原子结构（电子云与原子轨道、泡利原理、洪特规则） 高二下学期化学人教版（2019）选择性必修2++

组织建设第一节原子结构3、核外电子运动状态的描述、排布原则第一章

原子结构与性质衡阳市八中高二化学备课组

何烨能量量子化原子光谱能层能级原子结构示意图构造原理简化电子排布式1s22s22p63s1电子排布式价层电子排布式【Ne】3s13s1表示方法核外电子的运动状态规律提出问题spdf261014问题：核外电子在各能级中电子数目有最多可容纳电子的限制呢？怎样的运动特点？宏观、微观运动的不同②可以描画它们的运动轨迹。①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；1、宏观物体的运动特征2、微观物体的运动特征歼-20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，无法计算或预测电子在某一刻所在的位置。图上微观粒子的运动表示是对还是错？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。认识新知薛定谔薛定谔方程：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用状态，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。玻尔模型核外电子运动空间的不确定性与概率小黑点表示：1s在原子核外出现的概率密度的形象描述P表示电子在某处出现的概率，V表示体积，P/V称为概率密度，用ρ表示。

小黑点不表示电子，只表示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内出现的机会的多少。概率密度是概率的密度，就是在单位空间（体积）内出现的概率。1、概率密度2、电子云思考：（1）什么是电子云？

左图是氢原子1s电子的概率密度分布图。小黑点的密集程度是1s电子在原子核外空间各处出现的概率大小的形象描述。电子云：电子在原子核外出现的概率密度分布的形象描述。电子云电子云：电子在原子核外空间概率密度分布的形象描述。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电子云密度大的地方说明电子出现的机会多，而电子云密度小的地方说明电子出现的机会少。1s电子的电子云轮廓图绘制过程把电子出现的概率约为90%的空间圈出来，人们把这种电子云轮廓图称为原子轨道。3、原子轨道：电子在原子核外的一个空间状态称为一个原子轨道②意义：对核外电子的空间运动状态有一个形象化的简便描述。3、原子轨道(电子云轮廓图)①定义：电子在原子核外空间出现概率P=90%的空间圈出来S能级的原子轨道球形思考：（2）电子云形状和伸展方向？P能级的原子轨道P能级的电子云哑铃形（或纺锤形）3个原子轨道合并图p能级的原子轨道图p能级的原子轨道是哑铃形的,每个p能级有3个原子轨道,它们相互垂直,分别以Px,Py,PZ表示。p原子轨道的平均半径也随能层序数增大而_____【猜想】d能级有几个原子轨道？d能级的5个原子轨道d的原子轨道呈现花瓣状，在空间有5个伸展方向，所以d的原子轨道有5个.(了解)f能级的原子轨道图f的原子轨道有7个【思考】1S能级和2S能级的原子轨道有什么不同？能量增高电子运动范围增大（电子云增大）原子轨道越大同心球不同能层的同种能级的原子轨道：形状相似，半径不同；量子力学把电子在原子核外的一个空间运动的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与取向。思考（3）什么叫做轨道？(4)讨论不同能级中的原子轨道数量能级spdf最多可容纳的电子数261014原子轨道数单轨道可容纳电子数22221357小结：能层、能级和原子轨道之间的关系能层能级原子轨道数原子轨道符号电子云轮廓图形状取向K1s11s球形——L2s12s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3d53dxy、3dyz、3dxz3dx2-y23dz2花瓣形——17各能层所包含的能级类型及各能层、能级最多容纳的电子数能层(n)一二三四五六七符号KLMNOPQ能级(l)1s2s2p3s3p3d4s4p4d4f······原子轨道数1131351357电子云形状球形球形哑铃形球形哑铃形花瓣球形哑铃形花瓣电子云取向无无相互垂直无相互垂直无相互垂直最多容纳的电子数2262610261014······2818322n2提出问题问题：从分析中我们知道每个原子单轨道中最多可容纳2个电子，那么这2个电子的运动状态完全相同吗？能量量子化原子光谱能层能级原子结构示意图电子排布式原子轨道电子自旋教材P15资料卡片中的问题银原子束电子有自旋电子自旋导致能级分裂589.0589,6钠双线氢原子光谱电子--自旋实验依据斯特恩-盖拉赫实验二、基态原子的核外电子排布原则1、电子自旋和泡利原理

（1）电子自旋定义：①电子除空间运动状态外，还有一种状态叫做自旋。②两种取向及表示方法：顺时针、逆时针注：一个原子中不可能存在运动状态完全相同的2个电子核外电子的基本特征能层能级轨道公转大范围小范围电子自旋自转

电子的自旋有顺时针和逆时针两种状态，常用上下箭头(“↑”和“↓”)表示自旋状态相反的电子.

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）。填多少（2）泡利原理如：2s2的电子排布图为

,不能表示为

。2、电子排布的轨道表示式-----电子排布图He的电子排布的轨道表示式O的电子排布的轨道表示式【思考】你能感受到什么？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。当电子排布在同一能级的不同轨道时，总是首先单独占一个轨道（即分占不同的轨道），而且自旋方向相同。3、洪特规则

怎么填√例C：1s22s22p2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。【练习】以基态3-10号原子为例，学习轨道表示式研究原子核外电子在原子轨道中的排布。OFNe1s2s2p1s2s2p1s2s2p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：能量相同的简并轨道，全满、半满、全空条件时，体系能量较低，原子较稳定。前36号元素中，全空的有：Be（2s2）Mg（3s2）Ca（4s2）半充满的有：N（2s22p3）P（3s23p3）Cr（3d54s1）Mn（3d54s2）As（4s24p3）全充满的有：Ne（2s22p6）Ar（3s23p6）Cu（3d104s1）Zn（3d104s2）Kr（4s24p6）2p03p03d04、能量最低原理

原子的电子排布遵循构造原理使整个原子的能量处于最低状态【思考】为什么Fe3+比Fe2+稳定？练习书写基态21-30号原子核外电子在原子轨道中的排布的轨道表示式。CaKScTiVCr1s2s2p3s3p4s1s2s2p3s3p4s3d1s2s2p3s3p4s3d练习书写基态21-30号原子核外电子在原子轨道中的排布的轨道表示式。MnFeCoNiCuZn1s2s2p3s3p4s3d1s2s2p3s3p4s3d练习检测不满足洪特规则不满足能量最低原理不满足构造原理1、正误判断：（1）从空间角度看，2s轨道比1s轨道半径大，2s包含了1s（

）（2）p能级能量一定比s能级的能量高（

）（3）2p、3p、4p能级的轨道数依次增多（

）（4）2p和3p轨道形状均为哑铃形（

）（5）2px、2py、2pz轨道相互垂直，且能量相等，称作简并轨道（

）√×√×√练习检测2.下列电子排布图能表示某原子的最低能量状态的是D练习检测3.磷酸铁锂(LiFePO4)电极材料主要用于各种锂离子电池。下列说法错误的是A．Li位于周期表ⅠAB．基态Fe2+的价层电子排布式为3d6C．基态P原子的未成对电子数为5D．基态O原子核外电子占据的最高能级的电子云轮廓图为哑铃形C练习检测4、A、B、C、D、E、F均为36号以前的元素，请完成下列空白。（1）A元素基态原子的最外层有2个未成对电子，次外层有2个电子，

其元素符号为

。（2）B元素的原子最外层电子排布式为nsnnpn+1，其元素符号为

。

（3）C元素三价阳离子的3d轨道为半充满，其元素符号为

，其基态原子的电子排布式

。C或ONFe1s22s22p63s23p63d64s2练习检测（4）D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，D的元素符号为

，

其基态原子的价电子轨道表示式为

。（5）E、F元素的基态原子都只有一个未成对电子，它们相互作用形成的

离子的电子层结构相同，且离子最高能级的电子对数等于其最高能层

的电子层数。E、F的元素符号为

。Cu↑↓↑↓↑↓↑↓↑↓3d↑4sCl和K或H和Li2.(1)与铬同周期的所有元素的基态原子中最外层电子数与铬原子相同的元素有________(填元素符号)。(2)基态Fe3＋的M层电子排布式为_________，基态铝原子核外自旋平行的电子最多有_____个，与铝同族的第四周期元素原子的价电子排