《電子云與原子軌道　泡利原理、洪特規(guī)則、能量最低原理》參考課件

第一章原子結(jié)構(gòu)與性質(zhì)第一節(jié)原子結(jié)構(gòu)第2課時(shí)

電子云與原子軌道泡利原理、洪特規(guī)則、能量最低原理1.了解電子云輪廓圖和核外電子運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)。2.能從原子的微觀層面理解原子的組成、結(jié)構(gòu)等，能根據(jù)核外電子的排布規(guī)則熟知核外電子排布的表示方法，并能根據(jù)電子排布的軌道表示式、結(jié)構(gòu)示意圖等推導(dǎo)出對(duì)應(yīng)的原子或離子。學(xué)習(xí)目標(biāo)體系構(gòu)建一、電子云與原子軌道1．電子云由于核外電子的

看起來(lái)像一片云霧，因而被形象地稱(chēng)為電子云。概率密度分布基礎(chǔ)知識(shí)填充基礎(chǔ)知識(shí)填充2．電子云輪廓圖為了表示電子云輪廓的形狀，對(duì)核外電子的

有一個(gè)形象化的簡(jiǎn)便描述。把電子在原子核外空間出現(xiàn)概率P＝

的空間圈出來(lái)，即電子云輪廓圖?？臻g運(yùn)動(dòng)狀態(tài)90%3．原子軌道(1)定義：電子在原子核外的

稱(chēng)為一個(gè)原子軌道。(2)形狀①s電子的原子軌道呈

形，能層序數(shù)越大，原子軌道的半徑越

。球一個(gè)空間運(yùn)動(dòng)狀態(tài)大啞鈴1753能級(jí)符號(hào)nsnpndnf軌道數(shù)目________②除s電子云外，其他電子云輪廓圖都不是球形的。例如，p電子云輪廓圖是呈

狀的。(3)各能級(jí)所含有原子軌道數(shù)目微點(diǎn)撥：原子軌道與能層序數(shù)的關(guān)系(1)不同能層的同種能級(jí)的原子軌道形狀相同，只是半徑不同。能層序數(shù)n越大，原子軌道的半徑越大。如：同一原子的s電子的電子云輪廓圖(2)s能級(jí)只有1個(gè)原子軌道。p能級(jí)有3個(gè)原子軌道，它們互相垂直，分別以px、py、pz表示。在同一能層中px、py、pz的能量相同。二、泡利原理、洪特規(guī)則、能量最低原理1．電子自旋與泡利原理(1)自旋是微觀粒子普遍存在的一種如同電荷、質(zhì)量一樣的內(nèi)在屬性，電子自旋在空間有

和

兩種取向，簡(jiǎn)稱(chēng)自旋相反，常用上下箭頭(↑和↓)表示自旋相反的電子。(2)泡利原理：在一個(gè)原子軌道里，最多只能容納

個(gè)電子，它們的自旋

。順時(shí)針相反2逆時(shí)針2．電子排布的軌道表示式(1)在軌道表示式中，用方框(或圓圈)表示

，能量相同的原子軌道(簡(jiǎn)并軌道)的方框相連，箭頭表示一種自旋狀態(tài)的電子，“↑↓”稱(chēng)

，“↑”或“↓”稱(chēng)單電子(或稱(chēng)未成對(duì)電子)。原子軌道電子對(duì)(2)表示方法：以鋁原子為例，軌道表示式中各符號(hào)、數(shù)字的意義為微點(diǎn)撥：通常應(yīng)在方框下方或上方標(biāo)記能級(jí)符號(hào)，有時(shí)畫(huà)出的能級(jí)上下錯(cuò)落，以表達(dá)能量高低不同。3．洪特規(guī)則(1)內(nèi)容：基態(tài)原子中，填入簡(jiǎn)并軌道的電子總是先單獨(dú)分占，且自旋

。平行(2)特例在簡(jiǎn)并軌道(同一能級(jí))上的電子排布處于全充滿(mǎn)、半充滿(mǎn)和全空狀態(tài)時(shí)，具有較低的能量和較大的穩(wěn)定性。如24Cr的電子排布式為

，為半充滿(mǎn)狀態(tài)，易錯(cuò)寫(xiě)為1s22s22p63s23p63d44s2。1s22s22p63s23p63d54s1微點(diǎn)撥：1.洪特規(guī)則不僅適用于基態(tài)原子，也適用于基態(tài)離子。2.洪特規(guī)則是針對(duì)電子填入簡(jiǎn)并軌道而言的，并不適用于電子填入能量不同的軌道。4．能量最低原理在構(gòu)建基態(tài)原子時(shí)，電子將盡可能地占據(jù)能量最低的原子軌道，使整個(gè)原子的能量最低。微點(diǎn)撥：能級(jí)的能量高低順序如構(gòu)造原理所示(對(duì)于1～36號(hào)元素來(lái)說(shuō)，應(yīng)重點(diǎn)掌握和記憶“1s→2s→2p→3s→3p→4s→3d→4p”這一順序)。1．判斷正誤(對(duì)的在括號(hào)內(nèi)打“√”，錯(cuò)的在括號(hào)內(nèi)打“×”。)(1)2s的電子云比1s的電子云大，說(shuō)明2s的電子云中的電子比1s的多 ()(2)當(dāng)電子排布在同一能級(jí)的不同軌道時(shí)，電子總是先占滿(mǎn)1個(gè)軌道，然后再占據(jù)其他原子軌道 ()(3)氫原子電子云的一個(gè)小黑點(diǎn)表示一個(gè)電子 ()(4)6C的電子排布式1s22s22p2x違反了洪特規(guī)則 ()×√××預(yù)習(xí)效果驗(yàn)收A．能量最低原理 B．泡利原理C．原子軌道構(gòu)造原理 D．洪特規(guī)則[解析]

[洪特規(guī)則表明，當(dāng)電子排布在同一能級(jí)的不同軌道時(shí)，基態(tài)原子中的電子總是優(yōu)先單獨(dú)占據(jù)一個(gè)軌道，而且自旋平行。]D3．下列原子或離子的電子排布表示方法中，正確的是________，違反能量最低原理的是________，違反洪特規(guī)則的是________，違反泡利原理的是________。①Ca2＋：1s22s22p63s23p6②F－：1s22s23p6①⑤⑥②④③⑦⑦[解析]

根據(jù)核外電子排布規(guī)律知②中錯(cuò)誤在于電子排完2s軌道后應(yīng)排2p軌道，而不是3p軌道，應(yīng)為1s22s22p6；③中沒(méi)有遵循洪特規(guī)則。⑦中既違反泡利原理又違反洪特規(guī)則。20世紀(jì)20年代以來(lái)，現(xiàn)代模型(電子云模型)認(rèn)為電子繞核運(yùn)動(dòng)形成一個(gè)帶負(fù)電荷的云團(tuán)，對(duì)于具有波粒二象性的微觀粒子在一個(gè)確定時(shí)刻其空間坐標(biāo)與動(dòng)量不能同時(shí)測(cè)準(zhǔn)，這是德國(guó)物理學(xué)家海森堡在1926年提出的著名的不確定性原理。重難點(diǎn)1：電子云與原子軌道情景探究(1)電子云圖中的小點(diǎn)的含義是什么？小點(diǎn)的密度表示什么？提示：小點(diǎn)是電子在原子核外出現(xiàn)的概率密度的形象描述。小點(diǎn)密度越大，表明概率密度越大。(2)電子在原子核外出現(xiàn)的概率有什么規(guī)律？提示：離核越近，電子出現(xiàn)的概率越大，電子云越密集。如2s電子云比1s電子云疏散。(3)不同能層的同種能級(jí)的原子軌道形狀是否完全相同？提示：不同能層的同種能級(jí)的原子軌道形狀相似，但不完全相同。只是原子軌道的半徑不同，能級(jí)序數(shù)n越大，電子的能量越大，原子軌道的半徑越大。例如1s、2s、3s軌道均為球形，原子軌道半徑：r(1s)＜r(2s)＜r(3s)。宏觀物體的運(yùn)動(dòng)與微觀電子的運(yùn)動(dòng)對(duì)比1．宏觀物體的運(yùn)動(dòng)有確定的運(yùn)動(dòng)軌跡，可以準(zhǔn)確測(cè)出其在某一時(shí)刻所處的位置及運(yùn)行的速度，描繪出其運(yùn)動(dòng)軌跡。2．由于微觀粒子質(zhì)量小、運(yùn)動(dòng)空間小、運(yùn)動(dòng)速度快，不能同時(shí)準(zhǔn)確測(cè)出其位置與速度，所以對(duì)于核外電子只能確定其在原子核外各處出現(xiàn)的概率。核心突破(1)電子云圖表示電子在核外空間出現(xiàn)概率密度的相對(duì)大小。電子云圖中小黑點(diǎn)密度越大，表示電子出現(xiàn)的概率密度越大。(2)電子云圖中的小點(diǎn)并不代表電子，小點(diǎn)的數(shù)目也不代表電子真實(shí)出現(xiàn)的次數(shù)。(3)由氫原子的1s電子在原子核外出現(xiàn)的概率密度分布圖可知，在離原子核越近的空間電子出現(xiàn)的概率越大；電子云的外圍形狀具有不規(guī)則性。(4)電子云圖很難繪制，使用不方便，故常使用電子云輪廓圖。1．圖1和圖2分別是1s電子的概率密度分布圖和原子軌道圖。下列有關(guān)說(shuō)法正確的是(

)圖1圖2對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練A．圖1中的每個(gè)小點(diǎn)表示1個(gè)電子B．圖2表示1s電子只能在球體內(nèi)出現(xiàn)C．圖2表明1s軌道呈球形，有無(wú)數(shù)對(duì)稱(chēng)軸D．圖1中的小點(diǎn)表示電子在核外所處的位置C2．如圖是s能級(jí)和p能級(jí)的原子軌道圖，下列說(shuō)法正確的是(

)A．s能級(jí)和p能級(jí)的原子軌道形狀相同B．每個(gè)p能級(jí)都有6個(gè)原子軌道C．s能級(jí)的原子軌道半徑與能層序數(shù)有關(guān)D．鈉原子的電子在11個(gè)原子軌道上高速運(yùn)動(dòng)C

[解析]

[s軌道為球形，p軌道為啞鈴狀的，A項(xiàng)錯(cuò)誤；每個(gè)p能級(jí)只有3個(gè)原子軌道，B項(xiàng)錯(cuò)誤；能層序數(shù)越小，s能級(jí)的原子軌道半徑越小，C項(xiàng)正確；鈉原子的電子在6個(gè)原子軌道上高速運(yùn)動(dòng)，D項(xiàng)錯(cuò)誤。]重難點(diǎn)2：核外電子排布的表示方法德國(guó)人弗里德里?！ず樘?F.Hund)根據(jù)大量光譜實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)總結(jié)出一個(gè)規(guī)律，即電子分布到能量簡(jiǎn)并的原子軌道時(shí)，優(yōu)先以自旋相同的方式分別占據(jù)不同的軌道，因?yàn)檫@種排布方式原子的總能量最低。所以在能量相等的軌道上，電子盡可能自旋平行地多占不同的軌道。情景探究(1)泡利原理和洪特規(guī)則有何區(qū)別？提示：泡利原理：在一個(gè)原子軌道里最多只能容納2個(gè)電子，而且它們的自旋相反；洪特規(guī)則：當(dāng)電子排布在同一能級(jí)的不同軌道時(shí)，基態(tài)原子中的電子總是優(yōu)先單獨(dú)占據(jù)一個(gè)軌道，而且自旋平行。(2)指出下列核外軌道表示式的書(shū)寫(xiě)分別違背了什么原則？提示：①②③⑤違背了洪特規(guī)則，當(dāng)電子排布在同一能級(jí)的不同軌道時(shí)，原子中的電子總是優(yōu)先單獨(dú)占據(jù)一個(gè)軌道，且自旋平行。④違背了泡利原理，一個(gè)原子軌道最多只容納2個(gè)電子，而且這2個(gè)電子的自旋相反。核心突破原子(離子)結(jié)構(gòu)示意圖含義將每個(gè)能層上的電子總數(shù)表示在原子核外的式子實(shí)例電子排布式含義用數(shù)字在能級(jí)符號(hào)右上角標(biāo)明該能級(jí)上排布的電子數(shù)，這就是電子排布式實(shí)例K：1s22s22p63s23p64s1核外電子排布的表示方法簡(jiǎn)化電子排布式含義為了避免電子排布式書(shū)寫(xiě)過(guò)于煩瑣，把內(nèi)層電子達(dá)到稀有氣體原子結(jié)構(gòu)的部分以相應(yīng)稀有氣體元素符號(hào)外加方括號(hào)表示實(shí)例K：[Ar]4s1價(jià)電子排布式含義主族元素的價(jià)層電子指最外層電子，價(jià)層電子排布式即最外層電子排布式實(shí)例Al：3s23p1軌道表示式含義每個(gè)方框代表一個(gè)原子軌道，每個(gè)箭頭代表一個(gè)電子實(shí)例電子式含義化學(xué)中常在元素符號(hào)周?chē)谩啊ぁ被颉啊痢眮?lái)表示元素原子的最外層電子，相應(yīng)的式子叫做電子式實(shí)例3．下列電子排布的軌道表示式所表示的元素原子中，能量處于最低狀態(tài)的是(

)對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練C[解析]

[本題考查的是核外電子排布的基本原理。要使各原子能量處于最低狀態(tài)(即基態(tài))，核外電子必須遵循三大原理進(jìn)行排布。A項(xiàng)中2s軌道沒(méi)有排滿(mǎn)電子就排在了2p軌道上，顯然能量不是最低的；B項(xiàng)中2p軌道上的電子排布不符合洪特規(guī)則，三個(gè)電子各占一個(gè)p軌道且自旋狀態(tài)相同時(shí)，能量最低；C項(xiàng)中2p3為半充滿(mǎn)狀態(tài)，能量最低；D項(xiàng)中2p軌道未排滿(mǎn)就排3s軌道，能量不是最低的。]4．下列關(guān)于鈉元素的幾種表達(dá)式錯(cuò)誤的是(

)D

[解析]

[Na的簡(jiǎn)化電子排布式為[Ne]3s1。即上一周期的稀有氣體(元素符號(hào))＋該原子的價(jià)電子排布。]書(shū)寫(xiě)軌道表示式時(shí)的“五”注意：(1)一個(gè)方框表示一個(gè)原子軌道，一個(gè)箭頭表示一個(gè)電子。(2)不同能級(jí)中的

要相互分開(kāi)，同一能級(jí)中的

要相互連接。(3)整個(gè)軌道表示式中各能級(jí)的排列順序要與相應(yīng)的電子排布式一致。(4)當(dāng)中有2個(gè)電子時(shí)，它們的自旋狀態(tài)必須相反。(5)洪特規(guī)則的特例：在能量相同的軌道(同一能級(jí))上的電子排布處于全充滿(mǎn)、半充滿(mǎn)和全空狀態(tài)時(shí)，具有較低的能量和較高的穩(wěn)定性。如24Cr的價(jià)電子排布式為3d54s1(半充滿(mǎn))，易錯(cuò)寫(xiě)為3d44s2。1．對(duì)原子核外的電子運(yùn)動(dòng)描述方法正確的是(

)A．根據(jù)一定的數(shù)據(jù)計(jì)算出它們某一時(shí)刻所在的位置B．用一定儀器測(cè)定或描述出它們的運(yùn)動(dòng)軌道C．核外電子的運(yùn)動(dòng)有確定的軌道D．核外電子的運(yùn)動(dòng)根本不具有宏觀物體運(yùn)動(dòng)規(guī)律，只能用統(tǒng)計(jì)規(guī)律來(lái)描述D

隨堂練習(xí)[解析]

[核外電子的運(yùn)動(dòng)根本不具有宏觀物體運(yùn)動(dòng)規(guī)律，只能用統(tǒng)計(jì)規(guī)律來(lái)描述。我們不能測(cè)定或計(jì)算出它在某一時(shí)刻所在的位置，也不能描畫(huà)它的運(yùn)動(dòng)軌跡。]2．在1s、2px、2py、2pz軌道中，具有球?qū)ΨQ(chēng)性的是(

)A．1s

B．2px

C．2py

D．2pzA

[解析]

[1s軌道和2p軌道的圖像分別為由圖像可看出，呈球?qū)ΨQ(chēng)性的為1s原子軌道。]3．以下表示氦原子結(jié)構(gòu)的化學(xué)用語(yǔ)中，對(duì)電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)描述最詳盡的是(

)D

[解析]

[A項(xiàng)只能表示最外層電子數(shù)；B項(xiàng)只表示核外的電子分層排布情況；C項(xiàng)具體到各能層的電子數(shù)；而D項(xiàng)包含了能層數(shù)、能級(jí)數(shù)以及軌道內(nèi)電子的自旋方向。]4．(雙選)下列給出的基態(tài)原子的電子排布式，其中正確的是(

)A．11Na：1s22s22p7B．47Ag：1s22s22p63s23p63d104s24p64d95s2C．20Ca：1s22s22p63s23p64s2D．35Br：[Ar]3d104s24p5CD

[解析]

[A項(xiàng)中的“2p7”違背了泡利原理，p能級(jí)有3個(gè)軌道，最多填充6個(gè)電子，正確的電子排布式為1s22s22p63s1。B項(xiàng)中的“4d95s2”違背了洪特規(guī)則特例，正確的電子排布式為1s22s22p63s23p63d104s24p64d105s1。]5．(1)金屬鋁質(zhì)輕且有良好的防腐蝕性，在國(guó)防工業(yè)中有非常重要的作用。鋁原子核外電子云有________種不同的