电子云与原子轨道-高二化学课件（人教版2019选择性必修2）2

人教版选择性必修2网科学【备课无忧】2021-2022学年高二化学同步优质课件人教版选择性必修2网科学第一节原子结构电子云原子轨道第一章原子结构与性质学习目标1.知道原子核外电子的能级高低顺序，了解原子核外电子排布的构造原理。2.认识基态原子中核外电子的排布遵循能量最低原理、泡利原理和洪特规则等。3.知道1～36号元素基态原子核外电子的排布。4.知道电子的运动状态(空间分布及能量)可通过原子轨道和电子云模型来描述。1.通过认识原子结构及核外电子排布，辨识微观粒子的运动状态不同于宏观物体的运动状态。(宏观辨识与微观探析)2.结合原子核外电子排布规律及核外电子排布的原则建立观点、结论和证据之间的逻辑关系。(证据推理与模型认知)宏观物体的运动特征：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。微观物体的运动特征：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。核外电子运动的特征电子云

原子轨道1.概率密度

P表示电子在某处出现的概率V表示该处的体积概率密度：ρ=核外电子运动状态的描述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。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行，而在核外空间各处都有可能出现，但出现的概率不同量子力学氢原子的1s电子在原子核外出现的概率分布图小点是1s电子在原子核外出现外出现的概率密度的形象描述小点越密，表明概率密度越大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，因而被形象地称为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分布的形象化描述。电子云中的小黑点：并不是表示原子核外的一个电子,而是表示电子在此空间出现的机率。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。电子云图很难绘制，使用不便，我们常使用电子云轮廓图3.电子云轮廓图

绘制电子云轮廓图的目的是表示电子云轮廓的形状,对核外电子的空间运动状态有一个形象化的简便描述。绘制电子云轮廓图时,把电子在原子核外空间出现概率P=90%的空间圈出来。

(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电子云半径越大提示：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(2)p电子云的形状是哑铃状的，有3个互向垂直电子云分别称为Px、Py、Pz右下角x、y、z分别是p电子云在直角坐标系里的取向各能级包含的原子轨道数：（1）ns能级各有1个原子轨道；（2）np能级各有3个原子轨道；

（3）nd能级各有5个原子轨道；（4）nf能级各有7个原子轨道；4.原子轨道

量子力学把电子在原子核外的一个空间运动状态称为一个原子轨道。能层数KLMNOPQn能级数1234567轨道n2原子轨道的特点s能级的原子轨道图S能级的原子轨道是球形对称的（原子核位于球心），能层序数n越大（电子能量越大，1s<2s<3s......），原子轨道半径越大。

P能级的原子轨道是纺锤形的,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电子原子轨道的平均半径随n增大而增大。在同一能层中Px,Py,PZ的能量相同。P能级的原子轨道

P能级的3个原子轨道Px,Py,PZ合在一起的情形.

小结：原子轨道的特点1.s原子轨道是球形的，p原子轨道是纺锤形的2.能层序数n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相似，只是半径不同；相同能层的同种能级的原子轨道形状相似，半径相同，能量相同，方向不同4.s能级只有一个原子轨道；p能级有3个原子轨道，互相垂直，可分别以px、py、pz表示，能量相等。如2px、2py、2pz轨道的能量相等。能层KLMNO能级1s2s2p3s3p3d4s4p4d4f5s5p...最多电子数2262

61026101426原子轨道数1131

35135713每个原子轨道最多只能容纳

个电子2为什么一个轨道允许容纳2个电子呢？基态原子的核外电子排布原则1.电子自旋（1）定义：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：电子自旋可以比喻成地球的自转。电子自旋在空间有顺时针和逆时针两种取向。常用方向相反的箭头“↑”和“↓”表示自旋状态相反的电子。二、基态原子的核外电子排布原则注：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，电子能量与能层、能级有关，电子运动的空间范围与原子轨道有关③一个原子中不可能存在运动状态完全相同的2个电子能级spdf原子轨道数1357最多容纳电子数261014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）。如2s2的电子排布图为

,不能表示为

。填多少2.泡利原理能层（n）12345符号KLMNO能级sspspdspdfspdfg轨道113135135713579轨道容纳电子数226261026101426101418最多容纳电子数28183250原子核外电子的排布

(1)轨道表示式又称电子排布图,是表述电子排布的一种图式,如氢原子、氧原子的基态原子的轨道表示式分别为:

其中方框(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.能反映各轨道的能量的高低及各轨道上的电子分布情况，自旋方向。将每一个原子轨道用一个方框表示,在方框内标明基态原子核外电子分布的式子称为电子排布图。3.电子排布的轨道表示式-----电子排布的另一种方式(2)箭头表示一种自旋状态的电子,“↑↓”称电子对,“↑”或“↓”称单电子(或称未成对电子)。如基态氧原子有2个未成对电子。

(3)箭头同向的单电子称自旋平行,如基态氧原子有2个自旋平行的2p电子。

(4)通常应在方框下方或上方标记能级符号。有时画出的能级上下错落,以表达能量高低不同。

电子对：同一个原子轨道中，自旋方向相反的一对电子单电子：一个原子轨道中只有一个电子，即未成对电子以铝原子为例，说明轨道表示式中各部分的含义：铝原子外层成对电子对的数目为6,有一个单电子。↑↓LiBeBC↑↓1s2s↑↓↑↑↓↑↓1s2s↑2p↑↓↑↓1s2s↑↑2p1s2sNO↑↓↑↓1s2s↑↑↑2p↑↓↑↓1s2s↑↑↑↓2pFNe↑↑↑↓↓↑↓1s2s2p↑↓↑↓1s2s2p↑↑↑↓↓↓↑↓第二周期元素原子的电子排布图（即轨道表示式）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（自旋方向相同）,称为洪特规则。它不仅适用于基态原子,也适用于基态离子。4.洪特规则当电子排布在同一能级的不同轨道时，总是优先单独占据一个轨道，而且自旋状态相同。C：1s22s22p2√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。如2p3的电子排布图为

,不能表示为

。

怎么填

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洪特规则特例洪特规则特例：全空、半充满、全充满时相对稳定当原子轨道为全空、半充满或全充满时，这些状态下总的电子云的分布是空间对称的，原子体系的能量低，原子的电子排布最稳定。对基态原子的电子进行排布时，首先确定核外电子数目，再由构造原理从1s能级开始排布，每个轨道只能排布2个自旋方向相反的电子，当最后排布的能级中出现能量相同的轨道时，最后几个电子的排布要符合洪特规则，遇到24号、29号等特殊情况的元素，要考虑半充满、全充满等因素，使整个原子体系的能量最低。练习：写出24Cr29Cu电子排布式29Cu

1s22s22p63s23p63d104s124Cr1s22s22p63s23p63d54s1洪特规则特例：

当轨道被电子半充满或全充满或全空时最稳定，即p3、d5、f7半充满和p6、d10、f14全充满稳定。5.能量最低原理

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。

多电子原子在基态时原子核外电子优先占有能量最低的轨道，然后依次进入能量高的轨道，这样使整个原子处于能量最低的状态。整个原子的能量有核电荷数、电子数和电子状态三个因素共同决定.－－自然界的普适规律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)。铁原子的电子排布图↑↓↑↓↑↓↑↓↑↓↑↓↑↓↑↓↑↓↑↓↑↓↑↑↑↑洪特规则泡利原理能量最低原理1s2s2p3p3d3s4s例1.写出5、6、7、8、9号元素的核外电子排布式。并记住各主族元素最外层电子排布式的特点(成对电子对的数目、未成对电子数和它占据的轨道)。[答案]B:1s22s22p1成对电子对的数目:2未成对电子数:1未成对电子占据的轨道:2pC:1s22s22p2成对电子对的数目:2未成对电子数:2未成对电子占据的轨道:2pN:1s22s22p3成对电子对的数目:2未成对电子数:3未成对电子占据的轨道:2pO:1s22s22p4成对电子对的数目:3未成对电子数:2未成对电子占据的轨道:2pF:1s22s22p5成对电子对的数目:4未成对电子数:1未成对电子占据的轨道:2p例2.下列叙述正确的是(

)A.[Ar]3d64s2是基态铁原子的电子排布B.铬原子的电子排布式:1s22s22p63s23p64s13d5C.铜原子的外围电子排布式是3d94s2D.氮原子的电子排布图是A

[解析]

B项,书写电子排布式,不能按填充顺序书写,而应按照能层从左到右书写;C项,d轨道应是全充满时稳定;D项违反了洪特规则。例3.下列关于硅原子的核外电子排布表示方法中,错误的是(

)A.1s22s22p63s23p2B.[Ne]3s23p2C.D.[解析]A、B两项是电子排布式,C、D两项是电子排布图,其中C项违背了洪特规则,故错误。C(1)核外电子排布所遵循的规律①能量最低原理: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。②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。③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。基态原子核外电子排布的规则(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