第1章 01 第一节 原子结构 02 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(Word讲义)-【满分思维】2026-2027学年化学选择性必修二学生用书（人教版）

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 【新课探究】 学习任务一 课前自主预习 1.(1)概率密度　概率　体积 (2)①概率　②概率密度分布 ③电子云轮廓　空间运动状态　90% 2.(1)空间运动状态 (2)球　哑铃　 [问题思考] (1)提示:电子云图中的独立小点无意义。小点是电子在原子核外出现的概率密度的形象描述,小点密度越大,表明电子出现的概率越大。 (2)提示:离核越近,电子出现的概率越大,电子云越密集。 (3)提示:电子云轮廓图形状相同(s电子的电子云轮廓图均为球形,p电子的电子云轮廓图均为哑铃形);能量不同(能层序数越大,能量越高)。 知识迁移应用 例1　D　[解析] 质量很小的电子在绕核做高速运动时,其运动规律跟普通物体不同,没有固定的运动轨道,而在核外空间各处都可能出现,A错误;第三能层只有3s、3p、3d三个能级,而3s能级有1个轨道、3p能级有3个轨道、3d能级有5个轨道,故第三能层有9个轨道,B错误;氢原子中只有1个电子,只填充1s轨道,但还存在其他空轨道,C错误;同一能层中可能存在不同的原子轨道,则其空间运动状态可能不同,D正确。 例2　B　[解析] 电子云表示电子在原子核外空间某处出现的概率,不代表电子的运动轨迹,故A错误;ns能级的电子云呈球形,所以可以用该图表示ns能级的电子云轮廓图,故B正确;3d3表示3d能级有3个电子,故C错误;电子云图中的小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,故D错误。 学习任务二 课前自主预习 1.(1)顺时针　逆时针 (2)2　相反 2.(1)原子轨道　相连 (2)电子对　单电子　未成对电子　2 (3)自旋平行　2 (4)能级符号　能量 3.(1)简并轨道　单独分占　自旋平行　基态离子 (2)1s22s22p63s23p63d54s1　1s22s22p63s23p63d104s1 4.(1)最低　最低 (2)核电荷数　电子数　电子状态　大　低　高 [问题思考] (1)提示:常见原子失去电子变为离子时,优先失去最外层电子,而非能量最高能级上填充的电子。 (2)提示:原子核外电子的运动状态是由四个量决定的,即能层、能级、原子轨道、自旋状态。电子的运动除空间运动外,还有自旋运动。原子核外每一个电子对应一种运动状态,所以原子核外有多少电子就有多少种运动状态。例如,碳原子核外电子(1s22s22p2)的运动状态有6种。 (3)提示:、1s22s22p63s1、、Na·。 知识迁移应用 例3　D　[解析] 按泡利不相容原理,用n表示电子层数,每个电子层最多可容纳的电子数为2n2,A错误;根据能级构造原理可知,基态35Br的核外电子排布式为[Ar]3d104s24p5,B错误;电子能量与能层和能级都有关,根据构造原理可知,ns电子的能量一定高于(n-1)p电子的能量,C错误;原子的核外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,故能量最低原理解决了电子在不同电子层中的排布顺序问题,D正确。 例4　D　[解析] 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,所以2p能级上电子排布违背了洪特规则,A不符合题意;轨道全空、全满或半满时能量低,较稳定,故24号Cr元素基态原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s1,B不符合题意;当电子排布在同一轨道时,每个轨道最多容纳2个电子,且自旋相反,该轨道表示式违背了泡利原理,C不符合题意;根据构造原理,应先填充满2p能级,基态Ar原子的电子排布式应为1s22s22p63s23p6,D符合题意。 【课堂评价】 1.(1)×　(2)×　(3)×　(4)×　(5)√　(6)×　(7)×　 (8)×　 [解析] (2)电子的运动是无规则的,没有固定的轨道。 (8)原子核外电子的运动状态由电子层、原子轨道、原子轨道伸展方向及电子的自旋状态4个方面确定。 2.D　[解析] 电子云示意图是用小点的疏密来表示电子在原子核外出现的概率的大小,A、B错误;1s轨道的电子云呈球形对称,在原子核附近小点密集,电子出现的概率大,离核越远电子出现的概率越小,C错误;处在2pz轨道上的电子在空间出现的概率分布相对于z轴对称,电子主要在xy平面的上、下方出现,D正确。 3.B　[解析] 电子排布涉及5个能级(1s、2s、2p、3s、3p),每个能级能量不同,因此有5种不同能量的电子,故A正确;根据泡利不相容原理,电子的运动状态各不相同,该原子有15个电子,因此有15种不同运动状态的电子,而非5种,故B错误; s轨道的电子云形状为球形,p轨道的电子云形状为哑铃形,该原子含s轨道和p轨道电子,因此有两种不同形状的电子云,故C正确;该原子核外电子的最高能级为3p能级,有3个电子,根据洪特规则,它们分占不同轨道且自旋平行,故D正确。 4.C　[解析] 相同轨道中的两个电子自旋应相反,违反了泡利不相容原理,A不符合题意;电子填入简并轨道时,应先单独分占且自旋平行,违反了洪特规则,B不符合题意;K原子的电子排布式应为1s22s22p63s23p64s1,题中电子排布式违反能量最低原理,C符合题意;Br-的电子排布式:[Ar]3d104s24p6,正确,评价错误,D不符合题意。 5.(1)1s22s22p63s23p4　H2SO4 (2)球　1　哑铃　3 (3)垂直　氮　H::H (4)Cl [解析] (1)根据激发态原子的核外电子排布式知,该元素原子核外有16个电子,根据构造原理知,该元素基态原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p4,该元素是S元素,S原子最外层有6个电子,最高化合价是+6价,其最高价氧化物对应的水化物是硫酸,化学式为H2SO4。 (2)s电子的原子轨道呈球形,每个s能级有1个原子轨道;p电子的原子轨道呈哑铃形,每个p能级有3个原子轨道。 (3)元素X的基态原子最外层电子排布式为nsnnpn+1,其p电子云在空间有3个相互垂直的伸展方向;ns轨道排满2个电子后再排np轨道,所以n=2,核外电子数是7,则元素X的名称为氮,它的最低价氢化物是氨,电子式是H::H。 (4)元素Y的基态原子最外层电子排布式为nsn-1npn+2,ns轨道排满2个电子后再排np轨道,故n-1=2,n=3,核外电子数为17,则Y的元素符号为Cl。 学科网（北京）股份有限公司 $ 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 ◆ 学习任务一　电子云与原子轨道 【课前自主预习】 1.电子云 (1)概率密度分布 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,但出现的概率不同。 ρ=(ρ表示　　　　,P表示电子在某处出现的　　　　,V表示该处的　　　　)。  (2)电子云 ①电子运动的特点 电子质量小,运动速度快,无规则,故无法确定核外电子在某个时刻处于原子核外空间的何处。只能确定它在原子核外空间各处出现的　　　　。  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　　　　　　　　的形象化描述。  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,即电子云轮廓图。电子云图很难绘制,使用不方便,故常使用电子云轮廓图。  如1s电子云轮廓图的绘制: 2.原子轨道 (1)定义: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:s电子的原子轨道呈　　　形,p电子的原子轨道呈　　　　状。  (3)原子轨道数目与能级符号的关系 能级符号 ns np nd nf 原子轨道数目 1 3 5 7 (4)不同能层中的原子轨道 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 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 …… …… …… …… …… [问题思考] (1)电子云图中的独立小点是否有意义?电子云图中的小点的含义是什么? (2)电子在原子核外出现的概率有什么规律? (3)不同能层中的s电子和p电子的电子云轮廓图分别相同吗?能量分别相同吗? 【知识迁移应用】 例1 下列对核外电子运动状态的描述正确的是 (　) A.电子的运动与行星的运动相似,围绕原子核在固定的轨道上高速旋转 B.能层数为3时,有3s、3p、3d、3f四个轨道 C.氢原子中只有一个电子,故氢原子只有一个轨道 D.在同一能层上运动的电子,其空间运动状态可能不同 例2 下列说法正确的是 (　) A.1s电子云呈球形,表示电子绕原子核做圆周运动 B.ns能级的电子云轮廓图可表示为 C.3d3表示3d能级有3个轨道 D.电子云图中的小点密度大,说明该原子核外空间电子数目多 ◆ 学习任务二　泡利原理、洪特规则、能量最低原理 【课前自主预习】 1.电子自旋与泡利原理 (1)自旋相反:电子自旋在空间有　　　　和　　　　两种取向,简称自旋相反,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　　　　。(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(又称电子排布图)是表述电子排布的一种图式,如氢和氧的基态原子的轨道表示式如下: 在轨道表示式中,用方框(也可用圆圈)表示 　 　,能量相同的原子轨道(简并轨道)的方框　　　　。  (2)箭头表示一种自旋状态的电子,“↑↓”称　　　　,“↑”或“↓”称　　　　(或称　　　　　　　　)。如基态氧原子有　　　个未成对电子。  (3)箭头同向的单电子称　　　　　,如基态氧原子有　　　个自旋平行的2p电子。  (4)通常应在方框下方或上方标记　　　　　。有时画出的能级上下错落,以表达　　　　高低不同。  3.洪特规则 (1)基态原子中,填入　　　　　的电子总是先　　　　　,且　　　　　　　,称为洪特规则。它不仅适用于基态原子,也适用于　 。  洪特规则是针对电子填入简并轨道而言的, 并不适用于电子填入能量不同的轨道。如2p3的轨道表示式为 ,不能表示为 。 (2)特例:当同一能级上的电子排布为全充满(p6、d10、f14)、半充满(p3、d5、f7)或全空状态(p0、d0、f0)时,具有较低的能量和较强的稳定性。如根据构造原理,基态Cr、Cu的核外电子排布式应为1s22s22p63s23p63d44s2、1s22s22p63s23p63d94s2,此状态时Cr、Cu的能量较高、不稳定,而基态Cr、Cu的电子排布式实际是　　　　　　　　　　　　和　　　　　　　　　　　　。  4.能量最低原理 (1)能量最低原理:在构建基态(能量最低的状态)原子时,电子将尽可能地占据能量　　　　的原子轨道,使整个原子的能量　　　　,这就是能量最低原理。  (2)整个原子的能量由　　　　　、　　　　　和　　　　　三个因素共同决定,相邻能级能量相差很　　　时,电子填入能量　　　的能级即可使整个原子能量最低(如所有主族元素的基态原子);相邻能级能量相差不太大时,有1~2个电子占据能量稍　　　的能级可能反而降低了电子排斥能而使整个原子能量最低(如所有副族元素的基态原子)。  [问题思考] (1)常见原子失去电子变为离子时,优先失去最外层电子还是能量最高的电子? (2)什么是原子核外电子的运动状态? (3)写出基态钠原子的原子结构示意图、电子排布式、轨道表示式和电子式。 【核心知识讲解】 1.基态原子核外电子排布 (1)基态原子核外电子排布的规律 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的排布要同时遵循这三个原则。 (2)特殊原子核外电子排布 当p、d、f能级处于全空、全充满或半充满状态时,能量相对较低,原子结构较稳定。 如24Cr的电子排布: 2.核外电子排布的表示方法 原子(离子)结构 示意图 含义 将每个能层上的电子总数表示在原子核外的式子 实例 Al:　S2-: 电子 排布式 含义 用数字在能级符号右上角标明该能级上排布的电子数 实例 K:1s22s22p63s23p64s1 简化电子 排布式 含义 为了避免电子排布式书写过于烦琐,把内层电子达到稀有气体原子结构的部分以相应稀有气体元素符号外加方括号表示 实例 K:[Ar]4s1 价层电子 排布 含义 在化学反应中可能发生电子变动的能级中的电子排布式,主族元素的价层电子排布即最外层电子排布式 实例 Al:3s23p1 轨道表 示式(电 子排布图) 含义 每个方框(或圆圈)代表一个原子轨道,每个箭头代表一个电子 实例 Al: 电子式 含义 化学中常在元素符号周围用“·”或“×”来表示元素原子的最外层电子,相应的式子叫电子式 实例 ··、K·、·· [名师小结] 前四周期元素核外电子排布的特殊性 (1)最外层只有1个未成对电子的元素 ⅠA族(ns1:H、Li、Na、K);ⅢA族(ns2np1:B、Al、Ga);ⅦA族(ns2np5:F、Cl、Br); Cr(3d54s1)、Cu(3d104s1)。 (2)最外层有2个未成对电子的元素 ⅣA族(ns2np2:C、Si、Ge);ⅥA族(ns2np4:O、S、Se)。 (3)最外层有3个未成对电子的元素 ⅤA族(ns2np3:N、P、As)。 (4)核外电子排布中,未成对电子数最多的元素 Cr(3d54s1,共有6个未成对电子)。 【知识迁移应用】 例3 对于基态原子核外电子排布规则,以下表述正确的是 (　) A.按泡利不相容原理,每个电子层最多容纳的电子数为2n3个 B.轨道处于全充满状态时,原子较稳定,故基态35Br的核外电子排布式为[Ar]3d104s14p6 C.ns电子的能量不一定高于(n-1)p电子的能量 D.能量最低原理解决了电子在不同电子层中的排布顺序问题 例4 下列对基态原子的电子排布式或轨道表示式的评价错误的是 (　) 选项 电子排布式或轨道表示式 评价 A C原子:1s22s2222 违背洪特规则 B Cr原子:1s22s22p63s23p63d54s1 书写正确 C N原子: 违背泡利原理 D Ar原子:1s22s22p43s23p63d2 书写正确 1.判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)。 (1)同一原子中2p、3p、4p能级轨道数依次增多 (　) (2)因为s轨道的形状是球形的,所以s电子做的是圆周运动 (　) (3)在一个基态多电子原子中,可以有两个运动状态完全相同的电子存在 (　) (4)3p2表示3p能级有两个轨道 (　) (5)核外电子排布的表示方法中,轨道表示式最能反映电子的排布情况 (　) (6)2违背了洪特规则 (　) (7)3d6的轨道表示式为 (　) (8)在电子层、原子轨道、原子轨道伸展方向都确定时,就能准确表示电子的运动状态 (　) 2.下列关于电子云示意图的叙述正确的是 (　) A.电子云表示电子的运动轨迹 B.小点的多少表示电子个数的多少 C.处于1 s轨道上的电子在空间出现的概率分布呈球形对称,而且电子在原子核附近出现的概率小,离核越远电子出现的概率越大 D.处在2pz轨道的电子主要在xy平面的上、下方出现 3.某元素基态原子的电子排布式为 [Ne]3s23p3。下列关于该基态原子的描述错误的是 (　) A.有5种不同能量的电子 B.有5种不同运动状态的电子 C.有两种不同形状的电子云 D.最高能级上的3个电子自旋平行 4.下列对各基态原子的电子排布式或轨道表示式书写的评价正确的是 (　) 选项 电子排布式或轨道表示式 评价 A N原子的轨道表示式: 错误;违反洪特规则 B O原子的轨道表示式: 错误;违反泡利不相容原理 C K原子的电子排布式: 1s22s22p63s23p63d1 错误;违反能量最低原理 D Br-的电子排布式: [Ar]3d104s24p6 错误;违反能量最低原理 5.回答下列问题: (1)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　　　　。  (2)s电子的原子轨道呈　　　形,每个s能级有　　个原子轨道;p电子的原子轨道呈　　　　形,每个p能级有　　　　个原子轨道。  (3)元素X的基态原子最外层电子排布式为nsnnpn+1,其p电子云在空间有3个相互　　　(填“垂直”或“平行”)的伸展方向;元素X的名称为　　　　　,它的最低价氢化物的电子式是　　　　　。  (4)元素Y的基态原子最外层电子排布式为nsn-1npn+2,则Y的元素符号为　　　　　　。  学科网（北京）股份有限公司 $