第1章 第1节 第3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PPT）-【精讲精练】2025-2026学年高中化学选择性必修第二册（人教版 多选）

该高中化学课件聚焦原子结构与性质，核心涵盖电子云、原子轨道及泡利原理、洪特规则、能量最低原理，通过从玻尔氢原子模型到量子力学理论的发展脉络导入，搭建新旧知识衔接的学习支架，帮助学生建立微观粒子运动的认知框架。 其亮点在于以问题链驱动科学思维，如通过“电子跃迁是否改变电子云形状”等探究培养证据推理能力，用表格系统归纳能层、能级与轨道关系强化模型认知，结合Cr、Cu等特例分析深化理解。分层练习设计兼顾基础与提升，助力学生形成微观探析素养，也为教师提供结构化教学资源，提升课堂效率。

第一节　原子结构 第3课时　电子云与原子轨道　泡利原理、洪特规则、能量最低原理 第一章　原子结构与性质 栏目导航 第一章　原子结构与性质 1 栏目导航 新知学习探究 01 随堂巩固演练 02 知能达标训练 03 栏目导航 第一章　原子结构与性质 1 栏目导航 第一章　原子结构与性质 1 新 知 学 习 探 究 栏目导航 栏目导航 第一章　原子结构与性质 1 氢原子 量子力学 栏目导航 第一章　原子结构与性质 1 概率 ρ 栏目导航 第一章　原子结构与性质 1 空间运动 概率密度 越大 P＝90% 栏目导航 第一章　原子结构与性质 1 球形 球形 半径 哑铃形 三 垂直 栏目导航 第一章　原子结构与性质 1 空间运动状态 球 大 栏目导航 第一章　原子结构与性质 1 哑铃 栏目导航 第一章　原子结构与性质 1 栏目导航 第一章　原子结构与性质 1 栏目导航 第一章　原子结构与性质 1 栏目导航 第一章　原子结构与性质 1 栏目导航 第一章　原子结构与性质 1 栏目导航 第一章　原子结构与性质 1 栏目导航 第一章　原子结构与性质 1 栏目导航 第一章　原子结构与性质 1 栏目导航 第一章　原子结构与性质 1 栏目导航 第一章　原子结构与性质 1 栏目导航 第一章　原子结构与性质 1 顺时针 逆时针 自旋相反 2 相反 栏目导航 第一章　原子结构与性质 1 栏目导航 第一章　原子结构与性质 1 栏目导航 第一章　原子结构与性质 1 6 1 7 13 栏目导航 第一章　原子结构与性质 1 简并轨道 栏目导航 第一章　原子结构与性质 1 较低 较强 1s22s22p63s23p63d54s1 栏目导航 第一章　原子结构与性质 1 能量最低 最低 栏目导航 第一章　原子结构与性质 1 栏目导航 第一章　原子结构与性质 1 栏目导航 第一章　原子结构与性质 1 栏目导航 第一章　原子结构与性质 1 栏目导航 第一章　原子结构与性质 1 栏目导航 第一章　原子结构与性质 1 栏目导航 第一章　原子结构与性质 1 栏目导航 第一章　原子结构与性质 1 栏目导航 第一章　原子结构与性质 1 栏目导航 第一章　原子结构与性质 1 栏目导航 第一章　原子结构与性质 1 栏目导航 第一章　原子结构与性质 1 栏目导航 第一章　原子结构与性质 1 栏目导航 第一章　原子结构与性质 1 栏目导航 第一章　原子结构与性质 1 栏目导航 第一章　原子结构与性质 1 栏目导航 第一章　原子结构与性质 1 栏目导航 第一章　原子结构与性质 1 栏目导航 第一章　原子结构与性质 1 栏目导航 第一章　原子结构与性质 1 随 堂 巩 固 演 练 栏目导航 栏目导航 第一章　原子结构与性质 1 栏目导航 第一章　原子结构与性质 1 栏目导航 第一章　原子结构与性质 1 栏目导航 第一章　原子结构与性质 1 栏目导航 第一章　原子结构与性质 1 栏目导航 第一章　原子结构与性质 1 栏目导航 第一章　原子结构与性质 1 栏目导航 第一章　原子结构与性质 1 栏目导航 第一章　原子结构与性质 1 栏目导航 第一章　原子结构与性质 1 栏目导航 第一章　原子结构与性质 1 栏目导航 第一章　原子结构与性质 1 栏目导航 第一章　原子结构与性质 1 知 能 达 标 训 练 栏目导航 点击进入Word 栏目导航 第一章　原子结构与性质 1 谢谢观看 栏目导航 第一章　原子结构与性质 1 [素养目标]　 1.了解核外电子的空间运动状态、电子自旋、电子云与原子轨道，培养宏观辨识与微观探析的化学核心素养。 2.掌握泡利原理、洪特规则、能量最低原理。会书写和说明1～36号元素基态原子的核外电子排布式和轨道表示式，培养证据推理与模型认知的化学核心素养。 知识点一　电子云与原子轨道 1．原子核外电子的运动状态的理论发展 1913年，玻尔提出__________模型，电子在线性轨道上绕核运行。 1926年，玻尔建立的线性轨道模型被____________推翻。 2．概率密度 量子力学指出，一定空间运动状态的电子在核外空间各处都可能出现，但出现的________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，则称为概率密度，用______表示。 3．电子云 (1)电子云是处于一定____________状态的电子在原子核外空间的____________分布的形象化描述。小点越密，表示概率密度________。 如氢原子的电子云图为 (2)电子云轮廓图：把电子在原子核外空间出现概率______________的空间圈出来的图形。 (3)形状 4．原子轨道 (1)概念：量子力学把电子在原子核外的一个________________称为一个原子轨道。 (2)形状 ①s电子的原子轨道呈______形，能层序数越大，原子轨道的半径越______。 ②p电子的原子轨道呈________形，能层序数越大，原子轨道的半径越大。 (3)各能层包含的原子轨道类型和数目 电子层 原子轨道类型 原子轨道数目 1 1s 1 2 2s、2p 4 3 3s、3p、3d 9 4 4s、4p、4d、4f 16 n …… n2 提示：2p、3p、4p的轨道相同，均为三个，半径依次增大。 1．如果电子发生跃迁，电子云形状会变成哑铃吗？ 提示：会，例如从1s能级跃迁到2p能级。 2．同一原子中，2p、3p、4p能级的轨道数目相同吗？半径一样吗？ 3．d能级轨道呈梅花形，在空间坐标轴中形状如下图： d能级共有________个轨道；最早出现d能级的是________能层。 提示：5　M 能层中能级与原子轨道的关系 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 4s 1 4s 球形 － 4p 3 4px、4py、4pz 哑铃形 相互垂直 4d 5 …… …… …… 4f 7 …… …… …… …… …… …… …… …… …… 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 四个能级，16个原子轨道。 1．下列有关原子轨道和电子云的说法正确的是(　　) A．s轨道呈球形，随能层序数的增加，s轨道数也增加 B．p轨道呈哑铃形，p轨道电子绕核做“∞”形运动 C．电子云是笼罩在原子核外的云雾 D．电子云图中小点的疏密程度表示电子在原子核外空间出现概率的大小 解析　任何能层的s能级都只有1个原子轨道，与能层序数的大小无关，故A错误；电子在p轨道上绕核高速运动，不是做“∞”形运动，故B错误；电子云不是笼罩在原子核外的云雾，是表示电子出现的概率，小点的疏密表示电子在原子核外空间出现的概率大小，故C错误、D正确。 答案　D 2．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 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__________和__________两种取向，简称____________，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____个电子，它们的自旋________，这个原理被称为泡利原理(也称泡利不相容原理)。 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、数字的意义如下所示： 由轨道表示式可知： 在铝原子中，有____个电子对，____个单电子，有____种空间运动状态，____种电子运动状态。 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。 相对稳定的状态 如24Cr的电子排布式为____________________，为半充满状态，易错写为1s22s22p63s23p63d44s2。 4．能量最低原理 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________，这就是能量最低原理。 1．基态碳原子核外有________种运动状态的电子，有________种能量状态的电子，有________种空间运动状态的电子。 提示：6　3　4 2．下面是小明同学画的四种基态氮原子的电子排布图，请你分析分别违背了哪项排布规则。 (a)违背了________；(b)违背了________；(c)违背了________；(d)违背了________。 提示：泡利原理　能量最低原理　洪特规则　洪特规则 3．写出基态Fe原子的核外电子排布式：________________，其价层轨道表示式为______________。 提示：1s22s22p63s23p63d64s2或[Ar]3d64s2　 4．结合相关化学知识，回答下列问题： (1)基态Mn原子核外未成对电子有________个。 (2)基态Ge原子的核外电子排布式为[Ar]________，有________个未成对电子。 (3)镍元素基态原子的电子排布式为__________，3d能级上的未成对电子数为________。 提示：(1)5　(2)3d104s24p2　2 (3)1s22s22p63s23p63d84s2或[Ar]3d84s2　2 1．核外电子排布规律 基态原子的核外电子排布规律应遵循： (1)泡利原理：每个能级最多容纳2个自旋方向相反的电子。 (2)洪特规则：同能级电子优先单独占据一个轨道，且自旋平行。 (3)能量最低原理：遵循构造原理，优先占据能量较低的轨道，使原子总能量最低。 (4)特殊性 有少数元素基态原子的电子排布对于构造原理有1个电子的偏差，因为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。如 2．未成对电子数目判断及应用 未成对电子数的判断或利用未成对电子数来推断元素是高考的热 点。 (1)解题思路 综合利用核外电子排布规律，书写价层电子排布图，判断未成对电子的数目。 (2)未成对电子数的规律 1～36号元素中，未成对电子数目与元素电子排布间的关系如下： ①有1个未成对电子的排布为ns1、ns2np1、ns2np5、3d14s2、3d104s1。 ②有2个未成对电子的排布为ns2np2、ns2np4、3d24s2、3d84s2。 ③有3个未成对电子的排布为ns2np3、3d34s2、3d74s2。 ④有4个未成对电子的排布为3d64s2。 ⑤有5个未成对电子的排布为3d54s2。 ⑥有6个未成对电子的排布为3d54s1。 1．下列轨道表示式能表示基态硫原子最外层结构的是(　　) 解析　原子核外电子优先占据能量最低的轨道，然后依次进入能量高的轨道，这样使整个原子处于能量最低的状态，A中3s轨道没有排满就排3p轨道了，违背了能量最低原理；B、C违背了洪特规则，电子总是优先单独分占，且自旋平行。 答案　D 2．下列各项叙述错误的是(　　) A．如果硫原子轨道表示式为，则违反了泡利原理 B．如果25号Mn元素的基态电子排布式为1s22s22p63s23p63d7，则违反了构造原理 C．氮原子的轨道表示式为，符合洪特规则和泡利原理 D．泡利原理、洪特规则、构造原理都是对核外电子排布满足能量最低的要求 解析　所画的轨道表示式中3p能级，电子将尽可能分占不同的轨 道，且自旋方向相同，违背了洪特规则，A错误；因为4s轨道能量比3d轨道能量还低，所以25号Mn元素的基态电子排布式为1s22s22p63s23p63d7，违反了构造原理，应该为1s22s22p63s23p63d54s2，B正确；氮原子的轨道表示式为，符合洪特规则和泡利原理，C正确；泡利原理、洪特规则、构造原理都是对核外电子排布满足能量最低的要求，D正确。 答案　A 3．(2025·沧州一中高二检测)下列氮原子的轨道表示式中，能量由低到高的顺序是(　　) A．①③②④　　　　　 B．①③④② C．④③②① D．②④③① 解析　各能级轨道中电子能量：1s<2s<2p，能量较高的轨道中电子越多，该微粒能量越高，所以2p轨道上电子越多、1s轨道上电子越少，该微粒能量越高，根据图知能量由低到高的顺序是①<③<②<④，故选A。 答案　A 4．(2024·陕西西安高二期末)原子核外运动的电子有两种相反的自旋状态，若一种自旋状态用＋0.5表示，与之相反的用－0.5表示，±0.5即称为电子的自旋磁量子数。对于基态Ti原子，其价电子自旋磁量子数的代数和为(　　) A．－1 B．＋1 C．0 D．－1或＋1 解析　基态钛原子的价电子排布式为3d24s2，3d2是分占2个d轨道、自旋方向相同的2个电子，4s轨道填了自旋方向相反的2个电子，则其价电子自旋磁量子数的代数和为2×＝＋1或2×＝－1， 故选D。 答案　D 5．(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(不稳定状态)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)。 解析　(1)同一轨道中不应有自旋状态相同的电子，③违背了泡利原理；②中单电子自旋状态应相同，④中5个电子应分占5个轨道，⑥中单电子自旋状态应相同，所以②④⑥违背了洪特规则。(2)3s、3p能级的能量小于3d，激发态为1s22s22p63s13p33d2，则基态应为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)①③⑤②④ 1．下列说法正确的是(　　) A．1s与2s轨道最多容纳的电子数不同 B．3p与2p的原子轨道都是哑铃形 C．p轨道电子能量一定比s轨道电子能量大 D．电子云表示的是电子在原子核外空间的运动轨道 解析　s能级只有一个轨道，每个轨道最多容纳2个电子，s能级最多容纳的电子数是2，则1s、2s轨道最多容纳的电子数都是2，故A错误；不同能层的p轨道的形状和数目相同，则3p轨道和2p轨道都呈哑铃形，故B正确；电子能量与能层和能级有关，电子离核越远能量越高，则p轨道电子的能量不一定高于s轨道电子的能量，如2p小于3s，故C错误；电子云表示电子在核外单位体积的空间出现的概率大小，电子在原子核外的运动是无规则的，则电子云不能表示电子在原子核外空间的运动轨道，故D错误。 答案　B 2．(2025·四川遂宁高二月考)下面是第二周期部分元素基态原子的电子排布图，据此下列说法错误的是(　　) A．每个原子轨道里最多只能容纳2个电子 B．电子排在同一能级时，总是优先单独占据一个轨道 C．每个能层所具有的能级数等于能层的序数(n) D．N原子中有5种电子运动状态 解析　观察题中四种元素的电子排布图，对原子轨道容纳的电子数做出判断，根据洪特规则，可知电子在同一能级的不同轨道时，优先占据一个轨道，任一能级总是从s轨道开始，能层数目即为轨道能级数。由题给的四种元素原子的电子排布图可知，在一个原子轨道里，最多能容纳2个电子，符合泡利原理，故A正确；电子排在同一能级的不同轨道时，总是优先单独占据一个轨道，符合洪特规则，故B正确；任意能层的能级总是从s能级开始，而且能级数等于该能层序数，故C正确；原子核外电子运动的能层、能级、轨道都代表电子的运动状态，即使在一个原子轨道的2个电子，其自旋状态相反，故N原子中有7种电子运动状态，故D错误。 答案　D 3．(2024·景德镇高二期中)下列Si原子的价层电子的电子排布图表示的状态中，能量最高的是(　　) 解析　该项中的价层电子的电子排布图是基态Si原子的，A不符合题意；该项中的价层电子的电子排布图也是基态的，但是3p轨道的两个电子自旋状态不同，不符合洪特规则，B不符合题意；该项中的一个电子由3s轨道跃迁至3p轨道，D项中两个电子由3s轨道跃迁至3d轨道，故二者相比，C项表示的状态能量较低，C不符合题意、D符合题意。 答案　D 4．(2024·杭州高二调研)在多电子原子中，决定轨道能量的因素是(　　) ①能层　②能级　③电子云的伸展方向　④电子自旋状态 A．①②　　　　　　　 B．①④ C．②③ D．③④ 解析　多电子原子中，在电子填充原子轨道时，形状相同的原子轨道，能层序数越大，轨道的能量越高，如E(1s)<E(2s)<E(3s)<E(4s)；相同能层不同能级的原子轨道能量高低：E(ns)<E(np)<E(nd)<E(nf)…；同一能级的原子轨道具有相同的能量，如E(npx)＝E(npy)＝E(npz)，因此轨道的能量是由能层和能级决定的，与电子云的伸展方向、电子自旋状态无关，A正确。 答案　A 5．如图是s轨道和p轨道的原子轨道图，试回答问题： (1)s电子的原子轨道呈________形，每个s轨道有________个原子轨道；p电子的原子轨道呈________形，每个p轨道有________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________个伸展方向；元素X的名称是________，它的氢化物的化学式是________。若元素X的原子最外层电子排布式为nsn-1npn+1，那么X的元素符号应为________，原子的轨道表示式为________。 解析　(1)根据图中信息得到s电子的原子轨道呈球形，每个s轨道有1个原子轨道；p电子的原子轨道呈纺锤形，每个p轨道有3个原子轨道； (2)元素X的原子最外层电子排布式为nsnnpn+1，则n＝2，因此原子中能量最高的是2p电子，其电子云在空间有3个伸展方向；该元素原子核外有7个电子，因此元素X的名称是氮，它的氢化物的化学式是NH3。若元素X的原子最外层电子排布式为nsn-1npn+1，则n＝3，该元素原子核外有16个电子，那么X的元素符号应为S，原子的核外电子表示式为1s22s22p63s23p4，其原子的轨道表示式为。 答案　(1)球　1　哑铃(或纺锤)　3 (2)2p　3　氮　NH3　S $