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第一节第3课时 电子云和原子轨道
能量最低原理　泡利原理　洪特规则
选修3 物质结构与性质
第1章 原子结构与性质
学习目标
1.知道电子的运动状态(空间分布及能量)可通过原子轨道和电子云模型来描述。
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等。
学会书写1~36号元素基态原子核外电子排布的轨道表示式。
3.通过辨识电子云、原子轨道等概念,探析微观粒子运动与宏观物体运动的异同。
4.结合核外电子排布规律,能论证不同原子核外电子排布与排布规律的关系。
玻尔模型
电子云模型
电子在线性轨道上绕核运行
电子云轮廓图中的小黑点密度的大小是否表示电子的多少
提示：不是。电子云轮廓图中的一个小黑点并不代表一个电子,而是表示电子在此位置出现过一次,小黑点密度的大小,表示在一定时间内电子出现的概率的大小。
四、电子云与原子轨道
1.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概率密度分布的形象化描述。
由于核外电子的概率密度分布看起来像一片云雾,因而被形象地称为电子云。
小黑点越密,表示概率密度越大。
P表示电子在某处出现的概率
V表示该处的体积
ρ =
由于微观粒子质量小、运动空间小、运动速度大,不能同时准确测出其位置与速度,
所以对于核外电子只能确定其在原子核外各处出现的概率。
①电子云图中的小点并不代表电子,小点的数目也不代表电子真实出现的次数。
②由氢原子的1s电子在原子核外出现的概率密度分布图可知,在离原子核越近的空间电子出现的概率密度越大;电子云的外围形状具有不规则性。
③电子云图很难绘制,使用不方便,故常使用电子云轮廓图。
2.电子云轮廓图
为了表示电子云轮廓的形状,对核外电子的空间状态有一个形象化的简便描述,
把电子在原子核外空间出现概率P=90%的空间圈出来,即为电子云轮廓图。
x
y
z
3.电子云的形状
s电子云呈 形
相似点：任一能层的s电子的电子云轮廓图都是一个球形。
递变性：同一原子的能层越高，s电子云半径越大。
只有1种空间运动状态（伸展方向）
由于电子能量依次增高，电子在离核更远的区域出现的概率逐渐增大，电子云越来越向更大的空间扩展。
1s 2s 3s 4s
球
3.电子云的形状
p电子云呈 形
相似点：p电子云的形状是哑铃状的，同一能层中px、py、pz相互垂直且能量相同
递变性：能层序数越大，p电子云半径越大
有3种不同的空间运动状态（伸展方向）
哑铃
能量相同的轨道称为简并轨道
3.电子云的形状
d的电子云轮廓图有5种不同的空间运动状态（伸展方向）
3.电子云的形状
f的电子云轮廓图有7种不同的空间运动状态（伸展方向）
电子云扩展程度
同类电子云能层序数n越大，电子能量越大，
活动范围越大电子云越向外扩张。
4.原子轨道
(1)定义:电子在原子核外的
一个空间运动状态称为一个原子轨道。
(2)各能级所含原子轨道数目:
ns原子轨道1个
nd原子轨道有5个
np原子轨道有3个
nf 原子轨道有7个
五、基态原子的核外电子排布规则
1.能量最低原理
原子核外电子的排布遵循构造原理,按轨道能量由低到高依次排列,
使整个原子的能量处于最低状态。
三、基态原子的核外电子排布规则
2.泡利原理
在一个原子轨道里最多只能容纳2个电子,
而且自旋状态相反,用“↑↓”表示。
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。
三、基态原子的核外电子排布规则
3.洪特规则
当电子排布在同一能级的不同轨道时,
基态原子中的电子总是优先单独占据
一个轨道,而且自旋状态相同。
洪特规则特例:
能量相同的原子轨道在全充满(如p6和d10)、半充满(如p3和d5)和
全空(如p0和d0)状态时,体系的能量较低,原子较稳定。
泡利原理
每个轨道最多只能容纳2个电子
且它们的自旋方向相反
洪特规则
电子总是优先单独地占据简并轨道
且它们的自旋方向相同
怎么填
填多少
温馨提示
核外电子在原子轨道上排布要遵循三个原则:
能量最低原理、泡利不相容原理和洪特规则。
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排布要同时遵循这三个原则。
轨道表示式
又称电子排布图
书写方法：以Al原子为例说明轨道表示式中各部分的含义
每个方框代表一个原子轨道,每个箭头代表一个电子。
下列基态原子或离子的电子排布表示方法中,正确的是　　　　　　　,
违反能量最低原理的是　　　　,违反洪特规则的是　　　　,
违反泡利原理的是　　　　。
①Ca2+:1s22s22p63s23p6　 ②F-:1s22s23p6
⑥
③⑥
②　
①④⑤
①
②
③
④
(违反能量最低原理)
(违反泡利原理)
(违反洪特规则)
(违反洪特规则)
完成下列空白。
(1)下列原子基态价电子排布图(或轨道表示式)表示正确的是(　　)
B
(2)下列电子排布图(或轨道表示式)能表示氮原子的最低能量状态的是
　　(填字母)。
A
(3)S原子的基态原子
原子核外电子运动状态有 种 原子核外有　　个未成对电子
原子轨道数是 种 原子核外电子空间运动状态有 种
电子云伸展方向有 种 有　　种不同形状的电子云
有　　种不同能量的电子
16
2
9
4
2
9
5
(4)磷在成键时,能将一个3s电子激发进入3d能级而参加成键,
写出该激发态原子的核外电子排布式　　　　　　　　　　　。
(5)基态Fe原子价层电子的电子排布图(或轨道表达式)为　　 　,
基态Se原子的电子占据最高能级的电子云轮廓图为　　　　形。
1s22s22p63s13p33d1
哑铃
判断正误,正确的画“√”,错误的画“×”。
(1)氢原子电子云的一个小点表示一个电子。(　　)
(2)同一原子中,2p、3p、4p能级的轨道数依次增多。(　　)
(3)2p轨道和3p轨道的形状均为哑铃形,能量也相等。(　　)
(4)2s的电子云比1s的电子云大,说明2s的电子云中的电子比1s的电子云中的电子多。(　　)
(5)铁元素基态原子的电子排布式为1s22s22p63s23p64s23d6。(　　)
(6)Cr的基态原子的简化电子排布式为[Ar]3d44s2。(　　)
(7)磷元素基态原子的电子排布图为 。(　　)
(8)22Ti的电子排布式1s22s22p63s23p10违反了能量最低原理。(　　)
×
×
×
×
×
×
×
×
表示方法 举例
电子排布式
简化电子排布式
价电子排布式
电子排布图(或轨道表示式)
离子价电子排布式
离子电子排布图
原子结构示意图
电子式
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
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 4s 1 4s 球形 —
4p 3 4px、4py、4pz 哑铃形 相互垂直
4d 5 …… …… ……
4f 7 …… …… ……
[2021·全国甲卷，35]
(1)太阳能电池板主要材料为单晶硅或多晶硅。Si 的价电子层的电子排布式为
[2021·全国乙卷，35]
(1)对于基态Cr原子，下列叙述正确的是
A. 轨道处于半充满时体系总能量低，核外电子排布应为[Ar]3d54s1
B. 4s电子能量较高，总是在比3s电子离核更远的地方运动
C. 电负性比钾高，原子对键合电子的吸引力比钾大
概率大
[2021·山东卷]
(1)基态F原子核外电子的运动状态有_______种．
[2021·湖南卷]
(1)基态硅原子最外层的电子排布图为___________________，
[2021·河北卷]
(1)在KH2PO4的四种组成元素各自所能形成的简单离子中，
核外电子排布相同的是____________(填离子符号)。
[2021·海南卷]
(1)基态锰原子的价层电子排布式为 。
[2020·全国卷Ⅱ，35]
(1)基态Ti原子的核外电子排布式为____________。
[2020·全国卷Ⅰ，35]
(1)基态Fe2+与Fe3+离子中未成对的电子数之比为_________。
[2019·全国卷Ⅲ，35(1)]
在周期表中，与Li的化学性质最相似的邻族元素是______，该元素基态原子核外M层电子的自旋状态______(填“相同”或“相反”)。
Mg
相反
[2018·全国卷Ⅱ，35(1)]
基态Fe原子价层电子的电子排布图(轨道表达式)为
_________________________________________________，
基态S原子电子占据最高能级的电子云轮廓图为________________形。
哑铃(纺锤)
(或 )
[2017·全国卷Ⅰ，35(1)(2)]
(1)元素K的焰色反应呈紫红色，其中紫色对应的辐射波长为_____ nm
(填标号)。
A.404.4　 B.553.5　 C.589.2　 D.670.8　 E.766.5
(2)基态K原子中，核外电子占据的最高能层的符号是____，
占据该能层电子的电子云轮廓图形状为________。
A
N
球形
[2017·全国卷Ⅱ，35(1)]
氮原子价层电子的轨道表达式(电子排布图)为
______________________________________。
[2017·全国卷Ⅲ，35(1)]
Co基态原子核外电子排布式为___________________________________
元素Mn与O中，基态原子核外未成对电子数较多的是_____。
1s22s22p63s23p63d74s2
[Ar]3d74s2
Mn
[2016·全国卷Ⅰ，37(1)]
基态Ge原子的核外电子排布式为[Ar]____________，有___个未成对电子。
3d104s24p2
2
[2016·全国卷Ⅱ，37(1)]
镍元素基态原子的电子排布式为___________________________________，
3d能级上的未成对的电子数为_____。
1s22s22p63s23p63d84s2
(或[Ar]3d84s2)
2
[2016·全国卷Ⅲ，37(1)]
写出基态As原子的核外电子排布式：
1s22s22p63s23p63d104s24p3(或[Ar]3d104s24p3)
按要求书写：
(1)Sc的价电子排布式______________。
(2)V的价电子排布图__________________________________。
(3)基态铜原子的核外电子排布式(简写)：_________________。
(4)基态Ga原子的核外电子排布式(简写)：___________________。
(5)第四周期核外电子排布未成对电子数和周期数相同的基态原子的核外电子排布式(简写)：________________。
3d14s2
[Ar]3d104s1
[Ar]3d104s24p1
[Ar]3d64s2
下列叙述中,正确的是(　　)A.在一个基态多电子的原子中,可以有两个运动状态完全相同的电子B.在一个基态多电子的原子中,不可能有两个能量完全相同的电子C.在一个基态多电子的原子中,M能层上的电子能量肯定比L能层上的电子能量高D.如果某一基态原子3p能级上仅有2个电子,它们自旋状态必然相反
C
下列说法正确的是(　　)A.因为p轨道是哑铃形的,所以p电子是哑铃形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,故氢原子核外只有一个原子轨道D.原子轨道与电子云都是用来形象描述电子运动状态的
D
下列原子或离子的电子排布式或电子排布图正确的是　　　　,
违反能量最低原理的是　　　　,违反洪特规则的是　　　　,
违反泡利原理的是　　　　。 ①Ca2+: 1s22s22p63s23p6②F-: 1s22s23p6③P:
④Cr: 1s22s22p63s23p63d44s2⑤Fe: 1s22s22p63s23p63d64s2⑥Mg2+: 1s22s22p6⑦C:
①⑤⑥
②　
③④⑦　
　⑦
具有如下电子层结构的原子,其相应元素一定属于同一主族的是(　　)A.3p能级上有2个未成对电子的原子和4p能级上有2个未成对电子的原子B.3p能级上只有1个空轨道的原子和4p能级上只有1个空轨道的原子C.最外层电子排布式为ns2的原子和最外层电子排布式为ns2np6的原子D.最外层电子排布式为3s2的原子和最外层电子排布式为4s2的原子
B
有A、B、C、D、E五种元素,它们的核电荷数依次增大,且都小于20。其中A为非金属元素,A和E属于同一族,它们原子的最外层电子排布式为ns1。B和D也属于同一族,它们原子最外层的p能级电子数是s能级电子数的两倍,C原子最外层上电子数等于D原子最外层上电子数的一半。
H　O　Al　S　K(写元素名称也可)

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