1.1.3 电子云与原子轨道
学案1：1.1.3 原子核外电子排布规则
第3课时原子核外电子排布规则【目标导航】1.掌握基态原子、激发态原子、电子云、原子轨道的概念。
2.能运用核外电子排布的规律熟练掌握1～36号元素的原子的核外电子排布。
【基础落实】一、能量最低原理、泡利原理和洪特规则1．能量最低原理原子的电子排布遵循____________能使整个原子的能量处于________状态，简称能量最低原理。
2．泡利原理在一个原子轨道里最多只能容纳____个电子，而且它们的自旋状态________，这个原理称为泡利原理。
3．洪特规则当电子排布在________能级的________轨道时，基态原子中的电子总是优先____________________，而且自旋状态________，这个规则称为洪特规则。
跟踪训练1 一定呈＋1价的金属元素是()A．M层比L层电子数少6个电子的元素B．质量数为24，中子数为12的元素C．4s轨道上有1个电子的元素D．电子排布式为1s22s22p63s23p64s1的原子二、电子排布式与电子排布图1.电子排布式用数字在能级符号右上角标明该能级上排布的电子数，这就是电子排布式。
写出下列基态原子的电子排布式：（1）16S：；（2）20Ca：；（3）26Fe：；（4）29Cu：。
2.电子排布图用方框代表一个原子轨道，用箭头表示一个电子，这样的式子称为电子排布图。
如Na：N：____________________________________O：____________________________________3.原子核外电子排布的表示方法(1)电子排布式和电子排布图反映的是基态原子即处于最低能量状态的原子的电子排布情况，它们相互关联，可以非常方便地相互转换。
(2)虽然电子排布是遵循构造原理的，但书写电子排布式时应按照能层的顺序书写。
如铁原子的电子排布式是1s22s22p63s23p63d64s2，而不写作1s22s22p63s23p64s23d6。
1.1.3电子云与原子轨道
核外电子运动状态的描述
电子云(演示)
电子云：描述核外电子运动特征的图象。 电子云：描述核外电子运动特征的图象。 电子云中的小黑点： 电子云中的小黑点： 并不是表示原子核外的一个电子, 并不是表示原子核外的一个电子,而是表 示电子在此空间出现的机率。 示电子在此空间出现的机率。 电子云密度大的地方说明电子出现的机 会多， 会多，而电子云密度小的地方说明电子出现 的机会少。 的机会少。
电子云轮廓图----原子轨道 电子云轮廓图 原子轨道
S能级的原子轨道
S能级的原子轨道是球形对称的.
P能级的原子轨道
z
z
z
ห้องสมุดไป่ตู้
y x
x
y
x
y
P能级的原子轨道是纺锤形的,每个P 能级有3个原子轨道,它们相互垂直, 分别以P x,Py,PZ表示.
P能级的3个原子轨道P x,Py,PZ合 在一起的情形.
P 能 级 的 原 子 轨 道
d能级的原子轨道有5个.
d 能 级 的 原 子 轨 道
f 有 七条等价轨道 七条等价轨道.
练习
1. 指出下列符号的含义： 1s 3p 2s 3d 2. 将下列各能级按照能量由低到高的顺序 排列起来： ①3p、2s、3d、1s、2p、3s ②4p、4s、3d、2s、1s ③2s、2p、1s、3p
原子结构
电子云与原子轨道
宏观、 宏观、微观运动的不同
宏观物体 质量 速度 位移 能量 轨迹 很大 较小 可测 可测 可描述
（画图或函数描述） 画图或函数描述）
微观粒子 很小 很大（ 很大（接近光 速）
位移、 位移、能量 不可同时测定
不可确定
核外电子运动的特征
宏观物体的运动特征： 可以准确地测出它们在某一时刻所处的位置及 运行的速度； 可以描画它们的运动轨迹。 微观物体的运动特征： 核外电子质量小，运动空间小，运动速率大。 无确定的轨道，无法描述其运动轨迹。 无法计算电子在某一刻所在的位置，只能指出 其在核外空间某处出现的机会的多少。
高三化学电子云与原子轨道PPT课件
课堂练习
1、判断下列表达是正确还是错误 1）1s22p1属于基态； 2）1s22s2 2p63s2 3p63d54s1属于激发态； 3）1s22s2 2p63d1属于激发态； 4）1s22s2 2p63p1属于基态；
①已知核外电子数目先按照能量最低原 理从1s排起
②其间应考虑是否需应用泡利原理和洪 特规则，特别是要求画外围轨道表示式
③最后考虑是否需要应用量子力学关于 全空、半充满、全充满的排布规定，如 Cr、Cu等原子
；托管班加盟 托管所加盟 午托班加盟 学生托管所；
2．p电子云/原子轨道的形状是纺锤形 （或称为哑铃形），其伸展方向是互向 垂直的三个方向（Px、Py、Pz）。
P电子原子轨道半径同样随着n增大而增大
科学探究
观察图1-14，这些图称为原子的 电子轨道表示式
1．每个原子轨道最多只能容纳几
个电子？
2．当电子排在同一个能级内时， 有什么规律？
★核外电子排布规则: 1.能量最低原理
答案： (1) x(2) x(3)√(4) x
五、电子云与原子轨道
思考: 宏观物体与微观物体（电 子）的运动有什么区别?
宏观物体的运动特征：
• 可以准确地测出它们在某一时刻 所处的位置及运行的速度；
• 可以描画它们的运动轨迹。
微观物体的运动特征：
电子的质量很小，只有9.11×10-31 千克；
核外电子的运动范围很小（相对于
宏观物体而言）；
测不准
电子的运动速度很大；
1、电子云
图中 表示原子核，一个小黑点代表 电子在这里出现过一次
➢小黑点的疏密表示电子在核外空间 单位体积内出现的概率的大小。
电子云与原子轨道
问题导学
当堂检测
3.不同能层的同种能级的原子轨道形状是否完全相同呢? 答案: 不同能层同种能级的原子轨道形状相似, 但不完全相同。 只是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) 。
问题导学
当堂检测
解析: 电子云中的小黑点, 单独看小黑点没什么实际意义, 但从 黑点密度的大小上则能说明电子在该区域出现的几率大小。 ( 1) 从统 计的结果中分析, 距离原子核越近, 电子出现的机会越多; 距离原子核 越远, 电子出现的机会越少。( 2) 从物质的运动, 总是趋于能量最低来 分析, 因为离核越近, 电子云的密度越大, 电子的能量越低, 离核越远, 电子云的密度越小, 电子的能量越高。( 3) 电子运动虽然没有宏观物 体那样的运动规律, 但也有自身的规律, 电子云就是人们对电子运动 规律的形象描述。 答案: ( 1) 距原子核越近, 电子出现的机会越多; 距原子核越远, 电 子出现的机会越少 ( 2) 低 高 因为离核越近, 电子的概率密度越 大, 离核越远, 电子的概率密度越小 ( 3) BD
目标导航
预习引导
一、电子云与原子轨道 1.电子云: 电子云是处于一定空间运动状态的电子在原子核外 空间的概率密度分布的形象化描述。 小黑点越密, 表示概率密度越大。 由于核外电子的概率密度分布看起来像一片云雾, 因而被形象地称 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。
课堂合作探究
电子云与原子轨道
材料结构优化
电子云和原子轨道理论可以用来优化材料的结构，如合金的结构、晶体ຫໍສະໝຸດ 结构等，从而提高材料的性能和稳定性。
03
材料表面与界面研究
电子云和原子轨道理论可以用来研究材料表面和界面的性质，如表面吸
附、表面重构、界面相互作用等，从而为材料表面的改性和界面工程提
供理论支持。
在生物学中的应用
生物大分子结构研究
预测分子的几何结构和性质
电子云和原子轨道理论可以用来预测分子的几何结构和性 质，如分子的形状、极性、光谱性质等，从而为分子设计 和合成提供理论支持。
在材料科学中的应用
01
材料性质预测
电子云和原子轨道理论可以用来预测材料的性质，如导电性、光学性质、
磁学性质等，从而为新材料的发现和应用提供理论支持。
02
能级
排布
原子轨道的能级由主量子数n、角量 子数l和磁量子数m共同决定。
电子按照能量从低到高的顺序填充到 各个原子轨道中，形成电子云。
能级从低到高依次为
s、p、d、f等，同一能级的不同轨道 称为简并轨道。
原子轨道的形状和取向
形状
根据主量子数n和角量子数l的不 同，原子轨道有不同的形状，如s 轨道为球形，p轨道为哑铃形，d 轨道为花瓣形等。
05 电子云与原子轨道的未来 发展
高精度计算方法的发展
密度泛函理论
随着计算能力的提升，密度泛函理论在电子云和原子轨道计算中 的应用将更加广泛，能够更精确地描述电子结构和性质。
多尺度模型
结合不同尺度的模型和方法，如量子力学、分子力学和经典力学， 以更全面地描述复杂体系的电子云和原子轨道行为。
机器学习和人工智能
电子云的交叠与屏蔽效应
电子云交叠是指不同原子或分子的电 子云在空间某处相互重叠，这会导致 电子的相互作用增强，从而影响原子 的化学性质和分子的稳定性。
关于电子云和原子轨道
关于电子云和原子轨道（1）电子云的实质● 我们能不能把电子云中的小点当作电子？你问这个问题首先是把电子看作一个粒子。
电子能不能看作粒子？能，但它在核外空间出现的规律却只能用波动方程描述，不能用宏观物体的运动方程描述。
简单说，电子在原子核外空间的任一个点都有可能出现，不同的只是在各点出现的概率不同，而且，我们也不能预测电子从某个小点会移到哪一个点上去，因为电子在核外空间的运动不能用描述宏观运动的轨迹概念描述。
在教学中一定不能忘记强调，氢原子核外只有一个电子，而它的电子云图里却有许许多多点。
可见小点绝非电子本身！因此，电子云中的每个小点是该电子在小点所在的位置上出现的“记录”，或者说电子在这里出现留下的“踪迹”，或者说，你想象中“看到了”电子在这个点上出现过了，甚至说，你用了一架虚拟的照相机把电子在这个点出现“拍摄”下来了。
1s 2s 3s图1 氢原子的1s, 2s, 3s 电子云（注意三张图的尺寸不同）● 电子云图中的小点的总数可多可少吗？是的，可多可少。
这要看你“记录”电子在核外空间出现的次数。
通俗地讲，每个小点相当于一次记录。
如果电子云图里有500个小点，就相当于记录了500次。
如果有10000个点，就相当于记录了10000次。
记录的次数越多，小点就越多。
● 如何制作电子云图？用计算机程序可以制作电子云图。
在网上有一个生成电子云（黑点图）的程序。
可以从网上下载。
这个程序模拟了电子的波动方程得到的Ψ2的值，将它转化为小黑点在二维（纸面）上给出。
这个程序是用JA V A 程序编写的。
运行时间越长，随机产生的小黑点数目越大（图2）。
在本教学参考资料中有一个文件叫做“电子云黑点图计算机模拟动画程序”对这个程序作了详尽介绍。
图1就是用这一程序画的。
图2 用计算机程序制作电子云图，程序运行时间越长，小点越多如果在上课时能够直接上网，也可打开如下网站：/StuHome/cabell_f/Density.html ，在该网页的电子概率密度applet 程序上直接输入主量子数（n ）、角量子数(l )和磁量子数（m ），可快速地得到不同状态的电子云的图像。
原子轨道与电子云的概念及表示
原子轨道与电子云的概念及表示在探索微观世界的奇妙旅程中，原子轨道和电子云是两个至关重要的概念。
它们为我们理解原子中电子的行为和分布提供了关键的理论基础。
首先，让我们来谈谈原子轨道。
简单来说，原子轨道是描述原子中电子可能存在的空间区域。
就好像一个特定的“房间”，电子在这个“房间”里有一定的出现概率。
原子轨道的概念基于量子力学的理论。
在经典物理学中，我们可能会想象电子像行星绕太阳一样围绕着原子核运动。
但在量子世界里，情况完全不同。
电子的运动并非遵循这样的确定性轨迹，而是具有一定的不确定性和波动性。
不同的原子轨道具有不同的形状和能量。
比如，常见的有 s 轨道、p 轨道、d 轨道和 f 轨道。
s 轨道是球形的，就像一个均匀的球体；p 轨道则呈现哑铃状，有三个相互垂直的取向。
每个原子轨道都对应着特定的能量。
能量越低的轨道，电子越容易占据。
当原子处于基态时，电子会优先填充能量较低的轨道。
那么，电子云又是什么呢？电子云其实是对电子在原子核外空间出现概率的一种形象描述。
想象一下，我们在一段时间内对电子的位置进行多次观测，并将这些位置点记录下来。
如果观测的次数足够多，这些点就会形成一种密集的分布，看起来就像一团“云”，这就是电子云。
电子云的密度表示了电子在某个区域出现的概率大小。
密度越大，电子在该区域出现的概率就越高；密度越小，电子出现的概率就越低。
与原子轨道不同，电子云更侧重于从概率的角度来描述电子的位置。
它并不是说电子真的像云一样弥漫在空间中，而是反映了电子在不同位置出现可能性的分布情况。
为了更直观地表示原子轨道和电子云，科学家们采用了多种方法。
对于原子轨道，通常会使用波函数来描述。
波函数是一个数学表达式，它可以给出电子在不同位置出现的概率幅。
通过对波函数进行平方，可以得到电子出现的概率密度，从而进一步了解原子轨道的特性。
而电子云的表示方法则更加直观。
常见的有电子云图和电子云轮廓图。
电子云图通过不同的颜色或灰度来表示电子云的密度，让我们能够一目了然地看到电子出现概率的分布情况。
1.1.3 泡利原理 洪特规则 最低能量原则
运动状态，为近代量子力学奠定了理论基础。
量子力学指出：一定空间运动状态的电子并
不在玻尔假设的线性轨道上运动，而是在核外空
间各处都可以出现，只是出现的概率不同。
可用概率密度(ρ)表示，即ρ＝
P V
(P表示电子
在某处出现的概率，V表示该处的体积)。
左图是氢原子1s电子的概 率密度分布图。（这些小点并 不是电子本身）
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。
三个轨道相互垂直
3.各能级所含有原子轨道数目（牢记） 能级符号 ns np nd nf 轨道数目 1 3 5 7
知识点二：电子排布的轨道表示式
轨道表示式（又称电子排布图）是表述电子排 布的一种图示，例如氧的基态原子的轨道表示 式如下：
想一想
（2）为什么基态氮原子的轨道表示式是 ↑↓ ↑↓
1s 2s
而不是 ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑
？
1s 2s
规则——泡利原理 在一个原子轨道里，最多只能容纳2个电子， 它们的自旋相反，常用上下箭头(↑和↓)表示 自旋相反的电子。
所以我们得出基态氦原子的轨道表示式 应该是：
He
↑↓ 1s
练一练
请写出Li、Be、B的轨道表示式。
Li
↑↓ ↑ 1s 2s
Be
↑↓ ↑↓ 1s 2s
B
↑↓ ↑↓ ↑ 1s 2s 2p
练一练 请写出基态碳原子的轨道表示式。
请写出基态碳原子可能的轨道表示式。
不满足泡利规则
①C
↑↓ ↑↓ 1s 2s
↑↓ 2p
②C
↑↓ ↑↓ 1s 2s
↑↑ 2p
③C
↑↓ ↑↓ 1s 2s
↑↑ 2p
原子轨道和电子云图形
f轨道有七个能级，包括fx^3、fy^3、 fz^3、fxz、fyz、fxyz和fx^2y^2z^2。
02
电子云的图形
电子云的定义
01 电子云概念
电子云是描述电子在原子核外空间分布情况的图形，反 映电子运动的概率分布。
电子云形状 02
电子云图形呈现为弥散的云雾状，形状与s、p、d等轨 பைடு நூலகம்类型相关。
电子云意义 03
电子云图形有助于理解电子在原子中的运动和分布规律， 对研究化学反应和物质性质具有重要意义。
电子云的形状
s轨道电子云
s轨道电子云呈球形对称分布， 电子云密度均匀。
p轨道电子云
p轨道电子云呈哑铃形，电子 云密度在轨道两端较高。
d轨道电子云
d轨道电子云形状较复杂，包 括花瓣形、哑铃交叉形等，电
02
原子轨道图形
原子轨道图形是描述电子 云空间分布的图像，反映 电子在核外空间出现概率 的大小。
03
原子轨道类型
原子轨道分为s轨道、p轨 道、d轨道和f轨道等类型， 每种轨道具有不同的形状 和能量。
原子轨道的形状
s轨道
s轨道的形状是球形，电子在s轨道中运动时，其出现概率 呈球形对称。
p轨道
p轨道的形状是双哑铃形，电子在p轨道中运动时，其出现 概率呈双哑铃形对称。
理解反应机理
原子轨道和电子云图形有助于 理解化学反应的机理和过程。
预测反应结果
通过原子轨道和电子云的分析， 可以预测化学反应的可能结果。
设计新反应
基于原子轨道和电子云的知识， 可以设计新的化学反应，开发
新材料和药物。
对推动科学发展的意义
促进理论发展
01
原子轨道和电子云理论的发展，推动了量子力学理论的深入和完善。
原子轨道和电子云的图形
1
2s
1 4
Z3
2a03
2 2
Zr a0
e
Zr a0
2s
A 2
Zr a0
e
Zr a0
要使2s=0
应有:
2 2r 0 a0
因此r=a0
由于2s与,无关,故波函数的节面是以a0为 半径的球面.
§2.3 原子轨道和电子云的图形
* 作图对象和作图方法
作图对象主要包括： (1) 复函数还是实函数
(2) 波函数 (即轨道)还是电子云(2) (3) 完全图形还是部分图形( or R or Y or ……)
作图方法主要包括： 函数-变量图、界面图、等值面（线）图、 网格图、黑点图
注意！！！ -函数图像 -对波函数的数学描述 -并非运动轨迹和运动范围的描述
1. 原子轨道和电子云的等值面图
把函数值相同的空间各点连成曲面, 就是等值面图(其剖 面是等值线图).
电子云的等值面亦称等密度面. 电子云界面图是一种等密度面。 通常的选择标准是: 这 种等密度面形成的封闭空间(可能有几个互不连通的空间)能 将电子总概率的90%或95%包围在内(而不是这个等密度面 上的概率密度值为0.9或0.95).
特别注意！！！
分解得到的任何图形都只是从某一侧面描述 轨道或电子云的特征，而决不是轨道或电子云的 完整图形！
最常见的一种错误是把波函数角度分布图
Y(θ,φ)说成是原子轨道，或以此制成模型作为
教具。
角度分布图
Yl,m的节面数为l个 Rn,l的节面数为n-l-1个
n,l,m的节面数为n-1个
例题1. 讨论氦离子He+2s态波函数的节面位置和 形状.
这说明r=a0处在单位球壳厚度内找到电子的几率 比任何其它地方单位球壳内电子出现的几率要大
原子结构电子云与原子轨道
3.洪特规则-----电子在等价轨道上排布时， 总是尽可能分占不同的轨道，且自旋方向 相同
N原子的核外电子排布 ↑↓
↑↑↑
↑↓
原子结构电子云与原子轨道
课堂练习
用轨道表示式表示出铁原 子的核外电子排布
泡利原理
↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓
↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓
↑↓ ↑ ↑ ↑ ↑
洪特规则
能量最低原理
原子结构电子云与原子轨道
画出24Cr 的轨道排布式
↑↑ ↑ ↑ ↑
↑
4s1
3d5
↑↑↑↑
↑↓
↑↓ ↑↓ ↑↓
3d4
↑↓
4s2
↑↓ ↑↓ ↑↓
↑↓
3s2
3p6
↑↓
2p6
2s2 1s2
洪特规则的特例：
在等价轨道的全充满（p6，d10，f14）、半充满（p3，
d5，f7）全空时(p0,d0,f0)的状态，具有较低的能量和较
核外空间的概率密度分布的形象化描述
原子轨道：电子云的轮廓图（90%） 原子结构电子云与原子轨道
S能级的原子轨道图
* S能级的原子轨道是球形对称的. * 能层序数n越大,原子轨道半径越大
原子结构电子云与原子轨道
S能级的原子轨道图
所有的S能级原子轨道都是 ＿球形的， 能层序数越大原子轨道的半径 S能层只有＿1个轨道
2.不同的能层分别有多少个能级，与能 层的序数（n）之间存在什么关系？
3.英文字母相同的不同能级中，所容纳的 最多电子数是否相同？
原子结构电子云与原子轨道
小结：
①每个能层(n)中，能级符号的顺序
是__n_s_、__n_p_、__n__d_、__n_f_…__…______
1.1.3电子云和原子轨道 电子排布规律(课件)高中化学人教版选择性必修二
教学过程
二、原子轨道
电子在原子核外的一种空间运动状态称为一个原子轨道。常用电子云 轮廓图的形状和取向来表示原子轨道的形状和取向。
原子轨道数=电子云轮廓图数
能级
最多可容纳电子数 原子轨道数
单轨道容纳电子数
s
p
d
f
2
6
10
14
1
3
5
7
2
2
2
2
教学过程
各能级所含有原子轨道数目
能级符号
ns
np
nd
nf
轨道数目
教学过程
（2）电子排布的轨道表示式（电子排布图）
轨道表示式（又称电子排布图）是表述电子排布的一种图式。用方框（也可用圆 圈）表示原子轨道，能量相同的原子轨道（简并轨道）的方框相连，箭头（↑↓）表示 一种自旋状态电子。
“↑↓”称电子对，“↑”或“↓”称单电子（或称未成对电子）。箭头同向的单电 子称自旋平行。
电子自旋在空间有顺时针和逆时针两种取向，简 称自旋相反 常用上下箭头（↑和↓）表示自旋相反的 电子。
教学过程
泡利原理
在一个原子轨道里,最多只能容纳2个电子,且它们的自旋相反。 这个原理被称为泡利原理（也称泡利不相容原理）
思考: 一个原子中能否存在运动状态完全相同的2个电子？
泡利
电子的运动状态由能层、能级、原子轨道和自旋状态四个方面共同决定，不存在 运动状态完全相同的2个电子。
教学过程
（4）能量最低原理
在构建基态原子时，电子将尽可能地占据能量最低的原子轨道，使整个原子的能 量最低，这就是能量最低原理。
整个原子的能量由核电荷数、电子数和电子状态三个因素共同决定。
1、相邻能级能量相差很大时，电子填入能量较低的能级可使原子能量最低。如所 有主族元素的基态原子。
1.1.3 电子云与原子轨道,泡利原理、洪特规则、能量最低原理 课件人教版高中化学选择性必修2
思考交流
原子核外的电子运动状态是怎么样呢？
1926年，量子力学推翻了玻尔的氢原子模型，指出一定空间运动状态的
电子并不在玻尔假定的线性轨道上运行，而在核外空间各处都可能出现，
但出现的概率不同，可以算出它们的概率密度分布——电子云。
知识点一
1、电子云
（1）概率密度
用P表示电子在某处出现的概率,V表示该处的体积,则 称为概率密度（即
子的排布规则熟知核外电子排布的表示方法,并能根据电子排布
的轨道表示式、结构示意图等推导出对应的原子或离子。
思考交流
原子核外的电子运动状态是怎么样呢？
1911年，英国物理学家卢瑟福根据1910
年进行的α粒子散射实验，提出了原子
结构的行星模型。在这个模型里，电子
像太阳系的行星围绕太阳转一样围绕着
原子核旋转。
α粒子散射实验
思考交流
原子核外的电子运动状态是怎么样呢？
1913年，丹麦科学家玻尔在卢瑟福模
型的基础上，他提出了氢原子模型，
电子在线性轨道上运行，解决了原子
结构的稳定性问题，描绘出了完整而
令人信服的原子结构学说。氢原子结
构理论成功的阐述了原子的稳定性，
氢原子光谱与氢原子能级
氢原子光谱的产生和不连续性。
P能级的3个相互垂直的原子轨道
思考交流 请填写下表，并预测d、f能级中的原子轨道数量。
能级
s
p
d
f
最多可容纳电子数
2
6
10
14
原子轨道数
1
3
5
7
单轨道容纳电子数
2
2
2
2
归纳总结 整理能层、能级和原子轨道之间的关系，并分析规律。
1.1.3电子云与原子轨道(导学案)高二化学(人教版2019选修第二册)
第一章原子结构与性质第一节原子结构第三课时电子云与原子轨道泡利原理、洪特规则、能量最低原理【学习目标】1.了解核外电子运动、电子云轮廓图和核外电子运动的状态。
2. 了解泡利原理和洪特规则，会书写和说明136号元素基态原子的核外电子排布式和轨道表示式【学习重点】泡利原理和洪特规则在轨道表示式书写中的应用【学习难点】电子的运动状态和电子云轮廓图【课前预习】旧知回顾：1、能级能量大小的判断方法：①先看能层，一般情况下，能层序数越大，能量越高；再看同一能层各能级的能量顺序为：E(ns)< E(np)< E(nd)< E(nf) ……②不同能层中同一能级，能层序数越大，能量越高。
③不同原子同一能层，同一能级的能量大小不同。
2、构造原理示意图中，从1s至5s电子的排布顺序：1s→2s→2p→3s→3p→4s→3d→4p→5s新知预习：1、电子云：由于核外电子的概率密度分布看起来像一片云雾，因而被形象地称作电子云2、原子轨道：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原子轨道3、泡利原理：在一个原子轨道里，最多只能容纳2个电子，它们的自旋相反，这个原理被称为泡利原理（也称为泡利不相容原理）4、洪特规则：基态原子中，填入简并轨道的电子总是先单独分占，且自旋平行，称为洪特规则5、能量最低原理：在构建基态原子时，电子将尽可能地占据能量最低的原子轨道，使整个原子的能量最低，这就是能量最低原理【课中探究】情景导入：通过刚才的视频，我们发现，电子的运动状态是很复杂的，那么电子到底是如何运动的，视频中提到的电子构成的概率云，自旋又指的是什么，通过今天的学习，我们就能解决这些问题。
一、电子云与原子轨道任务一、了解电子云的相关内容V P【学生活动】阅读教材P 12第14自然段，了解电子云，回答下列问题：1、概率密度的表达式及相关物理量的含义？ 用P 表示电子在某处出现的概率，V 表示该处的体积，则 称为概率密度，用ρ表示。
113电子云与原子轨道泡利原理洪特规则能量最底原理(好题精练)(原卷版)
第一节原子结构第3课时电子云与原子轨道、泡利原理、洪特规则、能量最底原理时间：40分钟一、单选题(共40分)1．下列有关电子云和原子轨道的说法正确的是()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能级的原子轨道呈球形，处在该轨道上的电子只能在球壳内运动C．p能级的原子轨道呈哑铃形，随着能层序数的增加，p能级原子轨道数也在增多D．s、p能级原子轨道的平均半径均随电子层的增大而增大2．电子云是处于一定空间运动状态的电子在原子核外空间的概率密度分布的形象化描述。
下列有关电子云的说法正确的是A．概率密度的大小体现了电子数目的多少B．概率密度的大小体现了空间某处电子出现概率的大小C．基态C原子的1s电子的电子云和2s电子的电子云完全相同D．基态Li原子的1s电子的电子云和2s电子的电子云形状不同3．下列轨道表示式不符合泡利原理的是A．3p能级B．3d能级C．2p能级D．4d能级4．某原子的轨道表示式如下,从中得到的信息错误的是（）A．有2个电子层B．有3种能量不同的电子C．最外层有3个电子D．有7种运动状态不同的电子5．已知锰的核电荷数为25，以下是一些同学绘制的基态锰原子外围电子的电子排布图，其中最能准确表示基态锰原子核外电子运动状态的是（）A．B．C．D．6．下列叙述正确的是()A．可能存在核外电子排布式为1s22s22p63s23p64s24p1的原子B．当电子排布在同一能级的不同轨道时，总是优先单独占据一个轨道，而且自旋方向相反C．1个原子轨道里最多容纳2个电子，且自旋方向相同D．基态原子的电子获得一定能量变为激发态原子，而激发态原子变为基态原子，则要放出能量7．下列有关核外电子排布的表述正确的是A．基态碳原子最外层电子排布图为B．基态铜原子的价层电子的轨道表示式为C．基态Se原子的简化电子排布式为[Ar]3d104s24p4D．F 的结构示意图为8．在核电荷数为26的元素Fe的基态原子核外的3d、4s轨道内，下列电子排布图正确的是A．B．C．D．9．以下是一些原子的2P 能级和3d 能级中电子排布的情况；其中违反了洪特规则的是（）A．①B．①①C．①①①D．①①①10．下列说法错误的是A．电子排布式2262631s2s2p3s3p4s违反了泡利不相容原理B．基态原子电子排布式2262651s2s2p3s3p3d违反了能量最低原理C．Li原子的核外电子排布式写成31s违反了能量最低原理Sc1s2s2p3s3p3d违反了能量最低原理D．电子排布式()22626321二、多选题(共30分)11．下列化学用语表达正确的是A．碳原子最外层电子排布式：1s22s22p2B．磷原子的M层电子轨道表示式：C．S2的核外电子排布式：1s22s22p63s23p6D．Cu2+的核外电子排布式：[Ar]3d104s112．下列对电子排布式或电子排布图书写的评价正确的是（）O原子的电子排布图：N原子的电子排布图：A．A B．B C．C D．D 13．下列判断正确的是A．Li原子的核外电子排布式写成1s3违背了能量最低原理B．电子的吸收光谱和发射光谱总称原子光谱C．处于基态的氧原子电子排布图表示成,违背了泡利原理D．某种基态原子中可能存在运动状态完全相同的电子14．下列微粒的核外电子的表示方法中正确的是A．碳原子轨道表示式B．P原子价电子轨道表示式：C．Cr原子的价电子排布式：3d54s1D．Fe2+价电子排布式：3d44s215．下列原子构成的单质中既能与稀硫酸反应，又能与烧碱溶液反应，且都产生H2的是A．核内无中子的原子B．外围电子构型为3s23p4的原子C．核外电子排布图为的基态原子D．处于激发态时其原子的电子排布式可能为1s22s22p63s13p2三、填空题(共30分)16．下列原子或离子的电子排布式或排布图正确的是________(填序号，下同)，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________。
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第3课时 电子云与原子轨道
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请回答下列问题:
(1)从图中数百万次运动状态的统计结果,你能得出什么结
论? 。
(2)离核越近,电子的能量越
;离核越远,电子的能量
越
。请你说明是怎样得出这一结论
答案:(1)B (2)A (3)A (4)A
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有 4 个电子,则排布成
。
答案:
泡利原理和洪特规则 洪特规则 不正确,因
为 3p 能级上只有 3 个轨道
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迁移训练 2 下列原子的最外层电子排布式(或外围 电子排布图)中,哪一种状态的能量较低?
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1.了解原子核外电子的运动规律。 2.了解电子云和原子轨道的含义。 3.掌握泡利原理、洪特规则。
1.通过 s 电子云、p 电子云的轮廓图,加深对电子云、原子轨道含义的理解。 2.学会运用能量最低原理、泡利原理、洪特规则解释核外电子的排布特点 及特殊性质。
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。
第3课时 电子云与原子轨道
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一、电子云和原子轨道 活动与探究
1.电子的运动与宏观物体的运动有何不同? 答案:电子及其运动特点可概括为:体积小、质量小、带负电;绕 核转、运动快、测不准(某时刻的位置和速度);(离核的)距离不同、 能量相异、描述几率(电子在核外空间某处出现的几率,即电子云)。 2.讨论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? 答案: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。
(1)氮原子: (2)钠原子:A.3s1 B.3p1 (3)铬原子:A.3d54s1 B.3d44s2
(4)碳原子:
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解析:本题考查的是核外电子排布遵循的原理。根据洪特规则, 电子在能量相同的各个轨道上排布时尽可能分占不同的原子轨道, 且自旋状态相同,故(1)选 B。(4)选 A;根据能量最低原理,核外电子先 占据能量低的轨道,再占据能量高的轨道,(2)中由于 3s 轨道的能量低 于 3p 轨道的,故选 A;(3)中 A 的 3d 轨道有 5 个电子,为半充满状态, 是相对稳定的状态,所以选 A。
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3.不同能层的同种能级的原子轨道形状是否完全相同呢? 答案:不同能层同种能级的原子轨道形状相似,但不完全相同。 只是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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迁移与应用
例1
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现代科学研究发现:电子在核外空间所处的位置及其运动速度 不能同时准确测定。为了描述核外电子的运动情况,现代量子力学采 用了统计的方法,即对 1 个电子的多次行为或多电子的一次行为进 行总的研究。右图是对氢原子核外 1 个电子数以百万次的运动状态 统计而得,人们形象化地称之为“电子云”(呈三维对称)。
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(4)多电子原子中,电子填充原子轨道时,原子轨道能量的高低有 以下规律:
①相同电子层不同原子轨道能量的高低:ns<np<nd<nf。 ②电子云形状相同的原子轨道能量的高低:1s<2s<3s<4s…… ③电子层和电子云形状相同的原子轨道的能量相等,如 2px、2py、 2pz 的能量相等。
,你认为是否正确,说明理由 。
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解析:若 3p 能级上有 3 个电子,则它们应排布为
,不能排
布为
,因为这违背了泡利原理(一个轨道最多只能容纳 2 个电
子)和洪特规则(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,且自旋状态相同),若 3p 能级上
(2)黑点疏密的程度代表电子在核外空间区域内出现的机会的 多少。点疏的地方表示电子在那里出现的几率小,点密集的地方表示 电子在那里出现的几率大。
(3)离核越近,电子出现的几率越大,电子云越密集。
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答案:(1)一个小方框表示 1 个原子轨道。 (2)每个原子轨道里最多容纳 2 个电子,且自旋状态相反,遵循泡 利原理。 (3)当电子排在同一能级时,总是优先占据不同的轨道而且自旋 状态相同,遵循洪特规则。
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预习交流 2
电子的“自旋”运动是否真像地球的自旋? 答案:原子核外电子有一种称为“自旋”的运动。原子核外电子的 自旋可以有两种不同的状态,通常用向上箭头“↑”和向下箭头“↓”来 表示这两种不同的自旋状态。“电子自旋”并非真像地球绕轴自旋一 样,它只是代表电子的两种不同的运动状态。
迁移训练 1 下列说法中正确的是( )
A.因为 p 电子云是哑铃状的,所以 p 电子的运动形态也为哑铃状 B.能层为 3 时,有 3s、3p、3d 3 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.原子轨道与电子云都是用来描述电子运动状态的 解析:p 电子云是哑铃状的,是电子出现频率较高“区域”的形状,
答案:(1)距原子核越近,电子出现的机会越多;距原子核越远,电 子出现的机会越少 (2)低 高 因为离核越近,电子的概率密度越 大,离核越远,电子的概率密度越小 (3)BD
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二、泡利原理和洪特规则 活动与探究
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1.下列表示的是第二周期一些原子的核外电子排布图,请说出 每种符号的意义及从中获得的一些信息。
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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.电子云的形状 s 电子云呈球形
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解析:电子云中的小黑点,单独看小黑点没什么实际意义,但从 黑点密度的大小上则能说明电子在该区域出现的几率大小。(1)从统 计的结果中分析,距离原子核越近,电子出现的机会越多;距离原子核 越远,电子出现的机会越少。(2)从物质的运动,总是趋于能量最低来 分析,因为离核越近,电子云的密度越大,电子的能量越低,离核越远, 电子云的密度越小,电子的能量越高。(3)电子运动虽然没有宏观物 体那样的运动规律,但也有自身的规律,电子云就是人们对电子运动 规律的形象描述。
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一、电子云与原子轨道 1.电子云:电子云是处于一定空间运动状态的电子在原子核外
空间的概率密度分布的形象化描述。小黑点越密,表示概率密度越大。 由于核外电子的概率密度分布看起来像一片云雾,因而被形象地称 为电子云。
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