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(共25张PPT)
第一节 原子结构　
第3课时 电子云和原子轨道
泡利原理、洪特规则、能量最低原理
人教版选择性必修2
学习目标
1. 知道电子的运动状态可通过原子轨道和电子云模型来描述，能说明微观粒子运动状态与宏观物体运动特点的差异。
2. 认识基态原子中核外电子的排布遵循能量最低原理、泡利原理和洪特规则，能写出1~36号元素基态原子的轨道表示式。
学习目标
1.通过学习原子轨道和电子云模型，建立对原子结构的模型认知，培养学生宏观辨识也微观探析的学科素养。
2. 认识基态原子中核外电子的排布规律，初步学会运用模型解决实际问题。
素养目标
情境引入
1913年，玻尔提出电子在特定轨道上运动的线性轨道模型
情境引入
1926年，玻尔建立的线性轨道模型被量子力学推翻。薛定谔对电子的运动做了适当的数学处理，得到了电子云模型。
教学过程
一、概率密度和电子云
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分布。
1.概率密度
ρ＝
P
V
公式：概率密度 ＝
用 P表示电子在某处出现的概率，V 表示该处的体积，则P/V称为概率密度，用 ρ 表示。
小点是1s电子在原子核外出现的概率密度的形象描述
氢原子1s电子的概率密度分布图
教学过程
一、概率密度和电子云
2.电子云
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
电子云图很难绘制,使用不方便，我们可以标会出电子云的轮廓图，如把将电子在原子核外空间出现的概率P ＝90% 的空间圈出来。
s电子云轮廓图
教学过程
(1)s 电子云
规律： ①任一能层的s电子的电子云形状相同，均为球形。
②同一原子的能层越高，s电子云半径越大。
原因：电子能量越高，电子在离核更远的区域出现的概率越大，电子云越来越向更大的空间扩展。
教学过程
(2)p 电子云
规律： ①p能级的原子轨道都是哑铃形的，
②每个p能级有3个相互垂直的原子轨道，分别以px、py、pz表示。
③在同一能层中px、py、pz的能量相同。
④能层越高，p电子云半径越大。
教学过程
二、原子轨道
电子在原子核外的一种空间运动状态称为一个原子轨道。常用电子云轮廓图的形状和取向来表示原子轨道的形状和取向。
原子轨道数=电子云轮廓图数
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
单轨道容纳电子数 2 2 2 2
教学过程
能级符号 ns np nd nf
轨道数目 1 3 5 7
各能级所含有原子轨道数目
ns (1) np(3) nd(5) nf(7)
教学过程
能层 能级 原子轨道数 原子轨道名称 电子云轮廓图的性质与取向 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 …… …… ……
不同能层的能级、原子轨道及电子云轮廓图
原子轨道数=能层序数的平方
N 4s 1 4s 球形
4p 3 4px、4py、4pz 哑铃形 相互垂直
4d 5 …… …… ……
4f 7 …… …… ……
4
9
2
3
4
16
教学过程
三、泡利原理、洪特规则、能量最低原理
（1）自旋和泡利原理
1925年，两个荷兰年轻人提出：电子除空间运动状态外，还有一种状态叫做自旋。自旋是微观粒子普遍存在的一种如同电荷、质量一样的内在属性。
电子自旋在空间有顺时针和逆时针两种取向，简称自旋相反 常用上下箭头（↑和↓）表示自旋相反的电子。
教学过程
泡利
在一个原子轨道里,最多只能容纳2个电子,且它们的自旋相反。这个原理被称为泡利原理（也称泡利不相容原理）
泡利原理
思考: 一个原子中能否存在运动状态完全相同的2个电子？
电子的运动状态由能层、能级、原子轨道和自旋状态四个方面共同决定，不存在运动状态完全相同的2个电子。
教学过程
（2）电子排布的轨道表示式（电子排布图）
轨道表示式（又称电子排布图）是表述电子排布的一种图式。用方框（也可用圆圈）表示原子轨道，能量相同的原子轨道（简并轨道）的方框相连，箭头（↑↓）表示一种自旋状态电子。
“↑↓”称电子对，“↑”或“↓”称单电子（或称未成对电子）。箭头同向的单电子称自旋平行。
教学过程
（3）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，称为洪特规则。
52%
45%
39%
70%
2p3的电子排布为
不能为
2p4的电子排布为
不能为
↑↓ ↑ ↓
↑↓ ↑↓
2p
使用范围
2、洪特规则适用于电子填入简并轨道，并不适用于电子填入能量不同的轨道
1、洪特规则不仅适用于基态原子，也适用于基态离子
洪特
教学过程
思考与讨论
教学过程
洪特规则特例
简并轨道全充满、半充满或全空状态是能量较低的稳定状态。
相对稳定的状态
全充满： p6、d10、f14
半充满：p3、d5、f7
全空： p0、d0、f0
24Cr 1s22s22p63s23p63d54s1
29Cu 1s22s22p63s23p63d104s1
教学过程
（4）能量最低原理
在构建基态原子时，电子将尽可能地占据能量最低的原子轨道，使整个原子的能量最低，这就是能量最低原理。
整个原子的能量由核电荷数、电子数和电子状态三个因素共同决定。
1、相邻能级能量相差很大时，电子填入能量较低的能级可使原子能量最低。如所有主族元素的基态原子。
2、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的排斥能，进而使原子整体能量最低。如所有副族元素的基态原子。
教学过程
思考与讨论
不满足能量最低原理
不满足洪特规则
不满足泡利原理
具有下列电子层结构的原子，其对应元素一定属于同一周期的是(　　)
A．两种原子的电子层上全部都是s电子
B． 3p能级上只有一个空轨道的原子和3p能级上有一个未成对电子的原子
C．最外层电子排布为2s22p6的原子和最外层电子排布为2s22p6的离子
D．原子核外的M层上的s能级和p能级都填满了电子，而d轨道上尚未排有电子的两种原子
典例1．
【答案】B　
课堂练习
教学过程
下列有关电子排布图的表述不正确的是(　　)
典例2．
【答案】D　
(1)X元素是非金属元素，其原子中有3个未成对电子，核外电子层数为3，则该原 子的核外电子排布式为 。
(2)某元素的原子基态时有6个电子处于3d轨道上，则该元素的原子序数为________，该元素原子的d轨道上的未成对电子有__________个。
(3)某元素的基态原子失去3个电子后，它的3d轨道上的电子恰好半满，则该元素的原子序数为__________，其＋3价离子的电子排布式为__________。
典例3．
【答案】　(1)1s22s22p63s23p3　(2)26　4　(3)26　1s22s22p63s23p63d5
课堂练习
课堂小结
电子云
原子轨道
概率密度分布图
电子云图
概念
形状
各能级所含有原子轨道数目
表达公式
相同原子的s电子的电子云轮廓图
px、py、pz的电子云轮廓图
概念
含义
形状：s电子云——球形，p电子云——哑铃形
原子轨道与能层序数的关系
能层、能级和原子轨道之间的关系
电子排布的轨道表示式(电子排布图)
核外电子在原子轨道中的排布规律
排布规律一：泡利原理
排布规律二：洪特规则
排布规律三：能量最低原理
简并轨道
电子对
单电子
自旋平行
用方框表示原子轨道，在方框的下方用能级符号表示轨道所属能级
课堂小结
感 谢 倾 听　

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