2025春高二化學(xué)選擇性必修2 （配人教版）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 電子云與原子軌道 核外電子排布規(guī)則

電子云與原子軌道核外電子排布規(guī)則第2課時學(xué)習(xí)目標(biāo)1.通過學(xué)習(xí)用原子軌道和電子云模型來描述電子的運(yùn)動狀態(tài)(空間分布及能量),能辨識微觀粒子運(yùn)動狀態(tài)不同于宏觀物體運(yùn)動狀態(tài)。2.通過認(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,能根據(jù)核外電子的排布規(guī)則正確表示1～36號元素基態(tài)原子核外電子的排布。任務(wù)分項(xiàng)突破『自主梳理』1.電子云(1)概率密度。1913年,玻爾提出氫原子模型,電子在

上繞核運(yùn)行。量子力學(xué)指出,一定空間運(yùn)動狀態(tài)的電子在核外空間各處都可能出現(xiàn),但出現(xiàn)的

不同,可用概率密度(ρ)表示,即ρ=(P表示電子在某處出現(xiàn)的概率,V表示該處的體積)。(2)電子云:處于一定空間運(yùn)動狀態(tài)的電子在原子核外空間的

.的形象化描述。學(xué)習(xí)任務(wù)1認(rèn)識電子云與原子軌道線性軌道概率概率密度分布2.電子云輪廓圖(1)概念:為了表示電子云輪廓的形狀,對核外電子的

.有一個形象化的簡便描述,把電子在原子核外空間出現(xiàn)概率P=

的空間圈出來,即電子云輪廓圖?？臻g運(yùn)動狀態(tài)90%(2)形狀。球形3.原子軌道(1)定義:電子在原子核外的

稱為一個原子軌道。一啞鈴形三一個空間運(yùn)動狀態(tài)(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②p電子的原子軌道呈

形,能層序數(shù)越大,原子軌道的半徑越大。p能級有3個互相垂直的軌道,分別表示為px、py、pz(如圖)。大啞鈴(3)各能級所含有的原子軌道數(shù)目。1能級符號nsnpndnf軌道數(shù)目

357『互動探究』德國物理學(xué)家海森堡1927年提出了著名的測不準(zhǔn)原理(或不確定性原理),該原理指出:不可能同時精確確定一個基本粒子的位置和動量。對于像核外電子這樣的粒子只能確定其在原子核外各處出現(xiàn)的概率。如圖表示氫原子的1s概率密度分布圖。探究辨析電子云與原子軌道問題1:電子云圖中的小點(diǎn)的疏密表示什么?電子在原子核外出現(xiàn)的概率有什么規(guī)律?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)越密,表明概率密度越大;離核越近,電子出現(xiàn)的概率越大,電子云越密集。問題2:“電子云與原子軌道形狀相同,代表的意義相同”,這種說法對嗎?提示:不對。電子云是原子核外電子出現(xiàn)概率的形象化描述,原子軌道表示的是電子的空間運(yùn)動狀態(tài),兩者意義不同,電子云輪廓圖與原子軌道形狀也略有差別。問題3:能層與能級(原子軌道類型)及原子軌道數(shù)目有何關(guān)系?提示:第n能層上有n個能級,n2個原子軌道。問題4:基態(tài)原子的核外電子填充在6個軌道的元素有幾種?填充在7個軌道中的元素有幾種?提示:s、p能級分別有1、3個原子軌道,按照構(gòu)造原理,核外電子填充在6個軌道的元素為1s22s22p63s1(Na)和1s22s22p63s2(Mg),共兩種;填充在7個軌道中的元素只有1s22s22p63s23p1(Al)一種元素。歸納拓展1.電子云圖的意義及特點(diǎn)(1)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)。(2)電子云圖表示電子在核外空間出現(xiàn)的概率密度的相對大小。電子云圖中小點(diǎn)密度越大,表示電子出現(xiàn)的概率密度越大。(3)電子云的外圍形狀具有不規(guī)則性,電子云圖很難繪制,使用不方便,故常使用電子云輪廓圖。2.原子軌道的數(shù)目與能量(1)原子軌道數(shù)與能層序數(shù)(n)的關(guān)系:原子軌道數(shù)目=n2。(2)同一能層中,不同能級的原子軌道的能量及空間伸展方向不同,但同一能級的幾個原子軌道的能量相同,如2px、2py、2pz?！侯}組例練』題點(diǎn)一對電子云的理解1.圖甲和圖乙分別是1s電子的概率密度分布圖和電子云輪廓圖。下列認(rèn)識正確的是(

)A.圖甲中的每個小黑點(diǎn)表示1個電子B.圖乙表明1s電子云呈球形,有無數(shù)條對稱軸C.圖乙表示1s電子只能在球體內(nèi)出現(xiàn)D.不同能層的s電子云的半徑相等√解析:1s能級只有1個原子軌道,最多排2個電子,所以圖甲中的每個小黑點(diǎn)表示1個電子是錯誤的,小黑點(diǎn)的作用是通過其疏密來形象地描述電子在原子核外空間各處出現(xiàn)的概率,A錯誤;由圖乙可知,1s電子云輪廓圖呈球形,球形為對稱圖形,有無數(shù)條對稱軸,B正確;1s電子云輪廓圖為球形,代表1s電子出現(xiàn)概率大的區(qū)域呈球形,但1s電子也可能在其他區(qū)域出現(xiàn),只是出現(xiàn)的概率小,C錯誤;能層越大,s電子云的半徑越大,D錯誤。2.下列關(guān)于電子云的說法正確的是(

)A.電子云表示電子在原子核外運(yùn)動的軌跡B.電子云是處于一定空間運(yùn)動狀態(tài)的電子在原子核外空間的概率密度分布C.電子云界面圖中的小黑點(diǎn)密表示該核外空間的電子多D.電子云可表示電子在核外運(yùn)動的方向√解析:電子云表示電子在原子核外空間某處出現(xiàn)概率的大小,不表示電子運(yùn)動的軌跡,不能表示電子在核外運(yùn)動的方向,A、D錯誤,B正確;電子云界面圖中的小黑點(diǎn)越密表示電子在核外空間出現(xiàn)的概率越大,C錯誤。題點(diǎn)二原子軌道3.如圖是s能級和p能級的原子軌道圖,下列說法正確的是(

)A.s能級和p能級的原子軌道形狀相同B.每個p能級都有6個原子軌道C.s能級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個原子軌道上高速運(yùn)動√解析:s軌道為球形,p軌道為啞鈴形,A項(xiàng)錯誤;每個p能級只有3個原子軌道,B項(xiàng)錯誤;能層序數(shù)越小,s能級的原子軌道半徑越小,C項(xiàng)正確;鈉原子的電子在6個原子軌道上高速運(yùn)動,D項(xiàng)錯誤。4.下列說法正確的是(

)A.ns能級的原子軌道圖可表示為

B.p軌道呈啞鈴形,因此p軌道上的電子運(yùn)動軌跡呈啞鈴形C.3d3表示3d能級有3個軌道D.M能層中,共有7個原子軌道√解析:ns能級的電子云呈球形,故A正確;現(xiàn)在的技術(shù)無法測定電子在原子核外的運(yùn)動軌跡,原子軌道只是體現(xiàn)電子的運(yùn)動狀態(tài),故B錯誤;3d3表示3d能級有3個電子,故C錯誤;M能層中有s、p、d能級,有9個原子軌道,故D錯誤。25.元素X的基態(tài)原子最外層電子排布式為nsnnpn+1。試回答下列各題。(1)電子排布式中的n=

;原子中能量最高的是

電子,其電子云在空間有

方向,原子軌道呈

形。(2)元素X的名稱是

。

2p三種互相垂直的伸展啞鈴氮解析:元素X的基態(tài)原子最外層電子排布式為nsnnpn+1,根據(jù)核外電子排布規(guī)律可知n=2,則X是N。學(xué)習(xí)任務(wù)2掌握泡利原理、洪特規(guī)則、能量最低原理『自主梳理』1.電子自旋與泡利原理(1)電子自旋:電子除空間運(yùn)動狀態(tài)外,還有一種狀態(tài)叫做自旋。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,簡稱自旋相反,常用上下箭頭(↑和↓)表示自旋相反的電子。(2)泡利原理(也稱泡利不相容原理):在一個原子軌道里,最多只能容納

個電子,它們的自旋

。順時針逆時針2相反相反[示例]2s軌道上的電子排布為

,不能表示為

。(3)因?yàn)槊總€原子軌道最多只能容納2個電子且自旋方向相反,所以從能層、能級、原子軌道、自旋方向四個方面來說明電子的運(yùn)動狀態(tài)是不可能有兩個完全相同的電子的,任何一個原子里絕不會出現(xiàn)運(yùn)動狀態(tài)完全相同的電子。[示例]氟原子的電子排布可表示為,由于各原子軌道中的電子自旋方向

,所以9個電子的運(yùn)動狀態(tài)互不相同。原子軌道2.電子排布的軌道表示式(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。(2)表示方法:在軌道表示式中,用方框(也可用圓圈)表示

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

,“↑”或“↓”稱單電子(或稱未成對電子)。箭頭同向的單電子稱為自旋平行。電子對(3)舉例:鋁原子的軌道表示式中各符號、數(shù)字的意義如圖。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(dú)分占,且自旋平行。能量最低[示例]如:2p3的電子排布為

,不能表示為

或

。4.能量最低原理(1)內(nèi)容:在構(gòu)建基態(tài)原子時,電子將盡可能地占據(jù)

的原子軌道,使整個原子的能量最低。(2)影響原子能量的因素:整個原子的能量由核電荷數(shù)、電子數(shù)和電子狀態(tài)三個因素共同決定?！夯犹骄俊晃覈锻七M(jìn)資源型地區(qū)高質(zhì)量發(fā)展“十四五”實(shí)施方案》提出,要加大石油、天然氣、銅、鉻、鎢、稀土、晶質(zhì)石墨等戰(zhàn)略性礦產(chǎn)資源勘查,做好重要礦產(chǎn)資源戰(zhàn)略接續(xù)。探究認(rèn)識核外電子排布的兩原理一規(guī)則問題1:某同學(xué)寫出碳原子的基態(tài)軌道表示式為,是否正確?若不正確,違背了什么原則?提示:不正確;違背了泡利原理和洪特規(guī)則。問題2:寫出基態(tài)碳原子的軌道表示式,并據(jù)此判斷基態(tài)碳原子核外有多少種運(yùn)動狀態(tài)的電子,有多少種空間運(yùn)動狀態(tài)的電子,有幾個未成對電子,與碳同周期的元素中未成對電子數(shù)最多的是哪種。提示:;6;4;2;N。問題3:查閱元素周期表可知,基態(tài)Cr的價層電子排布式為3d54s1而不是3d44s2,為什么?提示:能量相同的原子軌道在全充滿、半充滿、全空時,體系能量較低。問題4:試寫出基態(tài)銅原子的核外電子排布式和價層電子排布圖。提示:[Ar]3d104s1;。歸納拓展1.基態(tài)原子核外電子排布遵循的規(guī)則(1)核外電子在原子軌道上排布要同時遵循構(gòu)造原理、泡利原理、洪特規(guī)則、能量最低原理。(2)泡利原理、洪特規(guī)則、能量最低原理并不是孤立的,而是相互聯(lián)系、相互制約的。(3)能量最低原理可敘述為在不違背泡利(不相容)原理的前提下,核外電子在各個原子軌道上的排布方式應(yīng)使整個原子體系的能量最低,而不是說電子填充到能量最低的軌道中去。(4)洪特規(guī)則特例:在簡并軌道(同一能級)上的電子排布處于全充滿、半充滿和全空狀態(tài)時,具有較低的能量和較大的穩(wěn)定性。如24Cr:[Ar]3d54s1,29Cu:[Ar]3d104s1符合能量最低原理。2.核外電子排布的表示方法表示方法以基態(tài)硫(S)原子為例原子結(jié)構(gòu)示意圖電子式電子排布式1s22s22p63s23p4簡化電子排布式[Ne]3s23p4價層電子排布式3s23p4電子排布圖價層電子排布圖『題組例練』題點(diǎn)一原子核外電子排布規(guī)則的理解與應(yīng)用1.下列鈷原子的價層電子軌道表示式中,不符合洪特規(guī)則的是(

)A

BC

D√2.下列氮原子的軌道表示式中,能量最高的是(

)A

BC

D√解析:各能級軌道中電子能量1s<2s<2p,能量較高的軌道中電子越多,該粒子能量越高,所以2p軌道上電子越多、s軌道上電子越少,該粒子能量越高,根據(jù)圖知能量由低到高的順序是A<C<B<D,故選D。3.處于基態(tài)的下列粒子,核外電子中未成對電子數(shù)最多的是(

)A.O B.P C.Cr D.Fe3+解析:O的價層電子排布式為2s22p4,未成對電子數(shù)為2;P的價層電子排布式為3s23p3,未成對電子數(shù)為3;Cr的價層電子排布式為3d54s1,未成對電子數(shù)為6;Fe3+的價層電子排布式為3d5,未成對電子數(shù)為5。因此核外電子中未成對電子數(shù)最多的是Cr?！填}點(diǎn)二核外電子排布表示方法4.下列表示方法錯誤的是(

)√5.A、B、C、D、E代表5種元素,請回答下列問題。(1)A元素基態(tài)原子的最外層有3個未成對電子,次外層有2個電子,該原子的電子排布式為

。

1s22s22p3解析:(1)次外層有2個電子,說明次外層為第一層,故最外層為第二層,第二層有2s、2p兩個能級,2s上最多排兩個電子,故3個未成對電子在2p能級上,即2p3,故A原子的電子排布式為1s22s22p3。(2)B元素的負(fù)一價離子和C元素的正一價離子的電子排布式都與氬原子相同,B元素的符號為

,C的離子結(jié)構(gòu)示意圖為

。Cl解析:(2)由題意知,B-、C+均含18個電子,故B原子含17個電子,為氯元素,符號為Cl,C原子含19個電子,為鉀元素,K+的結(jié)構(gòu)示意圖為

。(3)D元素的正三價離子的3d能級為半充滿,D的元素符號為

,其基態(tài)原子的價層電子排布式為

。

Fe解析:(3)由題意知,D3+電子排布式為[Ar]3d5,故D原子有18+5+3=26(個)電子,即鐵元素,符號為Fe,其基態(tài)原子的價層電子排布式為3d64s2。3d64s2(4)E元素基態(tài)原子的M層全充滿,N層沒有成對電子,只有一個未成對電子,E的元素符號為

,其基態(tài)原子的價層電子排布圖為

。

Cu解析:(4)由題意知,E原子電子排布式為[Ar]3d104s1,共有29個電子,即銅元素,符號為Cu,電子排布式為1s22s22p63s23p63d104s1或[Ar]3d104s1,其基態(tài)原子的價層電子排布圖為

。模型認(rèn)知書寫軌道表示式的“五注意”(1)一個方框表示一個原子軌道,一個箭頭表示一個電子。(2)不同能級中的□要相互分開,同一能級中的□要相互連接。(3)整個軌道表示式中各能級的排列順序要與相應(yīng)的電子排布式一致。(4)當(dāng)□中有2個電子時,它們的自旋狀態(tài)必須相反。(5)基態(tài)原子的電子排布遵循能量最低原理、泡利原理和洪特規(guī)則?！褐R整合提升』學(xué)科素養(yǎng)測評現(xiàn)有六種元素,其中A、B、C、D為短周期主族元素,E、F為第四周期元素,它們的原子序數(shù)依次增大。A元素原子的核外p電子數(shù)比s電子數(shù)少3B元素形成的物質(zhì)種類繁多,其形成的一種固體單質(zhì)是自然界中最硬的物質(zhì)C元素基態(tài)原子p軌道有3個未成對電子D原子核外所有p軌道全充滿或半充滿E在該周期中未成對電子數(shù)最多F能形成紅色(或磚紅色)的F2O和黑色的FO兩種氧化物根據(jù)上述信息,回答下列問題。(1)畫出A基態(tài)原子的核外電子軌道表示式:

。

(2)某同學(xué)畫的B基態(tài)原子的核外電子軌道