高中化学 第一章 原子结构与性质 第一节 原子结构 第二课时 电子云与原子轨道 泡利原理、洪特规则、能量最低原理课件 新人教版选择性必修第二册-新人教版高中第二册化学课件

1、第二课时第二课时电子云与原子轨道电子云与原子轨道泡利原理、洪特规则、泡利原理、洪特规则、能量最低原理能量最低原理素养目标1.通过原子核外电子运动的形象化表达,了解电子云和原子轨道的概念,形成宏观辨识与微观探析的核心素养。2.通过对核外电子排布规律的探究,了解泡利原理、洪特规则、能量最低原理等,形成证据推理与模型认知的核心素养。知识铺垫必备知识正误判断1.核外电子是分层排布的,在离核较近的区域运动的电子能量较低,在离核较远的区域运动的电子能量较高。2.原子核外电子排布有以下规律(1)原子核外第n层最多容纳的电子数为2n2个。(2)最外层中的电子数最多只有8个(K层最多只有2个)。(3)次外层电子

2、数不超过18个。(4)倒数第三层电子数不超过32个。知识铺垫必备知识正误判断1.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。s电子云为球形,p电子云是哑铃状。知识铺垫必备知识正误判断(2)原子轨道。原子轨道:电子在原子核外的一个空间运动状态称为一个原子轨道。能级与原子轨道数目的关系。【微思考1】电子云中的一个小黑点表示电子在该处出现过一次吗?提示:不是。电子云图中独立的小黑点没有意义,小黑点的密度才有意义,小黑点的密度大小表示电子出现概

3、率的大小。能级符号nsnpndnf轨道数目1357知识铺垫必备知识正误判断2.泡利原理、洪特规则、能量最低原理(1)泡利原理。在一个原子轨道里最多只能容纳2个电子,而且自旋相反,常用上下箭头(和)表示。(2)洪特规则。基态原子中,填入简并轨道(能量相同的原子轨道)的电子总是先单独分占,且自旋平行,称为洪特规则。知识铺垫必备知识正误判断(3)电子排布的轨道表示式。轨道表示式又称电子排布图,如氢原子、氧原子的轨道表示式分别相同的原子轨道相连,箭头表示一种自旋状态的电子;“”称电子对,“”或“”表示单电子(或称未成对电子)。(4)能量最低原理。基态原子中,电子尽可能占据能量最低的原子轨道,使整个原子

4、的能量最低,这就是能量最低原理。【微思考2】对于多电子的基态原子,核外电子排布总是按照构造原理,由低能级依次排列才能保证原子的能量最低吗?提示:不是。如Cr、Cu的核外电子排布。知识铺垫必备知识正误判断1.在原子中第n能层,电子占有的轨道数最多为n2。 ()2.同一原子中的npx与npy轨道形状相同,半径相同且在空间相互垂直。()3.电子云图中小黑点密度的大小可表示电子的多少。()4.p轨道呈哑铃形,因此p轨道上的电子运动轨迹呈哑铃形。()答案:1.2.3.4.5.探究1探究2素养脉络随堂检测原子轨道图形描述与电子云原子轨道图形描述与电子云问题探究(1)电子云图中的小黑点的含义是什么?小黑点的

5、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,表明电子在核外出现概率密度越大。(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。探究1探究2素养脉络随堂检测(3)不同能层的同种能级符号的原子轨道形状是否完全相同?提示:不同能层的同种能级符号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)。探究1探究2素养脉络随堂检测深化拓展1.对电子云图的说明(1)电子云图表示电子在核外空间某

6、处出现的概率,不代表电子的运动轨迹。(2)电子云图中的小黑点是电子在原子核外出现的概率密度的形象描述,小黑点越密,表明电子在核外出现的概率密度越大。(3)常把电子在原子核外空间出现的概率P=90%的空间圈起来,即为电子云轮廓图。探究1探究2素养脉络随堂检测2.s能级和p能级的原子轨道的对比 能级sp轨道图形轨道形状球形哑铃形轨道数目13(空间相互垂直)最多容纳电子数26相同点均以原子核为对称中心原子轨道的平均半径分别随能层数增大而增大,且同种能级符号的原子轨道形状相似探究1探究2素养脉络随堂检测3.不同能层中的原子轨道 能层能级原子轨道数原子轨道名称电子云轮廓图形状取向K1s11s球形L2s1

7、2s球形2p32px、2py、2pz哑铃形相互垂直M3s13s球形3p33px、3py、3pz哑铃形相互垂直3d5探究1探究2素养脉络随堂检测能层能级原子轨道数原子轨道名称电子云轮廓图形状取向N4s14s球形4p34px、4py、4pz哑铃形相互垂直4d54f7注:各能层的d轨道和f轨道各有其名称、形状和取向,此处不作赘述。探究1探究2素养脉络随堂检测素能应用典例1如图是2pz原子轨道电子云形状的示意图,请观察图示并判断下列说法中不正确的是()A.2pz轨道上的电子在空间出现的概率分布是z轴对称B.s电子的电子云形状是球形对称的C.电子先沿z轴正半轴运动,然后再沿负半轴运动D.2pz原子轨道形

8、状为哑铃形答案:C解析:电子云是表示电子在一定区域内出现概率大小的图形,它并不是电子运动的实际轨迹,故C错;s轨道是球形对称的,s电子的电子云是球形对称的,故B对;观察该图可知A对;该p轨道为哑铃形,D正确。探究1探究2素养脉络随堂检测规律总结 处于基态的原子,离核越近,电子出现的概率越大,电子云越密集。探究1探究2素养脉络随堂检测变式训练1观察氢原子1s电子的电子云示意图,判断下列说法正确的是()A.一个小点表示1个自由运动的电子B.1s原子轨道的电子云形状为圆形C.电子在1s原子轨道上运动就像地球围绕太阳旋转D.1s原子轨道电子云小点的疏密表示电子在某一位置出现概率的大小答案:D解析:图中

9、的小点不表示电子,只表示电子在此位置出现概率的大小。探究1探究2素养脉络随堂检测核外电子排布规律及其表达方式核外电子排布规律及其表达方式问题探究原子核外电子排布的多种表达方式 探究1探究2素养脉络随堂检测下列原子或离子的电子排布式正确的是,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+:1s22s22p63s23p6F-:1s22s23p6Cr:1s22s22p63s23p63d44s2Fe:1s22s22p63s23p63d64s2Mg2+:1s22s22p6探究1探究2素养脉络随堂检测深化拓展1.基态原子核外电子排布的规则(1)核外电子排布所遵循的规律。能量最低原理:电

10、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。泡利原理:在一个原子轨道里,最多只能容纳2个电子且自旋相反。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。探究1探究2素养脉络随堂检测(2)构造原理中的“能级交错”现象。从构造原理示意图可以看出,从第三能层就会出现能级交错现象,这是因为3d能级的能量高于4s能级。按能量最低原理,电子在进入核外电子层时,不是排完3p就排3d,而是先排4s,排完4s才排3d。由于能级交错,在次外层未达最大容量之前,已出现了最外层,而且最外层未达最大容量时,又进行次外层电子的填充,所以原子最外层和次外层电子数常常达不到最大容量。(3)洪特

11、规则特例。有少数元素基态原子的电子排布对于排布原则有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(p3和d5)和全空(p0和d0)状态时,体系能量较低,原子较稳定。如:Cr1s22s22p63s23p63d44s2(错误);实际为1s22s22p63s23p63d54s1Cu1s22s22p63s23p63d94s2(错误);实际为1s22s22p63s23p63d104s1探究1探究2素养脉络随堂检测2.原子核外电子排布的表示方法 结构示意图意义 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意义 用数字在能级符号右上角标明该能级上排布的电子数实例 K:

12、1s22s22p63s23p64s1简化电子排布式意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结构的部分以相应稀有气体的元素符号外加方括号表示实例 K:Ar4s1探究1探究2素养脉络随堂检测价电子排布式意义主族元素的价层电子指最外层电子,价层电子排布式即外围电子排布式,副族元素还包括次外层的d电子及次次外层的f电子实例Al3s23p1;Cu3d104s1轨道表示式意义每个方框代表一个原子轨道,每个箭头代表一个电子实例Al 探究1探究2素养脉络随堂检测素能应用典例2 A、B、C、D、E代表5种元素。请填空:(1)A元素基态原子的最外层有3个未成对电子,次外层有2个电子,该原子的轨道

13、表示式为。 (2)B元素的负一价离子与C元素的正一价离子的电子排布式都与氩原子相同,B元素的符号为,C的离子结构示意图为。 (3)D元素正三价离子的3d能级为半充满,D的元素符号为,其基态原子的电子排布式为。 (4)E元素基态原子的M层全充满,N层没有成对电子,只有一个未成对电子,E的元素符号为,其价电子轨道表示式为。 探究1探究2素养脉络随堂检测探究1探究2素养脉络随堂检测探究1探究2素养脉络随堂检测(4)由E元素基态原子的M层全充满,N层没有成对电子,只有1个未成对电子,可知其价电子构型为3d104s1,所以E为Cu元素,其价电探究1探究2素养脉络随堂检测规律总结 136号元素中原子核外电

14、子排布的特殊性。(1)最外层只有一个未成对电子的元素:第A族(ns1:H、Li、Na、K),第A族(ns2np1:B、Al、Ga),第A族(ns2np5:F、Cl、Br),Cr(3d54s1)和Cu(3d104s1)。(2)最外层有2个未成对电子的元素:第A族(ns2np2:C、Si、Ge),第A族(ns2np4:O、S、Se)。(3)最外层有3个未成对电子的元素:第A族(ns2np3:N、P、As)。(4)3d能级半充满的元素:Cr3d54s1;Mn3d54s2。探究1探究2素养脉络随堂检测变式训练2-1下列电子排布的表示正确的是()C.基态Cr原子的电子排布式:Ar3d54s1D.基态Ca

15、原子的电子排布式:Ar3d2答案:C探究1探究2素养脉络随堂检测探究1探究2素养脉络随堂检测变式训练2-2A、B、C、D是四种短周期元素,E是过渡元素。A、B、C同周期,C、D同主族,A的原子结构示意图为 ,B是同周期除稀有气体外半径最大的元素,C最外层有三个未成对电子,E的外围电子排布式为3d64s2。回答下列问题:(1)A为(写出元素符号,下同),电子排布式是。 (2)B为,简化电子排布式是。 (3)C为,价电子排布式是。 (4)D为,轨道表示式是。 (5)E为,原子结构示意图是。 探究1探究2素养脉络随堂检测答案:(1)Si1s22s22p63s23p2(2)NaNe3s1(3)P3s2

16、3p3解析:由题意可知,A为Si,B为Na,C为P,则D为N,E为Fe。这五种元素电子排布式如下。A1s22s22p63s23p2,B1s22s22p63s1,C1s22s22p63s23p3,D1s22s22p3,E1s22s22p63s23p63d64s2。由电子排布式可写出答案。探究1探究2素养脉络随堂检测探究1探究2素养脉络随堂检测1.图1和图2分别是1s电子的概率密度分布图和原子轨道图。下列有关认识正确的是()A.图1中的每个小黑点表示1个电子B.图2表示1s电子只能在球体内出现C.图2表明1s轨道呈圆形,有无数对称轴D.图1中小黑点的疏密表示某一时刻电子在核外出现概率的大小答案:D

17、解析:图2只是表示电子在该区域出现的概率较大,在此之外也能出现,不过概率很小,B错误;1s轨道在空间呈球形而不是圆形,C错误。探究1探究2素养脉络随堂检测2.(双选)下列说法正确的是()A.基态原子中,3d3表示3d能级有3个电子且自旋平行C.核外电子运动的概率密度分布图(电子云)就是原子轨道D.电子的运动状态可从能层、能级、原子轨道3个方面进行描述答案:AB解析:3d3表示第三能层d能级有3个电子,d能级有5个轨道,当5个d轨道中有3个电子时,这3个电子自旋平行,A项正确;电子云是对电子在原子核外空间的概率密度分布的形象化描述,而原子轨道是用来描述核外电子空间运动状态的,C项不正确;核外电子

18、的运动状态从能层、能级、原子轨道和电子自旋四个方面进行描述,D项不正确。探究1探究2素养脉络随堂检测3.下列原子的价电子轨道表示式正确的是() 答案:B 探究1探究2素养脉络随堂检测4.下面是s能级、p能级的原子轨道图,据图回答下列问题:(1)s能级的原子轨道呈形,每个s能级有个原子轨道;p能级中的原子轨道分别相对于x、y、z轴,每个p能级有个原子轨道。 (2)s能级原子轨道、p能级原子轨道的半径与什么因素有关?是什么关系?探究1探究2素养脉络随堂检测答案:(1)球1对称3(2)原子轨道的半径与能层数有关,并随能层数增大而增大。解析:s能级中的原子轨道在三维空间分布的图形为球形,p能级中的原子轨道在空间分布