第一章第一节第三课时电子云与原子轨道课件(共25张PPT)2023-2024学年高二化学人教版（2019）选择性必修2

(共25张PPT)
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
知识回顾
不同能级中最多可容纳的电子数分别是多少？
能级 s p d f
最多可容纳电子数
2 6 10 14
思考：不同能级中最多可容纳的电子数为什么不同？
一、电子云与原子轨道
运动特点 宏观物体 核外电子
质量 很大 很小
位置 可测 不能同时测定
速度 可测
轨迹 可以描述 不能准确描述
1、电子运动的特点
1、电子运动的特点
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。
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。
图1-7
思考：图1-7中小点的含义是什么？
小点是1s电子在原子核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、电子云与电子云轮廓图
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。
电子云轮廓图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。
将电子出现概率P=90%的空间圈出来
s电子云呈球形
思考与讨论：
（1）相同原子的s电子的电子云轮廓图，你能发现什么规律？
1、任一能层的s电子的电子云轮廓图均为球形。
2、同一原子的能层越高，s电子云半径越大。
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。
（2）p电子云轮廓图是哑铃状的，有3个互向垂直的电子云，分别称为px、 py 、 pz。右下标x、y、z分别是p电子云在直角坐标系里的取向。
同一能层中px、 py 、 pz的能量相同
3、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。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。
思考：分析教材P14表1-2，总结各能级、各能层所含原子轨道的数目。
能级符号 ns np nd nf
轨道数目
1 3 5 7
原子轨道数与能层序数(n)的关系：各能层含有的原子轨道数为n2个。
1、如图是s能级和P能级的原子轨道示意图，下列说法正确的是( )
A．s能级和p能级的原子轨道形状相同
B．每个p能级都有6个原子轨道
C．s能级的原子轨道的半径与电子层序数有关
D．Na原子的电子在11个原子轨道上高速运动
C
2、下列轨道含有3个原子轨道的是( )
A、1s B、2p C、3d D、4f
3、d能级中最多容纳电子数为( )
A、2 B、10 C、14 D、18
B
B
ns、np、nd、nf能级最多可容纳的电子数依次为1、3、5、7的2倍。
能级中的原子轨道数
二、泡利原理、洪特规则、能量最低原理
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。自旋是微观粒子的内在属性。
②表示方法：
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。
提醒：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。
2、泡利原理
在一个原子轨道里，最多只能容纳2个电子，而且自旋方向相反，这个原理称为泡利原理，也称为泡利不相容原理。
因此在一个原子中不可能存在运动状态完全相同的2个电子。
表示方法：①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；
②用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)。箭头同向的单电子称为自旋平行，没有电子的轨道称为空轨道。
③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。
3、电子排布的轨道表示式
定义：轨道表示式（又称电子排布图）是表述电子排布的一种图式。
思考：试着写出氧的基态原子的轨道表示式。
4、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：2p4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
提醒：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。
思考：写出24号铬、29号铜元素的电子排布式和价电子轨道表示式。
24号铬：1s22s22p63s23p63d54s1
29号铜: 1s22s22p63s23p63d104s1
洪特规则特例：在同一能级的简并轨道上，当电子排布为全充满、半充满或全空时，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）
全空时（p0，d0，f0）
半充满（p3，d5，f7）
不符合构造原理
5、能量最低原理
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。
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。
基态原子的核外电子排布遵循三大原则：
泡利原理、洪特规则和能量最低原理。
4、下列是基态N原子的电子轨道表示式的是 （ ）
A、 B、
C、 D、
C
5、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 ( )
②
③
④
⑤
A.① B.①③ C.②④⑤ D.③④⑤
①
⑥
C
小结
1、s轨道是球形，同一原子的能层序数n越大，原子轨道的半径越大。
2、p轨道是哑铃形， p能级有3个互相垂直且能量相同的原子轨道。
3、各能级的原子轨道数：
一、电子云与原子轨道
（1）能量最低原理
（2）泡利原理
（3）洪特规则
二、核外电子排布遵循的原理
能级符号 ns np nd nf
轨道数目 1 3 5 7
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（轨道表示式）
价电子排布图
以硫(S)为举例
S：1s22s22p63s23p4
[Ne]3s23p4
3s23p4
基态原子核外电子排布的表示方法（七图式）
随堂训练
1、下列关于基态硅原子的核外电子排布表示方法中，错误的是(　　)
A.1s22s22p63s23p2 B.[Ne]3s23p2
C. D.
C
2、下列有关碳原子的电子排布图中，能量最低的是(　　)
A.
B.
C.
D.
D　　　
3、下列有关原子轨道和电子云的说法正确的是( )
A、s轨道呈球形，随电子层数的增加，s轨道数也增加
B、p轨道呈哑铃形，p轨道电子绕核做“∞”形运动
C、电子云是笼罩在原子核外的云雾
D、电子云图中小点的疏密程度表示电子在原子核外空间出现概率的大小
D
4、下列说法正确的是（ ）
A、不同的原子轨道形状一定不相同
B、p轨道呈哑铃形，因此p轨道上的电子运动轨迹呈哑铃形
C、2p能级有3个p轨道
D、氢原子的电子运动轨迹呈球形
C
5、[21全国甲卷]Si的价电子层的电子排布式为 。
3s23p2
[21广东卷] 基态硫原子价电子排布式为 。
3s23p4
[21山东卷]基态F原子核外电子的运动状态有 种。
9
[21湖南卷]基态硅原子最外层的电子排布图为 。