第1章 第1节 第2课时 电子云与原子轨道 核外电子排布规律-【金版教程】2024-2025学年高中化学选择性必修2创新导学案教用word（人教版2019 不定项版）

化学　选择性必修2[RJ]导学案 不定项 第二课时　电子云与原子轨道　核外电子排布规律 1.认识基态原子中核外电子的排布遵循能量最低原理、泡利不相容原理和洪特规则等。2.知道1～36号元素基态原子核外电子的排布。 一　电子云与原子轨道 1．电子云 (1)电子云：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。 (2)含义：用单位体积内小点的疏密程度表示电子在原子核外出现概率大小，小点越密，表示概率密度越大。 2．原子轨道 (1)概念：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。因此常用电子云轮廓图的形状和取向来表示原子轨道的形状和取向。 (2)形状和取向 ①s电子云轮廓图呈球形，同一原子的能层越高，s电子云半径越大。 ②除s电子云外，其他电子云轮廓图都不是球形的。如p电子云轮廓图是哑铃状的，且都有3个相互垂直的电子云，分别称为px、py和pz。 (3)各能级所含有的原子轨道数目 能级符号 ns np nd nf 轨道数目 1 3 5 7 二　核外电子排布规律 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，而且它们的自旋相反，这个原理称为泡利原理。 2．电子排布的轨道表示式 用方框(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，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。通常应在方框下方或上方标记能级符号，这种用来表述电子排布的图式叫做轨道表示式，又叫电子排布图。如氧的基态原子的轨道表示式为。 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。如N：。 4．能量最低原理 (1)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。 (2)整个原子的能量由核电荷数、电子数和电子状态三个因素共同决定。 1．判断正误，正确的画“√”，错误的画“×”。 (1)在一个基态多电子原子中可以有两个运动状态相同的电子。(　　) (2)处于激发态的原子都能遵守能量最低原理、泡利原理和洪特规则。(　　) (3)2px、2py、2pz轨道相互垂直，但能量相等。(　　) (4)价层电子排布式3d94s2(Cu)违反了能量最低原理。(　　) 答案：(1)×　(2)×　(3)√　(4)√ 2．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 3．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．s能级的原子轨道半径与能层序数有关 D．钠原子的电子在11个原子轨道上高速运动 答案：C 解析：s轨道为球形，p轨道为哑铃形，A错误；每个p能级只有3个原子轨道，B错误；能层序数越小，s能级的原子轨道半径越小，C正确；钠原子的电子在6个原子轨道上高速运动，D错误。 4．电子在原子核外排布时，必须遵循的原则是(　　) ①电子排布在同一能级时，总是优先单独占据不同轨道，且自旋平行　②电子排布在不同能级时，总是优先占据能量低的轨道，然后再占据能量高的轨道　③电子排布在同一轨道时，最多只能排2个，且自旋相反　④电子的排布总是遵循“能量最低原理”“泡利原理”和“洪特规则” A．①② B．②④ C．①③ D．②③④ 答案：C 解析：电子排布在不同能级时，若电子先占据能级高的轨道使其处于半满或全满的稳定状态，这样排布可使整个体系能量最低，②错误；电子的排布要综合考虑“能量最低原理”“泡利原理”和“洪特规则”，并不一定每条都符合，例如激发态原子，④错误。 5．以下列出的是一些基态原子的2p轨道和3d轨道中电子排布的情况，违反洪特规则的是(　　) A．①②③ B．④⑤⑥ C．②④⑥ D．③④⑥ 答案：C 解析：②中不同轨道的单电子自旋相反，违反了洪特规则；④基态原子的电子在能量相同的轨道上排布时，总是优先单独占据一个轨道，并且自旋平行，图示电子排布图违反了洪特规则；⑥中不同轨道的单电子自旋相反，违反了洪特规则。 6．回答下列问题： (1)元素Mn与O中，基态原子核外未成对电子数较多的是________。 (2)基态Ge原子有________个未成对电子。 (3)镍元素基态原子的3d能级上的未成对电子数为________。 (4)基态Fe原子有________个未成对电子。 (5)基态Cu原子的价层电子轨道表示式为__________________ 答案：(1)Mn　(2)2　(3)2　(4)4 (5) 知识点一　电子云与原子轨道 1．能层、能级与原子轨道 2．s能级和p能级原子轨道的比较 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，且同种能级符号的原子轨道形状相同 3.对电子云理解的误区 (1)电子云图中的小黑点不代表一个电子，也不代表电子在某一时刻在此处一定出现过。 (2)单位体积内小点的疏密程度表示电子在原子核外单位体积内出现概率的大小。点稀疏的地方，表示在那里电子在单位体积内出现的概率小，点密集的地方，表示在那里电子在单位体积内出现的概率大。 (3)离核越近，电子出现的概率越大，电子云越密集。如2s轨道的电子云比1s轨道的电子云疏散。 　电子及其运动特点可概括为体积小、质量轻、带负电；绕核转、运动快、测不准(某时刻的位置和速度)。 [练1]　下列有关电子云或原子轨道的说法正确的是(　　) A．1s原子轨道呈球形，表示电子绕原子核做圆周运动 B．电子云中的小点越密，说明该原子核外电子数目越多 C．ns能级的原子轨道图可表示为 D．np能级的3个原子轨道相互垂直 答案：D 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，电子云中的小点越密，表明电子在原子核外出现的概率密度越大，且电子在原子核外做无规则运动，A、B错误；s轨道在三维空间分布的图形呈球形，C错误。 [练2]　下图是s能级和p能级的原子轨道图，试回答下列问题： (1)s电子的原子轨道呈____形，每个s能级有____个原子轨道；p电子的原子轨道呈________形，每个p能级有____个原子轨道。 (2)元素X的原子最外层电子排布式为nsnnpn＋1，原子中能量最高的是________电子，其电子云在空间的取向为________________。 答案：(1)球　1　哑铃　3　(2)2p　相互垂直 知识点二　基态原子的核外电子排布及其表示方式 1．基态原子的核外电子在原子轨道上的排布要遵循三个原则，即能量最低原理、泡利原理和洪特规则。这三个原则并不是孤立的，而是相互联系、相互制约的。其中，能量最低原理可叙述为在不违反泡利原理的前提下，核外电子在各个原子轨道上的排布方式应使整个原子体系的能量最低。 2．洪特规则特例 在根据构造原理书写1～36号元素原子的核外电子排布式时，会发现有少数元素原子的核外电子排布相对于构造原理有1个电子的偏差。这是因为，当同一能级上的电子排布为全充满(p6、d10、f14)、半充满(p3、d5、f7)或全空(p0、d0、f0)状态时，具有较低的能量和较强的稳定性。前四周期中具有此特点的元素是铬和铜。 3．轨道表示式(电子排布图) 例如铝原子的轨道表示式可表示为 在电子排布图中也可以用圆圈表示一个原子轨道，如Na：。 4．书写原子轨道表示式的注意事项 (1)不同能级中的方框(□)要相互分开，同一能级中的方框(□)要相互连接。 (2)整个原子的轨道表示式中各能级的排列顺序与相应的电子排布式一致。 (3)当一个方框(□)中有2个电子时，它们的自旋相反；当同一能级中的不同原子轨道有多个单电子时，电子要分占不同的原子轨道且自旋平行。 (4)要注意洪特规则的特例，如24Cr基态原子价层电子的轨道表示式为(半充满)，不能写为。 [练3]　下列轨道表示式从1s开始，所表示的元素原子中，正确的是(　　) ①　②　③　④ A．①② B．②③ C．③④ D．①④ 答案：D [练4]　下列原子、离子的电子排布式或原子轨道表示式正确的是________(填序号，下同)，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________。 ①F－：1s22s23p6 ②P： ③Fe：1s22s22p63s23p63d64s2 ④Mg2＋：1s22s22p6 ⑤C： 答案：③④　①　②　⑤ 解析：根据核外电子排布规律，①中电子排完2s轨道后应排2p轨道，正确的应为1s22s22p6；②中没有遵循洪特规则——电子在能量相同的轨道上排布时，将尽可能分占不同的轨道并且自旋平行，最外层电子正确的排布应为；⑤中违反泡利原理，正确的原子轨道表示式为。 知识点三　基态原子中未成对电子数的判断 1．成对电子和未成对电子的定义 一个原子轨道中只有1个电子时，该电子即为未成对电子；一个原子轨道中2个自旋相反的电子称为成对电子。 2．1～36号元素中，原子核外价层电子排布与基态原子中的未成对电子数之间的关系 (1)有1个未成对电子的价层电子排布为ns1、ns2np1、ns2np5、3d14s2、3d104s1。 (2)有2个未成对电子的价层电子排布为ns2np2、ns2np4、3d24s2、3d84s2。 (3)有3个未成对电子的价层电子排布为ns2np3、3d34s2、3d74s2。 (4)有4个未成对电子的价层电子排布为3d64s2。 (5)有5个未成对电子的价层电子排布为3d54s2。 (6)有6个未成对电子的价层电子排布为3d54s1(为Cr，是1～36号元素基态原子中，含未成对电子数最多的元素)。 [技巧]　第ⅠA、ⅢA、ⅦA族→1个未成对电子，第ⅣA、ⅥA族→2个未成对电子，第ⅤA族→3个未成对电子(主族元素原子中未成对电子数最多)，第ⅡA族、0族→不含未成对电子。 [练5]　镍在人类物质文明发展过程中起着重要作用，在现代合成工业中常用作催化剂。下列关于基态镍原子的价层电子的描述错误的是(　　) A．价层电子数为10 B．未成对电子的自旋方向均相同 C．能量相同的价层电子有10个 D．未成对电子数为2 答案：C [练6]　按要求填空： (1)氮原子价层电子的轨道表示式(电子排布图)为______________，其原子中有____个未成对电子。 (2)钴元素基态原子的电子排布式为______________，3d能级上的未成对电子数为________。 (3)基态Se原子的核外电子排布式为[Ar]________，有____个未成对电子。 (4)Zn2＋核外电子排布式为________________。 (5)在基态C原子中，核外存在________对自旋相反的电子。 答案：(1)　3 (2)1s22s22p63s23p63d74s2(或[Ar]3d74s2)　3 (3)3d104s24p4　2 (4)1s22s22p63s23p63d10(或[Ar]3d10)　(5)2 本课总结 课时作业 题号 1 2 3 4 5 6 7 难度 ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★★ 对点 电子排布规律 原子轨道 电子云与原子轨道 电子排布 电子云与原子轨道 电子排布规律 电子排布规律 题号 8 9 10 11 12 13 14 难度 ★★ ★★ ★★ ★★★ ★ ★★ ★★★ 对点 原子轨道与电子排布规律 电子排布规律 电子排布规律 电子排布 原子轨道、电子排布规律 原子轨道、电子排布规律 原子轨道、电子排布规律 一、选择题(每小题只有1个选项符合题意) 1．若将15P原子的电子排布式写成1s22s22p63s23p3p，它违背了(　　) A．能量守恒原理 B．泡利原理 C．能量最低原理 D．洪特规则 答案：D 2．下列叙述正确的是(　　) A．对于确定的n值，其原子轨道数为n2(n表示电子层) B．基态K原子的最高能级符号为3s C．同一原子中，2p、3p、4p……能级的原子轨道数依次增多 D．原子中处于2p能级的电子跃迁到2s能级时会吸收能量 答案：A 解析：基态K原子的最高能级符号为4s，B错误；在同一原子中，np能级都有三个互相垂直的原子轨道，C错误；原子从2p能级跃迁到2s能级时放出能量，D错误。 3．观察1s轨道电子云示意图，判断下列说法正确的是(　　) A．一个小黑点表示1个自由运动的电子 B．1s轨道的形状为圆形 C．电子在1s轨道上运动像地球围绕太阳旋转 D．1s轨道电子云的点的疏密程度表示电子在某一位置出现概率密度的大小 答案：D 4．下列有关C原子的轨道表示式中，处于能量最高状态的是(　　) A． B． C． D． 答案：B 5．下列说法正确的是(　　) A．因为p轨道呈哑铃形，所以p电子的运动轨迹呈哑铃形 B．M层有3s、3p、3d、3f 4个原子轨道 C．s轨道呈球形，s轨道中的电子只能在球形空间内运动 D．原子轨道与电子云都是用来形象描述电子运动状态的 答案：D 解析：A项，p轨道呈哑铃形，是指电子出现概率大的区域的形状为哑铃形。B项，M层有3s、3p、3d 3个能级，共有9个原子轨道。C项，s轨道呈球形，表示s轨道中的电子在球形空间内出现的概率大，但是也能到球形外某区域运动。 6．已知某基态原子的结构示意图为，下列有关说法正确的是(　　) A．x＝4 B．对应元素的最高正化合价为＋4 C．该基态原子的轨道表示式为 D．该基态原子核外共有3个填充有电子的原子轨道 答案：B 解析：K层最多容纳2个电子，所以x＝2，A错误；7x＝14，则该原子为Si原子，最外层有4个电子，则最高正化合价为＋4，B正确；基态Si原子的轨道表示式为，C错误；根据该基态原子的轨道表示式可知，该基态原子核外共有8个填充有电子的原子轨道，D错误。 7．下列说法错误的是(　　) A．ns电子的能量不一定低于(n＋1)p电子的能量 B．基态6C的电子排布式1s22s22p违反了洪特规则 C．基态21Sc的电子排布式1s22s22p63s23p63d3违反了能量最低原理 D．基态22Ti的电子排布式1s22s22p63s23p10违反了泡利原理 答案：A 解析：A项，ns电子的能量一定低于(n＋1)p电子的能量，错误。 二、选择题(每小题有1个或2个选项符合题意) 8．2023年5月30日，搭载神舟十六号载人飞船的长征二号F遥十六运载火箭成功将航天员送入太空。长征二号F火箭使用偏二甲肼(C2H8N2)作燃料，N2O4作氧化剂。下列说法错误的是(　　) A．C2H8N2分子和N2O4分子的质子数不同 B．基态C原子的轨道表示式为 C．基态O原子核外电子占据6个原子轨道 D．基态N原子和基态Mn原子核外未成对电子数相同 答案：CD 解析：基态O原子的轨道表示式为，核外电子占据5个原子轨道，C错误；基态N原子核外有3个未成对电子，基态Mn原子的价层电子轨道表示式为，核外有5个未成对电子，D错误。 9．下列各项叙述错误的是(　　) A．如果硫原子核外电子排布图为，则违反了泡利原理 B．如果25号Mn元素的基态原子电子排布式为1s22s22p63s23p63d7，则违反了构造原理 C．氮原子的核外电子排布图为，符合洪特规则和泡利原理 D．泡利原理、洪特规则、能量最低原理是基态原子核外电子排布的原则 答案：A 解析：该硫原子核外电子排布图违反了洪特规则，A错误。 10．下列各组表述中，不正确的是(　　) A．核外电子排布式为1s22s22p63s23p4的基态原子3p能级没有空轨道 B．第四周期中，未成对电子数最多的原子为Cr C．基态Fe原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2 D．2p能级有2个未成对电子的基态原子的价层电子排布一定为2s22p2 答案：D 解析：2p能级有2个未成对电子，则该原子2p能级有2个或4个电子，价层电子排布为2s22p2或2s22p4，故D错误。 11．下表中每个选项都有甲、乙两种表述，这两种表述指向的不是同种元素原子的是(　　) 选项 表述甲 表述乙 A 3p能级有1个空原子轨道的基态原子 核外电子排布为1s22s22p63s23p4的原子 B 2p能级无空原子轨道且有1个未成对电子的基态原子 最外层电子排布为2s22p5的原子 C M层全充满而N层电子排布为4s2的原子 核外电子排布为1s22s22p63s23p64s2的原子 D 最外层电子数是核外电子总数的原子 最外层电子排布为4s24p5的原子 答案：AC 解析：A项，3p能级有1个空原子轨道，则由洪特规则可知该基态原子的3p原子轨道上只有2个电子，两个表述指向的不是同种元素的原子；B项，2p能级无空原子轨道且有1个未成对电子的基态原子，其2p能级有5个电子，两个表述指向的是同种元素的原子；C项，表述甲中原子的M层全充满应为18个电子，而表述乙中原子的M层上只有8个电子，两个表述指向的不是同种元素的原子；D项，最外层电子数是核外电子总数的原子，其核外电子数为5的整数倍，满足条件的原子是核外电子数为35的原子，最外层电子排布为4s24p5的原子的核外电子排布为1s22s22p63s23p63d104s24p5，两个表述指向的是同种元素的原子。 三、非选择题 12．以氮化镓(GaN)、碳化硅等为代表的第三代半导体材料具有优异性能，对新兴产业有巨大推动作用。回答下列问题。 (1)基态硅原子中具有最高能量的电子所处能级的符号为________，该能级轨道的形状为________。 (2)镓元素为元素周期表中第31号元素，镓原子具有________个电子层，其序数最高的电子层容纳了________个电子。 答案：(1)3p　哑铃形　(2)4　3 13．(1)处于一定空间运动状态的电子在原子核外出现的概率密度分布可用________形象化描述。在基态14C原子中，核外存在____对自旋相反的电子。 (2)Cu的基态原子最外层有____个电子。 (3)钒(23V)元素广泛用于催化及钢铁工业。钒在元素周期表中的位置为______________，其价层电子的轨道表示式为________________。 (4)Na位于元素周期表第____周期第____族；S的基态原子核外有____个未成对电子。 (5)Cu＋基态核外电子排布式为______________________。 (6)基态Fe原子有____个未成对电子，Fe3＋的电子排布式为____________________。 (7)31Ga基态原子的核外电子排布式为______________________。 (8)铝原子核外有____种不同运动状态的电子。 (9)基态Mn2＋的核外电子排布式为________________。 (10)可正确表示原子轨道的是________。 A．2s B．2d C．3pz D．3f 答案：(1)电子云　2　(2)1 (3)第四周期第ⅤB族　 (4)三　ⅠA　2 (5)1s22s22p63s23p63d10或[Ar]3d10 (6)4　1s22s22p63s23p63d5或[Ar]3d5 (7)1s22s22p63s23p63d104s24p1或[Ar]3d104s24p1 (8)13 (9)1s22s22p63s23p63d5或[Ar]3d5 (10)AC 14．已知X、Y和Z三种元素的原子序数之和等于42。X元素原子的4p轨道上有3个未成对电子，Y元素原子的最外层2p轨道上有2个未成对电子。X跟Y可形成化合物X2Y3，Z元素可以形成负一价离子。请回答下列问题： (1)X元素原子基态时的电子排布式为____________________，该元素的符号是________。 (2)Y元素原子的价层电子轨道表示式为__________________，该元素的名称是________。 (3)已知化合物X2Y3在稀硫酸中可被金属锌还原为XZ3，产物还有ZnSO4和H2O，该反应的化学方程式是____________________________________。 答案：(1)1s22s22p63s23p63d104s24p3　As (2)　氧 (3)As2O3＋6Zn＋6H2SO4===2AsH3↑＋6ZnSO4＋3H2O 解析：X元素原子的4p轨道上有3个未成对电子，则X是第四周期第ⅤA族元素，即X为As，Y元素原子的最外层2p轨道上有2个未成对电子，且As跟Y可形成化合物As2Y3，可推知Y为O；又因为X、Y和Z三种元素的原子序数之和等于42，可得到Z为H。 14 学科网（北京）股份有限公司 $$