1.1.2构造原理与电子排布式 电子云与原子轨道 课件 2025-2026学年高二下学期化学人教版选择性必修2

第一节 原子结构 第一章　原子结构与性质 第2课时 构造原理与电子排布式 电子云与原子轨道 1 新课导入 原子核外电子的运动状态是怎么样的呢？ 宏观物体的运动 微观物体(电子)的运动 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 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 ——核外电子的概率密度分布 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，因而被形象地称为电子云。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。 s电子云呈球形，p电子云呈哑铃形。 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，使用不便，我们常使用电子云轮廓图 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： 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。 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) 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、每个p能级都有3个原子轨道 B、s能级和p能级的原子轨道形状相同 C、钠原子的电子在11个原子轨道上高速运动 D、s能级的原子轨道半径与能层序数无关 A 习题 1．图1和图2分别是1s电子的概率密度分布图和电子云轮廓图。下列有关说法正确的是 A．图1中的每个小黑点都表示1个电子 B．图1中的小黑点表示电子在核外所处的位置 C．图2表明1s轨道呈球形，有无数对称轴 D．图2表示1s电子只能在球体内出现 【详解】A．电子云就是用小黑点疏密来表示空间各电子出现概率大小的一种图形，小黑点表示空间各电子出现的几率，故A错误； B．小黑点表示空间各电子出现的几率，故B错误； C．圆形轨道沿剖面直径连线，所以有无数对称轴，故C正确； D．图2表示电子云轮廓图，在界面内出现该电子的几率大于90%界面外出现该电子的几率不足10%，电子也可能在球外出现，故D错误； C 习题 2．下列说法中，正确的是 A．1s电子云轮廓图呈球形，处在该轨道上的电子只能在球壳内运动 B．电子云轮廓图中的小黑点密度大，说明该原子核外空间电子数目多 C．ns能级的原子轨道的电子云轮廓图如图所示 D．3d6表示3d能级有6个原子轨道 【详解】 A．电子云表示电子在核外空间某处出现的概率，不代表电子的运动轨迹，A错误； B．小黑点的疏密表示电子出现概率的大小，密则概率大，疏则概率小，B错误； D．3d6表示3d能级有6个电子，D错误； C 习题 3．符号3px所代表的含义是（ ） A.px轨道上有3个电子 B.第三能层px轨道有3个伸展方向 C.px电子云有3个伸展方向 D.第三能层沿x轴方向伸展的p轨道 D 【解析】p能级有3个轨道，沿x、y、z三个不同的方向延伸，3px所代表的含义是第三能层沿x轴方向伸展的轨道，最多只容纳2个电子。 答案：D 习题 4．玻尔理论、量子力学理论都是对核外电子运动的描述方法，根据对它们的理解，下列叙述中正确的是 A．因为s轨道的形状是球形的，所以s电子做的是圆周运动 B．3px、3py、3pz的轨道相互垂直，能量不同 C．各原子能级之间的能量差不一致，这是量子力学中原子光谱分析的理论基础 D．同一能层的p轨道电子能量不一定高于s轨道电子能量 A．球形表示电子在核外运动概率轮廓图，而非电子运动轨迹； B． p能级在空间有三种取向相互垂直且能量相同，如3px、3py、3pz相互垂直能量相同； C．各原子的能级由于电子填充情况不同，能量有所差异。不同元素的原子发生跃迁时吸收或释放不同的光，从而利用其原子光谱进行元素分析，故C正确； D．同一能层np能量大于ns。 C 习题 5．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 【详解】电子云轮廓图与电子云图不是同一个概念，而是我们常说的原子轨道图，A项错误；3p2表示3p能级中容纳了两个电子，B项错误；s能级的电子云轮廓图呈球形而不是圆形，C项错误；p能级的原子轨道图呈哑铃形，有px、py、pz三个伸展方向，并且互相垂直，D项正确。 D 习题 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、轨道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？ 三、电子自旋与泡利原理 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 ✔ ✘ 四、电子排布的轨道表示式 Al 的轨道表示式（电子排布图） 2p ↑↓ 1s 2s ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ 能级符号 自旋相反的电子对 简并轨道：方框相连 简并轨道：能量相同的原子轨道 px、py、pz Al 的电子排布式：1s22s22p63s23p1 表示原子核外电子在能层和能级中的分布 表示原子核外电子在原子轨道中的分布以及 自旋状态 ↑↓ ↑ 空轨道 3s 3p 方框/圆圈：表示原子轨道 箭头：自旋状态电子 “↑ ↓”称电子对，“↑”或“↓”称单电子 （未成对电子） 【例1】请写出Li、Be、B的轨道表示式。 Li 1s 2s Be 1s 2s B 1s 2s 2p 【例2】请写出基态碳原子可能的轨道表示式。 C 1s 2s 2p C 1s 2s 2p C 1s 2s 2p C 1s 2s 2p ？ 习题 五、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 五、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 例如：24Cr的电子排布式为______________________，为半充满状态， 1s22s22p63s23p63d54s1 3d 4s ↑↓ Cr ↑ ↑ ↑ ↑ 只有一组全满的简并轨道 有两组半满 的简并轨道 ↑ Cr ↑ ↑ ↑ ↑ ↑ 3d 4s 体系能量较低，原子较稳定 体系能量高，原子不稳定 在构建基态原子时，电子将尽可能地占据 的原子轨道，使整个原子的能量最低 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排斥能，进而使原子整体能量最低。例如：所有副族元素的基态原子 整个原子的能量由 、 和 三个因素共同决定 核电荷数 电子数 电子状态 内容 因素 能量最低原理的补充 六、能量最低原理 29Cu的价层电子排布图： 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)。 下列氮原子的轨道表示式中，能量最高的是(　　) D 习题 铁原子的电子排布图 ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑ ↑ ↑ ↑ 洪特规则 泡利原理 能量最低原理 1s 2s 2p 3p 3d 3s 4s 基态原子的核外电子排布遵循三大原则： 泡利原理、洪特规则和能量最低原理。 电子排布的三大原则 思考与讨论 违反能量最低原理 违反泡利原理和洪特规则 违反泡利原理 ↑ ↑ 1s ↑ ↑ 2s ↑ ↑ ↑ ↑ 2p O： 氧原子外层有 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。 8 5 2 3 占有的原子轨道数 电子总数 习题 25Mn： 有 对电子对，有 个单电子 有 种空间运动状态，有 种运动状态不同的电子 15 5 25 10 核外电子的空间运动状态数=占有的原子轨道数；核外电子的运动状态数=电子总数；两者区别在于是否区分电子的自旋状态 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 【例2】下列有关核外电子排布的式子不正确的是（ ） A. 24Cr的电子排布式：1s22s22p63s23p63d54s1 B. K的简化电子排布式：[Ar]4s1 C. N原子的电子排布图： D. S原子的电子排布图： 【解析】 S原子的电子排布图违反了洪特规则，正确的应是 D 习题 下列对某些基态原子的核外电子排布评价正确的是(　　) B 习题 大本13页第1题 下列有关原子核外电子排布的说法错误的是(　　) A、22Ti 的电子排布式写成1s22s22p63s23p10，违反了能量最低原理 B、基态 24Cr 的电子排布式写成1s22s22p63s23p63d54s1，是正确的 C、O的电子轨道表示式写成 ，违反了泡利不相容原理 D、Si的价层电子轨道表示式写成，违反了洪特规则 习题 A 1、电子在原子核外排布时，必须遵循的原则是 ( ) ①电子排布在同一能级时，总是优先单独占据不同轨道,且自旋方向相同 ②电子排布在不同能级时，总是优先占据能量低的轨道，然后再占据能量高的轨道 ③电子排布在同一轨道时，最多只能排2个，且自旋方向必须相反 ④电子的排布总是遵循“能量最低原理”“泡利不相容原理”和“洪特规则” A．①② B．②④ C．①③ D．②③④ C 习题 2、已知铝原子的电子排布式为1s22s22p63s23p1 ，回答下列问题： （1）核外电子的电子云形状有____种； （2）电子云有______种不同的伸展方向； （3）有____种不同的运动范围（区域）； （4）有____种不同能量的电子； （5）有____种不同空间运动状态的电子； （6）有____种不同运动状态的电子。 2 球形和哑铃形 4 5 能级 能层 3 7 每个电子的运动状态都是不同的！ 原子轨道 13 习题 3、按要求填空。 (1) 17Cl 基态原子的电子排布式：_________________。 (2) 17Cl 基态原子的价电子排布式：______________。 (3) 17Cl− 基态离子的电子式：___________。 1s22s22p63s23p5 3s23p5 (4) 17Cl 基态原子的价电子轨道表示式：____________________。 (5) 17Cl 的原子结构示意图：________。 (6) 第四周期中最外层只有1个电子的所有基态原子的简化电子排布式： ________________________________________。 [Ar]4s1、[Ar]3d54s1、[Ar]3d104s1 习题 总结： 基态原子核外电子的排布遵循的规则 洪特规则特例(洪特规则的补充) 原子的电子排布遵循构造原理，能使整个原子的能量处于最低状态 在一个原子轨道最多只能容纳2个电子，且它们的自旋状态相反。 当电子排布在同一能级的不同轨道，基态原子中的电子总是优先单独占据一个轨道，且自旋方向相同。 规则3：能量最低原理 规则1：泡利原理 规则2：洪特规则 怎么填 填多少 整个原子的能量是由核电荷数、电子数和电子状态三个因素共同决定。 　　　　　 A B 　　　　　 C D A.氧原子核外电子排布图:——正确 B.碳原子的电子排布式:1s22s12p3——违背能量最低原理 C.硫原子的3p电子排布图: ——违背洪特规则 D.基态铬原子核外电子排布式:1s22s22p63s23p63d44s2——正确 $