第1章 第1节 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(word教参)-【勤径学升】2024-2025学年高中化学选择性必修2同步练测（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 学习目标 核心素养 1.了解原子的运动状态特点。 2.了解原子轨道以及电子云模型。 3.了解泡利原理、洪特规则、能量最低原理,并能据此确定基态原子的电子排布。 1.宏观辨识与微观探析：通过认识原子结构及核外电子排布,辨识微观粒子运动状态不同于宏观物体运动状态。 2.证据推理与模型认知：结合原子核外电子排布规律及核外电子排布的原则,建立观点、证据和结论之间的逻辑关系。 [对应学生用书第6页] 一、电子云与原子轨道 1.电子云 （1）电子运动的特点 量子力学指出,一定空间运动状态的电子并不在玻尔假定的线性轨道上运行,而在核外空间各处都可能出现,但出现的概率不同,可以算出它们的概率密度分布。用P表示电子在某处出现的概率,V表示该处的体积,则P/V称为概率密度,用ρ表示。 （2）电子云的定义及轮廓图 定义 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 意义 用单位体积内小黑点的疏密程度表示电子在核外出现概率的大小 轮 廓 图 s 呈球形,只有一种空间伸展方向 p 呈哑铃形,有三种空间伸展方向,它们相互分别垂直,分别相对于x、y、z轴对称 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。 （2）形状 ①s电子的原子轨道呈球形,能层序数越大,原子轨道的半径越大。 ②p电子的原子轨道呈哑铃形,能层序数越大,原子轨道的半径越大。 （3）各能级所含有原子轨道数目 能级符号 ns np nd nf 轨道数目 1 3 5 7 1.（邯郸高二检测）符号3px所代表的含义是 （　　） A.px轨道上有3个电子 B.第三电子层px轨道有3个伸展方向 C.px电子云有3个伸展方向 D.第三电子层沿x轴方向伸展的p轨道 答案　D 二、核外电子排布规则与轨道表示式 1.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,这个原理称为泡利原理（也称泡利不相容原理）。 2.轨道表示式(又称电子排布图)：在轨道表示式中，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)。 H：__1s__；O：_1s____2s_________2p____。 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。 2.某原子核外电子排布为ns2np7,它违背了（　　） A.泡利原理 B.能量最低原理 C.洪特规则 D.洪特规则特例 解析　p能级有三个原子轨道,根据泡利不相容原理,每个原子轨道最多排2个电子,故p能级最多排6个电子,不可能排7个,故违背泡利原理。 答案　A [对应学生用书第7页] 要点一　电子云与原子轨道 1.电子云中每个小黑点表示电子吗？ 提示　电子云中孤立的小黑点没有意义,小黑点的密度不同,代表电子出现的概率不同。 2.（1）s能级和p能级的原子轨道存在哪些方面的差异？ （2）不同能层中的s轨道和p轨道电子云轮廓图分别相同吗？分别呈什么形状？ 提示　（1）轨道图形、形状、数目、最多容纳电子数等不同。 （2）相同。s轨道均为球形,p轨道均为哑铃形。 3.4f能级有7个轨道,则其电子云在空间中有几种伸展方向？ 提示　7种。 1.对电子云的说明 （1）电子云表示电子在核外空间某处出现的概率,不代表电子的运动轨迹。 （2）电子云中的小黑点是电子在原子核外出现的概率密度的形象描述,小黑点越密,表明概率密度越大。 （3）常把电子在原子核外空间出现的概率P＝90%的空间圈起来,即为电子云轮廓图。 2.s能级和p能级原子轨道的对比 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 3.不同能层中的原子轨道 能层 能级 原子 轨道数 原子轨 道名称 原子轨道的形状和取向 形状 取向 K 1s 1 1s 球形 — L 2s 1 2s 球形 — 2p 3 2px、2py、2pz 哑铃形 相互垂直 M 3s 1 3s 球形 — 3p 3 3px、3py、3pz 哑铃形 相互垂直 3d 5 …… …… …… N …… …… …… …… …… 说明：①同一能级不同轨道能量相同,如：3px、3py、3pz具有相同的能量,4px、4py、4pz则具有另外相同的能量。 ②任意能层中,能级数等于能层序数（n）,原子轨道总数为n2,如N层有4s、4p、4d、4f 4个能级,16个原子轨道。 [例1]　(四川绵阳一中月考)下列有关电子云和原子轨道的说法正确的是(　　) A.原子核外的电子像云雾一样笼罩在原子核周围，故称电子云 B.s能级的原子轨道呈球形，该原子轨道上的电子只能在球壳内运动 C.p能级的原子轨道呈哑铃形，随着能层序数的增加，p能级的原子轨道数也增多 D.与s能级原子轨道相同，p能级原子轨道的平均半径随能层序数的增大而增大 [解析]　由于核外电子的概率密度分布看起来像一片云雾，因而被形象地称作电子云，A项错误；原子轨道是电子在原子核外的一个空间运动状态，它表明电子在这一区域内出现的概率大，在此区域外出现的概率小，B项错误；p能级的原子轨道呈哑铃形，任一能层的p能级都有3个原子轨道且相互垂直，C项错误；按2p、3p……的顺序，电子的能量依次增高，电子在离核更远的区域出现的概率逐渐增大，电子云越来越向更大的空间扩展，原子轨道的平均半径逐渐增大，D项正确。 [答案]　D 1.下列说法正确的是(　　) A.不同的原子轨道形状一定不相同 B.p轨道呈哑铃形，因此p轨道上的电子运动轨迹呈哑铃形 C.2p能级有3个p轨道 D.氢原子的电子运动轨迹呈球形 解析　A.不同能级的原子轨道形状可以相同，如1s、2s能级的原子轨道都是球形，只是半径不同，A错误；B.现在的技术无法测定电子在原子核外的运动轨迹，原子轨道只是体现电子的运动状态，B错误；C.任何电子层的p能级都有3个p轨道，C正确；D.根据B项分析，氢原子s轨道呈球形，并不是电子运动轨迹呈球形，D错误。 答案　C 要点二　核外电子排布规律与表示方法 1.下列轨道表示式中,哪个是硼的基态原子？为什么？ A. B. 提示　A表示的是硼的基态原子；因为B中s轨道中的2个电子的自旋平行,违反了泡利原理。 2.为什么基态氮原子的轨道表示式是,而不是？ 提示　基态氮原子中,填入2p简并轨道的电子总是先单独分占不同的原子轨道,且自旋平行,因此,2p轨道的填充为违反了洪特规则。 3.为什么基态K和Ca的价电子是4s1和4s2,而不是3d1和3d2？ 提示　3d轨道的能量比4s高,如果按照3d1和3d2的排布,违反了能量最低原理。 一、基态原子核外电子排布规律 1.泡利原理 每个原子轨道最多只能容纳2个电子,而且自旋状态相反（用“↑↓”表示）。电子的自旋只有两种状态：顺时针状态和逆时针状态。 2.洪特规则 （1）内容：基态原子中,填入简并轨道（同一能级的不同轨道）的电子总是先单独分占（即优先单独占据一个原子轨道）,且自旋平行（即自旋状态相同）,这样使整个原子的能量最低。 （2）注意：洪特规则是针对电子填入简并轨道而言的,并不适用于电子填入能量不同的轨道。 （3）特例：洪特规则特例：能量相同的原子轨道在全充满（如p6和d10）、半充满（如p3和d5）和全空（如p0和d0）状态时,体系的能量较低,原子较稳定。 3.能量最低原理 能量最低原理就是在不违背泡利不相容原理的前提下,核外电子总是先进入能量最低的轨道,只有当能量最低的轨道占满后,电子才依次进入能量较高的轨道,以使原子处于能量最低的稳定状态,这样的状态是原子的基态。 二、轨道表示式 1.轨道表示式（电子排布图）中各符号和数字的意义 2.书写原子轨道表示式的“五项要求” （1）一个方框（　）表示一个原子轨道,一个箭头表示一个电子,其中,s轨道为　,p轨道为,d轨道为。 （2）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。 （3）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。 （4）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。 （5）根据洪特规则的特例,如24Cr基态原子价电子的轨道表示式为（半充满）,易错写为。 [例2]　下列说法或有关化学用语的表达错误的是(　　) A.s轨道的电子云轮廓图呈球形，p轨道的电子云轮廓图呈哑铃形 B.24Cr的价层电子排布：3d54s1 C.电子排布式(23V)：1s22s22p63s23p63d5违反了洪特规则 D.违反了泡利原理 [解析]　Cr原子核外有24个电子，根据构造原理书写，基态Cr的原子价层电子排布：3d54s1，故B正确；电子排布式(23V)：1s22s22p63s23p63d5，违反了构造原理，故C错误；中1s轨道和2s轨道中容纳自旋相同的电子，违反了泡利原理，故D正确。 [答案]　C 2.下列化学用语表示错误的是 （　　） A.Na＋的轨道表示式： B.Na＋的结构示意图： C.Na的电子排布式：1s22s22p63s1 D.Na的简化电子排布式：[Ne] 3s1 解析　轨道表示式用一个方框或圆圈表示能级中的轨道,用“↑”或“↓”来区别自旋方向不同的电子,每个轨道最多容纳2个电子,2个电子处于同一轨道内,且自旋方向相反,所以Na＋的轨道表示式为,A错误。 答案　A [对应学生用书第10页] 1.(河北石家庄一中高二月考)某元素基态原子4s轨道上有2个电子，则其基态原子价层电子排布式不可能的是(　　) A.3d14s2 B.3d44s2 C.3d84s2 D.3d104s2 解析　基态原子的核外电子排布应遵循能量最低原理、泡利原理和洪特规则，据此分析判断。Cr的价层电子排布式应为3d54s1，3d轨道处于半充满稳定状态，属于洪特规则的特例，价层电子排布式不可能是3d44s2，故选B。 答案　B 2.(重庆一中高二期中)钛(Ti)是一种机械强度大、容易加工的耐高温金属，常用于制造合金。下列有关22Ti的化学用语中错误的是(　　) A.原子结构示意图： B.简化电子排布式：[Ar]3d24s2 C.轨道表示式： D.电子排布式：1s22s22p63s23p63d24s2 解析　Ti的核电荷数为22，核外电子数也为22，共分布在四个电子层上，其原子结构示意图为，A正确；根据构造原理，Ti的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d24s2，简化电子排布式为[Ar]3d24s2，B、D正确；根据洪特规则可知，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，题给3d轨道电子自旋方向错误，C错误。 答案　C 3.下列说法中不正确的是 （　　） A.基态Ge原子的价层电子的轨道表示式为 B.基态Ge原子有2个未成对电子 C.镍元素基态原子的简化电子排布式为[Ar] 3d84s2 D.镍元素基态原子3d能级上的成对电子对数为2 解析　基态Ge原子的核外简化电子排布式为[Ar] 3d104s24p2,所以价层电子轨道表示式为,有2个未成对电子,故A、B均正确。镍元素基态原子的简化电子排布式为[Ar] 3d84s2,3d能级有5个简并轨道,按洪特规则,应有3个轨道上各填充2个自旋方向相反的电子,剩下2个电子占据两个轨道,且自旋方向相同,C正确,D错误。 答案　D 4.（晋中高二检测）根据相关物质结构理论,回答下列问题： （1）以下列出的是一些原子的2p能级和3d能级中电子排布图及Sc的电子排布式。试判断,违反了泡利原理的是　　　　,违反了洪特规则的是　　　　,违反了能量最低原理的是　　　　。  ① ② ③ ④ ⑤（21Sc）1s22s22p63s23p63d3 （2）某种原子的结构示意图为。则该原子的核电荷数x取值范围为　　　　。  （3）铁元素常见的离子有Fe2＋和Fe3＋,稳定性Fe2＋　　　　（填“大于”或“小于”）Fe3＋,原因是　 。  解析　（1）①,电子排布正确；②,违反了两电子在一个轨道内自旋状态相反的原理,即泡利原理；③,违反了电子要优先单独占据一个轨道的原理,即洪特规则；④,书写正确；⑤（21Sc）1s22s22p63s23p63d3,电子排布应3p排布完后先排4s能级,未遵循能量最低原理。 （2）某种原子的结构示意图为。若该原子的第三层为8个电子,则x＝20,若第三层排满18个电子,则x＝30。故答案为20≤x≤30。 （3）铁元素常见的离子有Fe2＋和Fe3＋,Fe2＋失去两个电子,3d能级有6个电子,Fe3＋失去3个电子,3d能级半满,更稳定,故稳定性Fe2＋小于Fe3＋。 答案　（1）②　③　⑤　（2）20≤x≤30 （3）小于　Fe2＋的价电子排布式为3d6,Fe3＋的价电子排布式为3d5,Fe3＋的3d能级为半满状态较稳定 学科网（北京）股份有限公司 $$