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（课件PPT）-【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）

原子结构与性质 第一章 第一节　原子结构 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 返回目录 化学 选择性必修2 　 课前·教材预案 课堂·深度拓展 课末·随堂演练 课时作业(二) 微专题突破1 课前·教材预案 知识点1　电子云与原子轨道 概率密度 越大 电子云 返回目录 化学 选择性必修2 　 电子云轮廓 空间运动状态 90% 球 哑铃状 3 px、py、pz 返回目录 化学 选择性必修2 　 一个空间运动状态 1 3 5 7 返回目录 化学 选择性必修2 　 知识点2　泡利原理、洪特规则、能量最低原理 2 相反 上下箭头 返回目录 化学 选择性必修2 　 电子排布图 原子轨道 自旋状态 电子对 单电子 自旋平行 能级符号 返回目录 化学 选择性必修2 　 返回目录 化学 选择性必修2 　 平行 最低 返回目录 化学 选择性必修2 　 × × × × × √ 返回目录 化学 选择性必修2 　 返回目录 化学 选择性必修2 　 课堂·深度拓展 探究点1　电子云与原子轨道 返回目录 化学 选择性必修2 　 返回目录 化学 选择性必修2 　 返回目录 化学 选择性必修2 　 返回目录 化学 选择性必修2 　 返回目录 化学 选择性必修2 　 返回目录 化学 选择性必修2 　 返回目录 化学 选择性必修2 　 返回目录 化学 选择性必修2 　 返回目录 化学 选择性必修2 　 探究点2　核外电子排布 返回目录 化学 选择性必修2 　 返回目录 化学 选择性必修2 　 返回目录 化学 选择性必修2 　 返回目录 化学 选择性必修2 　 返回目录 化学 选择性必修2 　 返回目录 化学 选择性必修2 　 返回目录 化学 选择性必修2 　 返回目录 化学 选择性必修2 　 返回目录 化学 选择性必修2 　 返回目录 化学 选择性必修2 　 返回目录 化学 选择性必修2 　 返回目录 化学 选择性必修2 　 微专题突破1 核外电子排布的表示方法 返回目录 化学 选择性必修2 　 返回目录 化学 选择性必修2 　 返回目录 化学 选择性必修2 　 返回目录 化学 选择性必修2 　 返回目录 化学 选择性必修2 　 返回目录 化学 选择性必修2 　 返回目录 化学 选择性必修2 　 返回目录 化学 选择性必修2 　 返回目录 化学 选择性必修2 　 返回目录 化学 选择性必修2 　 返回目录 化学 选择性必修2 　 返回目录 化学 选择性必修2 　 返回目录 化学 选择性必修2 　 返回目录 化学 选择性必修2 　 返回目录 化学 选择性必修2 　 返回目录 化学 选择性必修2 　 返回目录 化学 选择性必修2 　 返回目录 化学 选择性必修2 　 课末·随堂演练 返回目录 化学 选择性必修2 　 返回目录 化学 选择性必修2 　 返回目录 化学 选择性必修2 　 返回目录 化学 选择性必修2 　 返回目录 化学 选择性必修2 　 返回目录 化学 选择性必修2 　 返回目录 化学 选择性必修2 　 返回目录 化学 选择性必修2 　 返回目录 化学 选择性必修2 　 制 作 者：状元桥 适用对象：高中学生 制作软件：Powerpoint2010、 Photoshop cs3 运行环境：WindowsXP以上操作系统 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)可通过电子云模型来描述，了解电子云和原子轨道的概念。 2．能结合能量最低原理、泡利不相容原理、洪特规则书写1～36号元素的核外电子排布式和轨道表示式，并说明含义。 1．电子云 (1)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____________分布的形象化描述。小黑点越密，表明概率密度________。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__________。 (2)电子云轮廓图 ①表示__________的形状，对核外电子的____________有一个形象化的简便描述。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。 ②s电子的电子云轮廓图为______形，同一原子的能层越高，s电子云半径越大。 ③p电子云轮廓图是__________，有______个相互垂直的电子云，分别称为____________________。 2．原子轨道 (1)原子轨道：量子力学把电子在原子核外的____________________称为一个原子轨道。 (2)能级与原子轨道数目的关系 能级符号 ns np nd nf 轨道数目 ______ ______ ______ ______ 1．电子自旋与泡利原理 在一个原子轨道里，最多只能容纳eq \x(\s\up1(16))______个电子，它们的自旋eq \x(\s\up1(17))________。常用eq \x(\s\up1(18))____________(↑和↓)表示自旋相反的电子。 2．电子排布的轨道表示式 轨道表示式又称__________，是表述电子排布的一种图式。如氢原子、氧原子的轨道表示式分别为____、____________。其中方框(或圆圈)表示____________，能量相同的原子轨道的方框相连，箭头表示一种____________的电子；“↑↓”称__________，“↑”或“↓”称__________(或称未成对电子)。箭头同向的单电子称____________，如基态氧原子有2个自旋平行的2p电子。通常在方框上方或下方标记____________。以铝原子为例，电子排布图中各符号、数字的意义如图所示： 　 3．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________，称为洪特规则。 4．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________的原子轨道，使整个原子的能量最低，这就是能量最低原理。 判断正误，正确的打“√”，错误的打“×”。 (1)同一原子中2p、3p、4p能级轨道数依次增多。(　 　) (2)电子的运动与行星相似，围绕原子核在固定轨道上高速旋转。(　 　) (3)电子云图中小黑点密度的大小表示电子的多少。(　 　) (4)p轨道呈哑铃形，因此p轨道上的电子运动轨迹呈哑铃形。(　 　) (5)3d6的电子排布图为。(　 　) (6)核外电子排布的表示方法中，轨道表示式最能反映电子的排布情况。(　 　) 名师提醒 (1)电子在原子核外做无规则运动，没有固定轨道。 (2)电子云中的独立的小黑点没有意义，小黑点的密度才有意义，小黑点的密度大小表示电子在原子核外出现概率的大小。 1．电子在原子核外出现的概率有什么规律？ 离核越近，电子出现的概率越大，电子云越密集。如2s电子云比1s电子云疏散。 2．不同能层的同种能级的原子轨道是否完全相同？ 不同能层的同种能级的原子轨道形状相似，但不完全相同。原子轨道的半径不同，能级序数n越大，电子的能量越大，原子轨道的半径越大。例如1s、2s、3s轨道均为球形，原子轨道半径：r(1s)＜r(2s)＜r(3s)。 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的概率。 (1)电子云图表示电子在核外空间出现的概率密度的相对大小。电子云图中小黑点密度越大，表示电子出现的概率密度越大。 (2)电子云图中的小黑点并不代表电子，小黑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。 (4)电子云图很难绘制，且不方便使用，故常使用电子云轮廓图。 2．s能级和p能级的原子轨道对比 能级 s p 轨道图形 轨道形状 球形 哑铃形 轨道数目 1 3(空间相互垂直) 最多容纳电子数 2 6 相同点 ①均以原子核为对称中心 ②原子轨道的平均半径分别随能层数增大而增大，且形状相似 注意：同一能级不同轨道的能量相等，如E(npx)＝E(npy)＝E(npz)。 【例题1】 下列有关电子云和原子轨道的说法正确的是(　　) A．不同能层的s能级的原子轨道都呈球形 B．通常用小黑点来表示电子的多少，黑点密度大，电子数目大 C．p能级的原子轨道呈哑铃型，随着能层序数的增大，p能级原子轨道数也在增多 D．原子轨道即电子的运动轨迹 思维导引：电子云是一种形象化的描述，而电子的运动实际上是具有不可测定性的。 答案　A 解析　s能级的原子轨道呈球形，A项正确；小黑点表示电子在核外空间某处出现的机会，不表示电子数目，B项错误；p能级的原子轨道呈哑铃型，每个p轨道都含有3个相互垂直的轨道，C项错误；原子轨道不是电子的运动轨迹，而是量子力学描述的电子在原子核外的空间运动状态，D项错误。 【变式1】如图是s能级和p能级的原子轨道图，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．p能级不同轨道的能量大小：E(npx)>E(npy)>E(npz) D．基态钠原子的电子在6个原子轨道上高速运动 答案　D 解析　s轨道为球形，p轨道为哑铃形，A项错误；每个p能级只有3个原子轨道，B项错误；同一能级不同轨道的能量相等，即E(npx)＝E(npy)＝E(npz)，C项错误；基态钠原子的电子在6个原子轨道上高速运动，D项正确。 3．下列原子或离子的电子排布式正确的是________，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： ④Cr：1s22s22p63s23p63d44s2 ⑤Fe：1s22s22p63s23p63d64s2 ⑥Mg2＋：1s22s22p6 ⑦C： 解析　根据核外电子排布规律，①正确；②违反能量最低原理，电子排完2s轨道后应排2p轨道而不是3p轨道，正确的为1s22s22p6；③违反洪特规则，电子填入简并轨道时，应单独分占不同的轨道且自旋状态相同；④违反能量最低原理，能量相同的原子轨道在半充满状态时，体系的能量较低，原子较稳定，正确的为1s22s22p63s23p63d54s1；⑤和⑥正确；⑦违反泡利原理和洪特规则，正确的为。 答案　①⑤⑥　②④　③⑦　⑦ 1．核外电子排布遵循的原理与规则 2．洪特规则特例 当同一能级上的电子排布为全充满(p6、d10、f14)、半充满(p3、d5、f7)和全空状态(p0、d0、f0)时，具有较低的能量和较强的稳定性。例如，铬(24Cr)元素基态原子的价电子排布是3d54s1(3d、4s能级均为半充满)，而不是3d44s2；铜(29Cu)元素基态原子的价电子排布是3d104s1(3d全充满、4s半充满)，而不是3d94s2。 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ns、(n－1)d、np的顺序填充，但在书写电子排布式时，仍把(n－1)d放在ns前，例如Fe：1s22s22p63s23p63d64s2正确，Fe：1s22s22p63s23p64s23d6错误。 (2)在画基态原子的轨道表示式时，常出现以下错误： ①(违反能量最低原理)； ②(违反泡利原理)； ③(违反洪特规则)； ④(违反洪特规则)； ⑤画轨道表示式时，不能省略空轨道。如C的轨道表示式应为，而不是。 【例题2】 回答下列问题： (1)基态Mn原子核外未成对电子有________个。 (2)基态镁原子核外M层电子的自旋状态________(填“相同”或“相反”)。 (3)基态Ge原子有________个未成对电子。 (4)氮原子价层电子的轨道表达式(电子排布图)为________________。 (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________、________(填标号)。 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。 解析　(1)Mn是25号元素，电子排布式1s22s22p63s23p63d54s2，根据核外电子排布规律可知，基态Mn原子核外未成对电子有5个。(2)镁的M层电子排布为3s2，根据泡利原理可知这两个电子自旋方向相反。(3)基态Ge原子的核外电子排布式为[Ar]3d104s24p2，在其原子的最外层的2个4p电子分别位于2个不同的4p轨道上，所以基态Ge原子有2个未成对电子。(4)N原子位于第二周期第ⅤA族，价电子是最外层电子，即氮原子价层电子的轨道表达式(电子排布图)为。(5)根据核外电子排布规律可知Li的基态核外电子排布式为1s22s1，则D中能量最低；选项C中有2个电子处于2p能级上，能量最高。则能量最低和最高的分别为D、C(填标号)。 答案　(1)5　(2)相反　(3)2 (4) (5)D　C 【变式2】下列对电子排布式或轨道表示式的书写评价正确的是(　　) 选项 电子排布式或轨道表示式 评价 ① N原子的轨道表示式： 错误；违反洪特规则 ② O原子的轨道表示式： 错误；违反泡利不相容原理 选项 电子排布式或轨道表示式 评价 ③ K原子的轨道表示式： 1s22s22p63s23p63d1 错误；违反能量最低原理 ④ Br－的电子排布式： [Ar]3d104s24p6 错误；违反能量最低原理 A．① B.② C.③ D.④ 答案　C 解析　相同轨道中的两个电子运动方向相反，违反了泡利不相容原理，不符合题意，A项错误；电子应先充满同能级的轨道，违反了洪特规则，不符合题意，B项错误；K原子的电子排布式：1s22s22p63s23p64s1，违反能量最低原理，符合题意，C项正确；Br－的电子排布式：[Ar]3d104s24p6，正确，评价错误，D项错误。 【例题1】 判断正误，正确的打“√”，错误的打“×”。 (1)(2023·1月浙江卷)碳的基态原子轨道表示式：(　　) (2)(2023·湖南卷) 基态N原子的价层电子排布图：(　　) (3)(2022·北京卷)Na2O2的电子式：(　　) (4)(2021·辽宁卷)Cl－结构示意图： (　　) (5)(2022·江苏卷)锗原子(32Ge)基态核外电子排布式为4s24p2　(　　) 解析　(1)基态碳原子的核外电子排布式为1s22s22p2，根据洪特规则，2p轨道上的2个电子应该分别在2个轨道上，且自旋方向相同，轨道表示式：；(2)基态N原子的价层电子排布为2s22p3，其电子排布图为，正确；(3)Na2O2是离子化合物，其电子式为，正确；(4)Cl－结构示意图为：；(5)锗原子(32Ge)基态核外电子排布式为[Ar]3d104s24p2。 答案　(1)×　(2)√　(3)√　(4)×　(5)× 【例题2】 (1)(2022·山东卷)(节选)基态Ni原子的价电子排布式为______________，在元素周期表中位置为________________。 (2)(2023·重庆卷)(节选) O2－的核外电子排布式为__________。 (3)(2023·海南卷)(节选) 锑和磷同族，锑原子基态的价层电子排布式为__________。 解析　(1)已知Ni是28号元素，故基态Ni原子的价电子排布式为：3d84s2，在周期表中第四横行第10纵列即位于第四周期第Ⅷ族；(2)O2－为氧原子得到2个电子形成的，核外电子排布式为1s22s22p6；(3)锑和磷同族，锑原子位于第五周期第VA族，其基态的价层电子排布式5s25p3。 答案　(1)3d84s2　第四周期第Ⅷ族 (2)1s22s22p6　(3)5s25p3 核外电子排布的表示方法 原子(离 子)结构 示意图 含义 将每个能层上的电子总数表示在原子核外的式子 实例 电子 排布式 含义 用数字在能级符号右上角标明该能级上排布的电子数 实例 K：1s22s22p63s23p64s1 简化电子 排布式 含义 为了避免电子排布式书写过于烦琐，把内层电子达到稀有气体原子结构的部分以相应稀有气体元素符号外加方括号表示 实例 K：[Ar]4s1 价电子 排布式 含义 主族元素的价电子指最外层电子，价电子排布式即最外层电子排布式 实例 Al：3s23p1 轨道 表示式 含义 每个方框代表一个原子轨道，每个箭头代表一个电子 实例 电子式 含义 化学中常在元素符号周围用“·”或“×”来表示元素原子的最外层电子，相应的式子叫作电子式 实例 注意：主族元素的最外层电子就是外围电子，又称价电子。过渡元素的外围电子一般包括最外层的s电子和次外层的d电子，有的还包括倒数第三层的f电子。 1．磷、氮、铁、氧存在于人体所有细胞中，是人体健康不可缺少的元素，而成年人体内铁元素的含量约为3～5 g，其中集中在血红蛋白内。下列说法中不正确的是(　　) A．基态P原子的核外有3个未成对电子 B．1s22s22p33s1表示的是激发态氧原子的电子排布式 C．Fe3＋的最外层电子排布式为3s23p63d5 D．基态氮原子的最外层轨道表示式为 答案　D 解析　磷原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p3,3p轨道上有3个自旋方向相同的未成对电子，A项正确；基态氧原子的电子排布式为1s22s22p4,1s22s22p33s1表示的是激发态氧原子的电子排布式，B项正确；Fe失去电子形成Fe3＋时，最外层电子排布式为3s23p63d5，C项正确；根据洪特规则可知，基态N原子2p轨道电子的自旋方向应该相同，正确的轨道表示式为，D项错误。 2．下列对电子排布式或轨道表示式的书写评价错误的是(　　) 选项 电子排布式或轨道表示式 评价 A 基态6C原子核外的电子排布式：1s22s22p 错误，违反了洪特规则 B 基态B原子的轨道表示式： 错误，违反了泡利不相容原理 选项 电子排布式或轨道表示式 评价 C 基态S原子的外围电子轨道表示式： 正确 D 基态Zn原子电子排布式：1s22s22p63s23p63d10 正确 A．A B.B C.C D.D 答案　D 解析　2p能级有3个轨道，2p能级有2个电子，电子应先单独分占2个轨道，且自旋方向相同，2px填充2个电子，违反了洪特规则，A项正确；根据泡利不相容原理，每个轨道最多容纳两个电子，且自旋方向相反，正确的为，B项正确；基态S原子的外围电子排布式为3s23p4，则轨道表示式为，评价正确，C项正确；Zn是30号元素，根据核外电子排布规律可知，Zn的电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s2，D项错误。 3．回答下列问题： (1)A元素基态原子的最外层有3个未成对电子，次外层有8个电子，其元素符号为________；其价电子排布图为________________________________。 (2)B元素的负一价离子和C元素的正一价离子的电子层结构都与氩相同，B的元素符号为________，C离子的结构示意图为________。 (3)D元素的正三价离子的3d能级为半充满，D的元素符号为________，其基态原子的电子排布式为____________________。 (4)E元素基态原子的M层全充满，N层没有成对电子且只有一个未成对电子，E的元素符号为________，其基态原子的电子排布式为____________________。 (5)F元素的原子最外层电子排布式为nsnnpn＋2，则n＝________；原子中能量最高的是________电子，核外电子排布图为______。 解析　(1)基态原子的最外层有3个未成对电子，次外层有8个电子的元素符号为P，其电子排布式为1s22s22p63s23p3，所以其价电子排布图为。(2)B元素的负一价离子和C元素的正一价离子的电子层结构都与氩相同，离子核外都有18个电子，阴离子为Cl－，B的元素符号为Cl，阳离子为K＋，C离子的结构示意图为。(3)D元素的正三价离子的3d轨道为半充满，电子数为5，则基态原子的电子排布式为：[Ar]3d64s2或 1s22s22p63s23p63d64s2，应为Fe。(4)E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，基态原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s1或[Ar]3d104s1，应为Cu。(5)s轨道最多可容纳2个电子，则n＝2；由于n＝2，可知该元素原子最外层电子排布式为2s22p4，该元素是O元素，其基态原子中能量最高的是2p能级电子；该原子核外电子排布图为。 答案　(1)P　　(2)Cl　 (3)Fe　[Ar]3d64s2或1s22s22p63s23p63d64s2 (4)Cu　1s22s22p63s23p63d104s1或[Ar]3d104s1 (5)2　2p　 1．(电子云)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表明1s电子云呈球形，有无数条对称轴 C．图②表示1s电子只能在球体内出现 D．不同能层的s电子云的平均半径相等 答案　B 解析　电子云只表示电子在原子核外空间出现的概率密度，小黑点并不表示电子，A项错误；电子云轮廓图是把电子在原子核外空间出现概率为90%的空间圈出来绘制而成的，不表示电子不能在这一空间外出现，C项错误；s电子云的平均半径随能层序数的增大而增大，D项错误。故选B项。 2．(电子排布图)以下表示氦原子结构的化学用语中，对电子运动状态描述最详尽的是(　　) A．·He· B. C.1s2 D. 答案　D 解析　A项只能表示最外层电子数；B项只表示核外的电子分层排布情况；C项具体到各能层的电子数；而D项包含了能层数、能级以及轨道内电子的自旋方向。故选D项。 3．(电子排布图)下列电子排布的轨道表示式所表示的元素原子中，能量处于最低状态的是(　　) 答案　C 解析　A项中2s轨道没有排满电子就排在了2p轨道上，显然能量不是最低的；B项中2p轨道上的电子排布不符合洪特规则，三个电子各占一个p轨道且自旋状态相同时，能量最低；C项中2p3为半充满状态，能量最低；D项中2p轨道未排满就排3s轨道，能量不是最低的。 4．(原子核外电子排布原理的理解)下列说法错误的是(　　) A．电子排布式1s22s22p63s3违反了泡利原理 B．基态原子电子排布式1s22s22p63s23p63d5违反了能量最低原理 C．根据构造原理可知原子核外电子填充顺序为…4p、4d、4f、5s、5p… D．8O的电子排布式为1s22s22p2p，违反了洪特规则 答案　C 解析　根据泡利原理可知3s轨道最多排2个电子，A项正确；由于4s轨道能量比3d轨道低，根据能量最低原理可知该基态原子的电子排布式应为1s22s22p63s23p63d34s2，B项正确；根据构造原理可知原子核外电子的填充顺序为…4p、5s、4d、5p、6s、4f…，C项错误；根据洪特规则可知，电子尽可能地占据不同的轨道，则基态 8O原子的电子排布式应为1s22s22p2p2p，D项正确。 5．(综合应用)A、B、C、D是四种短周期元素，E是过渡元素。A、B、C同周期，C、D同主族，A的原子结构示意图为，B是同周期除稀有气体外半径最大的元素，C最外层有三个未成对电子，E的外围电子排布式为3d64s2。回答下列问题： (1)A为________(写出元素符号，下同)，电子排布式是_______________。 (2)B为________，简化电子排布式是____________________。 (3)C为________，价电子排布式是________。 (4)D为________，电子排布图是________________________。 (5)E为________，原子结构示意图是____________________。 解析　由题意可知，A为Si，B为Na，C为P，则D为N，E为Fe。这五种元素电子排布式分别为A：1s22s22p63s23p2，B：1s22s22p63s1，C：1s22s22p63s23p3，D：1s22s22p3，E：1s22s22p63s23p63d64s2。由电子排布式可写出答案。 答案　(1)Si　1s22s22p63s23p2　(2)Na　[Ne]3s1　 (3)P　3s23p3　(4)N　　 (5)Fe　 $$