1、第第 2 2 课时课时 电子云与原子轨道、泡利原理、洪特规则、能量最低原理电子云与原子轨道、泡利原理、洪特规则、能量最低原理 学业要求 核心素养建构 1.知道电子的运动状态(空间分布及能量)， 可通过原子 轨道和电子云模型来描述。 2.能结合能量最低原理、泡利不相容原理、洪特规则 书写 136 号元素基态原子的轨道表示式，并说明含 义。 知识梳理 一、电子云与原子轨道 1.电子云 用小黑点来描述电子在原子核外空间出现的概率密度分布图，被形象地称为电子 云。 微自测 1.下列有关电子云的叙述中，正确的是( ) A.电子云形象地表示了电子在核外某处单位体积内出现的概率 B.电子云直观地表示了核外电
2、子的数目 C.1s 电子云界面图是一个球面，表示在这个球面以外，电子出现的概率为零 D.电子云是电子绕核运动形成了一团带负电荷的云雾 解析 电子云表示电子在核外单位体积内出现的概率大小，小黑点的疏密表示出 现概率密度的大小，密则概率密度大，疏则概率密度小，故 A 正确。 答案 A 2.电子云轮廓图 为了表示电子云轮廓的形状，对核外电子的空间运动状态有一个形象化的简便描 述， 把电子在原子核外空间出现概率 P90%的空间圈出来， 即为电子云轮廓图。 3.原子轨道 (1)定义：电子在原子核外的一个空间运动状态称为一个原子轨道。 (2)形状 s 电子的原子轨道呈球形，能层序数越大，原子轨道的半径越大
3、。 p 电子的原子轨道呈哑铃形，能层序数越大，原子轨道的半径越大。 (3)各能级所含有原子轨道数目 能级符号 ns np nd nf 轨道数目 1 3 5 7 微自测 2.下列说法正确的是( ) A.不同的原子轨道形状一定不相同 B.p 轨道呈哑铃形，因此 p 轨道上的电子运动轨迹呈哑铃形 C.2p 能级有 3 个 p 轨道 D.氢原子的电子运动轨迹呈球形 解析 不同能级的原子轨道形状可以相同，如 1s、2s 能级的原子轨道都是球形， 只是半径不同，A 错。现在的技术无法测定电子在原子核外的运动轨迹，原子轨 道只是体现电子的运动状态，B、D 错。任何能层的 p 能级都有 3 个 p 轨道，C
4、正确。 答案 C 4.泡利原理、洪特规则和能量最低原理 (1)泡利原理：一个原子轨道最多只能容纳 2 个电子，且自旋状态相反。电子自旋 有顺时针和逆时针两种状态。 (2)洪特规则：当电子排布在同一能级的不同轨道时，基态原子中，填入简并轨道 的电子总是单独分占，而且自旋平行。 (3)能量最低原理：原子的电子排布遵循构造原理能使整个原子的能量处于最低状 态，简称能量最低原理。 微自测 3.下列原子或离子的电子排布表示方法中，正确的是_，违反能量最低原 理的是_，违反洪特规则的是_，违反泡利原理的是_。 Ca2 ：1s22s22p63s23p6 F ：1s22s23p6 P： Cr：1s22s22p
5、63s23p63d44s2 Fe：1s22s22p63s23p63d64s2 Mg2 ：1s22s22p6 C： 解析 根据核外电子排布规律知中错误在于电子排完 2s 轨道后应排 2p 轨道， 而不是 3p 轨道，应为 1s22s22p6；中没有遵循洪特规则。中违反泡利原理。 答案 探究一、电子云与原子轨道 从宏观和微观对比认知电子云概率密度分布 探究素材 宏观物体的运动与微观电子的运动对比 1.宏观物体的运动有确定的运动轨迹，可以准确测出其在某一时刻所处的位置及 运行的速度，描绘出其运动轨迹。 2.由于微观粒子质量小、运动空间小、运动速度快，不能同时准确测出其位置与 速度，所以对于核外电子只
6、能确定其在原子核外各处出现的概率。 (1)电子云图表示电子在核外空间出现概率密度的相对大小。电子云图中小黑点密 度越大，表示电子出现的概率密度越大。 (2)电子云图中的小黑点并不代表电子，小黑点的数目也不代表电子真实出现的次 数。 (3)由氢原子的 1s 电子在原子核外出现的概率密度分布图可知，在离原子核越近 的空间电子出现的概率越大；电子云的外围形状具有不规则性。 (4)电子云图很难绘制，使用不方便，故常使用电子云轮廓图。 探究题目 1.关于电子云的叙述不正确的是( ) A.电子云是用小点的疏密程度来表示电子在空间出现概率密度大小的图形 B.电子云实际是电子运动形成的类似云一样的图形 C.小
7、点密集的地方电子在那里出现的概率密度大 D.轨道不同，电子云的形状也不一样 解析 用统计的方法描述电子在核外空间出现的概率密度大小的图形称为电子云； 常用小点的疏密程度来表示电子在原子核外出现的概率密度的大小。小点密集的 地方，表示电子在那里出现的概率密度大，小点稀疏的地方，表示电子在那里出 现的概率密度小。 答案 B 从能量角度理解空间运动状态原子轨道 探究素材 1.不同能层的同种能级的原子轨道形状相同，只是半径不同。能层序数 n 越大， 原子轨道的半径越大。 2.s 能级只有 1 个原子轨道。p 能级有 3 个原子轨道，它们互相垂直，分别以 px、 py、pz表示。 3.原子轨道数与能层序
8、数(n)的关系是原子轨道为 n2个。 4.原子轨道能量高低 相同能层 不同能级：E（ns）E（np）E（nd）E（nf） 相同能级：E（npx）E（npy）E（npz） 不同能层 相同能级：E（1s）E（2s）E（3s）E（4s） 不同能级：根据构造原理出现能级交错 探究题目 2.下列对核外电子运动状态的描述正确的是( ) A.电子的运动与行星的运动相似，围绕原子核在固定的轨道上高速旋转 B.能层数为 3 时，有 3s、3p、3d、3f 四个轨道 C.氢原子中只有一个电子，故氢原子只有一个轨道 D.在同一能级上运动的电子，其运动状态肯定不同 解析 A 项，质量很小的电子在做高速运动时，其运动规
9、律跟普通物体不同，电 子没有确定的运动轨道；B 项，第三能层只有 3s、3p、3d 三个能级，而 3s 能级 有 1 个轨道、3p 能级有 3 个轨道、3d 能级有 5 个轨道，故第三能层有 9 个轨道； C 项，氢原子中只有 1 个电子，在 1s 轨道，但还存在其他空轨道；D 项，电子的 运动状态与能层、能级和自旋状态有关，在同一原子内部没有两个电子存在完全 相同的运动状态。 答案 D 从电子云轮廓图的绘制理解电子云和原子轨道 探究素材 1.绘制电子云轮廓图的目的是表示电子云轮廓的形状，对核外电子的空间运动状 态有一个形象化的简便描述。 2.量子力学把电子在原子核外的一个空间运动状态称为一个
10、原子轨道。 探究题目 3.下列有关电子云和原子轨道的说法中，正确的是( ) A.原子核外的电子像云雾一样笼罩在原子核周围，故称电子云 B.s 能级原子轨道呈球形，处于该轨道上的电子只能在球壳内运动 C.p 能级原子轨道呈哑铃状，随着能层的增加，p 能级原子轨道也在增多 D.p 能级原子轨道与 s 能级原子轨道的平均半径都随能层序数的增大而增大 解析 电子云表示电子在核外某一区域出现的概率密度分布，故 A 项错误；原子 轨道是电子出现概率为 90%的电子云空间，这只是表明电子在这一空间区域内出 现的机会大，在此空间区域外出现的机会少，故 B 项错误；无论能层序数 n 如何 变化，每个 p 能级都
11、有 3 个原子轨道且相互垂直，故 C 项错误；同一原子的能层 越高，对应能层电子的能量越高，电子在离核更远的区域出现的机会越大，电子 云将向更大的空间扩展，原子轨道半径会增大。 答案 D 探究二、泡利原理、洪特规则和能量最低原理 从“两原理一规则” 认知电子微观运动状态 探究素材 1.能量最低原理：电子在原子轨道上的分布要尽可能地使原子的能量为最低。 2.泡利原理：每个原子轨道最多容纳两个电子且自旋方向必须相反。 3.洪特规则： 当电子排布在同一能级(能量相同)的不同轨道时， 总是优先单独占据 一个轨道，而且自旋方向相同。 洪特规则特例 当同一能级上的电子排布为全充满(p6、 d10、 f14
12、)、 半充满(p3、 d5、 f7)和全空状态(p0、 d0、f0)时，具有较低的能量和较强的稳定性。例如，铬(24Cr)元素基态原子的价电 子排布是 3d54s1(3d、4s 能级均为半充满)，而不是 3d44s2；铜(29Cu)元素基态原子 的价电子排布是 3d104s1(3d 全充满、4s 半充满)，而不是 3d94s2。 探究题目 4.某原子核外电子排布为 ns2np7，它违背了( ) A.泡利原理 B.能量最低原理 C.洪特规则 D.洪特规则特例 解析 p 能级有三个轨道，据泡利不相容原理，每个轨道最多排 2 个电子，故 p 能级最多排 6 个电子，不可能排 7 个，故违背泡利原理。
13、 答案 A 从“两原理一规则” 建构轨道表示式模型 探究素材 书写原子的轨道表示式时的“五”注意 1.一个方框表示一个原子轨道，一个箭头表示一个电子。 2.不同能级中的要相互分开，同一能级中的要相互连接。 3.整个原子的轨道表示式中各能级的排列顺序要与相应的电子排布式一致。 4.当中有 2 个电子时，它们的自旋状态必须相反。 以铝原子为例： 5.洪特规则的特例： 在能量相同的轨道(同一能级)上的电子排布处于全充满、 半充 满和全空状态时，具有较低的能量和较高的稳定性。如24Cr 的基态原子价电子的 轨 道 表 示 式 为( 半 充 满 ) ， 易 错 写 为 。 探究题目 5.下列原子的价层电
14、子的轨道表示式正确的是( ) 解析 A 的 2p 轨道应各排布一个电子且自旋状态相同，B 的 2s 轨道中两个电子 的自旋状态应相反，D 的 2s 轨道中排满两个电子后才排 2p 轨道。 答案 C 从未成对电子数分析培养探究意识 探究素材 1.主族元素的最外层电子就是外围电子，又称价电子。过渡元素的外围电子一般 包括最外层的 s 电子和次外层的 d 电子，有的还包括倒数第三层的 f 电子。轨道 表示式又称电子排布图，是描述核外电子运动状态最详尽的化学用语。 2.若一个原子轨道中只排一个电子，该电子为未成对电子，若一个原子轨道中排 两个电子则为成对电子。 探究题目 6.(1)元素 Mn 与 O
15、中，基态原子核外未成对电子数较多的是_。 (2)基态 Ge 原子有_个未成对电子。 (3)镍元素基态原子的 3d 能级上的未成对电子数为_。 (4)基态 Fe 原子有_个未成对电子。 (5)基态 K 原子中，核外电子占据最高能层的符号是_，占据该能层电子的 电子云轮廓图形状为_。 (6)Cu 的价层电子轨道表示式为_。 答案 (1)Mn (2)2 (3)2 (4)4 (5)N 球形 (6) 从核外电子排布的表示方法发展整体观 探究素材 核外电子排布的表示方法 原子(离 子)结构 示意图 含义 将每个能层上的电子总数表示在原子核外的式子 实例 电子排 布式 含义 用数字在能级符号右上角标明该能级
16、上排布的电子 数，这就是电子排布式 实例 K：1s22s22p63s23p64s1 简化电 子 排布式 含义 为了避免电子排布式书写过于繁琐，把内层电子达到 稀有气体原子结构的部分以相应稀有气体元素符号外 加方括号表示 实例 K：Ar4s1 价电子 排布式 含义 主族元素的价层电子指最外层电子，价层电子排布式 即最外层电子排布式 实例 Al：3s23p1 轨道 含义 每个方框代表一个原子轨道，每个箭头代表一个电子 表示式 实例 电子式 含义 化学中常在元素符号周围用“ ”或“”来表示元 素原子的最外层电子，相应的式子叫做电子式 实例 探究题目 7.下列表达方式正确的是( ) A.Na 的轨道表
17、示式为： B.硫离子的核外电子排布式：1s22s22p63s23p4 C.碘化铵的电子式： D.H2O 的电子式： 解析 A 项违反泡利原理；B 项硫离子的核外电子排布式应为 1s22s22p63s23p6；C 项碘化铵的电子式应为；只有 D 项正确。 答案 D 1.判断正误，正确的打“”；错误的打“”。 (1)s 能级的能量总是小于 p 能级的能量( ) (2)2s 的电子云比 1s 的电子云大，说明 2s 的电子云中的电子比 1s 的多( ) (3)当电子排布在同一能级的不同轨道时，电子总是先占满 1 个轨道，然后再占据 其他原子轨道( ) (4)nf 能级中最多可容纳 14 个电子( )
18、 (5)氢原子电子云的一个小黑点表示一个电子( ) (6)处于最低能量的原子叫基态原子( ) (7)6C 的电子排布式 1s22s22p2x违反了洪特规则( ) (8)电子排布式(21Sc)1s22s22p63s23p63d3违反了能量最低原理( ) (9)电子排布式(22Ti)1s22s22p63s23p10违反了泡利原理( ) 答案 (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) (9) 2. 在 d 轨 道 中 电 子 排 布 成， 而 不 排 布 成 ，遵循的是( ) A.能量最低原理 B.泡利原理 C.原子轨道构造原理 D.洪特规则 解析 洪特规则表明，当电子排布在同
19、一能级的不同轨道时，基态原子中的电子 总是优先单独占据一个轨道，而且自旋状态平行。 答案 D 3.以下表示氦原子结构的化学用语中，对电子运动状态描述最详尽的是( ) A.He B. C.1s2 D. 解析 A 项只能表示最外层电子数，B 项只表示核外电子的分层排布情况，C 项 具体到能级的电子数， 而 D 项体现出原子轨道内电子的自旋状态， 故 D 项符合题 意。 答案 D 4.下面有关“核外电子的运动状态”的说法，错误的是( ) A.各原子轨道的伸展方向按 p、d、f 的顺序分别为 3、5、7 B.只有在电子层、原子轨道、原子轨道伸展方向及电子的自旋状态都确定时，电 子的运动状态才能被确定下
20、来 C.原子核外可能有两个电子的运动状态是相同的 D.原子轨道伸展方向与能量大小是无关的 解析 原子核外不可能有运动状态相同的两个电子。 答案 C 5.(1)以下列出的是一些原子的 2p 能级和 3d 能级中电子排布的情况。试判断，哪 些违反了泡利原理？_，哪些违反了洪特规则？_。 (2)某元素的激发态(不稳定状态)原子的电子排布式为 1s22s22p63s13p33d2，则该元 素基态原子的电子排布式为_；其最高价氧化物对应水化物的化学式是 _。 (3)将下列多电子原子的原子轨道按轨道能量由低到高顺序排列。 2s 3d 4s 3s 4p 3p 轨道能量由低到高排列顺序是_(填序号)。 解析 (1)同一轨道中不应有自旋状态相同的电子，违反了泡利原理；中成单 电子自旋状态应相同，中 5 个电子应分占 5 个轨道，中成单电子自旋状态应 相同， 所以违反了洪特规则。 (2)3p 能量小于 3d， 激发态为 1s22s22p63s13p33d2， 基态应为 1s22s22p63s23p4。此原子核外电子数为 16，其质子数也为 16，该元素为 硫元素，其最高价氧化物对应水化物的化学式是 H2SO4。 答案 (1) (2)1s22s22p63s23p4 H2SO4 (3)