1.1.2 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

该高中化学课件聚焦电子云、原子轨道及泡利原理、洪特规则、能量最低原理，课堂导入从玻尔线性轨道模型被量子力学推翻切入，通过薛定谔方程引出电子运动的概率特征，搭建从经典轨道到量子概率模型的学习支架，衔接原子结构基础与核外电子运动状态的深入理解。 其亮点在于以“问题链”驱动科学思维，通过思考讨论对比宏观与微观运动差异，结合C、Cr等原子轨道表示式书写实例培养证据推理能力。采用表格归纳能层-能级-轨道关系，作业设计元素推断题，落实化学观念中结构决定性质的核心，提升学生科学探究与实践能力，助力教师高效教学与学生深度学习。

第一节 原子结构 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 第一章　原子结构与性质 人教版化学 选择性必修2 物质结构与性质 氢原子模型 1913年，玻尔提出氢原子模型，电子在 上绕核运行。 1922年诺贝尔物理学奖获得者 然而，1926年，玻尔建立的线性轨道模型被量子力学推翻。 线性轨道 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动状态，为近代量子力学奠定了理论基础。 埃尔温·薛定谔 (Erwin Schrödinger) 核外电子的运动特点 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。 (核外电子运动空间的不确定性与概率) 【思考讨论】宏观物体与微观物体（电子）的运动有什么区别? 宏观物体的运动特征： 可以准确地测出它们在某一时刻所处的位置及运行的速度； 可以描画它们的运动轨迹。 微观物体的运动特征： 电子的质量很小，只有9.11×10-31千克；核外电子的运动范围很小 （相对于宏观物体而言）；电子的运动速度很大；无法描述其运动轨迹；不能同时准确的测定其位置和速率。 测不准原理 一、电子云 一、电子云 图中⊕表示氢原子原子核， 一个小黑点代表电子在这里出现过一次 一、电子云 小黑点的疏密表示电子在核外空间单位体积内出现的概率的大小。 1. 概率密度：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ρ表示。 一、电子云 氢原子的1s电子在原子核外出现的概率分布图 小黑点是单位体积内出现的概率；电子在原子核外出现外出现的概率密度的形象描述 小黑点越密，表明概率密度越大 小黑点不是电子！只表示在这里电子出现了一次！ 小黑点也不是电子的运动轨迹，更不是电子真实出现的次数！（补充：电子无运动轨迹） 概率密度： 一、电子云 2. 电子云 由于核外电子的概率密度分布看起来像一片云雾，因而被形象的称作“电子云”。 定义： 一定空间运动状态的电子在核外空间的概率密度分布的形象化描述！ 一、电子云 3. 电子云轮廓图 绘制电子云轮廓图的目的是表示____________的形状，对核外电子的_____________有一个形象化的简便描述。绘制电子云轮廓图时，把电子在原子核外空间出现概率P =______的空间圈出来。  电子云轮廓 空间运动状态 90% 电子云图很难绘制，使用不便，我们常使用电子云轮廓图 s电子云轮廓图的绘制过程 一、电子云 【思考讨论】：同一原子的s电子的电子云轮廓图有什么区别和相同之处？ 规律：①不同能级s电子的电子云形状一致，均为球形。 ②能层越高，s电子的电子云半径越大。 ③空间伸展方向只有一个(1种空间运动状态) 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。 4. 电子云形状——s能级 一、电子云 4. 电子云形状——p能级 ①p电子的电子云形状则为哑铃形 ②每个p能级有三种空间伸展方向，(3种空间运动状态)分为相对于x、y、z轴对称，即相互垂直，分别以px、py、pz表示。 ③在同一能层同一能级中px、py、pz的能量相同。——【简并轨道】 ④能层越高，p电子云半径越大。 一、电子云 4. 电子云形状——d能级 每个d能级有5个不同伸展方向的电子云，形状——花瓣形（梅花形） 一、电子云 4. 电子云形状——f能级 每个f 能级有7个不同伸展方向的电子云 一、电子云 4. 电子云形状 作业2 1-3 BCD 11 D 9.完成下列各题。 (1)基态Zn原子核外电子排布式为____________________________。  (2)基态Fe2+核外电子排布式为____________________________。  (3)基态Ge原子的核外电子排布式为[Ar]____________________________。  (4)基态Se原子的核外电子排布式为_____________________________________。 1s22s22p63s23p63d104s2(或[Ar]3d104s2) 1s22s22p63s23p63d6(或[Ar]3d6) 3d104s24p2 1s22s22p63s23p63d104s24p4(或[Ar]3d104s24p4) 作业2 (1)A为____________(填元素符号,下同),其基态原子的电子排布式为____________________________。  (2)B为______________,其基态原子的简化电子排布式为______________。  Si 1s22s22p63s23p2(或[Ne]3s23p2) Na [Ne]3s1 (3)C为________,其基态原子的价层电子排布为______________。  (4)D为________。  (5)E为________________,其原子结构示意图为________________________。  P 3s23p3 N Fe 二、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__________。 表示：常用电子云轮廓图的形状和取向来表示原子轨道的形状和取向。 各能级的一个伸展方向的电子云轮廓图即表示一个原子轨道。 原子轨道 90% 二、原子轨道 2. s能级的原子轨道图（球形） (1) ns能级只有一个原子轨道，形状：球形 (2) n越大，原子轨道半径越大 二、原子轨道 3. p能级的原子轨道图（哑铃形） (1) np能级有三个能量相等的原子轨道，px、py、pz，哑铃形，相互垂直 (2) n越大，原子轨道半径越大 简并轨道：同能层中能量相同但是延伸方向不同的轨道。 二、原子轨道 【思考讨论】分析P14表1-2，归纳总结能层、能级和原子轨道之间的关系 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 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 …… …… …… 二、原子轨道 【思考讨论】 (2) 不同能层的同种能级的原子轨道形状 ，只是半径 。能层序数n越大，原子轨道的半径 ，能量越高。 (4) 原子轨道数与能层序数(n)的关系：原子轨道为 个。 n2 相同 不同 越大 (3) p能级有 个原子轨道，它们互相垂直。在同一能层中px、py、pz的能量 ，取向不同。nd 能级有5个能量相同的原子轨道，nf 能级有7个能量相同的原子轨道 3 相同 (1) 能级与原子轨道数目的关系 能级符号 ns np nd nf 轨道数目 1 3 5 7 表示方法 原子结构示意图 电子式 核外电子排布式 简化电子排布式 价层电子排布式 轨道表示式(或电子排布图) 价层电子轨道表示式 （或价层电子排布图） 以硫(S)为举例 S：1s22s22p63s23p4 [Ne]3s23p4 S：3s23p4 基态原子核外电子排布的表示方法 ——七图式 S： 24 三、泡利原理、洪特规则、能量最低原理 【思考】原子轨道数与能层序数(n)的关系：原子轨道为n2个；每层最多容纳的电子数为2n2个。 即每个原子轨道最多能够容纳两个电子，为什么？ 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 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。 三、泡利原理、洪特规则、能量最低原理 1. 电子自旋 三、泡利原理、洪特规则、能量最低原理 (1) 概念：电子除空间运动状态外，还有一种运动状态叫做自旋。 ①微观粒子普遍存在的如同电荷、质量一样的内在属性 (2) 两种取向及表示方法 电子自旋在空间有顺时针和逆时针两种取向，简称自旋相反 常用上下箭头（ “↑”“↓” ）表示自旋相反的电子。 ②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，电子能量与能层、能级有关，电子运动的空间范围与原子轨道有关 ③一个原子中不可能存在运动状态完全相同的2个电子！！！ 27 2. 泡利原理 三、泡利原理、洪特规则、能量最低原理 (1) 内容：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（也称泡利不相容原理）。 能级 s p d f 原子轨道数 1 3 5 7 最多容纳电子数 2 6 10 14 各能层所含有原子轨道数目 ： 各能层最多容纳电子数目 : n2 2n2 3. 电子排布的轨道表示式 三、泡利原理、洪特规则、能量最低原理 (1) 概念：是表述核外电子在原子轨道中排布情况的一种图式。 (2) 实例：如氢原子、氧原子的基态原子的轨道表示式分别为 又称“电子排布图” ↑ 1s H O 2s 2p 1s ↑ ↑↓ ↑ ↑↓ ↑↓ 电子对 单电子（未成对电子） 3. 电子排布的轨道表示式 三、泡利原理、洪特规则、能量最低原理 (3) 书写注意事项： ①用□代表一个原子轨道，能量相同的原子轨道(简并轨道)的方框相连 ②不同能级中的□要相互分开，同一能级中的□要相互连接 ③通常应在方框下方或上方标记能级符号 ④箭头表示一种自旋状态的电子，一个箭头表示一个电子。 “↓↑”称电子对，“↓”或“↑”表示单电子，箭头同向，自旋平行，箭头相反，自旋相反。 ⑤整个电子排布图中各能级的排列顺序要与相应的电子排布式一致 ↑ 1s H O 2s 2p 1s ↑ ↑↓ ↑ ↑↓ ↑↓ 3. 电子排布的轨道表达式 三、泡利原理、洪特规则、能量最低原理 (4) 轨道表示式中各符号数字的意义：(以Al为例) 铝原子核外共有 个 电子对，有 个单电子。 电子有 种空间运动 状态，有 种运动状态 不同的电子。 13 1 7 6 空间运动状态=轨道数目 电子运动状态=电子数目 电子排布式给出了基态原子核外电子在能层 和能级中的排布，而轨道表示式还给出了电子在原子轨道中的自旋状态。 电子对 3. 电子排布的轨道表达式 三、泡利原理、洪特规则、能量最低原理 Q1：请根据基态碳原子的电子排布式写出可能的轨道表示式，并判断哪些符合泡利原理？ ② C 1s ↑↑ ↑↓ ↑↓ 2s 2p ① C 1s ↑↓ ↑↓ ↑↓ 2s 2p 2p ③ C ↑ 1s ↑ ↑↓ ↑↓ 2s 2p ④ C ↓ 1s ↑ ↑↓ ↑↓ 2s √ 6 C 1s22s22p2 √ √ 实际选择哪一种填充方式？ × 4. 洪特规则 三、泡利原理、洪特规则、能量最低原理 怎么填 (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，称为洪特规则。 2p3的电子排布为 ： ① 洪特规则不仅适用于基态原子，也适用于基态离子， ② 洪特规则适用于电子填入简并轨道，并不适用于电子填入能量不同的轨道。 2p ↑ ↑ ↑ 2p ↑ ↓ ↑ 2p ↑ ↑↓ 不能为 ： 洪特 2p4的电子排布为 不能为 ↑↓ ↑ ↓ ↑↓ ↑↓ 2p (2) 使用范围 4. 洪特规则 三、泡利原理、洪特规则、能量最低原理 有少数元素的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、半充满、 全空状态时，体系的能量较低，原子较稳定。 相对稳定的状态 全充满：p6、d10、f14 半充满：p3、d5、f7 全空：p0、d0、f0 洪特规则特例：全空、半充满、全充满时相对稳定 4. 洪特规则 三、泡利原理、洪特规则、能量最低原理 Q2：请根据根据Cr、Cu的电子排布式，画出它们的11、价电子排布图 3d 4s ↑↓ Cr ↑ ↑ ↑ ↑ 3d 4s ↑ Cr ↑ ↑ ↑ ↑ ↑ 半充满状态 √ 3d 4s ↑↓ ↑↓ ↑ ↑↓ ↑↓ ↑↓ Cu 全充满状态 √ 3d 4s ↑↓ ↑ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ Cu 5. 能量最低原理 三、泡利原理、洪特规则、能量最低原理 (1) 在构建基态原子时，电子将尽可能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。 (2) 原子能量大小影响因素 整个原子的能量由核电荷数、电子数和电子状态三个因素共同决定。 相邻能级能量相差很大时，电子填入能量较低的能级可使原子能量最低。 当相邻能级能量差别不大时，有1-2个电子填入能量稍高的能级可能反而降低电子的排斥能，进而使原子整体能量最低。 总之，基态原子的核外电子排布遵循泡利原理、洪特规则和能量最低原理。 【能级交错】 5. 能量最低原理 三、泡利原理、洪特规则、能量最低原理 Q3：写出铁原子、亚铁离子、铁离子的价电子轨道表示式。 ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑ ↑ ↑ ↑ 洪特规则 泡利原理 能量最低原理 1s 2s 2p 3p 3d 3s 4s 能级的能量高低顺序如构造原理所示(对于1～36号元素来说，应重点掌握和记忆“1s→2s→2p→3s→3p→4s→3d→4p”这一顺序)。 5. 能量最低原理 三、泡利原理、洪特规则、能量最低原理 Q3：写出铁原子、亚铁离子、铁离子的价电子轨道表示式。 26Fe ↑↓ 4s ↑↓ ↑ ↑ 3d ↑ ↑ Fe3+ Fe2+ ↑↓ ↑ ↑ 3d ↑ ↑ ↑ ↑ ↑ 3d ↑ ↑ 3d6 3d5 电子的填入顺序与失去顺序并非完全相反。 原子失去电子，优先失去最外层电子！！！ 表示方法 原子结构示意图 电子式 核外电子排布式 简化电子排布式 价层电子排布式 轨道表示式(或电子排布图) 价层电子轨道表示式 （或价层电子排布图） 以硫(S)为举例 S：1s22s22p63s23p4 [Ne]3s23p4 S：3s23p4 基态原子核外电子排布的表示方法 ——七图式 S： 39 【归纳总结】1-36号元素 三、泡利原理、洪特规则、能量最低原理 (1) 有1个未成对电子： (2) 有2个未成对电子： (3) 有3个未成对电子： (4) 有4个未成对电子： (5) 有5个未成对电子： (6) 有6个未成对电子： ns1、ns2np1、ns2np5、3d14s2、3d104s1 ns2np2、ns2np4、3d24s2、3d84s2 ⅠA族(ns1：H、Li、Na、K)； ⅢA族(ns2np1：B、Al、Ga)； ⅦA族(ns2np5：F、Cl、Br)；副族：Sc、Cu。 ⅣA族(ns2np2：C、Si、Ge)； ⅥA族(ns2np4：O、S、Se)；副族：Ti、Ni、 ⅤA族(ns2np3：N、P、As)，副族：V、Co。 副族： Fe 副族： Mn 副族： Cr ns2np3、3d34s2、3d74s2 3d64s2 3d54s2 3d54s1 未成对电子数最多的 Cr 3d54s1 (7) 价电子只有一个未成对电子： ns1、ns2np1、ns2np5、3d14s2、3d104s1 15.A、B、C、D是四种短周期元素,E是过渡元素。A、B、C为同周期元素,C、D为同主族元素。A元素原子的结构示意图为,B元素原子是同周期除稀有气体元素原子外半径最大的元素原子,C元素原子的M层p能级上有3个电子,E元素原子的价层电子排布为3d64s2。回答下列问题: $