1.1 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(教用Word)-【赢在微点·轻松课堂】2024-2025学年高中化学选择性必修2（人教版，单选）

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 新课程标准 核心素养 1.了解原子核外电子的运动状态,知道电子云和原子轨道。 2.掌握泡利原理、洪特规则和能量最低原理。 1.宏观辨识与微观探析:能从原子的微观层面理解原子的组成、结构等,能根据核外电子的排布规则熟知核外电子排布的表示方法,并能根据电子排布式(图)、结构示意图等推导出对应的原子或离子。 2.证据推理与模型认知:通过原子轨道和电子云模型的学习,全面了解核外电子运动状态的描述方法。 课前预习新知 　 知|识|梳|理 知识点一 电子云与原子轨道 1.概率密度。 用P表示电子在某处出现的概率,V表示该处的体积,则称为概率密度,用ρ表示。 2.电子云。 (1)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。 (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的概率大小,小点越密,表示概率密度越大。 (3)形状。 3.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)各能级所含原子轨道数目。 能级符号 ns np nd nf 轨道数目 1 3 5 7 微思考 1.s能级和p能级的原子轨道存在哪些方面的差异? 提示:轨道形状、数目、最多容纳电子数等不同。 2.不同能层中的s轨道和p轨道电子云轮廓分别相同吗?能量分别相同吗? 提示:电子云轮廓相同(s轨道均为球形,p轨道均为哑铃形);能量不同(能层序数越大,能量越高)。 微判断(正确的画“√”,错误的画“×”) 1.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。 (×) 2.1s的电子云图中一个小点表示一个自由运动的电子。 (×) 3.2p、3p、4p能级的轨道数依次增多。 (×) 4.2px、2py、2pz轨道相互垂直,但能量相等。 (√) 知识点二 泡利原理、洪特规则、能量最低原理 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。 在一个原子轨道里,最多只能容纳2个电子,且自旋相反。 2.电子排布的轨道表示式(电子排布图)。 (1)几个相关概念。 ①简并轨道:能量相同的原子轨道。 ②电子对:同一原子轨道中,自旋相反的一对电子。用“↑↓”表示。 ③单电子:一个原子轨道中若只有一个电子,则该电子称为单电子,用“↑”或“↓”表示,又称未成对电子。 ④自旋平行:箭头同向的单电子称为自旋平行。 ⑤运动状态:原子中一个电子是一种运动状态,有几个电子,则有几种运动状态。 (2)轨道表示式的书写。 ①轨道表示式中一个方框(或圆圈)表示一个原子轨道。不同能级中的“”要相互分开,同一能级中的“”要相互连接。 ②一个箭头表示一个电子,“↑↓”表示电子对,“↑”或“↓”表示单电子。 ③当“”中有2个电子时,它们的自旋必须相反。 3.洪特规则。 (1)内容:基态原子中,填入简并轨道(能量相同的原子轨道)的电子总是先单独分占,且自旋平行,称为洪特规则。 (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,具有较低的能量和较大的稳定性。 相对稳定的状态 如:Cr的电子排布式为[Ar]3d54s1,而不是[Ar]3d44s2。 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能量最低的原子轨道,使整个原子的能量最低。 (2)影响原子能量的因素: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。 微思考 1.为什么基态氦原子的电子排布式是1s2而不是1s12s1? 提示:氦原子核外有2个电子,根据能量最低原理和泡利原理,基态氦原子的2个电子以自旋相反的形式填充在能量最低的1s轨道中,且1s轨道和2s轨道能量相差较大,所以基态氦原子不会出现2个电子单独分占1s、2s轨道的情况。 2.为什么基态K和Ca的价层电子是4s1和4s2,而不是3d1和3d2。 提示:根据构造原理,3d能级的能量大于4s能级的能量,所以依据能量最低原理,电子填入能量低的能级可使整个原子的能量最低。 微判断(正确的画“√”,错误的画“×”) 1. (×) 2. (×) 3. (×) 4. (√) 课堂互动探究 　 探究一 对原子轨道的理解 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似 【例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.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 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;能层序数越小,s能级的原子轨道半径越小,C项正确;钠原子的电子在6个原子轨道上高速运动,D项错误。 答案　C 【变式训练】 1.下列说法正确的是 (　　) A.因为p轨道是“8”字形,所以p电子是“8”字形 B.能层数为3时,有3s、3p、3d共9个轨道 C.氢原子中只有1个电子,故氢原子核外只有1个轨道 D.电子云图是电子云轮廓图,都是用来形象描述电子运动状态的 解析　p轨道呈哑铃状,是指电子出现概率高的区域的形状,而不是电子的形状,A项错误;能层数为3时,有3s、3p、3d 3个能级,共有9个轨道,B项正确;氢原子中虽然只有1个电子,但氢原子核外有多个轨道,C项错误;电子云图与电子云轮廓图不是同一概念,电子云轮廓图是电子云图的大部分区域,电子云轮廓图就是我们通常所说的原子轨道图,D项错误。 答案　B 探究二 核外电子排布式的“原理和规则” 1.核外电子排布遵循的原理与规则。 2.违背原理或规则示例。 (1) (违背能量最低原理)→应为 (2) (违背泡利原理)→应为 (3) (违背洪特规则)→应为 3.特别提示。 (1)基态原子的能量最低,故基态原子的电子排布是能量最低的原子轨道组合。 (2)基态氦原子不存在1s12s1的状态,但氦处于激发态时可能会存在1s12s1的状态。 (3)电子的运动状态由能层、能级、原子轨道、自旋来描述,在同一个原子中,不可能存在运动状态完全相同的两个电子。 【例2】　下列各项叙述错误的是 (　　) A.某同学给出基态O原子的2p能级电子轨道表示式,则违反了泡利原理 B.若21号Sc元素的基态原子电子排布式为1s22s22p63s23p63d3,则违反了能量最低原理 C.铍原子的核外电子排布图为,符合能量最低原理和泡利原理 D.某基态原子的电子排布式为1s22s2222,符合能量最低原理和洪特规则 解析　违反了洪特规则,A项错误;21号Sc元素的基态原子电子排布式应为1s22s22p63s23p63d14s2,1s22s22p63s23p63d3违反了能量最低原理,B项正确;铍原子的核外电子数为4,根据能量最低原理和泡利原理,排布图为,C项正确;根据能量最低原理和洪特规则,某基态原子的电子排布式为1s22s2222,D项正确。 答案　A 【变式训练】 2.下列原子或离子的电子排布式或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　　　　。  ①Ca2+:1s22s22p63s23p6 ②F-:1s22s23p6 ③P: ④Fe:1s22s22p63s23p63d64s2 ⑤Mg2+:1s22s22p6 ⑥C: 解析　根据核外电子排布规律知,②中错误在于电子排满2s轨道后应排2p轨道,而不是3p轨道,正确的应为1s22s22p6;③中没有遵循洪特规则——电子在同一能级的不同轨道上排布时,应尽可能分占不同的轨道并且自旋平行,正确的应为;⑥违反泡利原理,正确的应为。 答案　①④⑤　②　③　⑥ 探究三 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 基态原 子电子 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,这就是电子排布式 实例 K:1s22s22p63s23p64s1 简化基 态原子 电子排 布式 含义 为了避免电子排布式书写过于繁琐,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 价层 电子 排布式 含义 主族元素的价层电子指最外层电子,价层电子排布式即最外层电子排布式 实例 Al:3s23p1 基态原 子电子 排布图 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,相应的式子叫做电子式 实例 【例3】　下列化学用语表示正确的是 (　　) A.O2-的结构示意图: B.基态Si原子的价层电子排布式:3p2 C.基态Cl原子的核外电子排布式:[Ne]3s23p5 D.基态Co原子的价层电子轨道表示式: 解析　O2-的结构示意图为,A项错误;Si元素是第14号元素,基态Si原子电子排布式为[Ne]3s23p2,所以价层电子排布式:3s23p2,B项错误;Cl元素是第17号元素,基态Cl原子的核外电子排布式:[Ne]3s23p5,C项正确;Co元素是第27号元素,基态Co原子的价层电子轨道表示式,D项错误。 答案　C 【变式训练】 3.下列关于钠元素的几种表达式错误的是 (　　) A.Na+的基态电子排布图: B.Na+的结构示意图: C.Na的基态原子电子排布式:1s22s22p63s1 D.Na的简化基态原子电子排布式:[Na]3s1 解析　Na的基态原子简化电子排布式为[Ne]3s1。即上一周期的稀有气体(元素符号)+该原子的价层电子排布。 答案　D 随堂达标自测 　 1.下列说法中正确的是 (　　) A.1s电子云呈球形,表示电子绕原子核做圆周运动 B.电子云图中的小黑点密度大,说明该原子核外空间电子数目多 C. ns能级的原子轨道图可表示为 D.3d3表示3d能级有3个轨道 解析　电子云表示电子在核外空间某处出现的机会,不代表电子的运动轨迹,A项错误;小黑点的疏密表示电子出现机会的多少,密则机会大,疏则机会小,B项错误;ns能级的电子云呈球形,所以可以用该图表示该能级的原子轨道,C项正确;3d3表示3d能级有3个电子,D项错误。 答案　C 2.下列电子排布图所表示的元素原子中,处于能量最低状态的是 (　　) 解析　2s能级的能量比2p能量低,电子尽可能占据能量最低的轨道,不符合能量最低原理,原子处于能量较高的激发态,A项错误;B项违反了洪特规则,基态原子的电子总是优先单独占据一个原子轨道,且自旋平行,B项错误;2s能级的能量比2p能量低,电子尽可能占据能量最低的轨道,不符合能量最低原理,C项错误;能级能量由低到高的顺序为1s、2s、2p;每个轨道最多只能容纳两个电子,且自旋相反,能级相同的轨道中电子优先分占不同轨道,且自旋平行,能量最低,D项正确。 答案　D 3.某元素基态原子3d轨道上有10个电子,则该基态原子价层电子排布不可能是 (　　) A.3d104s1 B.3d104s2 C.3s23p6 D.4s24p2 解析　若价层电子排布为3d104s1,为29号元素Cu,电子排布式为[Ar]3d104s1,A项不符合题意;若价层电子排布为3d104s2,为30号元素Zn,电子排布式为[Ar]3d104s2,B项不符合题意;若价层电子排布为3s23p6,为18号元素Ar,电子排布式为1s22s22p63s23p6,3d轨道上没有电子,C项符合题意;若价层电子排布为4s24p2,为32号元素Ge,电子排布式为[Ar]3d104s24p2,D项不符合题意。 答案　C 4.下列有关电子排布式、原子结构示意图以及电子排布图正确的是 (　　) A.Cr的电子排布式为1s22s22p63s23p63d44s2 B.As的价层电子排布图: C.Fe的原子结构示意图: D.Mn2+的价层电子排布图: 解析　根据洪特规则特例,Cr的电子排布式应为1s22s22p63s23p63d54s1,A项错误;根据洪特规则,As的4p轨道的三个电子应该分占不同轨道,且自旋方向相同,B项错误;根据铁的电子排布式1s22s22p63s23p63d64s2可知铁的原子结构示意图为,C项错误;Mn的价层电子排布式为3d54s2,由于原子失去电子时先失最外层电子,所以Mn2+的价层电子排布式为3d5,电子排布图为,D项正确。 答案　D 5.(1)以下列出的是一些原子的2p能级和3d能级中电子排布的情况。其中违反了泡利原理的是　　　　(填序号,下同),违反了洪特规则的是　　　　。  (2)某元素的激发态(不稳定状态)原子的电子排布式为1s22s22p63s23p23d2,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)将下列多电子原子的原子轨道按轨道能量由低到高顺序排列。 ①2s　②3d　③4s　④3s　⑤4p　⑥3p 轨道能量由低到高排列的顺序是　　　　　　　　。  解析　(1)同一轨道中不应有自旋平行的电子,③违反了泡利原理;②中成单电子应自旋平行,④中5个电子应分占5个轨道,⑥中成单电子应自旋平行,所以②④⑥违反了洪特规则。(2)3p轨道能量小于3d,激发态为1s22s22p63s23p23d2,基态应为1s22s22p63s23p4。此原子核外电子数为16,其质子数也为16,该元素为硫元素,其最高价氧化物对应水化物的化学式是H2SO4。 答案　(1)③　②④⑥　(2)1s22s22p63s23p4　H2SO4　(3)①④⑥③②⑤ 学科网（北京）股份有限公司 $$