高中化学 第一章第一节 第2课时 原子核外电子排布所遵循的原理 原子轨道教案 新人教版选修3.docx

高中化学 第一章第一节 第2课时 原子核外电子排布所遵循的原理 原子轨道教案 新人教版选修3.docx

《高中化学 第一章第一节 第2课时 原子核外电子排布所遵循的原理 原子轨道教案 新人教版选修3.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高中化学 第一章第一节 第2课时 原子核外电子排布所遵循的原理 原子轨道教案 新人教版选修3.docx（15页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

高中化学第一章第一节第2课时原子核外电子排布所遵循的原理原子轨道教案新人教版选修3

原子核外电子排布所遵循的原理　原子轨道

[明确学习目标]　1.了解能量最低原理，知道基态与激发态及原子核外电子在一定条件下会发生跃迁产生原子光谱。

2.了解原子核外电子的运动状态；知道电子云和原子轨道；掌握泡利原理和洪特规则；掌握1～36号元素的原子核外电子排布式和电子排布图。

学生自主学习

一、能量最低原理、基态与激发态

1．能量最低原理

原子的电子排布遵循

构造原理能使整个原子的能量处于

最低状态。

2．基态与激发态

基态原子：

处于

最低能量的原子叫做基态原子。

激发态原子：

基态原子的电子

吸收能量后，电子会跃迁到

较高能级，变为激发态原子。

电子从

较高能量的激发态跃迁到

较低能量的激发态乃至基态时，将

释放能量。

基态原子

激发态原子。

3．原子光谱

不同元素的原子发生跃迁时会吸收或释放不同的光，可以用光谱仪摄取各种元素的电子的

吸收光谱或

发射光谱，总称原子光谱。

二、电子云和原子轨道

1．电子云

（1）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）电子云轮廓图

①将电子在原子核外空间出现的概率

P＝90%的空间圈出来，制作电子云的轮廓图，便可描绘电子云的形状。

②s电子、p电子的电子云轮廓图

所有原子的任一能层的s电子的电子云轮廓图都是

球形的，同一原子的能层

越高，s电子云的半径

越大，如下图Ⅰ所示。

这是由于1s、2s、3s……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。

除s电子云外，其他空间运动状态的电子云都不是球形的，如p电子云是

哑铃状的。

每个p能级都有3个

相互垂直的电子云，分别称为px、py和pz，如图Ⅱ所示。

p电子云的平均半径随能层序数的增大而增大。

2．原子轨道

（1）定义

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、原子轨道及电子云轮廓图

注：

d轨道和f轨道各有名称、形状和取向，此处不作讲解。

三、泡利原理和洪特规则

1．泡利原理

在任何一个原子里，不可能有运动状态完全相同的两个电子。

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。

2．洪特规则

当电子排布在同一能级的不同轨道时（即能量相同的轨道），总是优先

单独占据一个轨道，而且自旋方向

相同。

3．电子排布图

用

方框表示原子轨道，用不同方向的箭头表示自旋状态不同的电子的式子。

如：

C：

；

N：

。

1．焰色反应是利用每种元素都有其特征光谱，鉴定物质中所含元素的方法，该方法是化学变化吗？

提示：

焰色反应是电子跃迁的结果，故焰色反应是物理变化而不是化学变化。

2．电子云图上的小黑点代表电子本身吗？

提示：

电子云图上的小黑点是指电子在原子核外出现的概率密度的形象描述，不是电子本身，小黑点越密，表明概率密度越大。

3．在写基态原子的电子排布图时：

请说出以上3个电子排布图各违背了哪些原理，并写出正确的电子排布图。

提示：

（1）违背了能量最低原理，其正确的电子排布图为

。

（2）违背了泡利原理，其正确的电子排布图为

。

（3）违背了洪特规则，其正确的电子排布图为

。

课堂互动探究

一、光谱与光谱分析

1．基态、激发态与光谱

2．光谱分析：

在现代化学中，利用原子光谱上的特征谱线来鉴定元素的分析方法。

[即时练]

1．基态原子和激发态原子相比较（　　）

A．基态原子的能量比激发态原子高

B．基态原子放出能量变成激发态原子

C．基态原子比激发态原子稳定

D．激发态原子比基态原子稳定

答案　C

解析　基态原子吸收能量后变为激发态原子，故激发态原子不如基态原子稳定。

2．对充有氖气的霓虹灯管通电，灯管发出红色光。

产生这一现象的主要原因是（　　）

A．电子由激发态向基态跃迁时以光的形式释放能量

B．电子由基态向激发态跃迁时吸收除红光以外的光线

C．氖原子获得电子后转变成发出红光的物质

D．在电流的作用下，氖原子与构成灯管的物质发生了化学反应

答案　A

解析　在电流作用下，基态氖原子中的电子吸收能量跃迁到较高能级，变为激发态原子，这一过程要吸收能量，不会发出红色光；而电子从较高能量的激发态向基态跃迁时，将释放能量，从而产生红色光，故A项正确。

规律方法

一般情况下，原子核外电子排布遵循构造原理时，原子的能量处于最低状态；体系具有的能量越低越稳定。

二、电子云和原子轨道

1．核外电子的运动特点

质量小、运动速度快，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。

2．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，ns、np、nd、nf能级分别有1、3、5、7个原子轨道。

每个p能级有3个相互垂直的原子轨道，分别标记为npx、npy、npz，同一能级中的原子轨道能量相同。

[即时练]

3．在1s、2px、2py、2pz轨道中，具有球对称性的是（　　）

A．1sB．2pxC．2pyD．2pz

答案　A

4．下列有关电子云和原子轨道的说法中正确的是（　　）

A．原子核外的电子像云雾一样笼罩在原子核周围，故称电子云

B．s能级原子轨道呈球形，处于该轨道上的电子只能在球壳内运动

C．p能级原子轨道呈哑铃状，随着能层的增加，p能级原子轨道也在增多

D．p能级原子轨道与s能级原子轨道的平均半径都随能层序数的增大而增大

答案　D

解析　

三、泡利原理和洪特规则

1．基态原子核外电子排布遵循的原理有：

能量最低原理，即原子核外电子总是优先排布在能量最低的能级里，然后由里到外，依次排布在能量逐渐升高的能级里；泡利原理；洪特规则。

特别指出的是，当同一能级上的电子排布为全充满（p6、d10、f14）、半充满（p3、d5、f7）和全空状态（p0、d0、f0）时，具有较低的能量和较大的稳定性。

例如，铬（24Cr）的外围电子排布是3d54s1（3d、4s能级均为半充满），而不是3d44s2；铜（29Cu）的外围电子排布是3d104s1（3d全充满、4s半充满），而不是3d94s2，称为洪特规则特例。

2．画电子排布图时的注意事项

（1）表示原子轨道的□也可以用○代替，原子轨道名称也可以写在□或○的下面，如Ne的电子排布图可表示为

。

（2）不同能级中的□或○要相互分开，同一能级中的□或○要相互连接。

（3）整个电子排布图中各能级的排列顺序要与相应的电子排布式一致。

（4）当□或○中有2个电子时，它们的自旋状态必须相反。

（5）电子排布式给出了基态原子核外电子在能层和能级中的排布，而电子排布图还给出了电子在原子轨道中的自旋状态。

另外，我们通常所说的电子排布是基态原子的电子排布。

[即时练]

5．下列说法错误的是（　　）

A．同一原子，ns电子的能量不一定低于（n＋1）p电子的能量

B．6C的电子排布式1s22s22p

违反了洪特规则

C．21Sc的电子排布式1s22s22p63s23p63d3违反了能量最低原理

D．22Ti的电子排布式1s22s22p63s23p10违反了泡利原理

答案　A

解析　同一原子，ns电子的能量一定低于（n＋1）p电子的能量，A错误；对于6C原子来说，2p能级有3个能量相同的原子轨道，2p能级上的两个电子应以自旋状态相同的方式排布在两个不同的2p轨道上才符合洪特规则，B正确；根据构造原理可知E4s

6．下列有关核外电子排布的式子不正确的是（　　）

A．24Cr的电子排布式：

1s22s22p63s23p63d54s1

B．K的简化电子排布式：

[Ar]4s1

C．N原子的电子排布图为

D．S原子的电子排布图为

答案　D

解析　

规律方法

特殊原子的电子排布式书写规则

当能级处于全空、全充满或半充满状态时，能量相对较低，原子结构较稳定。

（1）24Cr的电子排布式的书写

（2）29Cu的电子排布式的书写

本课归纳总结

学习效果检测

1．核外电子的能量不仅与电子所处的能层、能级有关，还与核外电子的数目及核电荷数的多少有关。

氩原子与硫离子的核外电子排布相同，都是1s22s22p63s23p6。

下列说法正确的是（　　）

A．两粒子的1s能级上电子的能量相同

B．两粒子的3p能级上的电子离核的距离相同

C．两粒子的电子发生跃迁时，产生的光谱不同

D．两粒子都达8电子稳定结构，化学性质相同

答案　C

解析　虽然氩原子与硫离子的核外电子排布式相同，都是1s22s22p63s23p6，但是氩原子与硫离子的核电荷数不同，对核外电子的吸引力不同，两粒子的1s能级上电子的能量不相同；两粒子的3p能级上的电子离核的距离不相同；两粒子都达8电子稳定结构，但化学性质不相同，氩原子稳定，硫离子具有还原性。

2.图1和图2分别是1s电子的电子云图和原子轨道图。

下列有关认识正确的是（　　）

A．图1中的每个小黑点表示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轨道呈球形，有无数条对称轴

D．图1中的小黑点表示某一时刻电子在核外所处的位置

答案　C

解析　图1为电子云图，小黑点的疏密程度表示电子在核外出现的概率密度大小；图2表示1s原子轨道呈球形。

3．下列是一些基态原子的2p能级和3d能级中电子的排布情况，其中违反洪特规则的有（　　）

A．①②③B．④⑤⑥C．②④⑥D．③④⑥

答案　C

解析　①2p能级有4个电子，应在3个不同的轨道上，符合洪特规则、泡利不相容原理；②2p能级有4个电子，图示不同轨道的单电子自旋方向不相同，违反了洪特规则；③2p能级有4个电子，同一个原子轨道中不应有自旋方向相同的电子，违反了泡利不相容原理；④3d能级中有5个不同的轨道，对于基态原子，电子在能量相同的轨道上排布时，将尽可能分占不同的轨道并且自旋方向相同，违反了洪特规则；⑤3d能级中有5个不同的轨道，有10个电子，符合洪特规则、泡利不相容原理；⑥3d能级中有5个不同的轨道，有6个电子，图示不同轨道的单电子自旋方向不完全相同，违反了洪特规则。

4．A、B、C、D、E代表前四周期的五种元素，原子序数依次增大。

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，其电子排布图为__________________。

（2）B元素的负一价离子的电子层结构与氩相同，B的离子的结构示意图为____________。

（3）C元素的正三价离子的3d能级为半充满，C的元素符号为________，其基态原子的外围电子排布式为________。

（4）D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，D的元素符号为________。

其基态原子的电子排布式为______________。

（5）E元素基态原子中没有未成对电子，E的外围电子排布式是______________________。

答案　

（1）

（2）

（3）Fe　3d64s2

（4）Cu　1s22s22p63s23p63d104s1（或[Ar]3d104s1）

（5）3d104s2或4s24p6

解析　

（1）基态原子的最外层有3个未成对电子，次外层有2个电子的元素为氮元素，其电子排布图为

。

（2）因为B－的电子层结构与氩相同，即核外电子数相同，所以B元素的质子数为18－1＝17，则B－为Cl－，其结构示意图为。

（3）C元素的正三价离子的3d能级为半充满，C的元素符号为Fe，其基态原子的外围电子排布式为3d64s2。

（4）D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，则D为Cu，其基态原子电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s1或[Ar]3d104s1。

（5）E元素基态原子中没有未成对电子，且E的原子序数在五种元素中最大，因此E元素为30号元素Zn或36号元素Kr，其外围电子排布式为3d104s2或4s24p6。