1.1原子结构核外电子排布规律 课件 2024-2025学年高二下学期化学人教版（2019）选择性必修2

原子结构 核外电子排布规律 化学核心素养 1.了解元素、核素和同位素的含义；了解原子序数、核电荷数、质子数、中子数、核外电子数，以及它们之间的关系，培养宏观辨识与微观探析的能力。 2.了解原子核外电子的运动状态、能级分布和排布原理，能正确书写1~36号元素原子核外电子、价层电子的排布式和轨道表达式，体现证据推理与模型认知能力。 (2022·全国乙卷,35)卤素单质及其化合物在科研和工农业生产中有着广泛的应用。回答下列问题： (1)氟原子激发态的电子排布式有　　　　，其中能量较高的是　　　　。(填标号)  a.1s22s22p43s1 b.1s22s22p43d2 c.1s22s12p5 d.1s22s22p33p2 1.电子自旋与泡利原理 (1)电子自旋 自旋是微观粒子普遍存在的一种如同电荷、质量一样的内在属性，电子自旋在空间有顺时针和逆时针两种取向，简称自旋相反，常用上下箭头(↑和↓)表示自旋相反的电子。 (2)泡利原理（泡利不相容原理） 在一个原子轨道里，最多只容纳 个电子，它们的自旋 。（在同一原子中不可能有运动状态完全相同的电子存在） 2 相反 2.电子排布的轨道表示式 (1)轨道表示式 用方框(或圆圈)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)。 (2)表示方法 以铝原子为例，轨道表示式中各符号、数字的意义如右所示： 回答下列问题： ①在铝原子中，有 个电子对， 个单电子； ②在铝原子中，有 种空间运动状态， 种电子运动状态。 6 1 7 13 3.洪特规则 (1)内容：基态原子中，填入 的电子总是先单独分占，且自旋平行。 (2)特例 在简并轨道上的电子排布处于全充满、半充满和全空状态时，具有_____的能量和 的稳定性。 如24Cr的电子排布式为 ，为半充满状态，易错写为 ； 如29Cu的电子排布式为 ，为全充满状态，易错写为 简并轨道 较低 较强 1s22s22p63s23p63d54s1 1s22s22p63s23p63d104s1 1s22s22p63s23p63d44s2 1s22s22p63s23p63d94s2 3.洪特规则 (1)内容：基态原子中，填入 的电子总是先单独分占，且自旋平行。 (2)特例 在简并轨道上的电子排布处于全充满、半充满和全空状态时，具有____的能量和 的稳定性。 如24Cr的电子排布式为 ，为半充满状态，易错写为 。 如29Cu的电子排布式为 ，为全充满状态，易错写为 。 简并轨道 较低 较强 1s22s22p63s23p63d54s1 1s22s22p63s23p63d104s1 1s22s22p63s23p63d44s2 1s22s22p63s23p63d94s2 4.能量最低原理 (1)内容：在构建基态原子时，电子将尽可能地占据 的原子轨道，使整个原子的能量最低。 (因为能量越低越稳定） (2)因素：整个原子的能量由 、 和 三个因素共同决定。 能量最低 电子数 核电荷数 电子状态 (2)互为同素异形体的微粒是___________。 (4)上述9种微粒中有________种核素，含有________种元素。 核素 同位素 30 24 5 5 1.核外电子运动状态 核外电子按能量不同分成能层，同一能层的电子，还被分成不同能级。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。 回答下列问题： (1)填写下表，熟悉原子核外能层、能级、原子轨道之间的关系。 能层(n) 一 二 三 四 能层符号 能级符号 各能级原子轨道数 各能层原子轨道数 最多容纳电子数 K L M N 1s 2s 2p 3s 3d 3p 4s 4p 4d 4f 1 1 3 1 3 5 5 7 3 1 1 4 9 16 2 8 18 32 (2)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。 能量：1s<2s<3s<4s 能量：px=py=pz (3)预测第五电子层上原子轨道总数是多少？最多能容纳的电子数是多少？ (4)比较下列基态原子能级或原子轨道的能量高低。 ①1s、2s、2p、3s、3p、3d　②2s、2px、2py、2pz ①1s<2s<2p<3s<3p<3d ②2s<2px＝2py＝2pz 25 50 + + s p s p 基态原子 激发态原子 吸收光谱 发射光谱 hv hv 3.原子核外电子排布的规范书写 (1)排布原则 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。 能量最低原理 ② ：在一个原子轨道里，最多只能容纳 个电子，它们的自旋 。如2s轨道上的电子排布为 ，不能表示为 。 泡利原理 相反 2 泡利：爱因斯坦的继承人，纵横物理世界的上帝之鞭 1900年，泡利出生于奥地利维也纳； 1918年中学毕业后，成为当时慕尼黑大学最年轻的研究生； 1921年获博士学位，同年他所写的关于广义和狭义的相对论词条，至今仍是该领域的经典文献之一； 1922年根据前人研究成果提出朗德因子； 1925年1月，提出泡利不相容原理，为原子物理的发展奠定了重要基础； 1945年因泡利不相容原理获诺贝尔物理学奖； 1946年，泡利重返苏黎世联邦理工学院。1958年12月15日，泡利在苏黎世逝世，享年58岁 ③ ：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2p3的电子排布为_____________，不能表示为 或 。 洪特规则 洪特： 1926—1927年去丹麦哥本哈根玻尔研究所从事博士后研究； 1927—1928年任罗斯托克大学兼职教授，1928—1929年任教授，后来任莱比锡大学教授（1929—1946），洪特在该校任教历史甚长，中间经历了第二次世界大战，前后共达27年。 二次大战结束后，洪特先是到了东德任耶拿大学理论物理学教授（1946—1951年），后来又到西德任法兰克福大学理论物理学教授（1951—1956），最后任西德格廷根大学理论物理学教授（1956—1964），1964年退休任荣誉教授。他还是格廷根科学院院士，并获得瑞典乌普萨拉大学荣誉博士学位。洪特在量子力学兴起前后，对原子和分子结构做了先驱的工作 注意　当能量相同的原子轨道在全充满(p6、d10、f14)、半充满(p3、d5、f7)和全空(p0、d0、f0)状态时，体系的能量最低。 例写出下列基态原子的核外电子排布式 24Cr：1s22s22p63s23p63d54s1 29Cu ：1s22s22p63s23p63d104s1 1.下列轨道表示式中哪个是氧的基态原子？为什么？ A. B. C. 深度思考 2.指出下列核外电子排布的轨道表示式的书写分别违背了什么原则？ ①2p轨道上有3个电子的原子： ②2p轨道上有2个电子的原子： ③基态P原子：1s22s22p63s23px23pz1 ④4s轨道上有2个电子的原子： ⑤3d轨道上有8个电子的原子： 深度思考 提示　①②③⑤违背了洪特规则，当电子排布在同一能级的不同轨道上时，原子中的电子总是优先单独占据一个轨道，且自旋平行；④违背了泡利原理，一个原子轨道最多只能容纳2个电子，而且这2个电子的自旋相反。 归纳总结 注意　书写轨道表示式时，常出现的错误及正确书写 若违背其一，则原子能量不处于最低状态，原子不稳定 1.下列轨道表示式能表示基态硫原子最外层结构的是 A. B. C. D. 应用体验 √ 应用体验 2.(1)下列是一些原子的2p能级和3d能级电子排布的情况。试判断，违背了泡利原理的是___(填序号，下同)，违背了洪特规则的是________。 (2)某元素的激发态原子的电子排布式为1s22s22p63s13p33d2，则该元素基态原子的电子排布式为____________；其最高价氧化物对应水化物的化学式是_________ (3)现有下列多电子原子的原子轨道： ①2s　②3d　③3s　④4p　⑤3p 轨道能量由低到高排列的顺序是____________(填序号)。 ③ ②④⑥ 1s22s22p63s23p4 H2SO4 ①③⑤②④ 应用体验 3.(1)Mn元素与O元素中，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K原子中，核外电子占据的最高能层的符号是_____，占据该能层电子的电子云 轮廓图的形状为______。 (6)基态Cu的价层电子轨道表示式为________________________。 (7)第四周期元素中基态不成对电子数最多元素的价电子排布图 。 (7)最外层电子排布式为4s1的元素有 种 Mn 2 2 4 N 球形 原子或离子 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图示形式 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，并按照能层从左到右的顺序排列的式子 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 轨道表示式 -电子排布图 含义 每个方框代表一个 ，每个箭头代表一个____ 意义 能直观反映出电子的排布情况及电子的自旋状态 实例 Al： 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，相应的式子叫电子式 实例 原子轨道 电子 应用体验 B.氯原子的结构示意图： C.基态Fe3＋的最外层电子排布式：3s23p63d5 D.基态铜原子的价层电子轨道表示式： √ 2.下列有关化学用语正确的是 A.基态Cr原子的价层电子轨道表示式： B.KCl的电子式： C.基态Fe3＋的电子排布式：1s22s22p63s23p63d5 D.F的原子结构示意图： √ 基态Cr原子的价层电子排布式为3d54s1，基态Cr原子的价层电子轨道表示式为 ，故A错误； KCl是离子化合物，其电子式： ，故B错误； 基态Fe原子的电子排布式为[Ar]3d64s2，则基态Fe3＋的电子排布式：1s22s22p63s23p63d5，故C正确； F的原子结构示意图： ，故D错误。 3.按要求完成下列填空： (1)11Na的电子排布式为_____________； (2)20Ca的最外层电子排布为______； (3)35Br－的离子结构示意图为_____________； (4)8O的轨道表示式为________________________； (5)9F的最外层电子轨道表示式为____________________。 1s22s22p63s1 4s2 4.如图是s能级和p能级的原子轨道图。 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，其电子云在空间有3个互相______(填“垂直”或“平行”)的伸展方向。元素X的名称是_____，它的最低价氢化物的电子式是_________。 (3)元素Y的原子最外层电子排布式为nsn－1npn＋1，Y的元素符号为_____，原子的核外电子排布式为_______________。 (4)下列轨道表示式中，能正确表示元素X的原子处于最低能量状态的是______(填字母)。 A. B. C. D. 球 哑铃 3 1 2p 氮 垂直 S 1s22s22p63s23p4 D 核外电子排布常见错误 (1)在书写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)。 (2)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，如Fe：1s22s22p63s23p63d64s2，而失电子时，却先失4s轨道上的电子，如Fe3＋：1s22s22p63s23p63d5。 课堂小结 $$