《学霸笔记 同步精讲》第1章 原子结构与性质 第1节 第2课时 原子轨道 泡利原理 洪特规则 能量最低原理（课件）高中化学人教版选择性必修2
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| 名称 | 《学霸笔记 同步精讲》第1章 原子结构与性质 第1节 第2课时 原子轨道 泡利原理 洪特规则 能量最低原理（课件）高中化学人教版选择性必修2 |
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| 格式 | pptx | ||
| 文件大小 | 2.6MB | ||
| 资源类型 | 试卷 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 化学 | ||
| 更新时间 | 2026-03-05 00:00:00 | ||
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文档简介
(共39张PPT)
第2课时 原子轨道 泡利原理、
洪特规则、能量最低原理
第一章
2026
内容索引
01
02
03
自主预习·新知导学
合作探究·释疑解惑
课 堂 小 结
课标定位 素养阐释
1.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。
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。学会书写1~36号元素基态原子核外电子排布的轨道表示式。
3.通过辨识电子云、原子轨道等概念,探析微观粒子运动与宏观物体运动的异同。
4.结合核外电子排布规律,能论证不同原子核外电子排布与排布规律的关系。
自主预习·新知导学
一、电子云与原子轨道
1.电子云
(1)概率密度:
①含义: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。
②计算公式:ρ= 。
(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。即电子云是处于一定空间运动状态的电子在核外空间的概率密度分布的形象化描述。
①小点越密,表示概率密度越大。
②电子云轮廓图的形状:
s电子云轮廓图呈球形:
p电子云轮廓图呈哑铃状:
2.原子轨道
(1)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。
(2)不同能层的能级、原子轨道:
二、泡利原理、洪特规则、能量最低原理
1.电子自旋与泡利原理
(1)电子自旋:
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。
(2)泡利原理: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)。
2.电子排布的轨道表示式
轨道表示式(又称电子排布图)是表述电子排布的一种图式,如基态硫原子的轨道表示式为____________________________。
注:本书中如不特别说明,原子或离子的轨道表示式都表示基态原子或离子的轨道表示式。
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。如氮原子、氟原子的电子排布图:
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,这就是能量最低原理。
【自主思考1】 绘制电子云轮廓图的目的是什么
提示: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。
【自主思考2】 电子排布的轨道表示式(又称电子排布图)中方框(或圆圈)以及箭头(“↑”和“↓”)表示什么意义 “↑↓”与“↑”或“↓”的意义相同吗
提示:方框(或圆圈)表示原子轨道,箭头(“↑”和“↓”)表示一种自旋状态的电子。不相同;“↑↓”表示电子对,“↑”或“↓”表示单电子(或未成对电子)。
【效果自测】
1.判断正误,正确的画“√”,错误的画“×”。
(1)氢原子电子云的一个小点表示一个电子。( )
(2)同一原子中,2p、3p、4p能级的轨道数依次增多。( )
(3)2p轨道和3p轨道的形状均为哑铃形,能量也相等。( )
(4)2s的电子云比1s的电子云更弥散,说明2s的电子云中的电子比1s的电子云中的电子多。( )
(5)铁元素基态原子的电子排布式为1s22s22p63s23p64s23d6。( )
(6)Cr的基态原子的简化电子排布式为[Ar]3d44s2。( )
(7)磷元素基态原子的电子排布图为 。( )
(8)22Ti的电子排布式1s22s22p63s23p10违反了能量最低原理。( )
×
×
×
×
×
×
×
×
A.能量最低原理
B.泡利原理
C.构造原理
D.洪特规则
答案:D
解析:洪特规则表明,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。
3.(1)下图是s能级和p能级的电子云轮廓图,试回答下列问题:
①s电子的原子轨道呈 形,每个s能级有 个原子轨道;p电子的原子轨道呈 形,每个p能级有 个原子轨道。
②元素X的原子最外层电子排布式为nsnnpn+1,原子中能量最高的是 电子,其电子云在空间有 方向。
(2)下列基态原子或离子的电子排布表示方法中,正确的是 ,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
答案:(1)①球 1 哑铃 3 ②2p 三个互相垂直的伸展
(2)①④⑤ ② ③⑥ ⑥
解析:(1)①ns能级各有1个轨道,np能级各有3个轨道,s电子的原子轨道都是球形的,p电子的原子轨道都是哑铃形的,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。②因为元素X的原子最外层电子排布式为nsnnpn+1,np轨道已排上电子,说明ns轨道已排满电子,即n=2,则元素X的原子核外电子排布式为1s22s22p3,则原子中能量最高的是2p电子,其电子云在空间有三个互相垂直的伸展方向。
(2)根据核外电子排布规律可知,②中错误在于电子排完2s轨道后应排2p轨道,而不是3p轨道,正确的应为1s22s22p6。
合作探究·释疑解惑
【问题引领】
探究任务1
建立电子云与原子轨道的思维模型
观察电子云图,结合电子云和原子轨道的知识,回答下列问题:
1.电子在原子核外出现的概率密度有什么规律
提示:离核越近,电子出现的概率密度越大,电子云越密集。如2s电子云比1s电子云更弥散。
2.不同能层的字母代号相同的能级,原子轨道形状是否完全相同
提示:不同能层的字母代号相同的能级,原子轨道形状相似,但不完全相同。能级序数n越大,电子的能量越高,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)【归纳提升】
1.宏观物体的运动与微观电子的运动对比
(1)宏观物体的运动有确定的运动轨迹,可以准确测出其在某一时刻所处的位置及运动的速度,描绘出其运动轨迹。
(2)微观粒子质量小、运动空间小、运动速度大,不能同时准确测出其位置与速度,所以对于核外电子只能确定其在原子核外各处出现的概率。
①电子云图中的小点并不代表电子,小点的数目也不代表电子真实出现的次数。
②由氢原子的1s电子在原子核外出现的概率密度分布图可知,在离原子核越近的空间电子出现的概率密度越大;电子云的外围形状具有不规则性。
③电子云图很难绘制,使用不方便,故常使用电子云轮廓图。
2.原子轨道
3.能层、能级、原子轨道和所能容纳的最多电子数之间的关系
【典型例题】
【例题1】 下列有关原子核外电子的能量与运动状态的说法正确的是( )。
A.在同一原子中,2p、3p、4p……能级的原子轨道数依次增多
B.在同一能级上运动的电子,其能量一定相同
C.在同一能级上运动的电子,其运动状态有可能相同
D.在同一原子中,1s、2s、3s、4s……能级的原子轨道的平均半径相同
答案:B
解析:在同一原子中,任一能层的p能级都有三个互相垂直的原子轨道,A项错误;决定电子能量的是能层和能级,也就是说,处于同一能层相同能级上的电子,即使处在不同的原子轨道上,其能量也是相同的,B项正确;同一原子中没有运动状态完全相同的两个电子,C项错误;虽然s能级的原子轨道的形状都是球形,但按照1s、2s、3s、4s……的顺序,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,原子轨道的平均半径逐渐增大,D项错误。
【变式训练1】 如图是s能级和p能级的电子云轮廓图,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能级的原子轨道半径与能层序数有关
D.钠原子的电子在11个原子轨道上高速运动
答案:C
解析:s轨道为球形,p轨道为哑铃形,A项错误;每个p能级只有3个原子轨道,B项错误;能层序数越小,s能级的原子轨道半径越小,C项正确;钠原子的电子在6个原子轨道上高速运动,D项错误。
【问题引领】
探究任务2
核外电子排布的表示方法
1.请你写出硅原子的原子结构示意图、电子排布式、轨道表示式(电子排布图),比较哪一种表示方法更能反映硅原子的核外电子排布情况。
提示:
2.下列轨道表示式中哪个是C原子的 泡利原理和洪特规则有何区别
提示:A;B中电子排布不符合洪特规则。泡利原理:在一个原子轨道里,最多只能容纳2个电子,而且它们的自旋相反;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。
3.以下分别是两个原子的2p能级和3d能级的电子排布情况,试分析有无错误;若有,违反了什么原则
提示:A错误,违反了洪特规则;B错误,违反了泡利原理。
4.下列轨道表示式所表示的元素原子中哪种排布的能量处于最低状态 为什么
提示:④。①③违反了能量最低原理, ②违反了洪特规则。
【归纳提升】
1.核外电子排布的表示方法
特别提醒
(1)在原子结构示意图、电子排布式、轨道表示式、电子式四种表示核外电子排布的方法中,电子排布图最能反映电子的排布情况。(2)要注意四种核外电子排布方法的联系,特别是与比较熟悉的原子结构示意图去相互印证。
2.洪特规则特例
当能量相同的原子轨道在全满(p6、d10、f14)、半满(p3、d5、f7)和全空(p0、d0、f0)状态时,体系的能量最低,如:24Cr的电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s1。
【典型例题】
【例题2】 下列关于钠元素的几种表达式错误的是( )。
C.Na的电子排布式:1s22s22p53s2
D.Na的简化电子排布式:[Ne]3s1
答案:C
解析:基态Na原子的电子排布式为1s22s22p63s1,C项错误。
方法技巧
(1)当出现d轨道时,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)注意比较原子核外电子排布式、简化电子排布式、原子价层电子排布式的区别与联系。如Cu的电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s1;简化电子排布式为[Ar]3d104s1;价层电子排布式为3d104s1。
【变式训练2】 下列有关核外电子排布的式子不正确的是( )。
A.25Mn的电子排布式:1s22s22p63s23p63d54s2
B.Mg原子的简化电子排布式:[Ne]3s2
答案:D
课 堂 小 结
第2课时 原子轨道 泡利原理、
洪特规则、能量最低原理
第一章
2026
内容索引
01
02
03
自主预习·新知导学
合作探究·释疑解惑
课 堂 小 结
课标定位 素养阐释
1.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。
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。学会书写1~36号元素基态原子核外电子排布的轨道表示式。
3.通过辨识电子云、原子轨道等概念,探析微观粒子运动与宏观物体运动的异同。
4.结合核外电子排布规律,能论证不同原子核外电子排布与排布规律的关系。
自主预习·新知导学
一、电子云与原子轨道
1.电子云
(1)概率密度:
①含义: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。
②计算公式:ρ= 。
(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。即电子云是处于一定空间运动状态的电子在核外空间的概率密度分布的形象化描述。
①小点越密,表示概率密度越大。
②电子云轮廓图的形状:
s电子云轮廓图呈球形:
p电子云轮廓图呈哑铃状:
2.原子轨道
(1)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。
(2)不同能层的能级、原子轨道:
二、泡利原理、洪特规则、能量最低原理
1.电子自旋与泡利原理
(1)电子自旋:
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。
(2)泡利原理: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)。
2.电子排布的轨道表示式
轨道表示式(又称电子排布图)是表述电子排布的一种图式,如基态硫原子的轨道表示式为____________________________。
注:本书中如不特别说明,原子或离子的轨道表示式都表示基态原子或离子的轨道表示式。
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。如氮原子、氟原子的电子排布图:
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,这就是能量最低原理。
【自主思考1】 绘制电子云轮廓图的目的是什么
提示: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。
【自主思考2】 电子排布的轨道表示式(又称电子排布图)中方框(或圆圈)以及箭头(“↑”和“↓”)表示什么意义 “↑↓”与“↑”或“↓”的意义相同吗
提示:方框(或圆圈)表示原子轨道,箭头(“↑”和“↓”)表示一种自旋状态的电子。不相同;“↑↓”表示电子对,“↑”或“↓”表示单电子(或未成对电子)。
【效果自测】
1.判断正误,正确的画“√”,错误的画“×”。
(1)氢原子电子云的一个小点表示一个电子。( )
(2)同一原子中,2p、3p、4p能级的轨道数依次增多。( )
(3)2p轨道和3p轨道的形状均为哑铃形,能量也相等。( )
(4)2s的电子云比1s的电子云更弥散,说明2s的电子云中的电子比1s的电子云中的电子多。( )
(5)铁元素基态原子的电子排布式为1s22s22p63s23p64s23d6。( )
(6)Cr的基态原子的简化电子排布式为[Ar]3d44s2。( )
(7)磷元素基态原子的电子排布图为 。( )
(8)22Ti的电子排布式1s22s22p63s23p10违反了能量最低原理。( )
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A.能量最低原理
B.泡利原理
C.构造原理
D.洪特规则
答案:D
解析:洪特规则表明,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。
3.(1)下图是s能级和p能级的电子云轮廓图,试回答下列问题:
①s电子的原子轨道呈 形,每个s能级有 个原子轨道;p电子的原子轨道呈 形,每个p能级有 个原子轨道。
②元素X的原子最外层电子排布式为nsnnpn+1,原子中能量最高的是 电子,其电子云在空间有 方向。
(2)下列基态原子或离子的电子排布表示方法中,正确的是 ,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
答案:(1)①球 1 哑铃 3 ②2p 三个互相垂直的伸展
(2)①④⑤ ② ③⑥ ⑥
解析:(1)①ns能级各有1个轨道,np能级各有3个轨道,s电子的原子轨道都是球形的,p电子的原子轨道都是哑铃形的,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。②因为元素X的原子最外层电子排布式为nsnnpn+1,np轨道已排上电子,说明ns轨道已排满电子,即n=2,则元素X的原子核外电子排布式为1s22s22p3,则原子中能量最高的是2p电子,其电子云在空间有三个互相垂直的伸展方向。
(2)根据核外电子排布规律可知,②中错误在于电子排完2s轨道后应排2p轨道,而不是3p轨道,正确的应为1s22s22p6。
合作探究·释疑解惑
【问题引领】
探究任务1
建立电子云与原子轨道的思维模型
观察电子云图,结合电子云和原子轨道的知识,回答下列问题:
1.电子在原子核外出现的概率密度有什么规律
提示:离核越近,电子出现的概率密度越大,电子云越密集。如2s电子云比1s电子云更弥散。
2.不同能层的字母代号相同的能级,原子轨道形状是否完全相同
提示:不同能层的字母代号相同的能级,原子轨道形状相似,但不完全相同。能级序数n越大,电子的能量越高,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.宏观物体的运动与微观电子的运动对比
(1)宏观物体的运动有确定的运动轨迹,可以准确测出其在某一时刻所处的位置及运动的速度,描绘出其运动轨迹。
(2)微观粒子质量小、运动空间小、运动速度大,不能同时准确测出其位置与速度,所以对于核外电子只能确定其在原子核外各处出现的概率。
①电子云图中的小点并不代表电子,小点的数目也不代表电子真实出现的次数。
②由氢原子的1s电子在原子核外出现的概率密度分布图可知,在离原子核越近的空间电子出现的概率密度越大;电子云的外围形状具有不规则性。
③电子云图很难绘制,使用不方便,故常使用电子云轮廓图。
2.原子轨道
3.能层、能级、原子轨道和所能容纳的最多电子数之间的关系
【典型例题】
【例题1】 下列有关原子核外电子的能量与运动状态的说法正确的是( )。
A.在同一原子中,2p、3p、4p……能级的原子轨道数依次增多
B.在同一能级上运动的电子,其能量一定相同
C.在同一能级上运动的电子,其运动状态有可能相同
D.在同一原子中,1s、2s、3s、4s……能级的原子轨道的平均半径相同
答案:B
解析:在同一原子中,任一能层的p能级都有三个互相垂直的原子轨道,A项错误;决定电子能量的是能层和能级,也就是说,处于同一能层相同能级上的电子,即使处在不同的原子轨道上,其能量也是相同的,B项正确;同一原子中没有运动状态完全相同的两个电子,C项错误;虽然s能级的原子轨道的形状都是球形,但按照1s、2s、3s、4s……的顺序,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,原子轨道的平均半径逐渐增大,D项错误。
【变式训练1】 如图是s能级和p能级的电子云轮廓图,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能级的原子轨道半径与能层序数有关
D.钠原子的电子在11个原子轨道上高速运动
答案:C
解析:s轨道为球形,p轨道为哑铃形,A项错误;每个p能级只有3个原子轨道,B项错误;能层序数越小,s能级的原子轨道半径越小,C项正确;钠原子的电子在6个原子轨道上高速运动,D项错误。
【问题引领】
探究任务2
核外电子排布的表示方法
1.请你写出硅原子的原子结构示意图、电子排布式、轨道表示式(电子排布图),比较哪一种表示方法更能反映硅原子的核外电子排布情况。
提示:
2.下列轨道表示式中哪个是C原子的 泡利原理和洪特规则有何区别
提示:A;B中电子排布不符合洪特规则。泡利原理:在一个原子轨道里,最多只能容纳2个电子,而且它们的自旋相反;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。
3.以下分别是两个原子的2p能级和3d能级的电子排布情况,试分析有无错误;若有,违反了什么原则
提示:A错误,违反了洪特规则;B错误,违反了泡利原理。
4.下列轨道表示式所表示的元素原子中哪种排布的能量处于最低状态 为什么
提示:④。①③违反了能量最低原理, ②违反了洪特规则。
【归纳提升】
1.核外电子排布的表示方法
特别提醒
(1)在原子结构示意图、电子排布式、轨道表示式、电子式四种表示核外电子排布的方法中,电子排布图最能反映电子的排布情况。(2)要注意四种核外电子排布方法的联系,特别是与比较熟悉的原子结构示意图去相互印证。
2.洪特规则特例
当能量相同的原子轨道在全满(p6、d10、f14)、半满(p3、d5、f7)和全空(p0、d0、f0)状态时,体系的能量最低,如:24Cr的电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s1。
【典型例题】
【例题2】 下列关于钠元素的几种表达式错误的是( )。
C.Na的电子排布式:1s22s22p53s2
D.Na的简化电子排布式:[Ne]3s1
答案:C
解析:基态Na原子的电子排布式为1s22s22p63s1,C项错误。
方法技巧
(1)当出现d轨道时,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)注意比较原子核外电子排布式、简化电子排布式、原子价层电子排布式的区别与联系。如Cu的电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s1;简化电子排布式为[Ar]3d104s1;价层电子排布式为3d104s1。
【变式训练2】 下列有关核外电子排布的式子不正确的是( )。
A.25Mn的电子排布式:1s22s22p63s23p63d54s2
B.Mg原子的简化电子排布式:[Ne]3s2
答案:D
课 堂 小 结