電子云與原子軌道-高二化學(xué)課件（人教版2019選擇性必修2）2

人教版選擇性必修2網(wǎng)科學(xué)【備課無憂】2021-2022學(xué)年高二化學(xué)同步優(yōu)質(zhì)課件人教版選擇性必修2網(wǎng)科學(xué)第一節(jié)原子結(jié)構(gòu)電子云原子軌道第一章原子結(jié)構(gòu)與性質(zhì)學(xué)習(xí)目標(biāo)1.知道原子核外電子的能級高低順序，了解原子核外電子排布的構(gòu)造原理。2.認(rèn)識基態(tài)原子中核外電子的排布遵循能量最低原理、泡利原理和洪特規(guī)則等。3.知道1～36號元素基態(tài)原子核外電子的排布。4.知道電子的運動狀態(tài)(空間分布及能量)可通過原子軌道和電子云模型來描述。1.通過認(rèn)識原子結(jié)構(gòu)及核外電子排布，辨識微觀粒子的運動狀態(tài)不同于宏觀物體的運動狀態(tài)。(宏觀辨識與微觀探析)2.結(jié)合原子核外電子排布規(guī)律及核外電子排布的原則建立觀點、結(jié)論和證據(jù)之間的邏輯關(guān)系。(證據(jù)推理與模型認(rèn)知)宏觀物體的運動特征：可以準(zhǔn)確地測出它們在某一時刻所處的位置及運行的速度；可以描畫它們的運動軌跡。微觀物體的運動特征：核外電子質(zhì)量小，運動空間小，運動速率大。無確定的軌道，無法描述其運動軌跡。無法計算電子在某一刻所在的位置，只能指出其在核外空間某處出現(xiàn)的機會的多少。核外電子運動的特征電子云

原子軌道1.概率密度

P表示電子在某處出現(xiàn)的概率V表示該處的體積概率密度：ρ=核外電子運動狀態(tài)的描述1913年，玻爾提出氫原子模型，電子在線性軌道上繞核運行，然而到了1926年，玻爾建立的線性軌道模型被量子力學(xué)推翻。一定空間運動狀態(tài)的電子并不在玻爾假設(shè)的線性軌道上運行，而在核外空間各處都有可能出現(xiàn)，但出現(xiàn)的概率不同量子力學(xué)氫原子的1s電子在原子核外出現(xiàn)的概率分布圖小點是1s電子在原子核外出現(xiàn)外出現(xiàn)的概率密度的形象描述小點越密，表明概率密度越大2.電子云

由于核外電子的概率密度分布看起來像一片云霧，因而被形象地稱為電子云電子云是處于一定空間運動狀態(tài)的電子在原子核外空間的概率分布的形象化描述。電子云中的小黑點：并不是表示原子核外的一個電子,而是表示電子在此空間出現(xiàn)的機率。電子云密度大的地方說明電子出現(xiàn)的機會多，而電子云密度小的地方說明電子出現(xiàn)的機會少。電子云圖很難繪制，使用不便，我們常使用電子云輪廓圖3.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狀,對核外電子的空間運動狀態(tài)有一個形象化的簡便描述。繪制電子云輪廓圖時,把電子在原子核外空間出現(xiàn)概率P=90%的空間圈出來。

(1)所有原子的任一能層的s電子的電子云輪廓圖都是一個球形只是球的半徑不同同一原子的能層越高，s電子云半徑越大提示：由于電子能量依次增高，電子在離核更遠的區(qū)域出現(xiàn)的概率增大，電子云越來越向更大的空間擴展(2)p電子云的形狀是啞鈴狀的，有3個互向垂直電子云分別稱為Px、Py、Pz右下角x、y、z分別是p電子云在直角坐標(biāo)系里的取向各能級包含的原子軌道數(shù)：（1）ns能級各有1個原子軌道；（2）np能級各有3個原子軌道；

（3）nd能級各有5個原子軌道；（4）nf能級各有7個原子軌道；4.原子軌道

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。能層數(shù)KLMNOPQn能級數(shù)1234567軌道n2原子軌道的特點s能級的原子軌道圖S能級的原子軌道是球形對稱的（原子核位于球心），能層序數(shù)n越大（電子能量越大，1s<2s<3s......），原子軌道半徑越大。

P能級的原子軌道是紡錘形的,每個P能級有3個原子軌道,它們相互垂直,分別以Px,Py,PZ表示。P電子原子軌道的平均半徑隨n增大而增大。在同一能層中Px,Py,PZ的能量相同。P能級的原子軌道

P能級的3個原子軌道Px,Py,PZ合在一起的情形.

小結(jié)：原子軌道的特點1.s原子軌道是球形的，p原子軌道是紡錘形的2.能層序數(shù)n越大，原子軌道的半徑越大；3.不同能層的同種能級的原子軌道形狀相似，只是半徑不同；相同能層的同種能級的原子軌道形狀相似，半徑相同，能量相同，方向不同4.s能級只有一個原子軌道；p能級有3個原子軌道，互相垂直，可分別以px、py、pz表示，能量相等。如2px、2py、2pz軌道的能量相等。能層KLMNO能級1s2s2p3s3p3d4s4p4d4f5s5p...最多電子數(shù)2262

61026101426原子軌道數(shù)1131

35135713每個原子軌道最多只能容納

個電子2為什么一個軌道允許容納2個電子呢？基態(tài)原子的核外電子排布原則1.電子自旋（1）定義：電子除空間運動狀態(tài)外，還有一種狀態(tài)叫做自旋。（2）兩種取向及表示方法：電子自旋可以比喻成地球的自轉(zhuǎn)。電子自旋在空間有順時針和逆時針兩種取向。常用方向相反的箭頭“↑”和“↓”表示自旋狀態(tài)相反的電子。二、基態(tài)原子的核外電子排布原則注：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。②能層、能級、原子軌道和自旋狀態(tài)四個方面共同決定電子的運動狀態(tài)，電子能量與能層、能級有關(guān)，電子運動的空間范圍與原子軌道有關(guān)③一個原子中不可能存在運動狀態(tài)完全相同的2個電子能級spdf原子軌道數(shù)1357最多容納電子數(shù)261014在一個原子軌道里,最多只能容納2個電子,且它們的自旋相反。這個原理被稱為泡利原理（也稱泡利不相容原理）。如2s2的電子排布圖為

,不能表示為

。填多少2.泡利原理能層（n）12345符號KLMNO能級sspspdspdfspdfg軌道113135135713579軌道容納電子數(shù)226261026101426101418最多容納電子數(shù)28183250原子核外電子的排布

(1)軌道表示式又稱電子排布圖,是表述電子排布的一種圖式,如氫原子、氧原子的基態(tài)原子的軌道表示式分別為:

其中方框(也可用圓圈)表示原子軌道,能量相同的原子軌道(簡并軌道)的方框相連.能反映各軌道的能量的高低及各軌道上的電子分布情況，自旋方向。將每一個原子軌道用一個方框表示,在方框內(nèi)標(biāo)明基態(tài)原子核外電子分布的式子稱為電子排布圖。3.電子排布的軌道表示式-----電子排布的另一種方式(2)箭頭表示一種自旋狀態(tài)的電子,“↑↓”稱電子對,“↑”或“↓”稱單電子(或稱未成對電子)。如基態(tài)氧原子有2個未成對電子。

(3)箭頭同向的單電子稱自旋平行,如基態(tài)氧原子有2個自旋平行的2p電子。

(4)通常應(yīng)在方框下方或上方標(biāo)記能級符號。有時畫出的能級上下錯落,以表達能量高低不同。

電子對：同一個原子軌道中，自旋方向相反的一對電子單電子：一個原子軌道中只有一個電子，即未成對電子以鋁原子為例，說明軌道表示式中各部分的含義：鋁原子外層成對電子對的數(shù)目為6,有一個單電子?！齃iBeBC↑↓1s2s↑↓↑↑↓↑↓1s2s↑2p↑↓↑↓1s2s↑↑2p1s2sNO↑↓↑↓1s2s↑↑↑2p↑↓↑↓1s2s↑↑↑↓2pFNe↑↑↑↓↓↑↓1s2s2p↑↓↑↓1s2s2p↑↑↑↓↓↓↑↓第二周期元素原子的電子排布圖（即軌道表示式）基態(tài)原子中,填入簡并軌道(能量相同的原子軌道)的電子總是先單獨分占,且自旋平行（自旋方向相同）,稱為洪特規(guī)則。它不僅適用于基態(tài)原子,也適用于基態(tài)離子。4.洪特規(guī)則當(dāng)電子排布在同一能級的不同軌道時，總是優(yōu)先單獨占據(jù)一個軌道，而且自旋狀態(tài)相同。C：1s22s22p2√洪特規(guī)則是針對電子填入簡并軌道而言的,并不適用于電子填入能量不同的軌道。如2p3的電子排布圖為

,不能表示為

。

怎么填

有少數(shù)元素的基態(tài)原子的電子排布對于構(gòu)造原理有1個電子的偏差。因為能量相同的原子軌道在全充滿、半充滿、全空狀態(tài)時，體系的能量較低，原子較穩(wěn)定。相對穩(wěn)定的狀態(tài)全充滿：p6、d10、f14半充滿:p3、d5、f7全空:p0、d0、f0洪特規(guī)則特例洪特規(guī)則特例：全空、半充滿、全充滿時相對穩(wěn)定當(dāng)原子軌道為全空、半充滿或全充滿時，這些狀態(tài)下總的電子云的分布是空間對稱的，原子體系的能量低，原子的電子排布最穩(wěn)定。對基態(tài)原子的電子進行排布時，首先確定核外電子數(shù)目，再由構(gòu)造原理從1s能級開始排布，每個軌道只能排布2個自旋方向相反的電子，當(dāng)最后排布的能級中出現(xiàn)能量相同的軌道時，最后幾個電子的排布要符合洪特規(guī)則，遇到24號、29號等特殊情況的元素，要考慮半充滿、全充滿等因素，使整個原子體系的能量最低。練習(xí)：寫出24Cr29Cu電子排布式29Cu

1s22s22p63s23p63d104s124Cr1s22s22p63s23p63d54s1洪特規(guī)則特例：

當(dāng)軌道被電子半充滿或全充滿或全空時最穩(wěn)定，即p3、d5、f7半充滿和p6、d10、f14全充滿穩(wěn)定。5.能量最低原理

在構(gòu)建基態(tài)原子時，電子將盡可能占據(jù)能量最低的原子軌道,使整個原子的能量最低,這就是能量最低原理。

多電子原子在基態(tài)時原子核外電子優(yōu)先占有能量最低的軌道，然后依次進入能量高的軌道，這樣使整個原子處于能量最低的狀態(tài)。整個原子的能量有核電荷數(shù)、電子數(shù)和電子狀態(tài)三個因素共同決定.－－自然界的普適規(guī)律能級的能量高低順序如構(gòu)造原理所示(對于1～36號元素來說，應(yīng)重點掌握和記憶“1s→2s→2p→3s→3p→4s→3d→4p”這一順序)。鐵原子的電子排布圖↑↓↑↓↑↓↑↓↑↓↑↓↑↓↑↓↑↓↑↓↑↓↑↑↑↑洪特規(guī)則泡利原理能量最低原理1s2s2p3p3d3s4s例1.寫出5、6、7、8、9號元素的核外電子排布式。并記住各主族元素最外層電子排布式的特點(成對電子對的數(shù)目、未成對電子數(shù)和它占據(jù)的軌道)。[答案]B:1s22s22p1成對電子對的數(shù)目:2未成對電子數(shù):1未成對電子占據(jù)的軌道:2pC:1s22s22p2成對電子對的數(shù)目:2未成對電子數(shù):2未成對電子占據(jù)的軌道:2pN:1s22s22p3成對電子對的數(shù)目:2未成對電子數(shù):3未成對電子占據(jù)的軌道:2pO:1s22s22p4成對電子對的數(shù)目:3未成對電子數(shù):2未成對電子占據(jù)的軌道:2pF:1s22s22p5成對電子對的數(shù)目:4未成對電子數(shù):1未成對電子占據(jù)的軌道:2p例2.下列敘述正確的是(

)A.[Ar]3d64s2是基態(tài)鐵原子的電子排布B.鉻原子的電子排布式:1s22s22p63s23p64s13d5C.銅原子的外圍電子排布式是3d94s2D.氮原子的電子排布圖是A

[解析]

B項,書寫電子排布式,不能按填充順序書寫,而應(yīng)按照能層從左到右書寫;C項,d軌道應(yīng)是全充滿時穩(wěn)定;D項違反了洪特規(guī)則。例3.下列關(guān)于硅原子的核外電子排布表示方法中,錯誤的是(

)A.1s22s22p63s23p2B.[Ne]3s23p2C.D.[解析]A、B兩項是電子排布式,C、D兩項是電子排布圖,其中C項違背了洪特規(guī)則,故錯誤。C(1)核外電子排布所遵循的規(guī)律①能量最低原理: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:在一個原子軌道里,最多只能容納2個電子且自旋相反。③洪特規(guī)則: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?；鶓B(tài)原子核外電子排布的規(guī)則(2)構(gòu)造原理中的“能級交錯”現(xiàn)象。從構(gòu)造原理示意圖可以看出,從第三能層就會出現(xiàn)能級交錯現(xiàn)象,這是因為3d能級的能量高于4s能級。按能量最低原理,電子在進入核外電子層時,不是排完3p就排3d,而是先排4s,排完4s