1.1.3电子云与原子轨道　泡利原理、洪特规则、能量最低原理 课件 2025-2026学年高二下学期化学人教版选择性必修2

第一章 原子结构与性质 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 知识点一　 电子云与原子轨道 1926年，玻尔建立的线性轨道模型被量子力学推翻。 1913年，波尔提出氢原子模型，电子在线性轨道上绕核运行。 玻尔模型 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(ρ)分布。 电子云模型 新课导入 一、电子云 P 表示电子在某处出现的概率 V 表示该处的体积 ρ = 1、概率密度 氢原子的1s电子 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 【思考】图中许多的小点表示氢原子的电子吗？ 小点越密，表明概率密度越大 ——核外电子的概率密度分布 2、电子云 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。不代表电子的运动轨迹。 小黑点不代表电子，也不代表电子在核外空间出现的真实位置 一、电子云 3、电子云轮廓图 把电子在原子核外空间出现概率P=90%的空间圈出来。 电子云图 电子云轮廓图 s 轨道电子云轮廓图绘制过程 电子云图很难绘制,使用不方便,故常使用电子云轮廓图。 （1）s能级电子的电子云轮廓图 ——球形 同一原子的s电子的电子云轮廓图： 1s 2s 3s 4s 不同能层的s电子的电子云形状一致，均为球形 同一原子的能层越高，s电子云半径越大。 只有一种空间伸展方向。 原因：由于电子能量依次增高，电子在离核更远的区域出现的概率增大，电子云越来越向更大的空间扩展。 规律 （2）p能级电子的电子云轮廓图 ——哑铃形 不同能层p电子的电子云形状一致，均为哑铃形。 能层越高，p电子云半径越大。 p能级有3个相互垂直的电子云，分别称为px、py、pz (3种空间伸展方向) 同一能层中px、py、pz的能量相同。 规律 右下角x、y、z分别是p电子云在直角坐标系里的取向 有三种空间伸展方向，分别相对于x、y、z轴对称，相互垂直。同一能级的几个能量相同的原子轨道(如2px、2py、2pz)互称为简并轨道 二、原子轨道 1、含义：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。 空间运动状态数 = 原子轨道数 s电子的原子轨道1个，呈球形 2、形状： 能层序数越大，原子轨道的半径越大。 二、原子轨道 p能级有3个原子轨道，它们互相垂直，分别以px、py、pz 表示。呈哑铃形。 【思考】　（1）p能级有3个原子轨道，它们位置有何关系？在同一能层 中，px、py、pz的能量是否相同？ 提示：p能级的3个原子轨道互相垂直，分别用px、py、pz表示。在同一能 层中，px、py、pz的能量相同。 （2）4f能级有7个轨道，则其电子云在空间有几种伸展方向？ 提示：7种。 化学·选择性必修2 目 录 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 …… …… …… 4 9 16 1 能层序数 = 能级个数 归纳总结：能层、能级和原子轨道之间的关系 能层序数n越大，原子轨道的半径越大 如 1s<2s<3s<4s 能层的原子轨道总数=n2 (n为能层序数) 1. 正误判断（正确的打“√”，错误的打“×”）。 （1）所有原子的电子云均为球形。 （　×　） （2）1s的电子云图中一个小点表示一个自由运动的电子。 （　×　） （3）2s的电子云比1s的电子云大，说明2s的电子云中的电子比1s的多。 （　×　） （4）原子轨道都具有一定的伸展方向。 （　×　） （5）2px、2py、2pz轨道相互垂直，能量相等。 （　√　） × × × × √ 化学·选择性必修2 目 录 2. （2025·唐山一中高二月考）如图甲是氢原子的1s电子云图（即概率密 度分布图），图乙、丙分别表示s、p能级的电子云轮廓图。下列有关说法 正确的是（　　） A. 电子云图（即概率密度分布图）就是原子轨道图 B. 3p2表示3p能级中有两个原子轨道 C. 由图乙可知，s能级的电子云轮廓图呈圆形，有无数条对称轴 D. 由图丙可知，p能级的原子轨道图呈哑铃形，且有3个伸展方向 √ 化学·选择性必修2 目 录 3. （鲁科版改编题）下列叙述中，正确的是（　　） A. s、p、d能级所含有的原子轨道数分别为1、3、5 B. 同一能级的原子轨道能量、形状、空间伸展方向均相同 C. 不同的能层所含的s能级的原子轨道数是不同的 D. 各能层含有的原子轨道数为2n2 解析：B项，p能级有3个原子轨道，其在空间中的伸展方向不同， 错误；C项，s能级均只含有1个原子轨道，错误；D项，各能层（n）含有的原子轨道数为n2，错误。 √ 化学·选择性必修2 目 录 知识点二　 泡利原理、洪特规则、能量最低原理 能级 s p d f 最多可容纳电子数 2 6 10 14 原子轨道数 1 3 5 7 每个轨道容纳电子数 2 2 2 2 总结：每个原子轨道最多只能容纳 个电子 2 思考：每个能层的最多所能容纳的电子数？ = 1×2 = 3×2 = 5×2 = 7×2 为什么每个轨道最多能容纳2个电子？这两个电子的状态是否完全相同？ 1s2 1s 1s 如：He 在一个原子轨道里，最多只能容纳_____个电子，它们的自旋________。 2、泡利原理 （也称泡利不相容原理） 电子自旋在空间有________________两种取向， 简称_________。 三、电子自旋与泡利原理 填多少 电子除空间运动状态外，还有一种状态叫做自旋。 1、自旋： 用上下箭头“↑”“↓”表示 自旋相反 顺时针和逆时针 2 相反 ✔ ✘ (1)轨道表示式(又称电子排布图) 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)。 s p d f ↑↓ ↑↑ ↑↓ ↑↓ ↑↓ × 3.电子排布的轨道表示式 (2)表示方法 ——以Si原子为例： 1s 2s 2p 3s 3p 1个原子轨道 能层序数、能级符号 空轨道 单电子 Si： ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑ ↑ 1个箭头表示1个电子及其自旋状态(用“↑↓”表示2个自旋相反的电子，称电子对) 能量相同的简并轨道 通常在方框的下方或上方标记能级符号 自旋平行的电子 不同能层及能级中的□要分开，同一能层的相同能级中的□要相连。有时画出的能级上下错落，以表达能量高低不同。 ★注意： 在Si原子中有6个电子对，2个单电子，核外电子有8种空间运动状态，有14种电子运动状态。 四、洪特规则 洪特规则：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。 2p3的电子排布图 × × √ 注意：①洪特规则不仅适用于基态原子，也适用于基态离子。 ②洪特规则针对电子填入简并轨道而言的，不适用于能量不同的轨道。 怎么填 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优先单独占据一个轨道，且自旋状态相同 四、洪特规则 能量相同的原子轨道在全充满、半充满、 全空状态时， 体系的能量较低，原子较稳定。 特例 相对稳定的状态 半充满：p3、d5、f7 全充满：p6、d10、f14 全空： p0、d0、f0 4s 3d 4s 3d ↑ ↑ ↑↓ ↑ ↑ ↑ ↑ ↑ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ 24Cr的价层电子排布图： 29Cu的价层电子排布图： 表示方法 原子结构示意图   电子式   电子排布式 简化电子排布式 价层电子排布 电子排布的轨道表示式 (电子排布图) 价层电子的轨道表示式 以硫(S)为例 1s22s22p63s23p4 [Ne]3s23p4 3s23p4 基态原子核外电子排布的表示方法 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。 基态原子：处于能量最低状态的原子 五、能量最低原理 能级的能量高低顺序：如构造原理 1s→2s→2p→3s→3p→4s→3d→4p ① E(K)＜ E(L)＜ E(M)＜ E(N)＜ E(O)＜ E(P)＜ E(Q) ② E(ns)＜ E(np)＜ E(nd)＜ E(nf)…… ③ E(4s)＜ E(3d)…… 5. 问题探究 核外电子在原子轨道上排布遵循能量最低原理、泡利不相容原理和洪特规 则。这三个原则并不是孤立的，而是相互联系、相互制约的。也就是说核 外电子在原子轨道上排布要同时遵循这三个原则。 （1）指出下列核外电子的轨道表示式的书写分别违背了什么原则？ ①2p轨道上有3个电子的原子： ②2p轨道上有2个电子的原子： ③基态P原子：1s22s22p63s23 3 ④4s轨道上有2个电子的原子： ⑤3d轨道上有8个电子的原子： 化学·选择性必修2 目 录 （3）已知钛的原子序数是22，写出基态钛原子的简化电子排布式和轨道 表示式。 （2）24Cr的电子排布式按照能量最低原理写成1s22s22p63s23p63d44s2，是否 正确？ 提示：不正确。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，具有稳定性和较低的能量。如24Cr的电子排布式应写为 1s22s22p63s23p63d54s1，3d能级为半充满状态。 提示：[Ar]3d24s2　 化学·选择性必修2 目 录 1. 正误判断（正确的打“√”，错误的打“×”）。 （1）当电子排布在同一能级的不同轨道时，电子总是先占满1个轨道，然 后再占据其他原子轨道。 （　×　） （2）原子核外电子排布为ns2np7，它违背了能量最低原理。 （　×　） （3）在d轨道有四个电子时电子排布成 而不排布 成 （　√　） （4）基态碳原子中不存在单电子。 （　×　） × × √ × 化学·选择性必修2 目 录 2. （教材改编题）下列轨道表示式中能正确表示某基态原子的核外电子排 布的是（　　） √ 化学·选择性必修2 目 录 归纳总结 　　基态原子核外电子排布遵循能量最低原理、泡利原理和洪特规则，若 违背其一，则原子能量不处于最低状态，原子不稳定。 化学·选择性必修2 目 录 3. （2025·安庆高二期中）下列对电子排布式或电子排布图书写的评价正 确的是（　　） 选项 化学用语 评价 A O原子： 错误；违反泡利原理 B N原子： 错误；违反洪特规则 C Ca原子：1s22s22p63s23p63d2 错误；违反能量最低原理 D 26Fe3＋：1s22s22p63s23p63d6 正确 √ 化学·选择性必修2 目 录 归纳总结 书写轨道表示式时的“四”注意 （1）注意“一”：一个方框表示一个原子轨道，一个箭头表示一个电子 及其自旋取向。 （2）注意“二”：不同能级中的 要分开，同一能级中的 要简并。 （3）注意“三”：整个轨道表示式中各能级的排列顺序要与相应的电子 排布式一致。 （4）注意“四”：当 中有2个电子时，它们的自旋相反。 化学·选择性必修2 目 录 $