2025春高二化學選擇性必修2 （配人教版）第一章 原子結(jié)構(gòu)與性質(zhì) 第一節(jié) 原子結(jié)構(gòu) 第2課時 電子云與原子軌道 核外電子排布規(guī)則

電子云與原子軌道核外電子排布規(guī)則第2課時學習目標1.通過學習用原子軌道和電子云模型來描述電子的運動狀態(tài)(空間分布及能量),能辨識微觀粒子運動狀態(tài)不同于宏觀物體運動狀態(tài)。2.通過認識基態(tài)原子中核外電子的排布遵循能量最低原理、泡利原理和洪特規(guī)則等,能根據(jù)核外電子的排布規(guī)則正確表示1～36號元素基態(tài)原子核外電子的排布。任務分項突破『自主梳理』1.電子云(1)概率密度。1913年,玻爾提出氫原子模型,電子在

上繞核運行。量子力學指出,一定空間運動狀態(tài)的電子在核外空間各處都可能出現(xiàn),但出現(xiàn)的

不同,可用概率密度(ρ)表示,即ρ=(P表示電子在某處出現(xiàn)的概率,V表示該處的體積)。(2)電子云:處于一定空間運動狀態(tài)的電子在原子核外空間的

.的形象化描述。學習任務1認識電子云與原子軌道線性軌道概率概率密度分布2.電子云輪廓圖(1)概念:為了表示電子云輪廓的形狀,對核外電子的

.有一個形象化的簡便描述,把電子在原子核外空間出現(xiàn)概率P=

的空間圈出來,即電子云輪廓圖?？臻g運動狀態(tài)90%(2)形狀。球形3.原子軌道(1)定義:電子在原子核外的

稱為一個原子軌道。一啞鈴形三一個空間運動狀態(tài)(2)形狀。①s電子的原子軌道呈

形,能層序數(shù)越大,原子軌道的半徑越

。球②p電子的原子軌道呈

形,能層序數(shù)越大,原子軌道的半徑越大。p能級有3個互相垂直的軌道,分別表示為px、py、pz(如圖)。大啞鈴(3)各能級所含有的原子軌道數(shù)目。1能級符號nsnpndnf軌道數(shù)目

357『互動探究』德國物理學家海森堡1927年提出了著名的測不準原理(或不確定性原理),該原理指出:不可能同時精確確定一個基本粒子的位置和動量。對于像核外電子這樣的粒子只能確定其在原子核外各處出現(xiàn)的概率。如圖表示氫原子的1s概率密度分布圖。探究辨析電子云與原子軌道問題1:電子云圖中的小點的疏密表示什么?電子在原子核外出現(xiàn)的概率有什么規(guī)律?提示:小點是電子在原子核外出現(xiàn)的概率密度的形象描述。小點越密,表明概率密度越大;離核越近,電子出現(xiàn)的概率越大,電子云越密集。問題2:“電子云與原子軌道形狀相同,代表的意義相同”,這種說法對嗎?提示:不對。電子云是原子核外電子出現(xiàn)概率的形象化描述,原子軌道表示的是電子的空間運動狀態(tài),兩者意義不同,電子云輪廓圖與原子軌道形狀也略有差別。問題3:能層與能級(原子軌道類型)及原子軌道數(shù)目有何關(guān)系?提示:第n能層上有n個能級,n2個原子軌道。問題4:基態(tài)原子的核外電子填充在6個軌道的元素有幾種?填充在7個軌道中的元素有幾種?提示:s、p能級分別有1、3個原子軌道,按照構(gòu)造原理,核外電子填充在6個軌道的元素為1s22s22p63s1(Na)和1s22s22p63s2(Mg),共兩種;填充在7個軌道中的元素只有1s22s22p63s23p1(Al)一種元素。歸納拓展1.電子云圖的意義及特點(1)電子云圖中的小點并不代表電子,小點的數(shù)目也不代表電子真實出現(xiàn)的次數(shù)。(2)電子云圖表示電子在核外空間出現(xiàn)的概率密度的相對大小。電子云圖中小點密度越大,表示電子出現(xiàn)的概率密度越大。(3)電子云的外圍形狀具有不規(guī)則性,電子云圖很難繪制,使用不方便,故常使用電子云輪廓圖。2.原子軌道的數(shù)目與能量(1)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。(2)同一能層中,不同能級的原子軌道的能量及空間伸展方向不同,但同一能級的幾個原子軌道的能量相同,如2px、2py、2pz?！侯}組例練』題點一對電子云的理解1.圖甲和圖乙分別是1s電子的概率密度分布圖和電子云輪廓圖。下列認識正確的是(

)A.圖甲中的每個小黑點表示1個電子B.圖乙表明1s電子云呈球形,有無數(shù)條對稱軸C.圖乙表示1s電子只能在球體內(nèi)出現(xiàn)D.不同能層的s電子云的半徑相等√解析:1s能級只有1個原子軌道,最多排2個電子,所以圖甲中的每個小黑點表示1個電子是錯誤的,小黑點的作用是通過其疏密來形象地描述電子在原子核外空間各處出現(xiàn)的概率,A錯誤;由圖乙可知,1s電子云輪廓圖呈球形,球形為對稱圖形,有無數(shù)條對稱軸,B正確;1s電子云輪廓圖為球形,代表1s電子出現(xiàn)概率大的區(qū)域呈球形,但1s電子也可能在其他區(qū)域出現(xiàn),只是出現(xiàn)的概率小,C錯誤;能層越大,s電子云的半徑越大,D錯誤。2.下列關(guān)于電子云的說法正確的是(

)A.電子云表示電子在原子核外運動的軌跡B.電子云是處于一定空間運動狀態(tài)的電子在原子核外空間的概率密度分布C.電子云界面圖中的小黑點密表示該核外空間的電子多D.電子云可表示電子在核外運動的方向√解析:電子云表示電子在原子核外空間某處出現(xiàn)概率的大小,不表示電子運動的軌跡,不能表示電子在核外運動的方向,A、D錯誤,B正確;電子云界面圖中的小黑點越密表示電子在核外空間出現(xiàn)的概率越大,C錯誤。題點二原子軌道3.如圖是s能級和p能級的原子軌道圖,下列說法正確的是(

)A.s能級和p能級的原子軌道形狀相同B.每個p能級都有6個原子軌道C.s能級的原子軌道半徑與能層序數(shù)有關(guān)D.鈉原子的電子在11個原子軌道上高速運動√解析:s軌道為球形,p軌道為啞鈴形,A項錯誤;每個p能級只有3個原子軌道,B項錯誤;能層序數(shù)越小,s能級的原子軌道半徑越小,C項正確;鈉原子的電子在6個原子軌道上高速運動,D項錯誤。4.下列說法正確的是(

)A.ns能級的原子軌道圖可表示為

B.p軌道呈啞鈴形,因此p軌道上的電子運動軌跡呈啞鈴形C.3d3表示3d能級有3個軌道D.M能層中,共有7個原子軌道√解析:ns能級的電子云呈球形,故A正確;現(xiàn)在的技術(shù)無法測定電子在原子核外的運動軌跡,原子軌道只是體現(xiàn)電子的運動狀態(tài),故B錯誤;3d3表示3d能級有3個電子,故C錯誤;M能層中有s、p、d能級,有9個原子軌道,故D錯誤。25.元素X的基態(tài)原子最外層電子排布式為nsnnpn+1。試回答下列各題。(1)電子排布式中的n=

;原子中能量最高的是

電子,其電子云在空間有

方向,原子軌道呈

形。(2)元素X的名稱是

。

2p三種互相垂直的伸展啞鈴氮解析:元素X的基態(tài)原子最外層電子排布式為nsnnpn+1,根據(jù)核外電子排布規(guī)律可知n=2,則X是N。學習任務2掌握泡利原理、洪特規(guī)則、能量最低原理『自主梳理』1.電子自旋與泡利原理(1)電子自旋:電子除空間運動狀態(tài)外,還有一種狀態(tài)叫做自旋。自旋是微觀粒子普遍存在的一種如同電荷、質(zhì)量一樣的內(nèi)在屬性。電子自旋在空間有

和

兩種取向,簡稱自旋相反,常用上下箭頭(↑和↓)表示自旋相反的電子。(2)泡利原理(也稱泡利不相容原理):在一個原子軌道里,最多只能容納

個電子,它們的自旋

。順時針逆時針2相反相反[示例]2s軌道上的電子排布為

,不能表示為

。(3)因為每個原子軌道最多只能容納2個電子且自旋方向相反,所以從能層、能級、原子軌道、自旋方向四個方面來說明電子的運動狀態(tài)是不可能有兩個完全相同的電子的,任何一個原子里絕不會出現(xiàn)運動狀態(tài)完全相同的電子。[示例]氟原子的電子排布可表示為,由于各原子軌道中的電子自旋方向

,所以9個電子的運動狀態(tài)互不相同。原子軌道2.電子排布的軌道表示式(1)軌道表示式:又稱電子排布圖,是表述電子排布的一種圖式。(2)表示方法:在軌道表示式中,用方框(也可用圓圈)表示

,能量相同的原子軌道(簡并軌道)的方框相連,箭頭表示一種自旋狀態(tài)的電子,“↑↓”稱

,“↑”或“↓”稱單電子(或稱未成對電子)。箭頭同向的單電子稱為自旋平行。電子對(3)舉例:鋁原子的軌道表示式中各符號、數(shù)字的意義如圖。3.洪特規(guī)則基態(tài)原子中,填入簡并軌道的電子總是先單獨分占,且自旋平行。能量最低[示例]如:2p3的電子排布為

,不能表示為

或

。4.能量最低原理(1)內(nèi)容:在構(gòu)建基態(tài)原子時,電子將盡可能地占據(jù)

的原子軌道,使整個原子的能量最低。(2)影響原子能量的因素:整個原子的能量由核電荷數(shù)、電子數(shù)和電子狀態(tài)三個因素共同決定?！夯犹骄俊晃覈锻七M資源型地區(qū)高質(zhì)量發(fā)展“十四五”實施方案》提出,要加大石油、天然氣、銅、鉻、鎢、稀土、晶質(zhì)石墨等戰(zhàn)略性礦產(chǎn)資源勘查,做好重要礦產(chǎn)資源戰(zhàn)略接續(xù)。探究認識核外電子排布的兩原理一規(guī)則問題1:某同學寫出碳原子的基態(tài)軌道表示式為,是否正確?若不正確,違背了什么原則?提示:不正確;違背了泡利原理和洪特規(guī)則。問題2:寫出基態(tài)碳原子的軌道表示式,并據(jù)此判斷基態(tài)碳原子核外有多少種運動狀態(tài)的電子,有多少種空間運動狀態(tài)的電子,有幾個未成對電子,與碳同周期的元素中未成對電子數(shù)最多的是哪種。提示:;6;4;2;N。問題3:查閱元素周期表可知,基態(tài)Cr的價層電子排布式為3d54s1而不是3d44s2,為什么?提示:能量相同的原子軌道在全充滿、半充滿、全空時,體系能量較低。問題4:試寫出基態(tài)銅原子的核外電子排布式和價層電子排布圖。提示:[Ar]3d104s1;。歸納拓展1.基態(tài)原子核外電子排布遵循的規(guī)則(1)核外電子在原子軌道上排布要同時遵循構(gòu)造原理、泡利原理、洪特規(guī)則、能量最低原理。(2)泡利原理、洪特規(guī)則、能量最低原理并不是孤立的,而是相互聯(lián)系、相互制約的。(3)能量最低原理可敘述為在不違背泡利(不相容)原理的前提下,核外電子在各個原子軌道上的排布方式應使整個原子體系的能量最低,而不是說電子填充到能量最低的軌道中去。(4)洪特規(guī)則特例:在簡并軌道(同一能級)上的電子排布處于全充滿、半充滿和全空狀態(tài)時,具有較低的能量和較大的穩(wěn)定性。如24Cr:[Ar]3d54s1,29Cu:[Ar]3d104s1符合能量最低原理。2.核外電子排布的表示方法表示方法以基態(tài)硫(S)原子為例原子結(jié)構(gòu)示意圖電子式電子排布式1s22s22p63s23p4簡化電子排布式[Ne]3s23p4價層電子排布式3s23p4電子排布圖價層電子排布圖『題組例練』題點一原子核外電子排布規(guī)則的理解與應用1.下列鈷原子的價層電子軌道表示式中,不符合洪特規(guī)則的是(

)A

BC

D√2.下列氮原子的軌道表示式中,能量最高的是(

)A

BC

D√解析:各能級軌道中電子能量1s<2s<2p,能量較高的軌道中電子越多,該粒子能量越高,所以2p軌道上電子越多、s軌道上電子越少,該粒子能量越高,根據(jù)圖知能量由低到高的順序是A<C<B<D,故選D。3.處于基態(tài)的下列粒子,核外電子中未成對電子數(shù)最多的是(

)A.O B.P C.Cr D.Fe3+解析:O的價層電子排布式為2s22p4,未成對電子數(shù)為2;P的價層電子排布式為3s23p3,未成對電子數(shù)為3;Cr的價層電子排布式為3d54s1,未成對電子數(shù)為6;Fe3+的價層電子排布式為3d5,未成對電子數(shù)為5。因此核外電子中未成對電子數(shù)最多的是Cr。√題點二核外電子排布表示方法4.下列表示方法錯誤的是(

)√5.A、B、C、D、E代表5種元素,請回答下列問題。(1)A元素基態(tài)原子的最外層有3個未成對電子,次外層有2個電子,該原子的電子排布式為

。

1s22s22p3解析:(1)次外層有2個電子,說明次外層為第一層,故最外層為第二層,第二層有2s、2p兩個能級,2s上最多排兩個電子,故3個未成對電子在2p能級上,即2p3,故A原子的電子排布式為1s22s22p3。(2)B元素的負一價離子和C元素的正一價離子的電子排布式都與氬原子相同,B元素的符號為

,C的離子結(jié)構(gòu)示意圖為

。Cl解析:(2)由題意知,B-、C+均含18個電子,故B原子含17個電子,為氯元素,符號為Cl,C原子含19個電子,為鉀元素,K+的結(jié)構(gòu)示意圖為

。(3)D元素的正三價離子的3d能級為半充滿,D的元素符號為

,其基態(tài)原子的價層電子排布式為

。

Fe解析:(3)由題意知,D3+電子排布式為[Ar]3d5,故D原子有18+5+3=26(個)電子,即鐵元素,符號為Fe,其基態(tài)原子的價層電子排布式為3d64s2。3d64s2(4)E元素基態(tài)原子的M層全充滿,N層沒有成對電子,只有一個未成對電子,E的元素符號為

,其基態(tài)原子的價層電子排布圖為

。

Cu解析:(4)由題意知,E原子電子排布式為[Ar]3d104s1,共有29個電子,即銅元素,符號為Cu,電子排布式為1s22s22p63s23p63d104s1或[Ar]3d104s1,其基態(tài)原子的價層電子排布圖為

。模型認知書寫軌道表示式的“五注意”(1)一個方框表示一個原子軌道,一個箭頭表示一個電子。(2)不同能級中的□要相互分開,同一能級中的□要相互連接。(3)整個軌道表示式中各能級的排列順序要與相應的電子排布式一致。(4)當□中有2個電子時,它們的自旋狀態(tài)必須相反。(5)基態(tài)原子的電子排布遵循能量最低原理、泡利原理和洪特規(guī)則?！褐R整合提升』學科素養(yǎng)測評現(xiàn)有六種元素,其中A、B、C、D為短周期主族元素,E、F為第四周期元素,它們的原子序數(shù)依次增大。A元素原子的核外p電子數(shù)比s電子數(shù)少3B元素形成的物質(zhì)種類繁多,其形成的一種固體單質(zhì)是自然界中最硬的物質(zhì)C元素基態(tài)原子p軌道有3個未成對電子D原子核外所有p軌道全充滿或半充滿E在該周期中未成對電子數(shù)最多F能形成紅色(或磚紅色)的F2O和黑色的FO兩種氧化物根據(jù)上述信息,回答下列問題。(1)畫出A基態(tài)原子的核外電子軌道表示式:

。

(2)某同學畫的B基態(tài)原子的核外電子軌道