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(共54张PPT)
第2课时　电子云与原子轨道　
泡利原理、洪特规则、能量最低原理
课前 基础认知
3.电子云轮廓图。
(1)为了表示　电子云轮廓　的形状,对核外电子的　空间运动状态　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。
(2)所有原子的任一能层的s电子的电子云轮廓图都是一个　球　形,但其　半径不同　。同一原子的s电子的电子云轮廓图如下:
同一原子的能层越高,s电子云半径越大,是由于电子的能量　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。
(3)p电子云轮廓图是　哑铃　状的。无论2p、3p还是4p……都有3个相互垂直的电子云,分别称为px、py、pz。
px、py、pz的电子云轮廓图
4.原子轨道。
(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。
(2)不同能层的能级、原子轨道数、原子轨道名称以及原子轨道的形状:
微思考1 p能级有3个相互垂直的原子轨道px、py、pz,它们的能量相同吗
提示:同一能层的p能级的各原子轨道能量相同。
微判断1 (1)电子云中的一个小点表示一个电子。(　　)
(2)2s的电子云半径比1s的电子云半径大,是因为2s电子的能量比1s电子的能量高。(　　)
×
√
微训练1
1.下列关于电子云或原子轨道的叙述中,正确的是(　　)。
A.电子云图中的小黑点越密,表示原子核外单位体积内的电子越多
B.原子轨道是电子运动的轨迹
C.原子轨道表示电子在空间各处出现的概率
D.电子云是用小黑点的疏密程度来表示电子在原子核外单位体积内出现概率的大小
答案:D
2.图1和图2 分别是1s电子的概率密度分布图和电子云轮廓图。下列有关说法正确的是(　　)。

A.图1中的每个小点表示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电子云轮廓图呈球形,有无数对称轴
D.图1中的小点表示电子在核外所处的位置
答案:C
二、泡利原理、洪特规则、能量最低原理
1.电子自旋与泡利原理。
(1)自旋是电子的内在属性,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↓) 。
(2)泡利原理(泡利不相容原理):在一个原子轨道里,最多只能容纳　2　个电子,它们的自旋　相反　。
2.电子排布的轨道表示式。
(1)在轨道表示式(又称电子排布图)中,用方框(或圆圈)表示　原子轨道　,能量相同的原子轨道(称作简并轨道)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)。箭头同向的单电子称
　自旋平行　。 通常在方框下方或上方应标记能级符号。
(2)以铝原子为例,轨道表示式中各符号、数字的意义为:
微判断2[高考链接](2024甘肃卷节选)Ca2+和Cl-的最外层轨道表示式均为 。(　　)
√
3.洪特规则。
(1)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　。
(2)洪特规则不仅适用于基态原子,也适用于基态离子。
特别提醒
洪特规则是针对电子填入简并轨道而言的,并不适用于电子填入能量不同的轨道。简并轨道即能量相同的原子轨道,指同一能级中的不同原子轨道。
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。
微思考2 基态是能量最低的状态。为使整个原子能量最低,电子在填入能级时,是否一定是填满能量低的能级后再填入能量高的能级
提示:对于主族元素的原子,电子填入能量低的能级即可使整个原子能量最低;对于副族元素的原子,当相邻能级能量相差不太大时,有1~2个电子占据能量稍高的能级可能降低电子间的相互排斥而使整个原子能量最低。
2.下列表示基态原子的轨道表示式的是(　　)。
答案:A
课堂 重难突破
问题探究
Ⅰ.1926年,奥地利学者薛定谔在德布罗意关系式的基础上,对电子的运动做了适当的数学处理,提出了二阶偏微分薛定谔方程式。原子轨道就是波函数,薛定谔方程是波函数的偏微分方程,最后结果是解出的波函数的表达式,也就是原子轨道的表达式,由波函数的表达式画出的图就是原子轨道的图形。
Ⅱ.d能级轨道呈梅花形,在空间坐标轴中的形状如下图:
请结合电子云和原子轨道的知识,回答下列问题。
(1)电子在核外空间运动的轨迹就是原子轨道的形状吗
提示:不是。量子力学指出,一定空间运动状态的电子在核外空间各处都可能出现,用电子云对电子在原子核外空间的概率密度分布进行形象化描述。常绘制电子云轮廓图对核外电子的空间运动状态进行形象化的简便描述。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。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。故电子在核外空间运动的轨迹不是原子轨道的形状。
(2)d能级共有几个轨道 最早出现d能级的是哪个能层
提示:d能级有5个轨道,M能层最早出现d能级,即3d能级。
(3)根据s、p、d能级的原子轨道数规律,预测f能级的原子轨道数。
提示:s、p、d能级的原子轨道数分别为1、3、5,按照此规律,f能级的原子轨道数为7。
归纳总结
1.正确认识电子云。
(1)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。电子云图中小点越密,表示电子在该处出现的概率密度越大。电子云的外围形状具有不规则性。
(2)离核越近,电子出现的概率越大,电子云越密集。如1s电子云比2s电子云更密集。
(3)s电子云轮廓图为球形,而p电子云轮廓图为哑铃形,具有一定的空间取向。
2.正确认识原子轨道。
(1)原子轨道与宏观物体的运动轨迹不同,它是量子力学描述电子在原子核外的一个空间运动状态。
(2)电子云轮廓图是对原子轨道的形象描述。
(3)s能级只有1个原子轨道。p能级有3个原子轨道,且互相垂直,分别以px、py、pz表示。在同一能层中px、py、pz的能量相同。
(4)原子轨道数与能层序数(n)的关系:原子轨道数目=n2。
典型例题
【例1】 下列有关电子云和原子轨道的说法正确的是(　　)。
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,处在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,随着电子层数的增加,p能级的原子轨道也在增多
D.与s电子原子轨道相同,p电子原子轨道的平均半径随电子层数的增多而增大
答案:D
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,并不是电子像云雾一样,A项错误。s能级的原子轨道呈球形,处在该轨道上的电子不只在球壳内运动,还在球壳外运动,只是在球壳外运动的概率较小,B项错误。p能级含有3个原子轨道,与能层无关,C项错误。能层序数越大,电子离原子核越远,所以能层序数越大,s、p轨道上的电子距离原子核越远,则s、p原子轨道的范围越大,D项正确。
【例2】 如图是s能级和p能级的原子轨道图,下列说法正确的是(　　)。
A.s能级和p能级的原子轨道形状相同
B.每个p能级都有6个原子轨道
C.s能级的原子轨道半径与能层序数有关
D.基态钠原子的核外电子在11个原子轨道上高速运动
答案:C
解析:s轨道为球形,p轨道为哑铃形,A项错误。每个p能级只有3个原子轨道,B项错误。能层序数越小,s能级的原子轨道半径越小,C项正确。基态钠原子的电子在6个原子轨道上高速运动,D项错误。
电子云和原子轨道。 (1)不同能层中相同字母代号的能级的电子云或原子轨道形状相同,但大小不同。 (2)电子云或原子轨道的形状取决于其类型,与电子数目无关。
问题探究
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、半充满状态时,体系的能量较低,因此基态Cr原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s1,而不是
1s22s22p63s23p63d44s2。
(1)洪特的研究结果是否违背了构造原理
提示:洪特基于实验研究得出的结论是可靠的,并不是违背了构造原理,而是构造原理存在缺陷,是个理想化的模型。
(2)按照洪特研究光谱实验结果所得出的结论,请写出基态29Cu原子的电子排布式。
提示:按照洪特得出的结论,3d10为全充满状态,能量较低,所以基态29Cu原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s1。
(3)结合所给信息,从结构角度解释:为什么Fe2+易被氧化为Fe3+
提示:Fe2+的价层电子排布为3d6,失去1个电子后变为半充满状态的3d5,能量更低,更稳定,因此Fe2+易被氧化为Fe3+。
归纳总结
1.基态原子核外电子排布的规则。
基态原子的电子排布遵循能量最低原理、泡利原理、洪特规则,所有电子排布规则都应满足能量最低原理,以使整个原子的能量最低。
3.轨道表示式能准确诠释泡利原理和洪特规则,最终诠释了能量最低原理。在洪特规则中,不区分简并轨道,即简并轨道是等同的,如2p4的轨道表示式为 。
泡利原理适用于所有原子或离子的各个原子轨道,而洪特规则只适用于基态原子或基态离子中电子填入简并轨道时。
典型例题
【例3】某基态原子的最外层电子排布为3s23p2,下列对其核外电子运动的说法错误的是(　　)。
A.有4种不同伸展方向的原子轨道
B.有5种不同能量的电子
C.最外层电子占据2个原子轨道
D.有14种不同运动状态的电子
答案:C
解析:由题给信息知,该原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p2,共有14个电子,为基态硅原子,故有14种不同运动状态的电子,D项正确。核外电子占据2种轨道,即s轨道和p轨道,s轨道为球形,只有1种伸展方向,p轨道有3种伸展方向,则共有4种不同伸展方向的原子轨道,A项正确。根据电子排布式为1s22s22p63s23p2,可知有5种不同能量的电子,B项正确。根据最外层电子轨道表示式 ,可知最外层电子占据3个原子轨道,C项错误。
【例4】 电子排布是研究原子结构与性质的重要基础和关键环节,下列有关电子排布的表述正确的是(　　)。
答案:B
成果验收站
1.下列有关原子核外电子的能量与运动状态的说法正确的是(　　)。
A.在同一原子中,2p、3p、4p……能级的原子轨道数依次增多
B.在同一能级上运动的电子,其能量一定相同
C.同一原子的电子,其空间运动状态不可能相同
D.在同一原子中,1s、2s、3s、4s……能级的原子轨道的平均半径相同
答案:B
2.下列有关原子轨道和电子云的说法正确的是(　　)。
A.s轨道呈球形,随能层序数的增加,s轨道数也增加
B.p轨道呈哑铃形,p轨道电子绕“∞”形运动
C.电子云是笼罩在原子核外的云雾
D.电子云轮廓图中小点的疏密程度表示电子在原子核外空间出现的概率密度的大小
答案:D
3.关于铝原子的第二电子层的p轨道2px、2py、2pz间的差异,下列说法中正确的是(　　)。
A.电子的能量不同
B.原子轨道的空间伸展方向不同
C.电子云轮廓图的形状不同
D.原子轨道的对称类型不同
答案:B
4.下列基态原子的轨道表示式中正确的是(　　)。
答案:C
5.下列关于价层电子排布为3s23p4的基态原子描述正确的是(　　)。
A.该基态原子为O
B.该基态原子的核外电子排布式为
1s22s22p63s23p4
C.其单质与H2化合生成的化合物常温下呈液态
D.该基态原子的轨道表示式为
答案:B
6.现代物质结构理论证实原子的电子排布遵循一定的规律,下列说法正确的是(　　)。
答案:B
7.某原子核外共有6个电子,分布在K层与L层上,下列关于其基态原子L层的轨道表示式正确的是(　　)。
答案:D
A.能量最低原理
B.泡利原理
C.原子轨道能量顺序
D.洪特规则
答案:D
9.下列对电子排布式或轨道表示式书写的评价正确的是(　　)。
选项 电子排布式或轨道表示式 评价
A N原子的轨道表示式:

错误;违反洪特规则
B O原子的轨道表示式:

错误;违反泡利原理
C K原子的电子排布式:1s22s22p63s23p63d1 错误;违反能量最低原理
D Br-的电子排布式:[Ar]3d104s24p6 错误;违反能量最低原理
答案:C
10.如图是s能级和p能级的原子轨道图。
请回答下列问题。
(1)s电子的原子轨道呈　　　　形,每个s能级有　　　　个原子轨道;p电子的原子轨道呈　　　　形,每个p能级有
　　　　个原子轨道。
球
1
哑铃
3
(2)X元素基态原子的最外层电子排布式为nsnnpn+1,原子中能量最高的是_______电子,其电子云在空间有3个互相_______ (填“垂直”或“平行”)的伸展方向。元素X的名称是________,它的最低价氢化物的电子式是________ 。
(3)Y元素基态原子的最外层电子排布式为nsn-1npn+1,Y的元素符号为________,基态原子的核外电子排布式为________ 。
2p
垂直
氮
S
1s22s22p63s23p4

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