【新教材】高中化學(xué)人教版選擇性必修第二冊(cè)配套課件第一章第一節(jié)第二課時(shí)電子云與原子軌道泡利原理洪特規(guī)則能量最低原理

第二課時(shí)電子云與原子軌道泡利原理、

洪特規(guī)則、能量最低原理第一章2021內(nèi)容索引0102課前篇素養(yǎng)初探課堂篇素養(yǎng)提升素養(yǎng)目標(biāo)1.通過(guò)原子核外電子運(yùn)動(dòng)的形象化表達(dá),了解電子云和原子軌道的概念,形成宏觀辨識(shí)與微觀探析的核心素養(yǎng)。2.通過(guò)對(duì)核外電子排布規(guī)律的探究,了解泡利原理、洪特規(guī)則、能量最低原理等,形成證據(jù)推理與模型認(rèn)知的核心素養(yǎng)。課前篇素養(yǎng)初探【知識(shí)鋪墊】1.核外電子是分層排布的,在離核較近的區(qū)域運(yùn)動(dòng)的電子能量較低,在離核較遠(yuǎn)的區(qū)域運(yùn)動(dòng)的電子能量較高。2.原子核外電子排布有以下規(guī)律(1)原子核外第n層最多容納的電子為

2n2個(gè)。(2)最外層中的電子數(shù)最多只有

8個(gè)(K層最多只有

2個(gè))。(3)次外層電子數(shù)不超過(guò)

18個(gè)。(4)倒數(shù)第三層電子數(shù)不超過(guò)

32個(gè)?！咀灾魇崂怼?.電子云與原子軌道(1)電子云①定義:電子云是處于一定空間運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的電子在原子核外空間的概率密度分布的形象化描述。②含義:用單位體積內(nèi)小點(diǎn)的疏密程度表示電子在原子核外出現(xiàn)概率的大小,小點(diǎn)越密,表示概率密度越大。③形狀(2)原子軌道①定義:電子在原子核外的一個(gè)空間運(yùn)動(dòng)狀態(tài)稱(chēng)為一個(gè)原子軌道。②伸展方向s電子的原子軌道呈球形,能層序數(shù)越大,原子軌道的半徑越大。p電子的原子軌道呈啞鈴形,能層序數(shù)越大,原子軌道的半徑越大。

③能級(jí)與原子軌道數(shù)目的關(guān)系

第n能層原子軌道數(shù)目為n2【微思考1】電子云中的一個(gè)小點(diǎn)表示電子在該處出現(xiàn)過(guò)一次嗎?提示

不是。電子云圖中獨(dú)立的小點(diǎn)沒(méi)有意義,小點(diǎn)的密度才有意義,小點(diǎn)的密度大小表示電子出現(xiàn)概率的大小。能級(jí)符號(hào)nsnpndnf軌道數(shù)目13572.泡利原理、洪特規(guī)則、能量最低原理(1)泡利原理在一個(gè)原子軌道里最多只能容納

2個(gè)電子,而且自旋相反,常用上下箭頭(↑和↓)表示。(2)洪特規(guī)則基態(tài)原子中,填入簡(jiǎn)并軌道(能量相同的原子軌道)的電子總是先單獨(dú)分占,且自旋平行,稱(chēng)為洪特規(guī)則。(3)能量最低原理基態(tài)原子中,電子盡可能占據(jù)能量最低的原子軌道,使整個(gè)原子的能量最低,這就是能量最低原理。3.電子排布的軌道表示式軌道表示式又稱(chēng)電子排布圖,如氫原子、氧原子的軌道表示式分別為:其中方框(或圓圈)表示原子軌道,能量相同的原子軌道相連,箭頭表示一種自旋狀態(tài)的電子;“↑↓”稱(chēng)電子對(duì),“↑”或“↓”稱(chēng)單電子(或稱(chēng)未成對(duì)電子)。特別提醒

在軌道表示式(或電子排布圖)中,不同能級(jí)中的方框(或圓圈)要相互分開(kāi),同一能級(jí)中的方框(或圓圈)要相互連接。【微思考2】對(duì)于多電子的基態(tài)原子,核外電子排布總是按照構(gòu)造原理,由低能級(jí)到高能級(jí)依次排列才能保證原子的能量最低嗎?提示

不是。如Cr、Cu的核外電子排布并不完全符合構(gòu)造原理?！咀晕覚z測(cè)】1.判斷下列說(shuō)法的正誤,正確的畫(huà)“√”,錯(cuò)誤的畫(huà)“×”。(1)在原子中第n能層電子占有的軌道數(shù)最多為n2(

)(2)同一原子中的npx與npy軌道形狀相同,半徑相同且在空間相互垂直(

)(3)電子云圖中小點(diǎn)密度的大小可表示電子的多少(

)(4)p軌道呈啞鈴形,因此p軌道上的電子運(yùn)動(dòng)軌跡呈啞鈴形(

)√√×××2.以下表示氦原子結(jié)構(gòu)的化學(xué)用語(yǔ)中,對(duì)電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)描述最詳盡的是(

)A.電子式:He∶B.原子結(jié)構(gòu)示意圖:C.電子排布式:1s2D.軌道表示式:答案

D解析

A、B、C三項(xiàng)的表示方法只能說(shuō)明氦原子核外有兩個(gè)電子或第一能層有兩個(gè)電子,但不能說(shuō)明這兩個(gè)電子的自旋情況,而D項(xiàng)可以說(shuō)明兩個(gè)電子均在1s能級(jí)的原子軌道中,且自旋相反。3.(1)下列表示原子軌道的符號(hào)正確的是

(填字母)。

A.2s B.2dC.3p D.3f(2)符號(hào)2px的意義是

。

(3)根據(jù)25Mn原子核外電子排布情況,回答下列問(wèn)題。①價(jià)層電子軌道表示式為

。

②在錳原子的核外電子中,有

種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不同的電子;共有

對(duì)成對(duì)電子;有

個(gè)未成對(duì)電子;最高化合價(jià)為

價(jià)。

答案

(1)AC

(2)2px表示在第2能層,沿x軸方向伸展的p軌道(3)①

②25

10

5

+74.(2021湖南卷,18節(jié)選)基態(tài)硅原子最外層的電子排布圖為

。

課堂篇素養(yǎng)提升探究1從電子云輪廓圖的繪制理解電子云和原子軌道【問(wèn)題探究】繪制電子云輪廓圖的目的是表示電子云輪廓的形狀,對(duì)核外電子的空間運(yùn)動(dòng)狀態(tài)有一個(gè)形象化的簡(jiǎn)便描述。例如,繪制電子云輪廓圖時(shí),把電子在原子核外空間出現(xiàn)概率P=90%的空間圈出來(lái)。(1)畫(huà)出電子云輪廓圖的繪制過(guò)程。提示

(2)畫(huà)出同一原子的s電子的電子云輪廓圖。提示

(3)電子云輪廓圖中的小點(diǎn)的含義是什么?小點(diǎn)的密度表示什么?提示

小點(diǎn)是電子在原子核外出現(xiàn)的概率密度的形象表述。小點(diǎn)密度越大,表明電子在核外出現(xiàn)的概率密度越大。(4)電子在原子核外出現(xiàn)的概率有什么規(guī)律?提示

離核越近,電子出現(xiàn)的概率越大,電子云越密集。(5)不同能層的同種能級(jí)符號(hào)的原子軌道形狀是否完全相同?提示

不同能層的同種能級(jí)符號(hào)的原子軌道形狀相似,但不完全相同,因?yàn)樵榆壍赖陌霃讲煌?能級(jí)序數(shù)n越大,電子的能量越大,原子軌道的半徑越大。例如1s、2s、3s軌道均為球形,原子軌道半徑:r(1s)<r(2s)<r(3s)?！旧罨卣埂?.s能級(jí)和p能級(jí)的原子軌道的對(duì)比能級(jí)sp軌道輪廓圖

軌道形狀球形啞鈴形能級(jí)sp軌道數(shù)目1

3(空間相互垂直)

各軌道中電子能量相同最多容納電子數(shù)26相同點(diǎn)①均以原子核為對(duì)稱(chēng)中心;②原子軌道的平均半徑分別隨能層序數(shù)增大而增大,且同種能級(jí)符號(hào)的原子軌道形狀相似2.不同能層中的原子軌道

能層能級(jí)原子軌道數(shù)原子軌道名稱(chēng)電子云輪廓圖形狀取向K1s11s球形—L2s12s球形—2p32px、2py、2pz啞鈴形相互垂直M3s13s球形—3p33px、3py、3pz啞鈴形相互垂直3d5………………N4s14s球形—4p34px、4py、4pz啞鈴形相互垂直4d5………………4f7………………………………………………【素能應(yīng)用】典例1下列說(shuō)法中正確的是(

)A.1s電子云呈球形,表示電子繞原子核做圓周運(yùn)動(dòng)B.ns能級(jí)的原子軌道可表示為C.3d3表示3d能級(jí)有3個(gè)軌道D.電子云輪廓圖中的小點(diǎn)密度大,說(shuō)明該原子核外空間電子數(shù)目多答案

B解析

電子云表示電子在核外空間某處出現(xiàn)的概率,不代表電子的運(yùn)動(dòng)軌跡,故A錯(cuò)誤;ns能級(jí)的電子云輪廓圖呈球形,所以可以用題給圖示表示該能級(jí)的原子軌道,故B正確;3d3表示3d能級(jí)有3個(gè)電子,故C錯(cuò)誤;電子云輪廓圖中小點(diǎn)的疏密表示電子出現(xiàn)概率的大小,密則概率大,疏則概率小,故D錯(cuò)誤。規(guī)律總結(jié)

(1)不同能層的同種能級(jí)的原子軌道形狀相同,但半徑不同。能層序數(shù)n越大,原子軌道的半徑越大。(2)s能級(jí)只有1個(gè)原子軌道。p能級(jí)有3個(gè)原子軌道,它們互相垂直,分別以px、py、pz表示。在同一能層中px、py、pz的能量相同。(3)原子軌道數(shù)與能層序數(shù)n的關(guān)系:原子軌道數(shù)目=n2。變式訓(xùn)練1如圖是2pz原子軌道電子云形狀的示意圖,請(qǐng)觀察圖示并判斷下列說(shuō)法中不正確的是(

)A.2pz軌道上的電子在空間出現(xiàn)的概率分布是z軸對(duì)稱(chēng)B.s電子的電子云形狀是球形對(duì)稱(chēng)的C.電子先沿z軸正半軸運(yùn)動(dòng),然后再沿負(fù)半軸運(yùn)動(dòng)D.2pz原子軌道形狀為啞鈴形答案

C解析

電子云是表示電子在核外一定區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)概率大小的圖形,它并不是電子運(yùn)動(dòng)的實(shí)際軌跡,故C錯(cuò);s軌道是球形對(duì)稱(chēng)的,s電子的電子云是球形對(duì)稱(chēng)的,故B對(duì);觀察題給圖示可知A對(duì);該p軌道為啞鈴形,D正確。探究2核外電子排布規(guī)律及其表達(dá)方式【問(wèn)題探究】原子核外電子排布的多種表達(dá)方式:(1)下列原子或離子的電子排布式正確的是

(填序號(hào),下同),違反能量最低原理的是

,違反洪特規(guī)則的是

,違反泡利原理的是

。

①Ca2+:1s22s22p63s23p6②F-:1s22s23p6④Cr:1s22s22p63s23p63d44s2⑤Fe:1s22s22p63s23p63d64s2⑥Mg2+:1s22s22p6答案

(1)①⑤⑥

②④

⑦

③

(2)為什么基態(tài)K和Ca的價(jià)層電子是4s1和4s2,而不是3d1和3d2。提示

根據(jù)構(gòu)造原理,3d軌道能量高于4s軌道,所以依據(jù)能量最低原理,電子填入能量低的能級(jí)可使整個(gè)原子的能量最低。(3)下列有關(guān)碳原子的軌道表示式中,能量最低的是

。

答案

D解析

根據(jù)洪特規(guī)則,原子的核外電子在能量相同的軌道上排布時(shí),電子盡可能分占不同的軌道且自旋相同,這樣整個(gè)原子的能量最低。A中2p軌道上兩個(gè)電子擠在同一個(gè)軌道上,B、C中2p軌道兩個(gè)電子的自旋相反,均與洪特規(guī)則相違背,只有D中的排布符合洪特規(guī)則,能量最低。【深化拓展】1.核外電子排布式與原子結(jié)構(gòu)示意圖、軌道表示式的關(guān)系原子結(jié)構(gòu)示意圖→電子排布式→軌道表示式逐步細(xì)化核外電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。2.核外電子排布表示方法的常見(jiàn)誤區(qū)(1)當(dāng)出現(xiàn)d能級(jí)時(shí),雖然電子按ns、(n-1)d、np的順序填充,但在書(shū)寫(xiě)電子排布式時(shí),仍把(n-1)d放在ns前,如Fe:1s22s22p63s23p63d64s2正確,Fe:1s22s22p63s23p64s23d6錯(cuò)誤。(2)在畫(huà)基態(tài)原子的軌道表示式時(shí),常出現(xiàn)以下錯(cuò)誤:【素能應(yīng)用】典例2A、B、C、D、E代表5種元素。請(qǐng)?zhí)羁?(1)A元素基態(tài)原子的最外層有3個(gè)未成對(duì)電子,次外層有2個(gè)電子,該基態(tài)原子的軌道表示式為

。

(2)B元素的負(fù)一價(jià)離子與C元素的正一價(jià)離子的電子排布式都與氬原子相同,B元素的符號(hào)為

,C的離子結(jié)構(gòu)示意圖為

。

(3)D元素正三價(jià)離子的3d能級(jí)為半充滿,D的元素符號(hào)為

,其基態(tài)原子的電子排布式為

。

(4)E元素基態(tài)原子的M層全充滿,N層沒(méi)有成對(duì)電子,只有一個(gè)未成對(duì)電子,E的元素符號(hào)為

,其價(jià)電子軌道表示式為

。

解析

(1)根據(jù)A元素基態(tài)原子的最外層有3個(gè)未成對(duì)電子,次外層有2個(gè)電子可知,該元素的基態(tài)原子有2個(gè)電子層,共有7個(gè)電子,是N元素,其軌道表示式為

。(2)B元素的負(fù)一價(jià)離子與C元素的正一價(jià)離子的電子排布式都與氬原子相同,即都有18個(gè)電子,則B元素為Cl,C元素為K,K+的結(jié)構(gòu)示意圖為

。(3)D元素的正三價(jià)離子的3d能級(jí)為半充滿,即三價(jià)陽(yáng)離子的價(jià)電子排布式為3d5,則原子的價(jià)層電子排布式為3d64s2,即26號(hào)Fe元素,其電子排布式為1s22s22p63s23p63d64s2(或[Ar]3d64s2)。(4)由E元素基態(tài)原子的M層全充滿,N層沒(méi)有成對(duì)電子,只有1個(gè)未成對(duì)電子,可知其價(jià)層電子排布式為3d104s1,所以E為Cu元素,其價(jià)層電子軌道表示式為規(guī)律總結(jié)

1~36號(hào)元素中原子核外電子排布的特殊性。(1)最外層只有一個(gè)未成對(duì)電子的元素:①第ⅠA族(ns1:H、Li、Na、K);②第ⅢA族(ns2np1:B、Al、Ga);③第ⅦA族(ns2np5:F、Cl、Br);④Cr(3d54s1)和Cu(3d104s1)。(2)最外層有2個(gè)未成對(duì)電子的元素:①第ⅣA族(ns2np2:C、Si、Ge);②第ⅥA族(ns2np4:O、S、Se)。(3)最外層有3個(gè)未成對(duì)電子的元素:第ⅤA族(ns2np3:N、P、As)。(4)3d能級(jí)半充滿的元素:Cr(3d54s1)和Mn(3d54s2)。變式訓(xùn)練2-1下列電子排布的表示正確的是(

)C.基態(tài)Cr原子的電子排布式:[Ar]3d54s1D.基態(tài)Ca原子的電子排布式:[Ar]3d2答案

C變式訓(xùn)練2-2A、B、C、D是四種短周期元素,E是過(guò)渡元素。A、B、C同周期,C、D同主族,A的原子結(jié)構(gòu)示意圖為,B是同周期除稀有氣體外原子半徑最大的元素,C最外層有三個(gè)未成對(duì)電子,E的價(jià)層電子排布式為3d64s2?；卮鹣铝袉?wèn)題:(1)A為

(寫(xiě)出元素符號(hào),下同),電子排布式是

。

(2)B為

,簡(jiǎn)化電子排布式是

。

(3)C為

,價(jià)層電子排布式是

。

(4)D為

,軌道表示式是

。

(5)E為

,原子結(jié)構(gòu)示意圖是

。

答案

(1)Si

1s22s22p63s23p2(2)Na

[Ne]3s1

(3)P

3s23p3(4)N

(5)Fe

解析

由題意可知,A為Si,B為Na,C為P,則D為N,E為Fe。這五種元素基態(tài)原子的電子排布式如下。A:1s22s22p63s23p2,B:1s22s22p63s1,C:1s22s22p63s23p3,D:1s22s22p3,E:1s22s22p63s23p63d64s2。由電子排布式可寫(xiě)出正確答案。

素養(yǎng)脈絡(luò)

隨堂檢測(cè)1.圖1和圖2分別是1s電子的概率密度分布圖和原子軌道圖。下列有關(guān)認(rèn)識(shí)正確的是(

)A.圖1中的每個(gè)小點(diǎn)表示1個(gè)電子B.圖2表示1s電子只能在球體內(nèi)出現(xiàn)C.圖2表明1s軌道呈圓形,有無(wú)數(shù)對(duì)稱(chēng)軸D.圖1中小點(diǎn)的疏密表示某一時(shí)刻電子在核外出現(xiàn)概率的大小答案

D解析

圖1中小點(diǎn)只是電子在原子核外空間的概率密度分布,A錯(cuò)誤;圖2只是表示電子在該區(qū)域出現(xiàn)的概率較大,在此之外也能出現(xiàn),不過(guò)概率很小,B錯(cuò)誤;1s軌道在空間呈球形而不是圓形,C錯(cuò)誤。2.下列說(shuō)法正確的是(

)A.基態(tài)原子中,3d3表示3d能級(jí)有3個(gè)電子且自旋不是都平行B.np能級(jí)全充滿時(shí)的軌道表示式為:C.核外電子運(yùn)動(dòng)的電子云輪廓圖就是原子軌道D.電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)可從能層、能級(jí)、原子軌道3個(gè)方面進(jìn)行描述答案

B解析

3d3表示第三能層d能級(jí)有3個(gè)電子,d能級(jí)有5個(gè)軌道,當(dāng)5個(gè)d軌道中有3個(gè)電子時(shí),這3個(gè)電子自旋平行,A項(xiàng)不正確;電子云是對(duì)電子在原子核外空間的概率密度分布的形象化描述,而原子軌道是用來(lái)描述核外電子空間運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的,C項(xiàng)不正確;核外電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)從能層、能級(jí)、原子軌道和電子自旋四個(gè)方面進(jìn)行描述,D項(xiàng)不正確。3.下列基態(tài)原子的價(jià)電子軌道表示式正確的是(

)答案

B4.下面是s能級(jí)、p能級(jí)的原子軌道圖,據(jù)圖回答下列問(wèn)題:(1)s能級(jí)的原子軌道呈

形,每個(gè)s能級(jí)有

個(gè)原子軌道;p能級(jí)中的原子軌道分別相對(duì)于x、y、z軸

,每個(gè)p能級(jí)有

個(gè)原子軌道。

(2)s能級(jí)原子軌道、p能級(jí)原子軌道的半徑與什么因素有關(guān)?是什么關(guān)系?答案

(1)球1對(duì)稱(chēng)3(2)原子軌道的半徑與能層序數(shù)有關(guān),并隨能層序數(shù)增大而增大。解析

s能級(jí)中的原子軌道在三維空間分布的圖形為球形,p