1.1.3电子云与原子轨道 课件 2025-2026学年高二上学期化学人教版选择性必修2

第一节 原子结构 电子云与原子轨道 核心素养目标 宏观辨识与微观探析 能从微观层面理解电子云是电子在原子核外空间概率密度分布的形象描述，通过电子云轮廓图辨识 s、p 等原子轨道的形状与空间取向； 能关联原子轨道的微观特征（如 s 轨道球形、p 轨道哑铃形）与宏观元素的性质差异，建立 “微观轨道分布→宏观原子结构、元素性质” 的认知逻辑。 变化观念与平衡思想 理解电子在原子核外的运动并非固定轨道，而是以概率分布的动态形式存在，体会电子云反映的是电子运动的 “概率平衡” 状态； 认识不同能层、能级的原子轨道能量差异，理解电子在轨道间的填充与跃迁是能量驱动的动态过程，形成 “结构变化与能量变化相统一” 的化学观念。 科学态度与社会责任 认识原子轨道理论在半导体材料、新型催化剂研发中的应用，感受物质结构知识对科技进步和社会发展的推动作用，增强科学服务社会的责任感。 学习重难点 重点 1.电子云的概念，电子云轮廓图的含义； 2.s、p 原子轨道的形状、空间取向及数目规律； 3.能层、能级与原子轨道的对应关系。 难点 1.电子云 “概率密度分布” 的抽象理解； 2.不同能层、能级原子轨道的空间分布与能量关系； 3.能层、能级、原子轨道、电子数之间的逻辑关联。 课前导入 同学们，我们之前学过玻尔的原子模型，认为电子在固定的线性轨道上运动，但到了 1926 年，这个模型被量子力学推翻了。如果电子不是在“固定跑道”上跑，那它到底在原子里怎么运动呢？今天我们要认识的“电子云”，就是描述电子运动的“概率地图”—— 它不是电子的实际轨迹，而是电子出现概率的形象化表达。 电子云 01 电子云 原子核外电子的运动状态是怎样的呢？ 1913年，玻尔提出电子在特定轨道上运动的线性轨道模型，1926年，玻尔建立的线性轨道模型被量子力学推翻。 薛定谔方程： 1926年奥地利物理学家薛定谔提出，可以用一个数学方程描述核外电子的运用状态，为近代量子力学奠定了理论基础。 薛定谔 玻尔 电子云 1.概率密度 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。 ρ= 表示电子在某处出现的概率 概率密度 表示该处的体积 电子云 2.电子云 左图是氢原子1s电子的概率密度分布图。 图中的小点是什么呢？是电子吗？ 氢原子的1s电子在原子核外出现的概率密度分布图 小点是1s电子在原子核外出现的概率密度的形象描述。小点越密，表明概率密度越大。 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。 换句话说，电子云是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。 电子云 宏观物体的运动与微观粒子的运动对比 1.宏观物体的运动有确定的运动轨迹，可以准确测出其在某一时刻所处的位置及运行的速度，描绘出其运动轨迹。 2.由于微观粒子质量小、运动空间小、运动速度快，不能同时准确测出其位置与速度，所以对于核外电子只能确定其在原子核外空间出现的概率。 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 电子云 3.电子云轮廓图 为了表示电子云轮廓的形状，对核外电子的空间运动状态有一个形象化的简便描述，把电子在原子核外空间出现概率P=90%的空间圈出来，即电子云轮廓图。 电子云轮廓图的绘制过程 电子云 （1）s电子云轮廓图 所有原子的任一能层的s电子的电子云轮廓图都是一个球形，只是球的半径不同。同一原子的能层越高，s电子云半径越大。 形状 s电子云 p电子云 球形 哑铃形 有三种空间伸展方向 相对于x轴对称 相对于y轴对称 相对于z轴对称 电子云 同一原子的能层越高，s电子云半径越大。如图所示： 同一原子的s电子的电子云轮廓图 原因：电子能量越高，电子在离核更远的区域出现的概率越大，电子云越来越向更大的空间扩展。 电子云 （2）p电子云轮廓图 除s电子云外，其他电子云轮廓图都不是球形的，如p电子云轮廓图是哑铃（纺锤）形的。每个p能级都有3个相互垂直的电子云，分别成为px、py、pz，如图所示： p电子云轮廓图的平均半径随能层序数的增大而增大。 原子轨道 02 原子轨道 1.定义 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。各能级的一个空间伸展方向的电子云轮廓图即表示一个原子轨道。常用电子云轮廓图的形状和取向表示原子轨道的形状和取向。 2.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 同一能层中，不同能级原子轨道的能量及空间伸展方向不同，但同一能级的不同原子轨道能量相同，称为简并轨道。 原子轨道 d能级的电子云轮廓图 花瓣形 原子轨道 f能级的电子云轮廓图 原子轨道与能层序数(n)的关系：原子轨道数目=n2 原子轨道 2.不同能层的能级、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 K 1s 1 1s 球形 —— L 2s 1 2s 球形 —— 2p 3 2px、2py、2pz 哑铃形 互相垂直 M 3s 1 3s 球形 —— 3p 3 3px、3py、3pz 哑铃形 互相垂直 3d 5 …… …… …… N 4s 1 4s 球形 —— 4p 3 4px、4py、4pz 哑铃形 互相垂直 4d 5 …… …… …... 4f 7 …… …… …… 原子轨道 （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轨道电子云轮廓分别相同吗？能量分别相同吗？ （3）基态原子的核外电子填充在6个轨道的元素有几种？ s、p能级分别有1、3个原子轨道，按照构造原理，核外电子填充在6个轨道的元素为1s22s22p63s1(Na)和1s22s22p63s2(Mg)，共2种。 思考与讨论 空间运动状态 、电子云形状、轨道数目、最多容纳电子数等不同。 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)。 随堂测试 （1）从空间角度看，2s轨道比1s轨道大，其空间包含了1s轨道_________ 。 （2）同一原子中，2p、3p、4p能级的轨道数依次增多__________。 （3）p能级的能量一定比s能级的能量高___________。 （4）2p和3p轨道形状均为哑铃形，能量也相等___________。 （5）2px、2py、2pz轨道相互垂直，能量相等___________。 1.正误判断 错误 正确 错误 错误 正确 随堂测试 2.某基态原子的核外电子排布式为[Ar]3d104s24p4，下列说法错误的是(　　) A．该元素原子核外共有34个运动状态不同的电子 B．该元素原子的最高能层符号为N C．该元素原子核外电子有18种空间运动状态 D．该元素原子价层电子排布式为3d104s24p4 D 随堂测试 3.图1和图2分别是1s电子的概率密度分布图和原子轨道图。下列有关说法正确的是( ) A.图1中的每个小黑点表示1个电子 B.图2表示1s电子只能在球体内出现 C.图2表明1s轨道呈球形，有无数对称轴 D.图1中的小黑点表示电子在核外所处的位置 C 随堂测试 4.第N能层所含能级数、原子轨道数和最多容纳电子数分别为（ ） A．3、32、2× 32 B．4、42、2× 32 C．5、42、5× 32 D．4、42、2× 42 D THE END 谢谢 $