2023年人教版高中化学选择性必修2教学课件 第一节 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(共55张PPT)
文档属性
| 名称 | 2023年人教版高中化学选择性必修2教学课件 第一节 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(共55张PPT) |  | |
| 格式 | pptx | ||
| 文件大小 | 2.4MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 化学 | ||
| 更新时间 | 2023-04-05 08:32:00 | ||
图片预览
文档简介
(共55张PPT)
2023年人教版高中化学选择性必修2教学课件★★
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
第一章
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】
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)次外层电子数不超过 18 个。
(4)倒数第三层电子数不超过 32 个。
【自主梳理】
1.电子云与原子轨道
(1)电子云
①定义: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。
②含义:用单位体积内小点的疏密程度表示电子在原子核外出现概率的大小,小点越密,表示概率密度越大。
③形状
(2)原子轨道
①定义:电子在原子核外的一个空间运动状态称为一个原子轨道。
②伸展方向
s电子的原子轨道呈球形,能层序数越大,原子轨道的半径越大。
p电子的原子轨道呈哑铃形,能层序数越大,原子轨道的半径越大。
③能级与原子轨道数目的关系
第n能层原子轨道数目为n2
【微思考1】电子云中的一个小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点没有意义,小点的密度才有意义,小点的密度大小表示电子出现概率的大小。
能级符号 ns np nd nf
轨道数目 1 3 5 7
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。
(3)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,使整个原子的能量最低,这就是能量最低原理。
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为:
其中方框(或圆圈)表示原子轨道,能量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“↓”称单电子(或称未成对电子)。
特别提醒 在轨道表示式(或电子排布图)中,不同能级中的方框(或圆圈)要相互分开,同一能级中的方框(或圆圈)要相互连接。
【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,由低能级到高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的核外电子排布并不完全符合构造原理。
【自我检测】
1.判断下列说法的正误,正确的画“√”,错误的画“×”。
(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( )
√
√
×
×
×
2.以下表示氦原子结构的化学用语中,对电子运动状态描述最详尽的是( )
A.电子式:He∶
B.原子结构示意图:
C.电子排布式:1s2
D.轨道表示式:
答案 D
解析 A、B、C三项的表示方法只能说明氦原子核外有两个电子或第一能层有两个电子,但不能说明这两个电子的自旋情况,而D项可以说明两个电子均在1s能级的原子轨道中,且自旋相反。
3.(1)下列表示原子轨道的符号正确的是 (填字母)。
A.2s B.2d
C.3p D.3f
(2)符号2px的意义是 。
(3)根据25Mn原子核外电子排布情况,回答下列问题。
①价层电子轨道表示式为 。
②在锰原子的核外电子中,有 种运动状态不同的电子;共有 对成对电子;有 个未成对电子;最高化合价为 价。
答案 (1)AC (2)2px表示在第2能层,沿x轴方向伸展的p轨道
(3)① ②25 10 5 +7
4.(2021湖南卷,18节选)基态硅原子最外层的电子排布图为 。
课堂篇 素养提升
探究1
从电子云轮廓图的绘制理解电子云和原子轨道
【问题探究】
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。例如,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)画出电子云轮廓图的绘制过程。
提示
(2)画出同一原子的s电子的电子云轮廓图。
提示
(3)电子云轮廓图中的小点的含义是什么 小点的密度表示什么
提示 小点是电子在原子核外出现的概率密度的形象表述。小点密度越大,表明电子在核外出现的概率密度越大。
(4)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。
(5)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,因为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)【深化拓展】
1.s能级和p能级的原子轨道的对比
能级 s p
轨道轮廓图
轨道形状 球形 哑铃形
能级 s p
轨道数目 1
3(空间相互垂直)
各轨道中电子能量相同
最多容纳电子数 2 6
相同点 ①均以原子核为对称中心; ②原子轨道的平均半径分别随能层序数增大而增大,且同种能级符号的原子轨道形状相似 2.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
K 1s 1 1s 球形 —
L 2s 1 2s 球形 —
2p 3 2px、2py、2pz 哑铃形 相互垂直
M 3s 1 3s 球形 —
3p 3 3px、3py、3pz 哑铃形 相互垂直
3d 5 …… …… ……
N 4s 1 4s 球形 —
4p 3 4px、4py、4pz 哑铃形 相互垂直
4d 5 …… …… ……
4f 7 …… …… ……
…… …… …… …… …… ……
【素能应用】
典例1下列说法中正确的是( )
A.1s电子云呈球形,表示电子绕原子核做圆周运动
B.ns能级的原子轨道可表示为
C.3d3表示3d能级有3个轨道
D.电子云轮廓图中的小点密度大,说明该原子核外空间电子数目多
答案 B
解析 电子云表示电子在核外空间某处出现的概率,不代表电子的运动轨迹,故A错误;ns能级的电子云轮廓图呈球形,所以可以用题给图示表示该能级的原子轨道,故B正确;3d3表示3d能级有3个电子,故C错误;电子云轮廓图中小点的疏密表示电子出现概率的大小,密则概率大,疏则概率小,故D错误。
规律总结 (1)不同能层的同种能级的原子轨道形状相同,但半径不同。能层序数n越大,原子轨道的半径越大。
(2)s能级只有1个原子轨道。p能级有3个原子轨道,它们互相垂直,分别以px、py、pz表示。在同一能层中px、py、pz的能量相同。
(3)原子轨道数与能层序数n的关系:原子轨道数目=n2。
变式训练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原子轨道形状为哑铃形
答案 C
解析 电子云是表示电子在核外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;观察题给图示可知A对;该p轨道为哑铃形,D正确。
探究2
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:
(1)下列原子或离子的电子排布式正确的是 (填序号,下同),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 。
①Ca2+:1s22s22p63s23p6
②F-:1s22s23p6
④Cr:1s22s22p63s23p63d44s2
⑤Fe:1s22s22p63s23p63d64s2
⑥Mg2+:1s22s22p6
答案 (1)①⑤⑥ ②④ ⑦ ③
(2)为什么基态K和Ca的价层电子是4s1和4s2,而不是3d1和3d2。
提示 根据构造原理,3d轨道能量高于4s轨道,所以依据能量最低原理,电子填入能量低的能级可使整个原子的能量最低。
(3)下列有关碳原子的轨道表示式中,能量最低的是 。
答案 D
解析 根据洪特规则,原子的核外电子在能量相同的轨道上排布时,电子尽可能分占不同的轨道且自旋相同,这样整个原子的能量最低。A中2p轨道上两个电子挤在同一个轨道上,B、C中2p轨道两个电子的自旋相反,均与洪特规则相违背,只有D中的排布符合洪特规则,能量最低。
【深化拓展】
1.核外电子排布式与原子结构示意图、轨道表示式的关系
原子结构示意图→电子排布式→轨道表示式逐步细化核外电子的运动状态。
2.核外电子排布表示方法的常见误区
(1)当出现d能级时,虽然电子按ns、(n-1)d、np的顺序填充,但在书写电子排布式时,仍把(n-1)d放在ns前,如Fe:1s22s22p63s23p63d64s2正确,Fe:1s22s22p63s23p64s23d6错误。
(2)在画基态原子的轨道表示式时,常出现以下错误:
【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,该基态原子的轨道表示式为 。
(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 。
解析 (1)根据A元素基态原子的最外层有3个未成对电子,次外层有2个电子可知,该元素的基态原子有2个电子层,共有7个电子,是N元素,其轨道表示式为 。
(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,即都有18个电子,则B元素为Cl,C元素为K,K+的结构示意图为
。
(3)D元素的正三价离子的3d能级为半充满,即三价阳离子的价电子排布式为3d5,则原子的价层电子排布式为3d64s2,即26号Fe元素,其电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2(或[Ar]3d64s2)。
(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,可知其价层电子排布式为3d104s1,所以E为Cu元素,其价层电子轨道表示式为
规律总结 1~36号元素中原子核外电子排布的特殊性。
(1)最外层只有一个未成对电子的元素:
①第ⅠA族(ns1:H、Li、Na、K);
②第ⅢA族(ns2np1:B、Al、Ga);
③第ⅦA族(ns2np5:F、Cl、Br);
④Cr(3d54s1)和Cu(3d104s1)。
(2)最外层有2个未成对电子的元素:
①第ⅣA族(ns2np2:C、Si、Ge);
②第ⅥA族(ns2np4:O、S、Se)。
(3)最外层有3个未成对电子的元素:
第ⅤA族(ns2np3:N、P、As)。
(4)3d能级半充满的元素:Cr(3d54s1)和Mn(3d54s2)。
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:[Ar]3d54s1
D.基态Ca原子的电子排布式:[Ar]3d2
答案 C
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原子半径最大的元素,C最外层有三个未成对电子,E的价层电子排布式为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 ,价层电子排布式是 。
(4)D为 ,轨道表示式是 。
(5)E为 ,原子结构示意图是 。
答案 (1)Si 1s22s22p63s23p2
(2)Na [Ne]3s1 (3)P 3s23p3
(4)N
(5)Fe
解析 由题意可知,A为Si,B为Na,C为P,则D为N,E为Fe。这五种元素基态原子的电子排布式如下。
A:1s22s22p63s23p2,B:1s22s22p63s1,
C:1s22s22p63s23p3,D:1s22s22p3,
E:1s22s22p63s23p63d64s2。由电子排布式可写出正确答案。
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
解析 图1中小点只是电子在原子核外空间的概率密度分布,A错误;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。
2.下列说法正确的是( )
A.基态原子中,3d3表示3d能级有3个电子且自旋不是都平行
B.np能级全充满时的轨道表示式为:
C.核外电子运动的电子云轮廓图就是原子轨道
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 B
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项不正确;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。
3.下列基态原子的价电子轨道表示式正确的是( )
答案 B
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
答案 (1)球 1 对称 3
(2)原子轨道的半径与能层序数有关,并随能层序数增大而增大。
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的图形分别相对于x、y、z轴对称;原子轨道的半径与能层序数有关,并随能层序数增大而增大。
5.(1)写出砷的元素符号: ,砷原子中所有电子占据 个能级,共占有 个轨道,核外共有 个不同运动状态的电子。
(2)写出元素Ni的名称: ,该元素在元素周期表的位置为第 周期第 族。
(3)第四周期基态原子中未成对电子数最多的元素是 ,该元素基态原子的价层电子轨道表示式为 。
(4)第三电子层上有 个能级,作为内层最多可容纳 个电子,作为最外层时,最多可含有 个未成对电子。
答案 (1)As 8 18 33 (2)镍 四 Ⅷ
(3)铬(或Cr)
(4)3 18 3
解析 (1)砷的元素符号为As,是第33号元素,核外有33个不同运动状态的电子,其核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p3,电子占据8个能级,共占有18个原子轨道。
(2)镍的元素符号为Ni,在元素周期表中的第四周期第Ⅷ族。
(3)第四周期元素中,价电子排布式为ndxnsy,且能级处于半满稳定状态时含有的未成对电子数最多,即价电子排布式为3d54s1的元素铬含有的未成对电子数最多,
其基态原子的价层电子轨道表示式为 。
(4)第三电子层有3s、3p、3d三个不同的能级,由于每个电子层最多容纳2n2个电子,故当第三电子层作为内层时,最多可容纳18个电子,作为最外层时,当3p能级中填充3个电子时未成对电子最多,即最多有3个未成对电子。
本 课 结 束
2023年人教版高中化学选择性必修2教学课件★★
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
第一章
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】
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)次外层电子数不超过 18 个。
(4)倒数第三层电子数不超过 32 个。
【自主梳理】
1.电子云与原子轨道
(1)电子云
①定义: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。
②含义:用单位体积内小点的疏密程度表示电子在原子核外出现概率的大小,小点越密,表示概率密度越大。
③形状
(2)原子轨道
①定义:电子在原子核外的一个空间运动状态称为一个原子轨道。
②伸展方向
s电子的原子轨道呈球形,能层序数越大,原子轨道的半径越大。
p电子的原子轨道呈哑铃形,能层序数越大,原子轨道的半径越大。
③能级与原子轨道数目的关系
第n能层原子轨道数目为n2
【微思考1】电子云中的一个小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点没有意义,小点的密度才有意义,小点的密度大小表示电子出现概率的大小。
能级符号 ns np nd nf
轨道数目 1 3 5 7
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。
(3)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,使整个原子的能量最低,这就是能量最低原理。
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为:
其中方框(或圆圈)表示原子轨道,能量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“↓”称单电子(或称未成对电子)。
特别提醒 在轨道表示式(或电子排布图)中,不同能级中的方框(或圆圈)要相互分开,同一能级中的方框(或圆圈)要相互连接。
【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,由低能级到高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的核外电子排布并不完全符合构造原理。
【自我检测】
1.判断下列说法的正误,正确的画“√”,错误的画“×”。
(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( )
√
√
×
×
×
2.以下表示氦原子结构的化学用语中,对电子运动状态描述最详尽的是( )
A.电子式:He∶
B.原子结构示意图:
C.电子排布式:1s2
D.轨道表示式:
答案 D
解析 A、B、C三项的表示方法只能说明氦原子核外有两个电子或第一能层有两个电子,但不能说明这两个电子的自旋情况,而D项可以说明两个电子均在1s能级的原子轨道中,且自旋相反。
3.(1)下列表示原子轨道的符号正确的是 (填字母)。
A.2s B.2d
C.3p D.3f
(2)符号2px的意义是 。
(3)根据25Mn原子核外电子排布情况,回答下列问题。
①价层电子轨道表示式为 。
②在锰原子的核外电子中,有 种运动状态不同的电子;共有 对成对电子;有 个未成对电子;最高化合价为 价。
答案 (1)AC (2)2px表示在第2能层,沿x轴方向伸展的p轨道
(3)① ②25 10 5 +7
4.(2021湖南卷,18节选)基态硅原子最外层的电子排布图为 。
课堂篇 素养提升
探究1
从电子云轮廓图的绘制理解电子云和原子轨道
【问题探究】
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。例如,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)画出电子云轮廓图的绘制过程。
提示
(2)画出同一原子的s电子的电子云轮廓图。
提示
(3)电子云轮廓图中的小点的含义是什么 小点的密度表示什么
提示 小点是电子在原子核外出现的概率密度的形象表述。小点密度越大,表明电子在核外出现的概率密度越大。
(4)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。
(5)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,因为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)
1.s能级和p能级的原子轨道的对比
能级 s p
轨道轮廓图
轨道形状 球形 哑铃形
能级 s p
轨道数目 1
3(空间相互垂直)
各轨道中电子能量相同
最多容纳电子数 2 6
相同点 ①均以原子核为对称中心; ②原子轨道的平均半径分别随能层序数增大而增大,且同种能级符号的原子轨道形状相似 2.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
K 1s 1 1s 球形 —
L 2s 1 2s 球形 —
2p 3 2px、2py、2pz 哑铃形 相互垂直
M 3s 1 3s 球形 —
3p 3 3px、3py、3pz 哑铃形 相互垂直
3d 5 …… …… ……
N 4s 1 4s 球形 —
4p 3 4px、4py、4pz 哑铃形 相互垂直
4d 5 …… …… ……
4f 7 …… …… ……
…… …… …… …… …… ……
【素能应用】
典例1下列说法中正确的是( )
A.1s电子云呈球形,表示电子绕原子核做圆周运动
B.ns能级的原子轨道可表示为
C.3d3表示3d能级有3个轨道
D.电子云轮廓图中的小点密度大,说明该原子核外空间电子数目多
答案 B
解析 电子云表示电子在核外空间某处出现的概率,不代表电子的运动轨迹,故A错误;ns能级的电子云轮廓图呈球形,所以可以用题给图示表示该能级的原子轨道,故B正确;3d3表示3d能级有3个电子,故C错误;电子云轮廓图中小点的疏密表示电子出现概率的大小,密则概率大,疏则概率小,故D错误。
规律总结 (1)不同能层的同种能级的原子轨道形状相同,但半径不同。能层序数n越大,原子轨道的半径越大。
(2)s能级只有1个原子轨道。p能级有3个原子轨道,它们互相垂直,分别以px、py、pz表示。在同一能层中px、py、pz的能量相同。
(3)原子轨道数与能层序数n的关系:原子轨道数目=n2。
变式训练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原子轨道形状为哑铃形
答案 C
解析 电子云是表示电子在核外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;观察题给图示可知A对;该p轨道为哑铃形,D正确。
探究2
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:
(1)下列原子或离子的电子排布式正确的是 (填序号,下同),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 。
①Ca2+:1s22s22p63s23p6
②F-:1s22s23p6
④Cr:1s22s22p63s23p63d44s2
⑤Fe:1s22s22p63s23p63d64s2
⑥Mg2+:1s22s22p6
答案 (1)①⑤⑥ ②④ ⑦ ③
(2)为什么基态K和Ca的价层电子是4s1和4s2,而不是3d1和3d2。
提示 根据构造原理,3d轨道能量高于4s轨道,所以依据能量最低原理,电子填入能量低的能级可使整个原子的能量最低。
(3)下列有关碳原子的轨道表示式中,能量最低的是 。
答案 D
解析 根据洪特规则,原子的核外电子在能量相同的轨道上排布时,电子尽可能分占不同的轨道且自旋相同,这样整个原子的能量最低。A中2p轨道上两个电子挤在同一个轨道上,B、C中2p轨道两个电子的自旋相反,均与洪特规则相违背,只有D中的排布符合洪特规则,能量最低。
【深化拓展】
1.核外电子排布式与原子结构示意图、轨道表示式的关系
原子结构示意图→电子排布式→轨道表示式逐步细化核外电子的运动状态。
2.核外电子排布表示方法的常见误区
(1)当出现d能级时,虽然电子按ns、(n-1)d、np的顺序填充,但在书写电子排布式时,仍把(n-1)d放在ns前,如Fe:1s22s22p63s23p63d64s2正确,Fe:1s22s22p63s23p64s23d6错误。
(2)在画基态原子的轨道表示式时,常出现以下错误:
【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,该基态原子的轨道表示式为 。
(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 。
解析 (1)根据A元素基态原子的最外层有3个未成对电子,次外层有2个电子可知,该元素的基态原子有2个电子层,共有7个电子,是N元素,其轨道表示式为 。
(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,即都有18个电子,则B元素为Cl,C元素为K,K+的结构示意图为
。
(3)D元素的正三价离子的3d能级为半充满,即三价阳离子的价电子排布式为3d5,则原子的价层电子排布式为3d64s2,即26号Fe元素,其电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2(或[Ar]3d64s2)。
(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,可知其价层电子排布式为3d104s1,所以E为Cu元素,其价层电子轨道表示式为
规律总结 1~36号元素中原子核外电子排布的特殊性。
(1)最外层只有一个未成对电子的元素:
①第ⅠA族(ns1:H、Li、Na、K);
②第ⅢA族(ns2np1:B、Al、Ga);
③第ⅦA族(ns2np5:F、Cl、Br);
④Cr(3d54s1)和Cu(3d104s1)。
(2)最外层有2个未成对电子的元素:
①第ⅣA族(ns2np2:C、Si、Ge);
②第ⅥA族(ns2np4:O、S、Se)。
(3)最外层有3个未成对电子的元素:
第ⅤA族(ns2np3:N、P、As)。
(4)3d能级半充满的元素:Cr(3d54s1)和Mn(3d54s2)。
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:[Ar]3d54s1
D.基态Ca原子的电子排布式:[Ar]3d2
答案 C
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原子半径最大的元素,C最外层有三个未成对电子,E的价层电子排布式为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 ,价层电子排布式是 。
(4)D为 ,轨道表示式是 。
(5)E为 ,原子结构示意图是 。
答案 (1)Si 1s22s22p63s23p2
(2)Na [Ne]3s1 (3)P 3s23p3
(4)N
(5)Fe
解析 由题意可知,A为Si,B为Na,C为P,则D为N,E为Fe。这五种元素基态原子的电子排布式如下。
A:1s22s22p63s23p2,B:1s22s22p63s1,
C:1s22s22p63s23p3,D:1s22s22p3,
E:1s22s22p63s23p63d64s2。由电子排布式可写出正确答案。
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
解析 图1中小点只是电子在原子核外空间的概率密度分布,A错误;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。
2.下列说法正确的是( )
A.基态原子中,3d3表示3d能级有3个电子且自旋不是都平行
B.np能级全充满时的轨道表示式为:
C.核外电子运动的电子云轮廓图就是原子轨道
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 B
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项不正确;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。
3.下列基态原子的价电子轨道表示式正确的是( )
答案 B
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
答案 (1)球 1 对称 3
(2)原子轨道的半径与能层序数有关,并随能层序数增大而增大。
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的图形分别相对于x、y、z轴对称;原子轨道的半径与能层序数有关,并随能层序数增大而增大。
5.(1)写出砷的元素符号: ,砷原子中所有电子占据 个能级,共占有 个轨道,核外共有 个不同运动状态的电子。
(2)写出元素Ni的名称: ,该元素在元素周期表的位置为第 周期第 族。
(3)第四周期基态原子中未成对电子数最多的元素是 ,该元素基态原子的价层电子轨道表示式为 。
(4)第三电子层上有 个能级,作为内层最多可容纳 个电子,作为最外层时,最多可含有 个未成对电子。
答案 (1)As 8 18 33 (2)镍 四 Ⅷ
(3)铬(或Cr)
(4)3 18 3
解析 (1)砷的元素符号为As,是第33号元素,核外有33个不同运动状态的电子,其核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p3,电子占据8个能级,共占有18个原子轨道。
(2)镍的元素符号为Ni,在元素周期表中的第四周期第Ⅷ族。
(3)第四周期元素中,价电子排布式为ndxnsy,且能级处于半满稳定状态时含有的未成对电子数最多,即价电子排布式为3d54s1的元素铬含有的未成对电子数最多,
其基态原子的价层电子轨道表示式为 。
(4)第三电子层有3s、3p、3d三个不同的能级,由于每个电子层最多容纳2n2个电子,故当第三电子层作为内层时,最多可容纳18个电子,作为最外层时,当3p能级中填充3个电子时未成对电子最多,即最多有3个未成对电子。
本 课 结 束