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(biāo)】1、了解原子核外電子的運(yùn)動(dòng)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(hào)元素的原子核外電子排布圖(或叫軌道表示式)。【教學(xué)重難點(diǎn)】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(hào)元素的原子核外電子排布圖?！窘虒W(xué)過(guò)程】1.新課導(dǎo)入[學(xué)生活動(dòng)]依據(jù)所學(xué)學(xué)問(wèn)填寫學(xué)案。[設(shè)問(wèn)]原子核外電子是如何運(yùn)動(dòng)的呢？[講解]20世紀(jì)處，丹麥科學(xué)家玻爾把原子類比為太陽(yáng)系，提出了原子的行星模型。認(rèn)為核外電子象行星繞太陽(yáng)那樣繞原子核運(yùn)動(dòng)。1916年玻爾因此獲得諾貝爾物理獎(jiǎng)。然而，在后來(lái)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(yùn)動(dòng)，能否用宏觀的牛頓運(yùn)動(dòng)定律來(lái)描述呢？2.新課講授[板書]一、電子云與原子軌道1．電子運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)：①質(zhì)量微小②運(yùn)動(dòng)空間微?、蹣O高速運(yùn)動(dòng)。[講解]因此，電子運(yùn)動(dòng)不能用牛頓運(yùn)動(dòng)定律來(lái)描述，只能用統(tǒng)計(jì)的觀點(diǎn)來(lái)描述。我們不行能像描述宏觀運(yùn)動(dòng)物體那樣，確定肯定狀態(tài)的核外電子在某個(gè)時(shí)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(lái)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(yùn)動(dòng)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(diǎn)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(diǎn)越密，表示概率密度越大。須要留意的一點(diǎn)，小點(diǎn)不是電子。[講解]電子云圖很難繪制，運(yùn)用不便，我們常運(yùn)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(duì)核外電子的空間運(yùn)動(dòng)狀態(tài)有一個(gè)形象化的簡(jiǎn)便描述。例如，繪制電子云輪廓圖時(shí)，常把電子出現(xiàn)的概率約為90%的空間圈出來(lái)，即精簡(jiǎn)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(gè)空間運(yùn)動(dòng)狀態(tài)稱為一個(gè)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(yuǎn)的區(qū)域出現(xiàn)的概率漸漸增大，電子云越來(lái)越向更大的空間擴(kuò)展。這是不難理解的，打個(gè)比方，宇宙飛船必需依靠推動(dòng)(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(yuǎn)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(kuò)散。[講解]p的原子軌道是啞鈴形的，每個(gè)P能級(jí)有3個(gè)軌道，它們相互垂直，分別以Px、Py、Pz為符號(hào)。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(jí)、原子軌道及電子云輪廓圖能層能級(jí)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(guò)的學(xué)問(wèn)，試著回答一下：Zn原子中電子占有的能層數(shù)、能級(jí)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(jí)各有一個(gè)軌道，np能級(jí)各有3個(gè)軌道，nd能級(jí)各有5個(gè)軌道，nf能級(jí)各有7個(gè)軌道.而每個(gè)軌道里最多能容納2個(gè)電子，通常稱為電子對(duì)，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(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。(2)泡利原理（填多少）：在一個(gè)原子軌道里，最多只能容納2個(gè)電子，且它們的自旋狀態(tài)相反。這兩個(gè)電子稱為電子對(duì)。(3)洪特規(guī)則（怎么填）：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。[講解]每個(gè)軌道里最多容納的2個(gè)電子，通常稱為電子對(duì)，用方向相反的箭頭“↑↓”來(lái)表示。用□或○代表一個(gè)原子軌道，可用箭頭表示一個(gè)電子，這樣的式子稱為軌道表示式或電子排布圖。[強(qiáng)調(diào)]在書寫電子排布圖時(shí)須要留意以下幾點(diǎn)[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(gè)箭頭表示一個(gè)電子如Ne的電子排布圖可表示為。(2)不同能級(jí)中的□或○要相互分開，同一能級(jí)中的□或○要相互連接。(3)整個(gè)電子排布圖中各能級(jí)的排列依次要與相應(yīng)的電子排布式一樣。(4)當(dāng)□或○中有2個(gè)電子時(shí)，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(jí)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(shuō)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(jí))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(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(3d、4s能級(jí)均為半充溢)，易錯(cuò)寫為3d44s2；29Cu的價(jià)電子排布式為3d104s1(3d全充溢、4s半充溢)，易錯(cuò)寫為3d94s2?！菊n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(dāng)能量最低的軌道占滿后，電子才依次進(jìn)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(jià)軌道(相同電子層、電子亞層上的各個(gè)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(lái)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