【化学】电子云和原子轨道泡利原理、洪特规则、能量最低原理课件 高二人教版（2019）选择性必修2

第一章

原子结构与性质第一节原子结构第三课时

泡利原理、洪特规则、能量最低原理1、知道泡利原理和洪特规则，能书写1〜36号元素的基态原子的轨道表示式。2、理解能量最低原理，知道基态原子的核外电子排布遵循泡利原理、洪特规则和能量最低原理，能解释一些元素的基态原子的核外电子排布不遵循构造原理的原因。目标二电子云与原子轨道原子核外电子的运动状态是怎么样的呢？

宏观物体的运动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。微观电子的运动电子质量很小，运动速度很大(接近光速)；无确定的运动轨道；不可能同时准确地测定电子在某一瞬间所处的位置和速度。但可以用统计的方法讨论电子在核外空间某处出现的概率大小。1913年，玻尔提出氢原子模型，电子在

上绕核运行。线性轨道1922年诺贝尔物理学奖获得者然而，1926年，玻尔建立的线性轨道模型被量子力学推翻。氢原子模型1926年奥地利物理学家薛定谔提出：可以用一个数学方程描述核外电子的运动状态，为近代量子力学奠定了理论基础。埃尔温·薛定谔(ErwinSchrödinger)核外电子的运动特点量子力学指出：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。(核外电子运动空间的不确定性与概率)薛定谔方程氢原子1s电子的概率密度分布图【思考】图中的小点是什么呢？是电子吗？小点是对1s电子在原子核外出现的概率密度(ρ)的形象描述小点越密，表明概率密度越大一、电子云——核外电子的概率密度分布（看起来像一片云雾）

将电子在原子核外空间出现的概率P＝90%

的空间圈出来，绘制电子云的轮廓图，便可描绘电子云的形状。氢原子的1s电子云轮廓绘制过程xyz一、电子云电子云轮廓图电子云图难绘制电子云轮廓图【思考与讨论】对比1s、2s、3s、4s的电子云轮廓图有何异同？你能解释这样的规律吗？1s2s3s4s同一原子的s电子的电子云轮廓图规律：①不同能层s电子的电子云轮廓图形状一致，均为球形（无方向性）

②能层越高，s电子的电子云轮廓图半径越大原因：由于电子能量依次增高，电子在离核更远的区域出现的概率增大，电子云越来越向更大的空间扩展电子云轮廓图P电子云轮廓形状——哑铃形px、py、pz的电子云轮廓图注意：①p电子云轮廓图是哑铃形的，每个p能级有3个相互垂直的电子云，分别以px、py、pz表示，右下角标x、y、z分别是P电子云在直角坐标系的取向。②在同一能层中px、py、pz的能量相同。能量相同的轨道称为简并轨道③p电子轮廓图的平均半径随能层的增大而增大。原子轨道：量子力学把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。s能级的原子轨道有1个p能级的原子轨道有3个原子轨道（高中仅需掌握s和p电子云轮廓图）d能级原子轨道有5个f能级原子轨道有7个能层能级原子轨道数单轨道最多容纳电子数原子轨道名称形状KLMN1s2s2p3s3p3d4s4p4d4f11111s2s3s4s球形球形球形球形3332px、2py、2pz

3px、3py、3pz

4px、4py、4pz

哑铃形(相互垂直)哑铃形(相互垂直)哑铃形(相互垂直)5572222222222明辨是非(1)p能级的能量一定比s能级的能量高()(2)同一原子中，2p、3p、4p能级的轨道数依次增多()(3)2p和3p轨道形状均为哑铃形，能量也相等()(4)2px、2py、2pz的能量相等()(5)1s电子云示意图中一个小点表示一个自由运动的电子()(6)电子的运动与行星相似，围绕原子核在固定轨道上高速旋转()(7)p轨道呈哑铃形，因此p轨道上的电子运动轨迹呈哑铃形()×××√×××现代原子结构模型+原子轨道能级spdf原子轨道数13571s2s3s4s5s2p3p4p5p3d4d5d4f5f5g每个原子轨道最多只能容纳2个电子，为什么一个轨道允许容纳2个电子呢？电子自旋——资料卡片钠原子光谱实验斯特恩-盖拉赫实验提出猜想

：轨道中的单电子可能存在两种不同的运动状态1925年：乌伦贝克和哥德斯密根据实验事实提出概念“电子自旋”，电子除了空间运动状态外，还存在一种运动状态叫自旋。只有1个最外层电子的碱金属原子光谱会在光谱里呈现双线只有1个最外层电子的银原子在外加电场里加速飞行通过一个不对称磁场时会分成两束电子自旋和泡利原理①自旋是微观粒子普遍存在的一种如同电荷、质量一样的内在属性。②电子能量与能层、能级有关，电子的空间运动状态与原子轨道有关，能层、能级、原子轨道和自旋状态四个方面共同决定电子的运动状态。

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。

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（也称泡利不相容原理）。电子排布的轨道表达式轨道表示式(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。如：氢和氧的基态原子电子排布式、轨道表示式为①概念②表示方法：1s2s2pH↑↓↑O1s↑↓↑↑H1s1O1s22s22p4原子轨道简并轨道：能量相同的原子轨道能级符号电子对↑↓单电子：未成对电子自旋平行不用标记电子数电子排布图中各符号数字的意义：铝原子外层有

个电子对，有

个单电子。电子有

种空间运动状态，有

种运动状态不同的电子。13176【注意】①电子的空间运动状态指的是原子轨道；

②一个原子中不可能存在运动状态完全相同的2个电子。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。如：2p3的电子排布为

：

洪特规则不仅适用于基态原子，也适用于基态离子，洪特规则适用于电子填入简并轨道，并不适用于电子填入能量不同的轨道。2p↑↑↑2p↑↓↑2p↑↑↓

不能为：洪特↑↓1s2s2p3s↑↓↑↑↓↑↓↑↓Na1s22s22p63s1Na思考与讨论1.下列轨道表示式中哪个是硼的基态原子？为什么？2.下列轨道表示式中哪个是氧的基态原子？为什么？↑↓↑↓↑1s2s2p↑↑↓↓↑1s2s2p根据泡利原理，在一个原子轨道，最多容纳2个电子，且他们的自旋相反。↑↓↑↓↑↓↑↑1s2s2p↑↓↑↓↑↓↑↓1s2s2p↑↓↑↓↑↓↑↓1s2s2p根据洪特规则，基态原子里，填入简并轨道的电子总是先单独分占，且自旋平行。√√

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、半充满、全空状态时，体系的能量较低，原子较稳定。相对稳定的状态全充满：p6、d10、f14半充满：p3、d5、f7全空：

p0、d0、f0洪特规则特例课堂练习：写出24Cr29Cu电子排布式和价层电子排布图29Cu1s22s22p63s23p63d104s124Cr1s22s22p63s23p63d54s11s22s22p63s23p63d104s24p64d104f145s25p65d106s1

47Ag79Au1s22s22p63s23p63d104s24p64d105s1d轨道全充满d轨道全充满练一练：写出Si、Cl、的轨道表示式。练一练：写出Cl、Fe2+、Fe3+的价层电子轨道表示式。1、内容：在构建基态原子时，电子将尽可能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。2、能级的能量高低顺序：如构造原理所示(对于1～36号元素来说，应重点掌握和记忆“1s→2s→2p→3s→3p→4s→3d→4p”这一顺序)。3、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。相邻能级能量相差很大时，例如钾电子填入能量低的4s能级可使整个原子能量最低。能量最低原理思考与讨论1.为什么基态氦原子的电子排布式是1s2而不是1s12s1?氦原子核外有2个电子，根据能量最低原理和泡利原理，基态氦原子的2个电子以自旋相反的形式填充在能量最低的1s轨道中，且1s轨道和2s轨道能量相差较大，所以基态氦原子不会出现2个电子单独分占1s、2s轨道的情况。思考与讨论3.为什么基态Sc的价层电子排布是3d14s2，而不是4s3?违背了泡利原理，4s能级只有1个轨道，每个轨道最多可容纳2个电子。2.为什么基态氮原子的轨道表示式是，而不是？违背了洪特规则，2p轨道上的三个电子应分占三个轨道且自旋方向相同。专题：原子核外电子排布的表示方法

原子(离子)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Al：1s22s22p63s23p1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Al：[Ne]3s23p1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Al：3s23p1；Cu：3d104s1轨道表示式（电子排布图）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专题：原子核外电子排布的表示方法

表示方法原子结构示意图电子式电子排布式简化电子排布式价电子排布式电子排布图价电子排布图

以硫(S)为举例S：1s22s22p63s23p4[Ne]3s23p4S：3s23p4基态原子核外电子排布的表示方法S：——七图式原子结构自旋相反、自旋平行核外电子排布图泡利原理洪特规则特例核外电子排布规律电子对、单电子能量最低原理洪特规则原子轨道、能级符号、简并轨道课堂练习√1.某原子核外电子排布为ns2np7，它违背了A.泡利原理 B.能量最低原理C.洪特规则 D.构造原理课堂练习A．Cr的电子排布式为1s22s22p63s23p63d44s2B．As的价电子排