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(共48张PPT) 2023-2024学年高二化学人教版选择性必修2
文档属性
| 名称 | 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(共48张PPT) 2023-2024学年高二化学人教版选择性必修2 |  | |
| 格式 | pptx | ||
| 文件大小 | 5.4MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 化学 | ||
| 更新时间 | 2023-11-13 14:34:34 | ||
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文档简介
(共48张PPT)
第一章
第一节 第三课时 电子云与原子轨道 泡利原理、洪特规则、能量最低原理
素 养 目 标
1.通过原子轨道和电子云模型来描述电子的运动状态(空间分布及能量),辨识微观粒子运动状态不同于宏观物体运动状态,建立对原子结构的模型认知。
2.认识基态原子中核外电子的排布遵循能量最低原理、泡利不相容原理和洪特规则,通过书写1~36号元素基态原子的核外电子排布式和轨道表示式,形成证据推理与模型认知的化学核心素养。
基础落实·必备知识全过关
重难探究·能力素养全提升
目录索引
基础落实·必备知识全过关
一、电子云与原子轨道
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 不同,可以算出它们的
分布。用P表示电子在某处出现的 ,V表示该处的体积,则 称为 ,用ρ表示。
概率
概率密度
概率
概率密度
2.电子云
(1)定义:电子云是处于 的电子在原子核外空间的
分布的形象化描述。
一定是立体的,而非平面的
(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 ,表示 越大。
(3)形状
一定空间运动状态
概率密度
密
概率密度
球形
哑铃状
3
3.原子轨道
(1)定义:量子力学把电子在原子核外的一个 称为一个原子轨道。
(2)形状与取向
①s电子的原子轨道呈 形,能层序数越大,原子轨道的半径越 。
②p电子的原子轨道呈 状,能层序数越大,原子轨道的半径越大。
空间运动状态
球
大
哑铃
(3)能级与原子轨道数目的关系
能级符号 ns np nd nf
轨道数目
1
3
5
7
二、泡利原理、洪特规则、能量最低原理
“二原理一规则”,它们并不孤立,是相互联系、相互制约的
1.泡利原理
(1)电子的自旋:电子除空间运动状态外,还有一种状态叫做自旋。电子自旋在空间有 两种取向,常用上下箭头(“↑”和“↓”)表示 的电子。
(2)泡利原理:在一个原子轨道里,最多只能容纳 个电子,而且它们的自旋 ,这个原理被称为泡利原理,也称泡利不相容原理。
顺时针和逆时针
自旋相反
2
相反
2.电子排布的轨道表示式
在轨道表示式中,用 (也可用 )表示原子轨道,如氧的基态原子的轨道表示式为 。
(1)简并轨道: 。
(2)电子对: 。
表示为“↑↓”
表示为“↑”或“↓”
(3)单电子(或未成对电子): 。
(4)自旋平行: 。
方框
圆圈
O
能量相同的原子轨道
同一原子轨道中,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
简并轨道中箭头同向的单电子
3.洪特规则
基态原子,填入简并轨道的电子总是 ,称为洪特规则。
4.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。
先单独分占,而且自旋平行
教材拓展
基态氢原子的电子云图
电子处在2p轨道的电子云图
思考:
(1)宏观物体和微观粒子的运动有何区别
(2)如果电子发生跃迁,球形电子云形状会变成哑铃形吗
提示 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动的速度;可以描绘它们的运动轨迹。
微观粒子(电子)的运动特征;①相对于原子和电子的体积而言,电子运动的空间很大;②电子运动的速度很快,不能准确测出其位置与速度。
提示 会,例如从1s能级跃迁到2p能级。
易错辨析1
(1)所有原子的电子云均为球形。( )
提示 只有s能级中电子的电子云为球形。
(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)能层序数越大,s电子云的半径越大。( )
×
√
√
教材拓展
电子的两种自旋状态
金属阳离子含未成对电子越多,磁性越强,说明未成对电子自旋产生的磁性可能是影响物质磁性的重要因素。
思考:原子中运动的电子有两种相反的自旋状态,若一种自旋状态用+ 表示,与之相反的用- 表示,称为电子的自旋磁量子数。对于基态的磷原子,其价层电子自旋磁量子数的代数和为多少
提示 基态磷原子的价层电子排布式为3s23p3,其中3s轨道的2个电子自旋状态相反,自旋磁量子数的代数和为0;3p轨道3个电子自旋平行,基态磷原子的价层电子自旋磁量子数的代数和为 。
易错辨析2
(1)基态硼原子的轨道表示式为 。( )
提示 违背了泡利原理,2s轨道上的2个电子应自旋方向相反。
(2)某原子核外电子排布为ns2np7,它违背了能量最低原理。( )
提示 违背了泡利原理,每个轨道最多可容纳2个电子,p轨道最多容纳6个电子。
(3)硫的基态原子核外有2个未成对电子。( )
×
×
√
重难探究·能力素养全提升
探究一 电子云和原子轨道
情境探究
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。
电子云轮廓图的绘制过程
(1)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
(2)电子在原子核外出现的概率有什么规律
(3)s能级和p能级的原子轨道存在哪些方面的差异
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。
提示 离核越近,电子出现的概率越大,电子云越密集。
提示 轨道形状、数目、最多容纳的电子数均不同。
(4)不同能层中的s轨道(或p轨道)电子云轮廓图分别相同吗 能量分别相同吗
(5)基态原子的核外电子填充在6个轨道中的元素有几种 填充在7个轨道的元素有几种
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,能层序数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)提示 s、p能级分别有1、3个原子轨道,按照构造原理,核外电子填充在6个轨道中的元素为1s22s22p63s1(Na)和1s22s22p63s2(Mg),共2种;填充在7个轨道中的元素只有1s22s22p63s23p1(Al)一种元素。
方法突破
原子轨道的比较
应用体验
视角1对电子云概念的理解
1.[2023湖南长沙高二检测]基态氢原子的电子云图为球形(如图),下列有关说法中正确的是( )
A.1个小黑点表示一个电子
B.He的基态原子两个电子的电子云也是与此大小相同的球形
C.如果电子发生跃迁,有可能电子云形状变成哑铃状
D.小黑点密集的地方表示电子在该区域出现的概率小
C
解析 在电子云图中,小黑点并不代表电子,A错误;He的基态原子为1s2,所以电子云形状相同,但是电子能量不相同,电子云的大小不相同,B错误;如果氢原子的电子发生了跃迁,进入了其他能级,如p能级,则电子云的形状将变成哑铃状,C正确;小黑点代表电子在核外空间区域内出现的概率,小黑点密集的地方表示电子在该区域出现的概率大,D错误。
2.如图所示,甲、乙分别是1s电子的概率密度分布图和电子云轮廓图。下列说法正确的是( )
A.图甲中每个小点表示1个电子
B.图乙表明1s电子的电子云轮廓图呈球形,
球体有无数条对称轴
C.图乙表示1s电子只能在球体内出现
D.不同能层的s电子的电子云轮廓图的半径相等
B
解析 电子云中小点的疏密程度描述的是电子在原子核外空间出现的概率大小,而非每个小点表示1个电子,A项错误;1s电子的电子云轮廓图为球形,球体代表1s电子在原子核外空间出现概率P=90%的区域,该区域外仍会有电子出现,但电子出现的概率较小,C项错误;能级类别相同,能层越高,电子能量越高,电子云轮廓图的半径或平均半径越大,D项错误。
视角2原子轨道形状和数目
3.下列叙述中,正确的是( )
A.s、p、d能级所含有的原子轨道数分别为1、3、5
B.各电子层的能级都是从s能级开始,到f能级结束
C.不同的电子层所含的s能级的原子轨道数是不同的
D.各电子层含有的原子轨道数为2n2
A
解析 每个能层上所有的能级数与能层序数相等,每个能层所包含的原子轨道数等于该层各能级的轨道数之和,即是能层序数的平方(n2)。
4.图甲和图乙分别是电子云图、原子轨道图,则有关的说法中正确的是( )
A.电子云图就是原子轨道图
B.3p2表示3p能级中有两个轨道
C.由图乙可知s轨道呈圆形,有无数条对称轴
D.p能级最多可排6个电子
甲
乙
D
解析 A项,原子轨道图对应电子云轮廓图,圈出的是电子在原子核外空间出现概率为90%的空间,错误;B项,3p2表示3p能级中有两个电子,错误;C项,s轨道呈球形而不是圆形,错误。
【变式设问】
(1)2px、2py、2pz的电子云形状和大小相同吗
(2)3px所代表的含义是什么
(3)下列能级含有7个原子轨道的是 (填序号)。
①7s ②7d ③5f ④7p
答案 相同。
答案 第三能层沿x轴方向伸展的p轨道。
答案 ③
视角3不同轨道的能量高低
5.比较下列多电子原子的原子轨道的能量高低(填“>”“<”或“=”)。
(1)1s 3s;
(2)3s 3d;
(3)3px 3pz;
(4)3p 3s。
答案 (1)< (2)< (3)= (4)>
解析
探究二 核外电子排布规律及其表达方式
情境探究
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:1s22s22p63s23p64s24p4
⑤Fe:1s22s22p63s23p63d64s2
⑥Mg2+:1s22s22p6
答案 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 (填字母)。
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平行,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。
方法突破
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.轨道表示式中各部分的含义(以Si原子为例)
3.洪特规则特例
简并轨道上的电子排布处于全充满、半充满和全空状态时,体系的能量较低,原子较稳定。
(1)绝大多数原子的电子排布只要遵循构造原理,就符合能量最低原理。
(2)Cr、Cu、Ag、Au等少数原子的电子排布虽然不遵循构造原理,但是符合能量最低原理。 半充满
如基态24Cr原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s1,易错写为1s22s22p63s23p63d44s2;基态29Cu原子的电子排布式为[Ar]3d104s1,易错写为[Ar]3d94s2。
全充满
名师点拨 (1)基态原子的能量最低,故基态原子的电子排布是能量最低的原子轨道组合。
(2)原子能量的影响因素
(3)基态原子的核外电子排布遵循泡利原理、洪特规则和能量最低原理。
应用体验
视角1电子排布的轨道表示式
1.[2023四川成都高二检测]下列各项叙述错误的是( )
A.如果硫原子轨道表示式为 ,则违反了泡利原理
B.如果25号Mn元素的基态电子排布式为1s22s22p63s23p63d7,则违反了能量最低原理
C.氮原子的轨道表示式为 ,符合洪特规则和泡利原理
D.基态原子的核外电子排布遵循泡利原理、洪特规则、能量最低原理
A
解析 所画的轨道表示式中3p能级,在简并轨道(相同能层、能级上的各个轨道)上排布的电子将尽可能分占不同的轨道,且自旋平行,违背了洪特规则,故A错误;因为4s轨道能量比3d轨道能量还低,所以25号Mn元素的基态电子排布式应该为1s22s22p63s23p63d54s2,故B正确;氮原子的轨道表示式为 ,符合洪特规则和泡利原理,故C正确;泡利原理、洪特规则、构造原理都是对核外电子排布满足能量最低的要求,故D正确。
2.下列有关电子排布式、原子结构示意图以及电子轨道表示式正确的是
( )
A.Ni的电子排布式为[Ar]3d94s1
D
解析 Ni的电子排布式应为[Ar]3d84s2,A错误;根据洪特规则,As的4p轨道的三个电子应该分占不同轨道,且自旋平行,B错误;根据铁的电子排布式1s22s22p63s23p63d64s2可知铁的原子结构示意图为 ,C错误;Mn的价层电子排布式为3d54s2,由于原子失去电子时先失最外层电子,所以Mn2+的价层电子排布为3d5,轨道表示式为 ,D正确。
视角2未成对电子数及空间运动状态的判断
3.下列微粒中,最外层未成对电子数最多的是( )
A.O B.F
C.Mn D.Fe3+
D
解析 O的最外层电子排布式为2s22p4,2p能级上有2个未成对电子;F的最外层电子排布式为2s22p5,2p能级上有1个未成对电子;Mn的最外层电子排布式为4s2,最外层未成对电子数为0;Fe3+的最外层电子排布式为3s23p63d5,3d能级上有5个未成对电子。根据分析可以知道最外层未成对电子数最多的是Fe3+,D正确。
4.[2023安徽安庆一中期中]氧元素基态原子核外未成对电子数为 ;第三周期中有2个未成对电子的元素符号为 (填一种即可),M层上有2对成对电子的原子最外层共有 种不同运动状态的电子。
答案 2 Si(或S) 6
解析 O原子核外有8个电子,其基态原子核外电子排布式为1s22s22p4,故其核外未成对电子数是2。第三周期中有2个未成对电子的元素的价层电子排布式为3s23p2或3s23p4,核外电子数为14或16,元素符号为Si或S。M层上有2对成对电子的原子的电子排布式为1s22s22p63s23p4,最外层有6个电子,每个电子的运动状态都不相同,所以最外层共有6种不同运动状态的电子。
【变式设问】
(1)第三周期M层上有两对成对电子的元素符号为 ,其最外层电子轨道表示式为 。
(2)基态S原子核外有几种不同的空间运动状态
答案 9种。
答案 S
归纳总结 一个原子中不可能存在运动状态完全相同的2个电子。
注意与“空间运动状态”的区分,如在同一个原子轨道里的2个电子,它们的空间运动状态是相同的。
本 课 结 束
第一章
第一节 第三课时 电子云与原子轨道 泡利原理、洪特规则、能量最低原理
素 养 目 标
1.通过原子轨道和电子云模型来描述电子的运动状态(空间分布及能量),辨识微观粒子运动状态不同于宏观物体运动状态,建立对原子结构的模型认知。
2.认识基态原子中核外电子的排布遵循能量最低原理、泡利不相容原理和洪特规则,通过书写1~36号元素基态原子的核外电子排布式和轨道表示式,形成证据推理与模型认知的化学核心素养。
基础落实·必备知识全过关
重难探究·能力素养全提升
目录索引
基础落实·必备知识全过关
一、电子云与原子轨道
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 不同,可以算出它们的
分布。用P表示电子在某处出现的 ,V表示该处的体积,则 称为 ,用ρ表示。
概率
概率密度
概率
概率密度
2.电子云
(1)定义:电子云是处于 的电子在原子核外空间的
分布的形象化描述。
一定是立体的,而非平面的
(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 ,表示 越大。
(3)形状
一定空间运动状态
概率密度
密
概率密度
球形
哑铃状
3
3.原子轨道
(1)定义:量子力学把电子在原子核外的一个 称为一个原子轨道。
(2)形状与取向
①s电子的原子轨道呈 形,能层序数越大,原子轨道的半径越 。
②p电子的原子轨道呈 状,能层序数越大,原子轨道的半径越大。
空间运动状态
球
大
哑铃
(3)能级与原子轨道数目的关系
能级符号 ns np nd nf
轨道数目
1
3
5
7
二、泡利原理、洪特规则、能量最低原理
“二原理一规则”,它们并不孤立,是相互联系、相互制约的
1.泡利原理
(1)电子的自旋:电子除空间运动状态外,还有一种状态叫做自旋。电子自旋在空间有 两种取向,常用上下箭头(“↑”和“↓”)表示 的电子。
(2)泡利原理:在一个原子轨道里,最多只能容纳 个电子,而且它们的自旋 ,这个原理被称为泡利原理,也称泡利不相容原理。
顺时针和逆时针
自旋相反
2
相反
2.电子排布的轨道表示式
在轨道表示式中,用 (也可用 )表示原子轨道,如氧的基态原子的轨道表示式为 。
(1)简并轨道: 。
(2)电子对: 。
表示为“↑↓”
表示为“↑”或“↓”
(3)单电子(或未成对电子): 。
(4)自旋平行: 。
方框
圆圈
O
能量相同的原子轨道
同一原子轨道中,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
简并轨道中箭头同向的单电子
3.洪特规则
基态原子,填入简并轨道的电子总是 ,称为洪特规则。
4.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。
先单独分占,而且自旋平行
教材拓展
基态氢原子的电子云图
电子处在2p轨道的电子云图
思考:
(1)宏观物体和微观粒子的运动有何区别
(2)如果电子发生跃迁,球形电子云形状会变成哑铃形吗
提示 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动的速度;可以描绘它们的运动轨迹。
微观粒子(电子)的运动特征;①相对于原子和电子的体积而言,电子运动的空间很大;②电子运动的速度很快,不能准确测出其位置与速度。
提示 会,例如从1s能级跃迁到2p能级。
易错辨析1
(1)所有原子的电子云均为球形。( )
提示 只有s能级中电子的电子云为球形。
(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)能层序数越大,s电子云的半径越大。( )
×
√
√
教材拓展
电子的两种自旋状态
金属阳离子含未成对电子越多,磁性越强,说明未成对电子自旋产生的磁性可能是影响物质磁性的重要因素。
思考:原子中运动的电子有两种相反的自旋状态,若一种自旋状态用+ 表示,与之相反的用- 表示,称为电子的自旋磁量子数。对于基态的磷原子,其价层电子自旋磁量子数的代数和为多少
提示 基态磷原子的价层电子排布式为3s23p3,其中3s轨道的2个电子自旋状态相反,自旋磁量子数的代数和为0;3p轨道3个电子自旋平行,基态磷原子的价层电子自旋磁量子数的代数和为 。
易错辨析2
(1)基态硼原子的轨道表示式为 。( )
提示 违背了泡利原理,2s轨道上的2个电子应自旋方向相反。
(2)某原子核外电子排布为ns2np7,它违背了能量最低原理。( )
提示 违背了泡利原理,每个轨道最多可容纳2个电子,p轨道最多容纳6个电子。
(3)硫的基态原子核外有2个未成对电子。( )
×
×
√
重难探究·能力素养全提升
探究一 电子云和原子轨道
情境探究
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。
电子云轮廓图的绘制过程
(1)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
(2)电子在原子核外出现的概率有什么规律
(3)s能级和p能级的原子轨道存在哪些方面的差异
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。
提示 离核越近,电子出现的概率越大,电子云越密集。
提示 轨道形状、数目、最多容纳的电子数均不同。
(4)不同能层中的s轨道(或p轨道)电子云轮廓图分别相同吗 能量分别相同吗
(5)基态原子的核外电子填充在6个轨道中的元素有几种 填充在7个轨道的元素有几种
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,能层序数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)
方法突破
原子轨道的比较
应用体验
视角1对电子云概念的理解
1.[2023湖南长沙高二检测]基态氢原子的电子云图为球形(如图),下列有关说法中正确的是( )
A.1个小黑点表示一个电子
B.He的基态原子两个电子的电子云也是与此大小相同的球形
C.如果电子发生跃迁,有可能电子云形状变成哑铃状
D.小黑点密集的地方表示电子在该区域出现的概率小
C
解析 在电子云图中,小黑点并不代表电子,A错误;He的基态原子为1s2,所以电子云形状相同,但是电子能量不相同,电子云的大小不相同,B错误;如果氢原子的电子发生了跃迁,进入了其他能级,如p能级,则电子云的形状将变成哑铃状,C正确;小黑点代表电子在核外空间区域内出现的概率,小黑点密集的地方表示电子在该区域出现的概率大,D错误。
2.如图所示,甲、乙分别是1s电子的概率密度分布图和电子云轮廓图。下列说法正确的是( )
A.图甲中每个小点表示1个电子
B.图乙表明1s电子的电子云轮廓图呈球形,
球体有无数条对称轴
C.图乙表示1s电子只能在球体内出现
D.不同能层的s电子的电子云轮廓图的半径相等
B
解析 电子云中小点的疏密程度描述的是电子在原子核外空间出现的概率大小,而非每个小点表示1个电子,A项错误;1s电子的电子云轮廓图为球形,球体代表1s电子在原子核外空间出现概率P=90%的区域,该区域外仍会有电子出现,但电子出现的概率较小,C项错误;能级类别相同,能层越高,电子能量越高,电子云轮廓图的半径或平均半径越大,D项错误。
视角2原子轨道形状和数目
3.下列叙述中,正确的是( )
A.s、p、d能级所含有的原子轨道数分别为1、3、5
B.各电子层的能级都是从s能级开始,到f能级结束
C.不同的电子层所含的s能级的原子轨道数是不同的
D.各电子层含有的原子轨道数为2n2
A
解析 每个能层上所有的能级数与能层序数相等,每个能层所包含的原子轨道数等于该层各能级的轨道数之和,即是能层序数的平方(n2)。
4.图甲和图乙分别是电子云图、原子轨道图,则有关的说法中正确的是( )
A.电子云图就是原子轨道图
B.3p2表示3p能级中有两个轨道
C.由图乙可知s轨道呈圆形,有无数条对称轴
D.p能级最多可排6个电子
甲
乙
D
解析 A项,原子轨道图对应电子云轮廓图,圈出的是电子在原子核外空间出现概率为90%的空间,错误;B项,3p2表示3p能级中有两个电子,错误;C项,s轨道呈球形而不是圆形,错误。
【变式设问】
(1)2px、2py、2pz的电子云形状和大小相同吗
(2)3px所代表的含义是什么
(3)下列能级含有7个原子轨道的是 (填序号)。
①7s ②7d ③5f ④7p
答案 相同。
答案 第三能层沿x轴方向伸展的p轨道。
答案 ③
视角3不同轨道的能量高低
5.比较下列多电子原子的原子轨道的能量高低(填“>”“<”或“=”)。
(1)1s 3s;
(2)3s 3d;
(3)3px 3pz;
(4)3p 3s。
答案 (1)< (2)< (3)= (4)>
解析
探究二 核外电子排布规律及其表达方式
情境探究
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:1s22s22p63s23p64s24p4
⑤Fe:1s22s22p63s23p63d64s2
⑥Mg2+:1s22s22p6
答案 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 (填字母)。
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平行,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。
方法突破
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.轨道表示式中各部分的含义(以Si原子为例)
3.洪特规则特例
简并轨道上的电子排布处于全充满、半充满和全空状态时,体系的能量较低,原子较稳定。
(1)绝大多数原子的电子排布只要遵循构造原理,就符合能量最低原理。
(2)Cr、Cu、Ag、Au等少数原子的电子排布虽然不遵循构造原理,但是符合能量最低原理。 半充满
如基态24Cr原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s1,易错写为1s22s22p63s23p63d44s2;基态29Cu原子的电子排布式为[Ar]3d104s1,易错写为[Ar]3d94s2。
全充满
名师点拨 (1)基态原子的能量最低,故基态原子的电子排布是能量最低的原子轨道组合。
(2)原子能量的影响因素
(3)基态原子的核外电子排布遵循泡利原理、洪特规则和能量最低原理。
应用体验
视角1电子排布的轨道表示式
1.[2023四川成都高二检测]下列各项叙述错误的是( )
A.如果硫原子轨道表示式为 ,则违反了泡利原理
B.如果25号Mn元素的基态电子排布式为1s22s22p63s23p63d7,则违反了能量最低原理
C.氮原子的轨道表示式为 ,符合洪特规则和泡利原理
D.基态原子的核外电子排布遵循泡利原理、洪特规则、能量最低原理
A
解析 所画的轨道表示式中3p能级,在简并轨道(相同能层、能级上的各个轨道)上排布的电子将尽可能分占不同的轨道,且自旋平行,违背了洪特规则,故A错误;因为4s轨道能量比3d轨道能量还低,所以25号Mn元素的基态电子排布式应该为1s22s22p63s23p63d54s2,故B正确;氮原子的轨道表示式为 ,符合洪特规则和泡利原理,故C正确;泡利原理、洪特规则、构造原理都是对核外电子排布满足能量最低的要求,故D正确。
2.下列有关电子排布式、原子结构示意图以及电子轨道表示式正确的是
( )
A.Ni的电子排布式为[Ar]3d94s1
D
解析 Ni的电子排布式应为[Ar]3d84s2,A错误;根据洪特规则,As的4p轨道的三个电子应该分占不同轨道,且自旋平行,B错误;根据铁的电子排布式1s22s22p63s23p63d64s2可知铁的原子结构示意图为 ,C错误;Mn的价层电子排布式为3d54s2,由于原子失去电子时先失最外层电子,所以Mn2+的价层电子排布为3d5,轨道表示式为 ,D正确。
视角2未成对电子数及空间运动状态的判断
3.下列微粒中,最外层未成对电子数最多的是( )
A.O B.F
C.Mn D.Fe3+
D
解析 O的最外层电子排布式为2s22p4,2p能级上有2个未成对电子;F的最外层电子排布式为2s22p5,2p能级上有1个未成对电子;Mn的最外层电子排布式为4s2,最外层未成对电子数为0;Fe3+的最外层电子排布式为3s23p63d5,3d能级上有5个未成对电子。根据分析可以知道最外层未成对电子数最多的是Fe3+,D正确。
4.[2023安徽安庆一中期中]氧元素基态原子核外未成对电子数为 ;第三周期中有2个未成对电子的元素符号为 (填一种即可),M层上有2对成对电子的原子最外层共有 种不同运动状态的电子。
答案 2 Si(或S) 6
解析 O原子核外有8个电子,其基态原子核外电子排布式为1s22s22p4,故其核外未成对电子数是2。第三周期中有2个未成对电子的元素的价层电子排布式为3s23p2或3s23p4,核外电子数为14或16,元素符号为Si或S。M层上有2对成对电子的原子的电子排布式为1s22s22p63s23p4,最外层有6个电子,每个电子的运动状态都不相同,所以最外层共有6种不同运动状态的电子。
【变式设问】
(1)第三周期M层上有两对成对电子的元素符号为 ,其最外层电子轨道表示式为 。
(2)基态S原子核外有几种不同的空间运动状态
答案 9种。
答案 S
归纳总结 一个原子中不可能存在运动状态完全相同的2个电子。
注意与“空间运动状态”的区分,如在同一个原子轨道里的2个电子,它们的空间运动状态是相同的。
本 课 结 束