人教版高中化学选修3课件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

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【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。
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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_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＝_9_0_%_的空间圈出来，即为电子云轮廓图。
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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。
在激动人心的巨响和脆响中，整个城市的上空都被焰火照亮了，染红了。一团 团盛大的烟花象一柄柄巨大的伞花在夜空开放；像一簇簇耀眼的灯盏在夜空中 亮着；像一丛丛花朵盛开并飘散着金色的粉沫。焰火在夜空中一串一串地盛开， 最后像无数拖着长长尾巴的流星，依依不舍地从夜空滑过。
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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
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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。
模型认知：建立新的原子结构模型，并
2.知道电子的运动状态(空间分布及能量)，能说明建构思维模型在人类认识原子结
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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【例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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2. 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
解析 基态原子的核外电子排布必须遵循构造原理，基态钠原子的电子排布式应
是1s22s22p63s1。
答案 C
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原子或离子核外电子排布属于基态排布应满足构造原理，注意满足半满、全满、全 空稳定状态，洪特规则、泡利原理。
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[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)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( )
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。
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3.光谱分类
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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__。
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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.不同能层的同种能级的原子轨道形状是否完全相同？ 提示 不同能层的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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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
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(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)√
【变式训练】 1.下列关于同一原子中的基态和激发态说法中，正确的是( )
A.基态时的能量比激发态时高 B.激发态时比较稳定 C.由基态转化为激发态过程中吸收能量 D.电子仅在激发态跃迁到基态时才会产生原子光谱 解析 激发态时能量较高，较不稳定，A、B不正确。电子从较低能量的基态跃 迁到较高能量的激发态时，也会产生原子光谱，D不正确。 答案 C
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学习任务二 电子云与原子轨道 【合作交流】
20世纪20年代以来，现代模型(电子云模型)认为电子绕核运动形成一个带负电荷 的云团，对于具有波粒二象性的微观粒子在一个确定时刻其空间坐标与动量不 能同时测准，这是德国物理学家海森堡在1926年提出的著名的不确定性原理。
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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：
可通过原子轨道和电子云模型来描述。 构过程中的重要作用。
3.能结合能量最低原理、泡利不相容原 微观探析：能说明微观粒子的运动状态
理、洪特规则书写1～36号元素基态原子 与宏观物体运动特点的差异。
的轨道表示式，并说明含义。
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[知 识 梳 理]
一、基态与激发态、光谱 1.能量最低原理
成激发态原子。
(3)基态、激发态相互转化的能量变化 吸收能量
基态原子 释放能量 主要形式为光
激发态原子
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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___跃__迁___时会吸收或释放不同的光。 (2)光谱分类 吸收
发射
(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。
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？ 提示 这与原子核外电子发生跃迁释放能量有关。
2.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什么？ 提示 在电流作用下，基态氖原子的电子吸收能量跃迁到较高的能级，变为激发 态原子，这一过程要吸收能量，不会发出红色光；而电子从较高能量的激发态跃 迁到较低能量的激发态或基态原子时，将释放能量，从而产生新设计》
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？ 提示 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。
2.电子在原子核外出现的概率有什么规律？ 提示 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 疏散。
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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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【例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
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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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学习任务一 基态与激发态、光谱 【合作交流】
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【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。
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。
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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
(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
5
7
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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_____。 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___。
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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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