第一章 第一节 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 课件1-2024-2025学年高中化学选择性必修2同步课件PPT（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 第一节　原子结构 化学 1.知道电子的运动状态可通过原子轨道和电子云来描述,能说明微观粒子运动状态与宏观物体运动特点的差异,建立对原子结构的证据推理与模型认知意识。 2.认识基态原子中核外电子的排布遵循能量最低原理、泡利原理和洪特规则,能写出1~36号元素的基态原子的轨道表示式,初步学会运用模型解决实际问题。 学习目标 重点、难点： 核外电子的运动状态,电子云与原子轨道;泡利原理、洪特规则、能量最低原理。 学习重难点 1803年，英国自然科学家约翰·道尔顿提出了世界上第一个原子结构模型：道尔顿模型，认为原子是一个坚硬的实心小球。 导入新课 原子结构模型的发展 1904年，约瑟夫·约翰·汤姆生提出原子是一个带正电荷的球，电子镶嵌在里面，原子好似一块“葡萄干布丁”，故名“枣糕模型”。 1911年，卢瑟福提出行星模型：原子的大部分体积是空的，电子按照一定轨道围绕着一个带正电荷的很小的原子核运转。 导入新课 原子结构模型的发展 1913年，玻尔在行星模型的基础上提出了核外电子分层排布的原子结构模型。 20世纪20年代以来，现代模型（电子云模型）认为电子绕核运动形成一个带负电荷的云团。 1.原子核外电子的运动状态是怎样的? 2.什么是电子云? 自主预习 电子高速运动,在核外空间各处都可能出现,但出现的概率不同。 许许多多的小点是核外电子的概率密度分布的形象描述,小点不是电子本身,小点越密,表明概率密度越大。核外电子的概率密度分布看起来像一片云雾,被形象地称为电子云。 知识回顾 1.请写出基态Fe原子的电子排布式以及基态Fe2+、Fe3+的价层电子排布式。 2.Fe原子中1s、2s、3s、4s能级的电子运动状态相同吗? 基态Fe原子的电子排布式为[Ar]3d64s2或1s22s22p63s23p63d64s2,基态Fe2+和Fe3+的价层电子排布式分别为3d6、3d5。 1s、2s、3s、4s能级的电子运动状态不相同,离核越来越远,电子能量越来越高。 课堂探究 一、电子云与原子轨道 不同能级的电子的电子云轮廓图。 【问题1—1】能层与电子云轮廓图的半径大小及形状有何关系? 能层数n越大,电子云半径越大。不同能层的同种能级的原子轨道形状相似,只是半径不同。 课堂探究 【问题1—2】各能级与原子轨道数目有何关系?其电子云轮廓图的形状和伸展方向是怎样的? ns能级有1个轨道,呈球形;np能级有3个轨道,nd能级有5个轨道,nf能级有7个轨道。np能级中的3个原子轨道呈哑铃状,相互垂直,分别以px、py、pz表示,它们具有相同的能量。 一、电子云与原子轨道 课堂探究 一、电子云与原子轨道 【总结】 (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) 电子云轮廓图: 电子出现的概率为90%的空间轮廓图。 形状:s能级为球形,p能级为哑铃状。 (3) 原子轨道:电子在原子核外的一个空间运动状态。 课堂探究 二、泡利原理、洪特规则、能量最低原理 完成表格: 能层数 符号 能层最多容纳电子数 能级 能级最多容纳电子数 原子轨道数 1 2 3 K 2 1s 2 1 L 8 2s 2p 2 6 4 M 18 3s 3p 3d 2 6 10 9 课堂探究 二、泡利原理、洪特规则、能量最低原理 【问题2—1】利用数学归纳法,归纳各能层容有的原子轨道数与能层序数n的关系。推算平均每个轨道容纳几个电子? 第一能层只有s能级,1个原子轨道;第二能层有s能级(1个原子轨道),p能级(3个原子轨道)共有22个原子轨道;第三能层有s能级(1个原子轨道),p能级(3个原子轨道),d能级(5个原子轨道),共有32个原子轨道;可见,能层序数为n的能层容有的原子轨道数为n2个。每个轨道容纳2个电子。 课堂探究 二、泡利原理、洪特规则、能量最低原理 【问题2—2】什么是泡利原理? 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,这个原理被称为泡利原理(也称为泡利不相容原理)。 课堂探究 二、泡利原理、洪特规则、能量最低原理 【问题2—3】观察H和O的基态原子的轨道表示式, 试书写N的基态原子的轨道表示式。 课堂探究 二、泡利原理、洪特规则、能量最低原理 【问题2—4】电子填入简并轨道时需要遵循怎样的原则? 电子填入简并轨道时,优先分别填入不同的简并轨道中,而且自旋平行,然后其他电子再填入相应的轨道中,形成电子对,且自旋相反。 典型例题 二、泡利原理、洪特规则、能量最低原理 【典例1】 下列轨道表示式中哪个表示硼的基态原子？( ) A. B. A A项表示硼的基态原子,B项违背了泡利原理。 二、泡利原理、洪特规则、能量最低原理 【典例2】 下列轨道表示式中哪个表示氧的基态原子？( ) A. B. C. A 典型例题 A项表示氧的基态原子,B项和C项违背了洪特规则。 课堂探究 二、泡利原理、洪特规则、能量最低原理 【问题2—5】电子在填入核外不同能级时有什么选择性呢? 能量越低越稳定,这是自然界的一个普遍规律。上述讨论的均为基态原子的轨道表示式,基态时能量处于最低状态,所以基态原子的电子排布是能量最低的原子轨道组合。 课堂探究 二、泡利原理、洪特规则、能量最低原理 【总结】 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,这就是能量最低原理。 课堂探究 二、泡利原理、洪特规则、能量最低原理 【问题2—6】 (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的价层电子排布是3d14s2,而不是4s3? 遵循能量最低原理。 依据泡利原理和洪特规则。 遵循泡利原理。 课堂探究 二、泡利原理、洪特规则、能量最低原理 【问题2—7】查元素周期表中24Cr、铜、金、银的价电子排布,它们是否符合构造原理,你从中总结出什么规律? 它们的电子排布不符合构造原理,其价电子排布中各能级为全充满或半充满状态。 课堂探究 二、泡利原理、洪特规则、能量最低原理 【总结】 (1) 泡利原理 每个原子轨道里最多只能容纳 个电子，且自旋状态 。 如2s轨道上的电子排布为 ，不能表示为 。 2 相反 课堂探究 二、泡利原理、洪特规则、能量最低原理 【总结】 (2) 洪特规则 当电子排布在同一能级的不同轨道时，基态原子中的电子总是_________ 占据一个轨道，且自旋状态相同。如2p3的电子排布为 ， 不能表示为 或 。 优先单独 课堂探究 二、泡利原理、洪特规则、能量最低原理 【总结】 (3)能量最低原理：即电子尽可能地先占有能量低的轨道，然后进入能量高的轨道，使整个原子的能量处于最低状态。 如图为构造原理示意图，即基态原子核外电子在原子轨道上的排布顺序图： 课堂探究 二、泡利原理、洪特规则、能量最低原理 【总结】 (4)核外电子排布常见错误 在写基态原子的电子排布图时，常出现以下错误： a) b) c) d) (违反能量最低原理) (违反泡利原理) (违反洪特规则) (违反洪特规则) 课堂探究 二、泡利原理、洪特规则、能量最低原理 【总结】 核外电子排布常见错误 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。 课堂探究 二、泡利原理、洪特规则、能量最低原理 【总结】 核外电子排布常见错误 ③注意比较原子核外电子排布式、简化电子排布式、价电子排布式的区别与联系。如Cu的电子排布式：1s22s22p63s23p63d104s1；简化电子排布式：[Ar]3d104s1；价电子排布式：3d104s1。 【练习1】 基态碳原子的核外电子排布为1s22s22p2,p轨道上电子排布方式正确的为(　　) 课堂练习 A 【练习2】 下列说法错误的是(　　) A.原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p1的元素,其价态为+3价时最稳定 B.在同一能级上运动的电子,其运动状态肯定不同 C.碳原子核外能量最高的电子云轮廓图是哑铃状的 D.Cr原子由[Ar]3d44s2→[Ar]3d54s1时,由基态转化成激发态,吸收能量 课堂练习 D 【练习3】 (1)A元素基态原子的最外层有3个未成对电子，次外层有2个电子，其 元素符号为___；其价电子排布图为________________。 (2)B元素的负一价离子和C元素的正一价离子的电子层结构都与氩相同， B的元素符号为___，C离子的结构示意图为________。 (3)D元素的正三价离子的3d能级为半充满，D的元素符号为____，其基态原子的电子排布式为________________________________，其原子的 结构示意图为___________。 课堂练习 N Cl Fe 1s22s22p63s23p63d64s2(或[Ar]3d64s2) 【高考题练习1】 Goodenough等人因在锂离子电池及钴酸锂、磷酸铁锂等正极材料研究方面的卓越贡献而获得2019年诺贝尔化学奖。回答下列问题: 基态Fe2+与Fe3+离子中未成对的电子数之比为　　　　。  课堂练习 4∶5 【高考题练习2】 近年来我国科学家发现了一系列意义重大的铁系超导材料,其中一类为Fe—Sm—As—F—O组成的化合物。 Fe成为阳离子时首先失去　　　轨道电子,Sm的价层电子排布式为4f66s2,Sm3+的价层电子排布式为　　　。  课堂练习 4s　 4f 5 【高考题练习3】 磷酸亚铁锂(LiFePO4)可用作锂离子电池正极材料,具有热稳定性好、循环性能优良、安全性高等特点,文献报道可采用FeCl3、NH4H2PO4、LiCl和苯胺等作为原料制备。回答下列问题: 在周期表中,与Li的化学性质最相似的邻族元素是　　　　,该元素基态原子核外M层电子的自旋状态　　　　(填“相同”或“相反”)。  课堂练习 Mg　 相反 【高考题练习4】 Li是最轻的固体金属,采用Li作为负极材料的电池具有小而轻、能量密度大等优良性能,得到广泛应用。回答下列问题: 下列Li原子电子排布图表示的状态中,能量最低和最高的分别为　 、 　　　　 (填字母)。 课堂练习 D　 C 【高考题练习5】 硫及其化合物有许多用途,相关物质的物理常数如下表所示: 回答下列问题: 基态Fe原子价层电子的电子排布图(轨道表达式)为　　　　　　　 　　　, 基态S原子电子占据最高能级的电子云轮廓图为　　　　形。 课堂练习 哑铃 物质 H2S S8 FeS2 SO2 SO3 H2SO4 熔点/℃ -85.5 115.2 >600 (分解) -75.5 16.8 10.3 沸点/℃ -60.3 444.6 -10.0 45.0 337.0 【高考题练习6】 钾和碘的相关化合物在化工、医药、材料等领域有着广泛的应用。 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形状为　　　　　　　　。 课堂练习 N 球形 【高考题练习7】 我国科学家最近成功合成了世界上首个五氮阴离子盐(N5)6(H3O)3(NH4)4Cl(用R代表)。回答下列问题: 氮原子价层电子的轨道表达式(电子排布图)为　　　　　　　　。  课堂练习 【高考题练习8】 研究发现,在CO2低压合成甲醇的反应中(CO2+3H2 === CH3OH+H2O),Co氧化物负载的Mn氧化物纳米粒子催化剂具有高活性,显示出良好的应用前景。回答下列问题: 元素Mn与O中,基态原子核外未成对电子数较多的是　　　　。  课堂练习 Mn 课堂小结 一、电子云与原子轨道 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.电子云轮廓图: (1)电子出现的概率为90%的空间轮廓图。 (2)形状:s能级为球形,p能级为哑铃状。 3.原子轨道:电子在原子核外的一个空间运动状态。 二、泡利原理、洪特规则、能量最低原理 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。 2.轨道表示式(电子排布图):O 。 3.洪特规则: (1)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。 (2)洪特规则特例:铬(24Cr)　1s22s22p63s23p63d54s1,铜(29Cu)　1s22s22p63s23p63d104s1。 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。 1. 完成学案中的【素养专练】。 2.完成教材“练习与应用”。 布置作业 谢谢大家 $$