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（Word教参）-【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 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。 知识点1　电子云与原子轨道 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__概率密度__分布的形象化描述。小黑点越密，表明概率密度__越大__。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__。 (2)电子云轮廓图 ①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。绘制电子云轮廓图时，把电子在原子核外空间出现概率P＝__90%__的空间圈出来。 ②s电子的电子云轮廓图为__球__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__哑铃状__，有__3__个相互垂直的电子云，分别称为__px、py、pz__。 2．原子轨道 (1)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。 (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__ __3__ __5__ __7__ 知识点2　泡利原理、洪特规则、能量最低原理 1．电子自旋与泡利原理 在一个原子轨道里，最多只能容纳__2__个电子，它们的自旋__相反__。常用__上下箭头__(↑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__电子排布图__，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__原子轨道__，能量相同的原子轨道的方框相连，箭头表示一种__自旋状态__的电子；“↑↓”称__电子对__，“↑”或“↓”称__单电子__(或称未成对电子)。箭头同向的单电子称__自旋平行__，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__能级符号__。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__平行__，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__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。 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。 探究点1　电子云与原子轨道 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。 探究点2　核外电子排布 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 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。 学科网（北京）股份有限公司 $$