第一章 原子结构与性质\n第一节 原子结构第3课时电子云与原子轨道 泡利原理、洪特规则、能量最低原理\n学习目标核心素养1．知道电子在原子核外的运动状态。2．知道核外电子排布应遵循能量最低原理，通过生活中的实例理解基态、激发态与光谱间的关系。3．知道核外电子排布应同时遵循泡利原理和洪特规则。4．通过日常生活现象理解核外电子运动、电子云轮廓图和原子核外电子运动的状态。\n课堂素能探究名师博客呈现课堂达标验收课前素能奠基新课情境呈现\n新课情境呈现\n1926年，奥地利人薛定谔根据微观粒子运动的波粒二象性建立起了薛定谔波动方程。它的解是一个包含空间坐标x、y、z的函数，叫做波函数φ。单电子波函数常称原子轨道，其意是指原子中一个电子的可能的空间运动状态。这样一来，传统的经典理论的“轨道”概念的含意就发生了本质的变化，它再也不是传统理解的“固定路线”，而是电子在空间各点几率的大小。\n人们把电子在某点附近单位体积内出现的几率，叫做电子的几率密度。通常用小黑点的稠密或稀疏来代表电子出现的机会的多少。这样绘出的图，看起来像“云雾”似的分布在原子核的周围，称为“电子云”。电子云只是电子在空间出现的几率密度分布的形象化表示法。实质上，电子云就是|φ|2的具体图像。\n课前素能奠基\n一、电子云与原子轨道1．电子云(1)概念：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________________分布的形象化描述。小黑点越密，表示概率密度____________。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______________。概率密度新知预习越大电子云\n(2)电子云的形状s电子云呈__________形p电子云呈____________形球哑铃\n能级符号nsnpndnf轨道数目____________________________________2．原子轨道(1)原子轨道：通常把电子云轮廓图中电子出现的概率约为________的空间圈出来，这种电子云轮廓图称为原子轨道。每一个原子轨道表示电子在原子核外的____________空间运动状态。(2)能级与原子轨道数目关系90%一个1357\n二、核外电子排布1．泡利原理在一个原子轨道里最多只能容纳_________个电子，而且自旋状态____________，用________________表示。2．电子排布图用方框表示原子轨道，用不同方向的箭头表示自旋状态不同的电子的式子。如氧原子的电子排布图是_________________________。2相反“↑↓”\n3．洪特规则当电子排布在同一能级的不同轨道时，总是优先________________一个轨道，而且自旋状态____________。如氮原子、氟原子的电子排布图：单独占据相同\n4．能量最低原理现代物质结构理论证实，原子中的电子排布遵循________________能使整个原子的能量处于________________状态，简称能量最低原理。构造原理最低\n√√××预习自测\n2．某原子的电子排布式为1s22s22p63s23p4，下列说法中不正确的是()A．该元素原子有2个未成对电子B．该元素原子核外有16种运动状态C．该元素原子最外层共有6个电子D．该元素原子M能层共有16个电子解析：从电子排布式可以看出，该元素原子有2个未成对电子，16种运动状态，最外层为M层，共有6个电子，故D错误。D\n3．“各电子层最多容纳的电子数，是该电子层原子轨道数的二倍”，支撑这一结论的理论是()A．能量最低原理B．泡利不相容原理C．洪特规则D．能量最低原理和泡利不相容原理B\n解析：根据泡利不相容原理，每个原子轨道上最多只能容纳两个自旋状态相反的电子，因此各电子层最多容纳该电子层原子轨道数目二倍的电子；洪特规则是电子在能量相同轨道排布时尽可能分占不同轨道且自旋状态相同；能量最低原理是指电子总是先占据能量低的轨道，再依次进入能量高的轨道。\nC解析：A和B两项都是电子排布式，C和D两项都是电子排布图，其中C项违背了洪特规则。\n5．下面是s能级、p能级的原子轨道图，试回答问题：\n(1)s电子的原子轨道呈__________形，每个s能级有_________个原子轨道；p电子的原子轨道分别相对于x、y、z轴____________，每个p能级有_________个原子轨道。(2)s电子原子轨道、p电子原子轨道的半径与什么因素有关？是什么关系？________________________________________________________球1对称3原子轨道的半径与电子层数有关，并随电子层数增大而增大。解析：s轨道在三维空间分布的图形为球形，p轨道空间分布的图形分别相对于x、y、z轴对称，原子轨道的半径与电子层数有关，并随电子层数增大而增大。\n课堂素能探究\n问题探究：1．根据泡利原理和洪特规则，画出硼的电子排布图。2．下列电子排布图中哪个是C原子的？知识点核外电子排布遵循的规律\n3．以下分别是两个原子的2p能级和3d能级的电子排布情况，试分析有无错误，若有，违反了什么原则？\n\n知识归纳总结：1．能量最低原理：原子核外电子总是优先占有能量低的轨道，然后依次进入能量高的轨道，这样使整个原子处于能量最低的状态。这个原则是比较抽象的，如果我们打个这样的比方就可以理解了，也易于记忆了。把地球比作原子核，把能力高的大雁、老鹰等鸟比作能量高的电子，把能力低的麻雀、小燕子等鸟比作能量低的电子。能力高的鸟常在离地面较高的天空飞翔，能力低的鸟常在离地面很低的地方活动。\n\n3．洪特规则：原子核外电子在能量相同的各个轨道上排布时，电子尽可能分占不同的原子轨道，且自旋状态相同，这样整个原子的能量最低。比如C：最外层的p能级上有三个轨道写出基态C原子的最外层p能级上两个电子的可能排布：p有3个轨道，而碳原子2p能层上只有两个电子，电子应优先分占，而不是挤入一个轨道，C原子最外层p能级上两个电子的排布应如①所示，这就是洪特规则。\n提示：为什么某些原子核外电子排布违背构造原理？根据构造原理，在书写少数元素如Cu、Ag、Au、Cr等基态原子的电子排布式时会有1个电子的偏差。如Cr：1s22s22p63s23p63d54s1(非3d44s2)，Cu：1s22s22p63s23p63d104s1(非3d94s2)。对于这一现象，洪特通过分析光谱实验的结果指出：能量相同的原子轨道在全充满(如s2、p6和d10等)、半充满(如s1、p3和d5等)以及全空(如s0、p0和d0等)状态时体系的能量较低，原子较稳定。\n\n下列原子价电子层的电子排布图正确的是()典例1B\n\n规律方法指导：对于同一能级，当电子排布为全充满、半充满或全空时，是比较稳定的。\nC\n\nC项，d能级全空、全满或半满时能量最低，基态Cr原子的核外电子排布式为[Ar]3d54s1，正确；D项，基态Ca原子的核外电子排布式为[Ar]4s2，错误。\n问题探究：1．电子云中每个小黑点表示电子在该处出现过一次吗？2．(1)s能级和p能级的原子轨道存在哪些方面的差异？(2)不同能层中的s轨道和p轨道电子云轮廓图分别相同吗？分别呈什么形状？知识点描述核外电子排布的化学用语\n探究提示：1．提示：电子云中孤立的小黑点没有意义，小黑点的密度不同，代表电子出现的概率不同。2．(1)提示：轨道形状、数目、最多容纳电子数等不同。(2)提示：相同。s轨道均为球形，p轨道均为哑铃形。\n知识归纳总结：1．电子排布式用核外电子分布的原子轨道(能级)及各原子轨道(能级)上的电子数来表示电子排布的式子。如1s22s22p4、1s22s22p63s23p63d64s2分别是O、Fe原子的电子排布式。\n2．轨道表示式以铝原子为例，电子排布图中各符号、数字的意义为：\n\n3．原子结构示意图原子结构示意图是表示原子的核电荷数和核外电子在原子核外各电子层排布的图示。4．电子式在化学反应中，一般是原子的最外层电子数目发生变化。为了简便起见，化学中常在元素符号周围用小黑点“·”或小叉“×”来表示元素原子的最外层电子，相应的式子叫做电子式。如钠原子的电子式为·Na(或×Na)。\n解析：S2－的核外电子排布式应为1s22s22p63s23p6，故A项错误。典例2A\nC\n\n名师博客呈现\n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电子云轮廓图形状取向K1s11s球形－L2s12s球形－2p32px、2py、2pz哑铃形相互垂直M3s13s球形－3p33px、3py、3pz哑铃形相互垂直3d5……①…………\n能层能级原子轨道数原子轨道名称电子云轮廓图形状取向N4s14s球形－4p34px、4py、4pz哑铃形相互垂直4d5………………4f7………………………………………………注：①d轨道和f轨道各有其名称、形状和取向，此处不再赘述。\n〔即时训练〕1．图1和图2分别是1s电子的概率密度分布图和原子轨道图。下列有关认识正确的是()A．图1中的每个小黑点表示1个电子B．图2表示1s电子只能在球体内出现C．图2表明1s轨道呈圆形，有无数对称轴D．图1中小黑点的疏密表示某一时刻，电子在核外出现的概率的大小D\n解析：题图2只是表示电子在该区域出现的概率大，在此之外也能出现，不过概率很小，B错误；1s轨道在空间呈球形而不是圆形，C错误。\n2．下列说法正确的是()A．不同的原子轨道形状一定不相同B．p轨道呈哑铃形，因此p轨道上的电子运动轨迹呈哑铃形C．2p能级有3个p轨道D．氢原子的电子运动轨迹呈球形解析：不同能级的原子轨道形状可以相同，如1s、2s能级的原子轨道都是球形，只是半径不同，A错；现在的技术无法测定电子在原子核外的运动轨迹，原子轨道只是体现电子的运动状态，B、D错；任何能层的p能级都有3个p轨道，C正确。C\n课堂达标验收\n1．已知下列电子排布图所表示的是元素的原子，其中能量处于最低状态的是()A解析：A项表示的是基态原子，能量处于最低状态；B项中2s能级上的电子跃迁到2p能级上，为激发态原子，能量较高；C项，2p能级上的三个电子应尽可能分占不同的轨道，且自旋方向相同时能量最低；D项，先填满2s能级、再填2p能级时的能量最低。\n2．下列有关电子云和原子轨道的说法中，正确的是()A．原子核外的电子像云雾一样笼罩在原子核周围，故称电子云B．s能级的原子轨道呈球形，处于该轨道上的电子只能在球壳内运动C．p能级的原子轨道呈哑铃形，随着能层的增加，p能级原子轨道也在增多D．p能级原子轨道与s能级原子轨道的平均半径都随能层序数的增大而增大D\n解析：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，A错误；处于该轨道上的电子不只在球壳内运动，还在球壳外运动，只是在球壳外运动概率很小，B错误；任何能层的p能级都有3个原子轨道，C错误。\n解析：该电子排布图违反洪特规则，故A错误；该电子排布图违反泡利不相容原理，故B错误；该电子排布图符合洪特规则，故C正确；该电子排布图违反能量最低原理，故D错误；故选C。C\nB\n\n5．已知锰的核电荷数为25，以下是一些同学绘制的基态锰原子的电子排布图，其中最能准确表示基态锰原子核外电子运动状态的是()\n\n答案：D解析：Mn原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s2，其中3d轨道上排布了5个电子，为半充满状态，各电子分占不同的轨道，且自旋状态相同。A中，3d轨道上电子排布不对，违反了洪特规则；B中，s轨道上两个电子的自旋状态应相反；C中3d轨道上电子排布不对，违反了洪特规则；D项正确。\n6．已知元素X、Y的原子最外层分别有n个和(m－5)个电子，次外层分别有(n＋2)个和m个电子，据此推断：(1)元素X和Y分别是_________和__________(填元素符号)；其电子排布式分别为_______________________和_______________________；其价电子的电子排布图分别为_________________________________和____________________________。SAl1s22s22p63s23p41s22s22p63s23p1\n(2)X、Y元素原子中的电子分别占据的轨道数为_________、_________。(3)X、Y元素原子中未成对电子数分别为_________、_________。(4)X、Y元素原子中电子的运动状态分别为__________种、__________种。97211613\n
