新课标高中化学选修3第一节能量最低原理、基态与激发态、光谱电子云与原子轨道

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学业要求素养对接

1.知道处于不同能级的电子，在一定条

件下会发生激发与跃迁。

2.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。

3.能结合能量最低原理、泡利不相容原

理、洪特规则书写1～36号元素基态原

子的轨道表示式，并说明含义。

模型认知：建立新的原子结构模型，并

能说明建构思维模型在人类认识原子结

构过程中的重要作用。

微观探析：能说明微观粒子的运动状态

与宏观物体运动特点的差异。

[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。

2.基态原子与激发态原子

(1)基态原子：处于最低能量的原子。

(2)激发态原子：基态原子的电子吸收能量后，电子跃迁到较高能级，变成激发态原子。

(3)基态、激发态相互转化的能量变化

基态原子

吸收能量

释放能量主要形式为光激发态原子

3.光谱与光谱分析

(1)光谱形成原因

不同元素的原子发生跃迁时会吸收或释放不同的光。

(2)光谱分类

(3)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。

【自主思考】

1.为什么原子的核外电子排布要遵循能量最低原理呢？

提示能量最低原理是自然界普遍遵循的规律。能量越低，物质越稳定，物质都有从高能量状态转化到低能量状态的趋势。

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。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。

(3)各能级所含有原子轨道数目

能级符号n s n p n d n f

轨道数目 1 3 5 7

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。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，基态原子中的电子总是优先单独占据一个轨道，而且自旋状态相同。

【自主思考】

2.在电子云轮廓图中小黑点的意义是什么？

提示一个小黑点表示电子在该处出现一次，小黑点密的地方表示电子在该处空间单位体积内出现的概率大，小黑点疏的地方，表示电子在该处空间单位体积内出现的概率小。

3.能层与能级(原子轨道的类型)及原子轨道数目有何关系？

提示第n能层上有n个能级、n2个原子轨道。例如，第3能层就有3个能级(3s，3p，3d)，包含9个原子轨道，不同能级中的电子云可能有不同的伸展方向，即可能有不同的原子轨道。

[自我检测]

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)n f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

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________。

①Ca2＋：1s22s22p63s23p6

②F－：1s22s23p6

④Cr：1s22s22p63s23p63d44s2

⑤Fe：1s22s22p63s23p63d64s2

⑥Mg2＋：1s22s22p6

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①⑤⑥②④③⑦

学习任务一基态与激发态、光谱

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1.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？