1.1.3电子云与原子轨道 课件 2024-2025学年高二下学期化学人教版（2019）选择性必修2

第一章 第一节 第3课时 《原子结构》 人教版 选择性必修2 1.原子核外的电子运动状态是怎么样的？ 2.不同能级中最多可容纳电子数为什么不同? 能层 K L M N 最多电子数 2 8 18 32 能级 1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s 4p 4d 4f 最多电子数 2 2 6 2 6 10 2 6 10 14 玻尔模型 电子云模型 1913年，波尔提出氢原子模型，电子在线性轨道上绕核运行 1926年，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。 量子力学对原子核外电子运动状态的描述 1.德布罗意：微观粒子波粒二象性 2.海森堡：测不准原理 p /2 3.薛定谔：薛定谔方程 核外电子有什么运动特点？ 核外电子的运动特点 运动特点 宏观物体 核外电子 质量 很大 很小 位置 可测 不可以同时测定 速度 可测 轨迹 可以描述 不能准确描述 如何表示核外电子的运动状态？ 量子力学指出：一定空间运动状态的电子并不在玻尔假设的线性轨道上运动，而是在核外空间各处都可以出现，只是出现的概率不同。 一、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描述。 概率密度： P表示电子在某处出现的概率； V表示该处的体积。 小点越密，表明概率密度越大。 一、电子云 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(如图1-8)。 1. 不同能层的s电子云形状一致，均为球形； 2. 能层越高，s电子的电子云半径越大。 相同原子的s电子的电子云轮廓图 你能发现什么规律？ p电子云的形状是哑铃状的，有三种空间伸展方向，分为相对于x、y、z轴对称。有3个互向垂直电子云分别称为Px、Py、Pz 1.定义： 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： （1）s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。 每个s能级有1个原子轨道 1s 2s 3s 4s 二、原子轨道 （2） p原子轨道的电子云是纺锤形的 （也叫哑铃形） 二、原子轨道 每个p能级有3个原子轨道，它们相互垂直，分别以px、py、pZ表示。 px py pZ 二、原子轨道 同一能层中，px、py、pZ能量相同，x、y、z表示相对位置，人为设定，没必要严格区分 相互垂直 二、原子轨道 d能级的电子云轮廓图 f能级的电子云轮廓图 【思考･讨论】 填下表，并预测d、f能级中的原子轨道数量。 能级 s p d f 最多可容纳电子数 2 6 10 14 原子轨道数 单轨道容纳电子数 1 3 5 7 2 2 2 2 不同能级中的原子轨道数量 二、原子轨道 能层 能级 原子轨道数 原子轨道符号 电子云轮廓图 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 - - - 【巩固･评价】 填下表，归纳总结能层、能级和原子轨道之间的关系。 二、原子轨道 每个原子轨道中最多可容纳两个电子，那么这两个电子的运动状态有什么差异呢？ 三、电子自旋 钠原子光谱实验 只有1个最外层电子的钠原子光谱会在光谱里呈现双线 斯特恩-盖拉赫实验 只有1个最外层电子的银原子在外加电场里加速飞行通过一个不对称磁场时会分成两束 提出猜想 ：轨道中的单电子可能存在两种不同的运动状态 1925年，两个荷兰年轻人根据实验事实提出假设： 电子除了空间运动状态外，还存在一种运动状态叫自旋。 电子自旋有顺时针和逆时针两种状态，常用上下箭头（↑和↓）表示自旋状态相反的电子。 三、电子自旋 自旋是微观粒子的内在属性，如同它的电荷、质量一样。 能层、能级、原子轨道和自旋状态四个方面共同决定电子的运动状态，一个原子中不可能存在运动状态完全相同的2个电子。 思考： （1）核外电子在原子轨道中按照什么规律排布？ （2）核外电子在原子轨道中的排布应该如何表示？ 轨道表示式 用方框表示原子轨道，用箭头表示电子，叫做轨道表示式（又称电子排布图）。 O 1s2 2s2 2p4 O 1s 2s 2p ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑ ↑ 简并轨道：方框相连 “↑”、“↓”表示一种自旋状态的电子 方框：轨道 轨道表示式 用方框表示原子轨道，用箭头表示电子，叫做轨道表示式（又称电子排布图）。 “↑↓”称电子对 “↑”或“↓”称单电子(或称未成对电子)。 O 1s2 2s2 2p4 O 1s 2s 2p ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑ ↑ 箭头同向的单电子称自旋平行 用方框表示原子轨道，用箭头表示电子，叫做轨道表示式（又称电子排布图）。 O 1s2 2s2 2p4 O 1s 2s 2p ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑ ↑ 2p 2s 1s ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑ ↑ 能级上下错落，以表达能量高低不同。 在方框的下方用能级符号表示轨道所属能级 【思考･讨论】 请写出基态氢原子可能的轨道表示式 H 或 H 1s 1s ↓ ↑ 请写出基态氦原子可能的轨道表示式 He He 1s 1s ↑↓ ↑↑ √ 【排布规律1】泡利原理 核外电子在原子轨道中的排布规律 基于光谱事实，在一个原子轨道里，最多只能容纳2个电子，而且它们的自旋状态相反，这个原理是由泡利首先提出，称为泡利原理，也称泡利不相容原理。 同一个原子中不能有两个或两个以上的电子处于完全相同的运动状态。 电子的运动状态 空间运动状态（原子轨道） 电子自旋 泡利原理 同一个原子中不能有两个或两个以上的电子处于完全相同的运动状态。 在氧原子中，有 种空间运动状态，有 种运动状态不同的电子。 5 8 占了多少原子轨道就有多少种空间运动状态 有多少个电子，就有多少种运动状态 请写出基态Li、Be、B的轨道表示式。 Li 1s 2s ↑↓ ↑ 【巩固･评价】 Be 1s 2s ↑↓ ↑↓ B 1s 2s 2p ↑↓ ↑↓ ↑ 简并轨道的空轨道也要画出来。 【思考･讨论】 C 1s 2s 2p ↑↓ ↑↓ ↑↓ C 1s 2s 2p ↑↓ ↑↓ ↑ ↑ C 1s 2s 2p ↑↓ ↑↓ ↑↑ C 1s 2s 2p ↑↓ ↑↓ ↑ ↓ 不符合泡利原理 请写出基态碳原子可能的轨道表示式。 基态原子中，填入简并轨道的电子总是优先以自旋平行方式分别占据不同轨道，称为洪特规则。 洪特规则 1925年，洪特在诠释复杂原子光谱时，得出判断基态原子光谱的三条经验规则，后人归并简化为一条： 【思考･讨论】 请写出24号元素的轨道表示式。 Cr 1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑ ↑ ↑ ↑ ↑ ↑ 1s22s22p63s23p63d54s1 洪特规则的特例：电子排布时，当能量相同的简并轨道处于半满、全满或全空时，整个原子的能量较低。 洪特规则 相对稳定的状态 全充满：p6、d10、f14 半充满:p3、d5、f7 全空:p0、d0、f0 【思考･讨论】 请写出24号元素的基态原子价层轨道表示式 3d 4s ↑↓ Cr ↑ ↑ ↑ ↑ 3d 4s ↑ Cr ↑ ↑ ↑ ↑ ↑ 只有一组全满的简并轨道 有两组半满 的简并轨道 请写出29Cu的价层电子轨道表示式 Cu 3d 4s ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑ 3d10 4s1 【巩固･评价】 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，简称能量最低原理。 能量最低原理 【思考･讨论】 不符合能量最低原理 (1)为什么基态氦原子的电子排布是1s2而不是1s12s1 ? (2)为什么基态氮原子的轨道表示式是 ，而不是 ? (3)为什么基态Sc的价电子是3d1 4s2，而不是4s3 ? 不符合洪特规则 不符合泡利原理 书本P16 【思考･讨论】 (1)下列轨道表示式中哪个是硼的基态原子?为什么? (2)下列轨道表示式中哪个是氧的基态原子?为什么? √ √ 书本P16 不符合泡利原理 不符合洪特规则 核外电子在原子轨道中的排布规律 ① 泡利原理 ② 洪特规则 ③ 能量最低原理 （2）为什么基态氮原子的轨道表示式是 而不是 ？ 想一想 （1）为什么基态氦原子的电子排布是1s2而非1s12s1？ （3）为什么基态K和Ca的价电子排布式是4s1和4s2，而不是 3d1和3d2？ 1s ↑ ↑↓ ↑↓ ↑ ↑ 2s 2p 1s ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑ 2s 2p （1）为什么基态氦原子的电子排布是1s2而非1s12s1？ 不满足能量最低原理 想一想 （2）为什么基态氮原子的轨道表示式是 而不是 ？ 不满足洪特规则 1s ↑ ↑↓ ↑↓ ↑ ↑ 2s 2p 1s ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑ 2s 2p 想一想 （3）为什么基态K和Ca的价电子排布式是4s1和4s2，而不是 3d1和3d2？ 不满足构造原理 想一想 原子结构示意图 电子排布式 轨道表示式 意义 原子或离子各能层上的核外电子总数的式子 用数字在能级符号右上角标明该能级上排布的电子数 每个方框代表一个原子轨道，每个箭头代表一个电子 实例 1s22s22p63s23p63d64s2 [Ar]3d64s2 3d64s2 原子结构的表示方法 简化电子排布式 价层电子排布式 练一练 1s ↑ ↑↑ ↑↓ 2s 2p A 1s ↑ ↑↓ ↑↓ 2s 2p B 1s ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑ 2s 2p C 1s ↑ ↑↓ ↑ ↑ ↑ 2s 2p D （1）以下原子不属于基态原子的是（ ） （1）以下原子不属于基态原子的是（ACD） 1s ↑ ↑↑ ↑↓ 2s 2p A 1s ↑ ↑↓ ↑↓ 2s 2p B 1s ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑ 2s 2p C 1s ↑ ↑↓ ↑ ↑ ↑ 2s 2p D 不满足泡利原理 基态原子 不满足洪特规则 不满足构造原理 练一练 （2）以下锂原子的轨道表示式表示的状态中，能量最高 的是（ ），能量最低的是（ ） 1s ↑ ↑↓ 2s 2p A 1s ↑ ↑↓ 2s 2p B 1s ↑↓ ↑ 2s 2p C 1s ↑↓ ↑ 2s 2p D 练一练 1s ↑ ↑↓ 2s 2p A 1s ↑ ↑↓ 2s 2p B 1s ↑↓ ↑ 2s 2p C 1s ↑↓ ↑ 2s 2p D 基态原子 1个电子1s→2s 还有1个电子1s→2p 1个电子1s→2s 2个电子1s→2p （2）以下锂原子的轨道表示式表示的状态中，能量最高 的是（ C ），能量最低的是（ D ） 练一练 （3）轨道表示式可以表示原子或离子的核外电子排布。 请写出Fe2+、Fe3+的轨道表示式。 练一练 （3）轨道表示式可以表示原子或离子的核外电子排布。 请写出Fe2+、Fe3+的轨道表示式。 1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ Fe ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ Fe2+ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ Fe3+ ↑↓ ↑ ↑ ↑ ↑ ↑↓ ↑ ↑ ↑ ↑ ↑ ↑ ↑ ↑ ↑ 1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s 1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s 练一练 Lavf58.20.100 Codec by Bilibili XCode Worker v4.8.75(fixed_gap:False) Lavf58.20.100 Bilibili VXCode Swarm Transcoder v0.3.42 $$