 族，为Br元素。(3)Ti的原子序数为22，基态Ti原子的电子 排布式为[Ar]3f4s,故基态T的电子排布式为[Ar3d, 泡利原理和洪特规则，正确的为问回口☐ 20 电子占据的最高能层符号为M,该能层有3s,3即、3d三个能 答率①⑤⑥②④③⑦⑦ 级。(4)砷的原子序数为33，基态As原子的电子排布式为 【深度拓展】 [Ar]3d4s4p,位于第四周期第VA族。 【例题2】解粉(1)Mn是25号元素，电子排布式 答3(1)①1s2s2p3s23p2②1s2s22p 1s2s22p3s23p34s,根据核外电子排布规律可知，基态 3[Ar]3d [Ar]3d 1s2s2p3s 3p M如原子核外未成对电子有5个。(2)镁的M层电子排布 (2)Br(3)M三(4)[Ar]3d4s24p2四VA 为3s,根据泡利原理可知这两个电子自旋方向相反 第2课时电子云与原子轨道 (3)基态Ge原子的核外电子排布式为[Ar]3d4s24p,在 其原子的最外层的2个4p电子分别位于2个不同的4p轨 泡利原理、洪特规则、能量最低原理 道上，所以基态G沁原子有2个未成对电子。(4)N原子位 课前·教材预率 于第二周期第VA族，价电子是最外层电子，即氟原子价层 知识点一 电子的轨道表达式（电子排布图）为☒个个个。（⑤）根 1.(1)□概率密度☑越大☒电子云(2)国电子云轮廓 2s 2p 据核外电子排布规律可知【，ⅰ的基态核外电子播布式为 固空间运动状态团90%☑球图哑铃状回3四p、 1s2s,则D中能量最低：选项C中有2个电子处于2p能 py、pa 级上，能量最高。则能量最低和最高的分别为D,C(填 2.(1)团一个空间运动状态(2)1☑13345国7 标号) 知识点二 答索(1)5(2)相反(3)2(4)☒个个 1.服2☑相反网上下箭头 2s 2p 142e 2 2.丽电子排布图 网力 @原子轨道 (5)DC 四田W幻 【变式2】C解析相同轨道中的两个电子运动方向相反，违反 圆自旋状态 函电子对囡单电子四自旋平行 团能级 了泡利不相客原理，不特合题意，A项错误：电子应先充满 符号 同能级的轨道，违反了洪特规则，不符合题意，B项错误：K 3.因平行 原子的电子排布式：1s22s2p3s3p4s,违反能量最低原 4.四最低 理，符合题意，C项正确：Br的电子排布式：[Ar]3dm 【自主测评】 4s4p,正确，评价错误，D项错误。 (1)×(2)× (3)×(4)×(5)×(6)/ 微专题突破1核外电子排布的表示方法 课堂·深度拓展 探究点一 【例题1】解析1)基态碳原子的核外电子排布式为1s2s2p, 【互动探究】 根据洪特规则，2印轨道上的2个电子应该分别在2个轨道 1.离核越近，电子出现的概率越大，电子云越密集。如2s电子 上，且自旋方向相同，轨道表示式：冈四个个☐：(2)基 云比1s电子云疏散。 Is 2s 2p 2.不同能层的同种能级的原子轨道形状相似，但不完全相同。 2s 原子轨道的半径不同，能级序数越大，电子的能量越大，原 态N原子的价层电子排布为2s2p,其电子排布图为 子轨道的半径越大。例如1s、2s,3s轨道均为球形，原子轨 2p 道半径：r(1s)<r(2s)<r(3s)。 个个1，正确：(3)NO:是离子化合物，其电子式为 ·131·