2024-2025學(xué)年新教材高中化學(xué)第一章原子結(jié)構(gòu)與性質(zhì)1.3原子軌道與電子排布原理教案新人教版選擇性必修2

PAGE3-原子軌道與電子排布原理【教學(xué)目標】1、了解原子核外電子的運動狀態(tài)，知道電子云和原子軌道。2、知道原子核外電子的排布遵循泡利原理、洪特規(guī)則和能量最低原理。3、駕馭1～36號元素的原子核外電子排布圖(或叫軌道表示式)?！窘虒W(xué)重難點】1、駕馭泡利原理、洪特規(guī)則和能量最低原理；2、駕馭1～36號元素的原子核外電子排布圖?！窘虒W(xué)過程】1.新課導(dǎo)入[學(xué)生活動]依據(jù)所學(xué)學(xué)問填寫學(xué)案。[設(shè)問]原子核外電子是如何運動的呢？[講解]20世紀處，丹麥科學(xué)家玻爾把原子類比為太陽系，提出了原子的行星模型。認為核外電子象行星繞太陽那樣繞原子核運動。1916年玻爾因此獲得諾貝爾物理獎。然而，在后來的十年間，玻爾建立的行星模型被量子理論學(xué)徹底否定了。[引入]電子在核外空間運動，能否用宏觀的牛頓運動定律來描述呢？2.新課講授[板書]一、電子云與原子軌道1．電子運動的特點：①質(zhì)量微?、谶\動空間微?、蹣O高速運動。[講解]因此，電子運動不能用牛頓運動定律來描述，只能用統(tǒng)計的觀點來描述。我們不行能像描述宏觀運動物體那樣，確定肯定狀態(tài)的核外電子在某個時刻處于原子核外空間如何，而只能確定它在原子核外各處出現(xiàn)的概率。[板書]2．電子云[講解]概率分布圖看起來像一片云霧，因而被形象地稱作電子云。電子云是處于肯定空間運動狀態(tài)的電子在原子核外空間的概率密度分布的形象化描述。小點代表的是概率密度，也就是單位體積內(nèi)出現(xiàn)的概率；小點越密，表示概率密度越大。須要留意的一點，小點不是電子。[講解]電子云圖很難繪制，運用不便，我們常運用電子云輪廓圖。繪制電子云輪廓圖的目的是表示電子云輪廓的形態(tài)，對核外電子的空間運動狀態(tài)有一個形象化的簡便描述。例如，繪制電子云輪廓圖時，常把電子出現(xiàn)的概率約為90%的空間圈出來，即精簡版電子云，人們把這種電子云輪廓圖成為原子軌道。[板書]3、原子軌道[講解]量子力學(xué)把電子在原子核外的一個空間運動狀態(tài)稱為一個原子軌道。s電子的原子軌道都是球形的(原子核位于球心)，能層序數(shù)越大，原子軌道的半徑越大。這是由于1s，2s，3s……電子的能量依次增高，電子在離核更遠的區(qū)域出現(xiàn)的概率漸漸增大，電子云越來越向更大的空間擴展。這是不難理解的，打個比方，宇宙飛船必需依靠推動(供應(yīng)能量)才能克服地球引力上天，2s電子比1s電子能量高，克服原子核的吸引在離核更遠的空間出現(xiàn)的概率就比1s大，因而2s電子云必定比1s電子云更擴散。[講解]p的原子軌道是啞鈴形的，每個P能級有3個軌道，它們相互垂直，分別以Px、Py、Pz為符號。P原子軌道的平均半徑也隨能層序數(shù)增大而增大。[投影]不同能層的能級、原子軌道及電子云輪廓圖能層能級原子軌道數(shù)原子軌道名稱電子云輪廓圖形態(tài)取向K1s11s球形－L2s12s球形－2p32px、2py、2pz啞鈴形相互垂直M3s13s球形－3p33px、3py、3pz啞鈴形相互垂直3d5………………N4s14s球形－4p34px、4py、4pz啞鈴形相互垂直4d5………………4f7………………[講解]d軌道和f軌道各出名稱、形態(tài)和取向，此處不作要求。[思索]依據(jù)剛剛我們學(xué)過的學(xué)問，試著回答一下：Zn原子中電子占有的能層數(shù)、能級數(shù)和原子軌道數(shù)分別為幾？[生]4715[講解]量子力學(xué)告知我們：ns能級各有一個軌道，np能級各有3個軌道，nd能級各有5個軌道，nf能級各有7個軌道.而每個軌道里最多能容納2個電子，通常稱為電子對，這是為什么呢？核外電子的排布遵循什么樣的規(guī)則呢？[投影]核外電子排布規(guī)則(1)能量最低原理：在構(gòu)建基態(tài)原子時，電子將盡可能地占據(jù)能量最低的原子軌道，使整個原子的能量最低。(2)泡利原理（填多少）：在一個原子軌道里，最多只能容納2個電子，且它們的自旋狀態(tài)相反。這兩個電子稱為電子對。(3)洪特規(guī)則（怎么填）：基態(tài)原子中，填入簡并軌道的電子總是先單獨分占，且自旋平行。[講解]每個軌道里最多容納的2個電子，通常稱為電子對，用方向相反的箭頭“↑↓”來表示。用□或○代表一個原子軌道，可用箭頭表示一個電子，這樣的式子稱為軌道表示式或電子排布圖。[強調(diào)]在書寫電子排布圖時須要留意以下幾點[投影](1)表示原子軌道的□也可以用○代替，原子軌道名稱也可以寫在□或○的下面，一個箭頭表示一個電子如Ne的電子排布圖可表示為。(2)不同能級中的□或○要相互分開，同一能級中的□或○要相互連接。(3)整個電子排布圖中各能級的排列依次要與相應(yīng)的電子排布式一樣。(4)當□或○中有2個電子時，它們的自旋狀態(tài)必需相反。(5)電子排布式給出了基態(tài)原子核外電子在能層和能級中的排布，而電子排布圖還給出了電子在原子軌道中的自旋狀態(tài)。另外，我們通常所說的電子排布是基態(tài)原子的電子排布。(6)洪特規(guī)則的特例：在能量相同的軌道(同一能級)上的電子排布處于全充溢(p6、d10、f14)、半充溢(p3、d5、f7)和全空狀態(tài)(p0、d0、f0)時，具有較低的能量和較高的穩(wěn)定性。如24Cr的價電子排布式為3d54s1(3d、4s能級均為半充溢)，易錯寫為3d44s2；29Cu的價電子排布式為3d104s1(3d全充溢、4s半充溢)，易錯寫為3d94s2。【課堂小結(jié)】核外電子排布遵循泡利原理、能量最低原理和洪特規(guī)則．能量最低原理就是在不違反泡利原理的前提下，核外電子總是盡先占有能量最低的軌道，只有當能量最低的軌道占滿后，電子才依次進入能量較高的軌道，也就是盡可能使體系能量最低．洪特規(guī)則是在等價軌道(相同電子層、電子亞層上的各個軌道)上排布的電子將盡可能分占不同的軌道，且自旋方向相同．后來量子力學(xué)證明，電子這樣排布可使能量最低，所以洪特規(guī)則可以包括在能量最低原理中，作為能量最低原理的