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新授课
第一章 原子结构与性质
课时3 原子轨道 核外电子排布规律
【学习目标】
1.了解原子的运动状态特点，知道原子轨道以及电子云模型。 2.了解泡利原理、洪特规则、能量最低原理内涵，并能据此确定基态原子的电子排布。
【学习活动】
学习任务
目标一：了解原子的运动状态特点，知道原子轨道以及电子云模型。 任务1：阅读教材p12最后一段至p13内容，回答下列问题。 1.下图是氘原子及1s电子云轮廓图的绘制过程，图2中的小黑点是不是代表一个电子？其小黑点的密度表示什么？ 2.分析同一原子的s电子的电子云轮廓图，请解释为什么同一原子的能层越高，s电子云半径越大？ 3.任一能层的s电子云的形状相同吗？2p、3p电子云的形状是什么？ 任务2：阅读教材p14表格内容，回答下列问题。 1.量子力学把电子在原子核外的一个空间运动状态称为一个原子轨道。同一原子中，ns、np、nd、nf能级各有几个轨道？M层共有多少个原子轨道？能层序数n与该层轨道数的关系是什么？ 2.不同能层的同种能级的原子轨道形状是否完全相同？ 3.原子轨道1s、2px、2py、2pz轨道电子云轮廓是什么形状？
目标二：了解泡利原理，洪特规则、能量最低原理内涵，并能据此确定基态原子的电子排布。 任务1：阅读教材p14-p16内容，回答下列问题。 借助量子力学理论和原子光谱，人们能够推测原子中的电子处于哪些原子轨道上。研究发现，原子中的电子是按照一定规律分布在各原子轨道上的。因此，探讨能量最低状态即基态原子的核外电子排布规律具有重要意义。 1.“各能级容纳的最多电子数是该能级原子轨道数的2倍”，支撑这一结论的理论是什么？ 2.泡利原理和洪特规则有何区别？ 3.指出下列核外轨道表示式的书写分别违背了什么原则？ ①2p轨道上有3个电子的原子：； ②2p轨道上有2个电子的原子：； ③基态P原子：1s22s22p63s233； ④4s轨道上有2个电子的原子：； ⑤3d轨道上有8个电子的原子：； 4.为什么原子的核外电子排布要遵循能量最低原理呢？为什么基态K和Ca的价电子是4s1和4s2，而不是3d1和3d2 5.当碳原子的核外电子排布由基态转变为激发态时，能量变化如何？ 任务2： 1.24Cr的电子排布式写为1s22s22p63s23p63d44s2是否正确？应如何书写？ 2.核外电子排布有多种表示方法，请写出K原子的原子结构示意图、电子排布式及轨道表示式。 3.下面是几种基态原子、离子或价电子的轨道表示式： Ⅰ.①表示的是哪种基态原子的轨道表示式？写出其价电子轨道表示式。 Ⅱ.②能否表示Na＋的轨道表示式？试写出F－的轨道表示式。 Ⅲ.③表示的是哪种基态原子的价电子轨道表示式？试写出Fe3＋的价电子轨道表示式。 Ⅳ.第二周期元素中，未成对电子数最多的元素是哪种？写出其价电子轨道表示式，第四周期元素中，未成对电子数最多的元素是哪种？写出其价电子轨道表示式。 4.Ⅰ.写出下列基态粒子的电子轨道表示式： (1)Mg：__________________________； (2)P：__________________________； (3)Mn：__________________________； Ⅱ.写出下列基态粒子的价层电子轨道表示式： (1)N：__________________________； (2)Fe2+：__________________________； (3)Cu：__________________________。
【学习总结】
回顾本课所学，画出思维导图
2新授课
第一章 原子结构与性质
课时3 原子轨道 核外电子排布规律
【学习目标】
1.了解原子的运动状态特点，知道原子轨道以及电子云模型。 2.了解泡利原理、洪特规则、能量最低原理内涵，并能据此确定基态原子的电子排布。
【学习活动】
学习任务
目标一：了解原子的运动状态特点，知道原子轨道以及电子云模型。 任务1：阅读教材p12最后一段至p13内容，回答下列问题。 1.下图是氘原子及1s电子云轮廓图的绘制过程，图2中的小黑点是不是代表一个电子？其小黑点的密度表示什么？ 参考答案：氘原子核外只有一个电子，图2中大量小黑点并不代表一个电子；图中小黑点的密度表示电子出现的概率密度，其中小黑点密度越大，表示电子出现的概率密度越大。 2.分析同一原子的s电子的电子云轮廓图，请解释为什么同一原子的能层越高，s电子云半径越大？ 参考答案：由于电子的能量依次增高，电子克服原子核的引力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，因而能层越高，电子云越弥散。 3.任一能层的s电子云的形状相同吗？2p、3p电子云的形状是什么？ 参考答案：任一能层的s电子云的形状均为球形；2p、3p电子云的形状均为哑铃形。 任务2：阅读教材p14表格内容，回答下列问题。 1.量子力学把电子在原子核外的一个空间运动状态称为一个原子轨道。同一原子中，ns、np、nd、nf能级各有几个轨道？M层共有多少个原子轨道？能层序数n与该层轨道数的关系是什么？ 参考答案：ns、np、nd、nf能级各有1、3、5、7个轨道，M层含3s、3p、3d三个能级分别含1、3、5个原子轨道，共有9个原子轨道。 n能层轨道数＝n2。 2.不同能层的同种能级的原子轨道形状是否完全相同？ 参考答案：不同能层的同种能级的原子轨道形状相似，但不完全相同。只是原子轨道的半径不同，能级序数n越大，电子的能量越大，原子轨道的半径越大。例如1s、2s、3s原子轨道均为球形，原子轨道半径：r(1s)＜r(2s)＜r(3s)。 3.原子轨道1s、2px、2py、2pz轨道电子云轮廓是什么形状？ 参考答案： s轨道的形状是球形，呈球形对称。 p轨道的形状是哑铃形，呈轴对称。px、py、pz轨道形状间空间相互垂直。
目标二：了解泡利原理，洪特规则、能量最低原理内涵，并能据此确定基态原子的电子排布。 任务1：阅读教材p14-p16内容，回答下列问题。 借助量子力学理论和原子光谱，人们能够推测原子中的电子处于哪些原子轨道上。研究发现，原子中的电子是按照一定规律分布在各原子轨道上的。因此，探讨能量最低状态即基态原子的核外电子排布规律具有重要意义。 1.“各能级容纳的最多电子数是该能级原子轨道数的2倍”，支撑这一结论的理论是什么？ 参考答案：泡利原理；根据泡利原理，每个原子轨道中最多能容纳2个自旋状态相反的电子，所以每个能级能容纳的最多电子数是该能级原子轨道数的2倍。 2.泡利原理和洪特规则有何区别？ 参考答案：泡利原理：在一个原子轨道里，最多只能容纳2个电子，而且它们的自旋相反；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，而且自旋平行。 3.指出下列核外轨道表示式的书写分别违背了什么原则？ ①2p轨道上有3个电子的原子：； ②2p轨道上有2个电子的原子：； ③基态P原子：1s22s22p63s233； ④4s轨道上有2个电子的原子：； ⑤3d轨道上有8个电子的原子：； 参考答案：①②③⑤违背了洪特规则，当电子排布在同一能级的不同轨道时，原子中的电子总是优先单独占据一个轨道，且自旋平行。④违背了泡利原理，一个原子轨道最多只容纳2个电子，而且这2个电子的自旋相反。 4.为什么原子的核外电子排布要遵循能量最低原理呢？为什么基态K和Ca的价电子是4s1和4s2，而不是3d1和3d2 参考答案：能量最低原理是自然界普遍遵循的规律。能量越低，物质越稳定，物质都有从高能量状态转化到低能量状态的趋势。 3d轨道的能量比4s高，如果按照3d1和3d2的排布，违反了能量最低原理。 5.当碳原子的核外电子排布由基态转变为激发态时，能量变化如何？ 参考答案：碳原子要从外界环境中吸收能量完成向高能级的跃迁。 【知识小结】 1．泡利原理：在一个原子轨道里，最多只能容纳2个电子，而且它们的自旋状态相反，这个原理称为泡利原理。 2．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，而且自旋平行。 3．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。 4．轨道表示式： 在轨道表示式中，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的电子，“↑↓”称电子对，“↑”或“↓”称单电子(或称未成对电子)。 如： 任务2： 1.24Cr的电子排布式写为1s22s22p63s23p63d44s2是否正确？应如何书写？ 参考答案：不正确。正确的写法为1s22s22p63s23p63d54s1，3d5为半充满稳定状态，具有较大的稳定性。 2.核外电子排布有多种表示方法，请写出K原子的原子结构示意图、电子排布式及轨道表示式。 参考答案：原子结构示意图：； 电子排布式：1s22s22p63s23p64s1； 轨道表示式：。 3.下面是几种基态原子、离子或价电子的轨道表示式： Ⅰ.①表示的是哪种基态原子的轨道表示式？写出其价电子轨道表示式。 参考答案：①是基态氧原子的轨道表示式，基态氧原子的价电子轨道表示式是： 。 Ⅱ.②能否表示Na＋的轨道表示式？试写出F－的轨道表示式。 参考答案：能；F－的轨道表示式同样可以用②表示。 Ⅲ.③表示的是哪种基态原子的价电子轨道表示式？试写出Fe3＋的价电子轨道表示式。 参考答案：③是基态铁原子的价电子轨道表示式。Fe3＋的价电子轨道表示式为。 Ⅳ.第二周期元素中，未成对电子数最多的元素是哪种？写出其价电子轨道表示式，第四周期元素中，未成对电子数最多的元素是哪种？写出其价电子轨道表示式。 参考答案：第二周期元素中，未成对电子数最多的元素是N，价电子轨道表示式为。第四周期元素中，未成对电子数最多的元素是Cr、价电子轨道表示式为。 4.Ⅰ.写出下列基态粒子的电子轨道表示式： (1)Mg：__________________________； (2)P：__________________________； (3)Mn：__________________________； 参考答案： (1) (2) (3) Ⅱ.写出下列基态粒子的价层电子轨道表示式： (1)N：__________________________； (2)Fe2+：__________________________； (3)Cu：__________________________。 参考答案： (1) (2) (3)
【学习总结】
回顾本课所学，画出思维导图
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