1.1.3电子云与原子轨道泡利原理洪特规则能量最低原理课件高二下学期化学人教版选择性必修2

第一章

原子结构与性质第一节

原子结构第3课时电子云与原子轨道泡利原理洪特规则能量最低原理1、了解原子核外电子的运动状态2、了解电子云和原子轨道的意义3、知道原子核外电子的排布遵循能量最低原理4、掌握基态原子核外电子排布的三原则核心素养发展目标玻尔薛定谔1913年，玻尔提出氢原子模型，电子在线性轨道上绕核运行，然而到了1926年，玻尔建立的线性轨道模型被量子力学推翻。量子力学指出：一定空间运动状态的电子并不在玻尔假定的线性轨道上运行，而在核外空间各处都可能出现，但出现的概率不同，可以算出它们的概率密度分布。原子核外电子的运动状态是怎么样的呢？量子力学的发展19世纪末，经典力学和经典电动力学在描述微观系统时的不足越来越明显。量子力学是在20世纪初由马克斯·普朗克、尼尔斯·玻尔、沃纳·海森堡、埃尔温·薛定谔、沃尔夫冈·泡利、路易·德布罗意、马克斯·玻恩、恩里科·费米、保罗·狄拉克、阿尔伯特·爱因斯坦、康普顿等一大批物理学家共同创立的。1927年第五届索尔维会议量子力学中描述电子运动状态有四个量子数名称化学名称符号取值主量子数能层nn（自然数）l角量子数能级0~n-1磁量子数轨道m0~±l自旋量子数自旋ms∆E∆E1∆E2∆E3∆E4能量连续的能量不连续的回顾：核外电子的运动状态和排布规律实验核外电子的运动状态核外电子的排布规律表示方法原子光谱能量量子化能层能级原子结构示意图构造原理电子排布式原子轨道电子自旋四、电子云与原子轨道1、电子运动的特点:

电子的质量小，运动速度快且没有规则，无法确定核外电子在某个时刻处于原子核外空间何处，只能确定在原子核外各处出现的概率。概率密度:用P表示电子在某处出现的概率，V表示该处的体积，则

称为概率密度，用ρ表示。小点越密，表示概率密度越大。【误区】一个小点代表一个电子图1-7氢原子的1s电子在原子核外出现的概率密度分布图

2、电子云：由于核外电子的概率密度分布看起来像一片云雾，因而被形象地称作电子云。换句话说，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。3、电子云轮廓图：电子云图很难绘制，使用不便，我们常使用电子云轮廓图。

将电子在原子核外空间出现的概率P＝90%的空间圈出来，制作电子云的轮廓图，便可描绘电子云的形状,即精简版电子云。图1-81s电子云轮廓图的绘制过程（1）所有原子的任一能层的s电子的电子云轮廓图都是一个球形，只是球的半径不同。同一原子的能层越高，s电子云半径越大。原因：由于电子的能量依次增高，电子在离核更远的区域出现的概率逐渐增大，电子云越来越向更大的空间扩展。电子云轮廓图形状s轨道呈球形，有无数对称轴ns能级的原子轨道图可表示为（2）除s电子云外，其他电子云轮廓图都不是球形的。例如，p电子云轮廓图是哑铃状(纺锤形)的，而且，无论2p、3p还是4p……都有3个相互垂直的电子云，分别称为px、py和pz，如下图，右下标x、y、z分别是p电子云在直角坐标系里的取向。px、py、pz的电子云轮廓图在同一能层中px、py、pz的能量相同4、原子轨道（1）定义：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。因此，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。各能级的一个伸展方向的电子云轮廓图即表示一个原子轨道。......轨道:描述在一定能层和能级上又具有一定取向的电子云。可以理解为电子在核外空间概率密度较大的区域。1s11s2s12s2p32px、2py、2pz3s13p33d54s14p34d54f7......能层能级原子轨道数原子轨道名称KLMN......3s3px、3py、3pz......4s4px、4py、4pz........................原子轨道的形状和取向形状取向球形球形球形球形哑铃形哑铃形哑铃形........................相互垂直相互垂直相互垂直........................表1-2不同能层的能级、原子轨道(2)不同能层的能级的原子轨道①各能级所含有原子轨道数目1357

②不同能层的同种能级的原子轨道形状

，只是半径

。能层序数n越大，原子轨道的半径

,能量越高。

③p能级有

个原子轨道，它们互相垂直。在同一能层中px、py、pz的能量

，取向不同。

④原子轨道数与能层序数(n)的关系：原子轨道为

个。n2相同不同越大相同3能级符号nsnpndnf轨道数目能层KLMNO能级1s2s2p3s3p3d4s4p4d4f5s5p…

每个原子轨道最多只能容纳

个电子，为什么呢？2五、泡利原理、洪特规则、能量最低原理原子轨道数222214626661010711111333355最多容纳电子数轨道最多容纳电子数28183250

电子除空间运动状态外，还有一种状态叫做自旋

。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。

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。1925年，泡利正式提出，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)。填多少？

1、电子自旋与泡利原理一个原子中不存在运动状态完全相同的2个电子例：2s轨道上的两个电子应为：↑↓2s而不能是↑↑2s↑↓↓2s或原子核外的每个电子的运动状态不同。K各能级容纳电子数1s11×2=22s11×2=22p33×2=63s11×2=23p33×2=63d55×2=104s11×2=24p33×2=64d55×2=104f77×2=14......LMN......能层能级原子轨道数各能层容纳电子数2×12=22×(1+3)=2×222×(1+3+5)=2×322×(1+3+5+7)=2×422×n2............2、电子排布的轨道表示式（电子排布图）

A、用方框（也可用圆圈）表示原子轨道，用箭头表示电子。其中一个方框表示一个轨道，一个箭头表示一个电子。B、在方框上面(或下面)标出能级的序数和符号↑↓↑↓↑↓↑↓↑↓↑↓↑例：Al1s2s2p3s3p能层序数能级符号一个方框表示原子轨道箭头表示一个电子及其自旋状态。（用“↑↓”表示两个自旋方向相反的两个电子）单电子或未成对电子没有电子的轨道称为空轨道8O的轨道表示式(电子排布图)：(1)简并轨道：

。(2)电子对：

。(3)单电子：

。(4)自旋平行：

。(5)在氧原子中，有

对电子对，有

个单电子(未成对电子)。(6)在氧原子中，有

种空间运动状态，有

种运动状态不同的电子。能量相同的原子轨道同一个原子轨道中，自旋方向相反的一对电子一个原子轨道中若只有一个电子，则该电子称为单电子箭头同向的单电子称为自旋平行3258单电子：“↓”或“↑”自旋相反：箭头相反O

↓↑

↓↑

↓↑

↑

↑1s2s2p3、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，这个原理为洪特规则。如：2p3的电子排布为：不能写为：或↑↑↑↑↑↓↓↑↑洪特规则不仅适用于基态原子，也适用于基态离子。必须注意：洪特规则是针对电子填入简并轨道而言的，并不适用于电子填入能量不同的轨道。怎么填？

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?

2p(2)下列轨道表示式中哪个是氧的基态原子?为什么?根据泡利原理，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。根据洪特规则，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。

AABB

C四、能量最低原理——自然界的普遍规律1、概念：在构建基态原子时，电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，这就是能量最低原理。2、因素：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。a：相邻能级能量相差很大时，电子填入能量较低的能级可使原子能量最低。如所有主族元素的基态原子。

②当能量相同的原子轨道在全充满(p6、d10、f14)、半充满(p3、d5、f7)、全空(p0、d0、f0)时原子的能量最低，基态原子的核外电子排布遵循三大原则：

泡利原理、洪特规则、能量最低原理。

①原子的核外电子排布遵循构造原理，使整个原子的能量处于最低状态。b：当相邻能级能量差别不大时，有1-2个电子填入能量稍高的能级可能反而降低电子的排斥能，进而使原子整体能量最低。如所有副族元素的基态原子。【思考与讨论】（1）为什么基态氦原子的电子排布是1s2而不是1s12s1？（3）为什么基态Sc的价层电子排布是3d14s2而不是4s3？不满足能量最低原理不满足洪特规则不满足泡利原理（2）为什么基态氮原子的轨道表示式是，而不是？

1、下列是N原子的电子轨道表示式的是（）1s2s2pA↑↓↑↑↓↑↓↑↓↑↓↑↑↓B1s2s2p↑↓↑↓↑↑↑C1s2s2p↑↓↑↓↑D1s2s2p2、以下是一些原子的2p能级和3d能级中电子排布的情况。其中违反了洪特规则的是()②③

④

⑤A.① B.①③ C.②④⑤ D.③④⑤①⑥↑↑↑↓↑↓↑↓↑↓↑↑↑↓↑↑↑↑↓↑↓↑↓↑↓↑↓↑↑↑↓↑↓3、已知铝原子的电子排布式为1s22s22p63s23p1，回答下列问题：（1）核外电子的电子云形状有____种；（2）电子云有______种不同的伸展方向；（3）有____种不同的运动范围（区域）；（4）有____种不同能量的电子；（5）有____种不同运动状态的电子；（6）有____种不同空间运动状态的电子。2球形和哑铃形45能级能层313原子中每个电子的运动状态都是不同的！原子轨道9原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，这就是电子排布式实例K1s22s22p63s23p64s1小结：原子结构的表示方法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：[Ar]4s1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实例Al：3s23p1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1、【2018年全国卷Ⅰ理综35】Li是最轻的固体金属，采用Li作为负极材料的电池具有小而轻、能量密度大等优良性能，得到广泛应用。回答