高中化学 第二章 分子结构与性质 第2节 第2课时 杂化轨道理论 配合物理论课件 新人教版选修3

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复习课件
本节内容结束
2020高中化学 第二章 分子结构与性质 第2节 第2课时 杂化轨道理论 配合物理论课件 新人教版选修3
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第2课时 能量最低原理、基态与激发态、 光谱 电子云与原子轨道
课程目标
1.了解能量最低原理,知道基态 与激发态,知道原子核外电子 在一定条件下会发生跃迁产生 原子光谱。 2.了解原子核外电子的运动状 态,知道电子云和原子轨道, 掌握泡利原理和洪特规则。
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【学以致用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正确。 答案 C
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探究一 基态与激发态、光谱 【探究讨论】 1.谈谈你对基态原子的理解。
提示 电子按照构造原理排布(即电子优先排布在能量最低的能级里,然后依次排 布在能量逐渐升高的能级里),会使整个原子的能量处于最低状态,此时为基态原 子。
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【点拨提升】 1.电子跃迁的能量变化与可见现象:
激发态原子不稳定,电子从能量较高的激发态跃迁到能量较低的激发态乃至基态时 ,将释放能量。光辐射是电子释放能量的重要形式之一。霓虹灯光、激光、焰火等 可见光都与原子核外电子发生跃迁释放能量有关。 2.金属元素的焰色反应的成因: 金属原子中,核外电子按一定轨道顺序排列,轨道离核越远,能量越高。灼(燃) 烧时,电子获得能量,能量较低的电子发生跃迁,从基态变为激发态。随即电子又 从能量较高的激发态跃迁到能量较低的激发态乃至基态,便以光(辐射)的形式释 放能量,形成不同的焰色。
解析 基态原子的核外电子排布必须遵循能量最低原理,基态钠原子的电子排布式
应是1s22s22p63s1。
答案 C
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【学以致用1】 对充有氖气的霓虹灯管通电,灯管发出红色光。产生这一现象的主 要原因是( ) A.电子由激发态向基态跃迁时以光的形式释放能量 B.电子由基态向激发态跃迁时吸收除红光以外的光线 C.氖原子获得电子后转变成发出红光的物质 D.在电流的作用下,氖原子与构成灯管的物质发生反应 解析 霓虹灯之所以能发光,是因为电子吸收能量后跃迁到能量较高的轨道,能量 较高轨道上的电子会很快以光的形式辐射能量而跃迁回能量较低的轨道。 答案 A
核心素养建构
基态
激发态
核外电子运动状态原 光 电子 谱 子轨 云道
排布规则泡 洪利 特原 规理 则
洪特规则特例
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[知 识 梳 理]
一、基态与激发态、光谱
1.能量最低原理 原子的电子排布遵循
构造
简称能量最低原理。
原理能使整个原子的能量处于 最低 状 态 ,
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2.基态原子与激发态原子
(1)基态原子:处于
,违反能量最低原理的

,违反洪特规则的是
,违反泡利原理的是

①Ca2+:1s22s22p63s23p6 ②F-:1s22s23p6
③P: ④Cr:1s22s22p63s23p63d44s2 ⑤Fe:1s22s22p63s23p63d64s2 ⑥Mg2+:1s22s22p6
⑦C:
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解析 根据核外电子排布规律知②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;③中没有遵循洪特规则。⑦中违反泡利原理。 答案 ①⑤⑥ ②④ ③ ⑦
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【点拨提升】 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。
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【自主思考】
1.结合电子云和原子轨道的知识,回答:
(1)电子云图中的小黑点的含义是什么?小黑点的密度表示什么? (2)电子在原子核外出现的概率有什么规律?
(3)不同能层的同种能级的原子轨道形状是否相同? 答案 (1)小黑点是电子在原子核外出现的概率密度的形象表述。小黑点密度越 大,表明概率密度越大。
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3.光谱分类
4.光谱分析 在现代化学中,利用原子光谱上的特征谱线来鉴定元素的分析方法称为光谱分析。
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【典题例证1】 下列原子或离子核外电子排布不属于基态排布的是( )
A.N:1s22s22p3
B.S2-:1s22s22p63s23p6
C.Na:1s22s22p53s2
D.Si:1s22s22p63s23p2
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3.指出下列核外电子排布图的书写分别违背了什么原则? ①2p 轨道上有 3 个电子的原子: ②2p 轨道上有 2 个电子的原子: ③基态 P 原子:1s22s22p63s23p2x3p1z ④4s 轨道上有 2 个电子的原子: ⑤3d 轨道上有 8 个电子的原子: 答案 ①②③⑤违背了洪特规则,当电子排布在同一能级的不同轨道时,原子中的 电子总是优先单独占据一个轨道,且自旋状态相同。④违背了泡利原理,一个原子 轨道最多只容纳2个电子,而且这2个电子的自旋状态相反。
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4.根据构造原理,29Cu的电子排布式应是1s22s22p63s23p63d94s2,但实际29Cu的电子排 布式却是1s22s22p63s23p63d104s1,思考并讨论其原因。依据此原理写出24Cr的电子排 布式。 答案 有少数元素的基态原子的电子排布对于构造原理有1个电子的偏差。因为能 量相同的原子轨道在全充满(如p6和d10)、半充满(如p3和d5)和全空(如p0和d0) 状 态 时 , 体 系 的 能 量 较 低 , 原 子 较 稳 定 , 所 以 Cr 的 电 子 排 布 式 为 1s22s22p63s23p63d54s1。
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探究三 泡利原理和洪特规则 【探究讨论】
1.如何理解原子核外电子排布“两原理一规则”?
提示 (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)、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)的价电 子排布是3d54s1(3d、4s能级均为半充满),而不是3d44s2;铜(29Cu)的价电子排 布是3d104s1(3d全充满、4s半充满),而不是3d94s2。
空间状态
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P= 90% 的空间圈出来,即为
电子云轮廓图。
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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 ①s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 。
②p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。
(2)离核越近,电子出现的概率越大,电子云越密集。如2s电子云比1s电子云松散 。
(3)不同能层的同种能级的原子轨道形状相同,但原子轨道的半径不同,能级序
数n越大,电子的能量越大,原子轨道的半径越大。例如1s、2s、3s轨道均为球形,
原子轨道半径:r(1s)<r(2s)<r(3s)。
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2.为什么Fe3+的稳定性强于Fe2+? 答案 基态Fe原子的价电子排布式为3d64s2,当失去4s轨道上的2个电子时变为Fe2+, Fe2+价电子排布式为3d6,而Fe3+价电子排布式为3d5,Fe3+的3d轨道为半充满稳定 结构。
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[效 果 自 测]
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( ) (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1s22s22p违反了洪特规则( )
最低能量
(2)激发态原子:基态原子的电子 吸能量变化
吸收
释放
的原子。 能量后,电子跃迁到
较高
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3.光谱与光谱分析 (1)光谱形成原因 不同元素的原子发生 (2)光谱分类
跃迁
时会吸收或释放不同的光。
吸收
(3)光谱分析 在现代化学中,利用
原子光谱
发射
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(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)√
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休息时间到啦
同学们,下课休息十分钟。现在是休息时间,你们休息一下眼睛, 看看远处,要保护好眼睛哦~站起来动一动,久坐对身体不好哦~
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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,而且自旋状态相同。
答案 D
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3.下列原子或离子的电子排布表示方法中,正确的是
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(3)各能级所含有原子轨道数目
能级符号 轨道数目
ns np nd nf
1
3
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4.泡利原理和洪特规则
(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
顺时针。电子自旋有逆时针

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,基态原子中的电子总是 优先单独占据一个轨道 ,而且自旋状态 相同 。
上的特征谱线来鉴定元素的分析方法。
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【自主思考】 在国庆节、元旦、春节,我们经常放焰火来庆祝,请你思考这与原子结构有什么关 系呢? 答案 这与原子核外电子发生跃迁释放能量有关。
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二、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。
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
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(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。
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【典题例证2】 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。小黑点密集的地方 ,表示电子在那里出现的概率密度大,小黑点稀疏的地方,表示电子在那里出现的 概率密度小。 答案 B
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探究二 电子云与原子轨道 【探究讨论】 1.应该怎么理解电子云的概念
提示 (1)电子云轮廓图中的小黑点不代表电子、小黑点的疏密程度表示电子在 原子核外出现概率密度的大小。 (2)离核越近,电子出现的概率密度越大,小黑点越密集。
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2.应该怎样理解原子轨道的概念 提示 (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 相同 同能 能级 级: :EE( (nnsp)x)<=EE((nnpp)y)<=E(E(ndn)pz<)E(nf) 不同能层不相同同能能级级::根E(据1构s)造<原E理(出2s现)能<级E(交3错s)<E(4s)
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