【高中化学】电子云与原子轨道泡利原理、洪特规则、能量最低原理 课件 高二化学人教版（2019）选择性必修2.pptx

第一节第一节 原子结构原子结构第第3课时课时 电子云与原子轨电子云与原子轨道，泡利原理、洪特道，泡利原理、洪特规则、能量最低原理规则、能量最低原理选择性必修二 第一章 原子结构与性质1.知知道道电电子子的的运运动动状状态态(空空间间分分布布及及能能量量),可可以以通通过过原原子子轨轨道道和和电电子云模型来描述。子云模型来描述。2.认认识识基基态态原原子子中中核核外外电电子子的的排排布布遵遵循循能能量量最最低低原原理理、泡泡利利原原理和洪特规则等。理和洪特规则等。3.能能从从原原子子的的微微观观层层面面理理解解原原子子的的组组成成、结结构构等等,能能根根据据核核外外电电子子的的排排布布规规则则熟熟知知核核外外电电子子排排布布的的表表示示方方法法,并并能能根根据据电电子子排排布布的轨道表示式、结构示意图等推导出对应的原子或离子。的轨道表示式、结构示意图等推导出对应的原子或离子。学习目标学习目标1911年，英国物理学家卢瑟福根据1910年进行的粒子散射实验，提出了原子结构的行星模型。在这个模型里，电子像太阳系的行星围绕太阳转一样围绕着原子核旋转。原子核外的电子运动状态是怎么样呢？原子核外的电子运动状态是怎么样呢？思考交流思考交流粒子散射实验粒子散射实验1913年，丹麦科学家玻尔在卢瑟福模型的基础上，他提出了氢原子模型，电子在线性轨道上运行，解决了原子结构的稳定性问题，描绘出了完整而令人信服的原子结构学说。氢原子结构理论成功的阐述了原子的稳定性，氢原子光谱的产生和不连续性。氢原子光谱与氢原子能级氢原子光谱与氢原子能级原子核外的电子运动状态是怎么样呢？原子核外的电子运动状态是怎么样呢？思考交流思考交流1926年，量子力学推翻了玻尔的氢原子模型，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电子云。原子核外的电子运动状态是怎么样呢？原子核外的电子运动状态是怎么样呢？思考交流思考交流知识点一知识点一电子云与原子轨道电子云与原子轨道1、电子云、电子云（1）概率密度）概率密度图图1-71-7 氢原子氢原子1s1s电子在原子电子在原子核外出现的概率密度分布图核外出现的概率密度分布图思考：图1-7 中的小点是什么呢？是电子吗？小点不是电子本身，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。由于核外电子的概率密度分布看起来像一片云雾，因而被形象地称为电子云电子云。知识点一知识点一电子云与原子轨道电子云与原子轨道1、电子云、电子云（2）电子云）电子云处于一定空间运动状态的电子在原子核外空间的 .的形象化描述。概率密度分布概率密度分布（3）电子云轮廓图）电子云轮廓图为了表示电子云轮廓的形状,对核外电子的 有一个形象化的简便描述,把电子在原子核外空间出现概率P=的空间圈出来。空间运动状态空间运动状态90%xyz相同原子的相同原子的s s电子的电子云轮廓图电子的电子云轮廓图你能发现什么规律？你能发现什么规律？1 1、不同能级、不同能级s s电子的电子云形状一致，均为球形。电子的电子云形状一致，均为球形。2 2、能层越高，、能层越高，s s电子的电子云半径越大。电子的电子云半径越大。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思考交流思考交流S电子云轮廓图电子云轮廓图P电子云轮廓图电子云轮廓图3、P电子云的平均半径随电子云的平均半径随n增大而增大。增大而增大。1、P能级的电子云轮廓图是哑铃状的，每个能级的电子云轮廓图是哑铃状的，每个P能级有能级有3个相互垂个相互垂直的不同取向的电子云直的不同取向的电子云，分别以分别以Px、Py、Pz表示。表示。2、在同一能层中、在同一能层中Px、Py、Pz的能量相同。的能量相同。知识点一知识点一电子云与原子轨道电子云与原子轨道2、原子轨道、原子轨道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。常常用电子云轮廓图的形状和取向来表示原子轨道的形状和取向。用电子云轮廓图的形状和取向来表示原子轨道的形状和取向。（1）定义）定义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。s能能级级的的1个个原子原子轨轨道道P能能级级的的3个相互垂直的个相互垂直的原子原子轨轨道道请填写下表，并预测d、f能级中的原子轨道数量。能级能级s sp pd df f最多可容纳电子数最多可容纳电子数2 26 610101414原子轨道数原子轨道数单轨道容纳电子数单轨道容纳电子数1 13 35 57 72 22 22 22 2思考交流思考交流整理能层、能级和原子轨道之间的关系，并分析规律。能层能层 能级能级原子原子轨道数轨道数原子轨道符号原子轨道符号电子云轮廓图电子云轮廓图形状形状取向取向K K1s1sL L2s2s2p2pM M3s3s3p3p3d3d1 11s1s球形球形1 12s2s球形球形3 32p2px x、2p2py y、2p2pz z哑铃形哑铃形相互垂直相互垂直1 13s3s球形球形3 33p3px x、3 3p py y、3 3p pz z哑铃形哑铃形相互垂直相互垂直5 5归纳总结归纳总结不同能层的同种能级的原子轨道形状 ，只是半径 。能层序数n越大，原子轨道的半径 ，能量越高。原子轨道数与能层序数(n)的关系：原子轨道为 个。n2相同不同越大p能级有 个原子轨道，它们互相垂直。在同一能层中px、py、pz的能量 ，取向不同。同一能级中的轨道能量相等，称为简并轨道 3相同能级与原子轨道数目的关系能级符号能级符号nsnpndnf轨道数目轨道数目1 13 35 57 7（2）不同能层的能级的原子轨道不同能层的能级的原子轨道1、为什么每个原子轨道中最多可容纳两个电子，那么这两个电子的运动状态有什么差异呢？氢原子光谱实验氢原子光谱实验钠原子光谱实验钠原子光谱实验思考交流思考交流1、为什么每个原子轨道中最多可容纳两个电子，那么这两个电子的运动状态有什么差异呢？思考交流思考交流斯特恩斯特恩-盖拉赫实验盖拉赫实验电子自旋电子自旋 1925年，乌伦贝克和哥德斯密根据实验事实提出假设：电子除了空间运动状态外，还存在一种运动状态叫自旋。新知导入新知导入泡利原理、洪特规则、能量最低原理泡利原理、洪特规则、能量最低原理知识点二知识点二1、电子自旋与泡利原理、电子自旋与泡利原理电子自旋在空间有电子自旋在空间有顺时针顺时针和和逆时针逆时针两种取向，简称自旋相反，常用上下两种取向，简称自旋相反，常用上下箭头（箭头（“”“”“”“”）表示自旋相反的电子。）表示自旋相反的电子。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）。（1）电子自旋）电子自旋（2）泡利原理）泡利原理2、电子排布的轨道表示式、电子排布的轨道表示式(又称电子排布图又称电子排布图)（1）轨道表示式是表述电子排布的一种图式。）轨道表示式是表述电子排布的一种图式。如钠的基态原子的轨道表示式如下：1s 2s 2p 3s 1s 2s 2p 3s NaNa1s1s2 22s2s2 22p2p6 63s3s1 1NaNa1s 2s 2pOH如氢和氧的基态原子的轨道表示式如下：1 1s泡利原理、洪特规则、能量最低原理泡利原理、洪特规则、能量最低原理知识点二知识点二2、电子排布的轨道表示式、电子排布的轨道表示式(又称电子排布图又称电子排布图)（2）书写要求）书写要求、在轨道表示式中，用方框（也可用圆圈）表示原子轨道，能量相同、在轨道表示式中，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，的原子轨道（简并轨道）的方框相连，在方框的下方用能级符号表示轨在方框的下方用能级符号表示轨道所属能级。道所属能级。、各轨道按照离核由近到远，从左到右依次排列。、各轨道按照离核由近到远，从左到右依次排列。、箭头表示一种自旋状态的电子，、箭头表示一种自旋状态的电子，“”“”称为电子对，称为电子对，“”“”或或“”称为单电子（或称未成对电子）。箭头同向的单电子称自旋平行，如称为单电子（或称未成对电子）。箭头同向的单电子称自旋平行，如基态氧原子有基态氧原子有2 2个自旋平行的个自旋平行的2p2p电子。电子。1s 2s 2pO2、电子排布的轨道表示式、电子排布的轨道表示式(又称电子排布图又称电子排布图)（3）表示意义）表示意义练一练练一练1、请写出Li、Be、B的轨道表示式。LiLi1s1s2s2sBeBe1s1s2s2sB B1s1s2s2s2p2p练一练练一练2、请写出基态碳原子可能的轨道表示式。C C1s1s2s2s2p2p C C1s1s2s2s2p2p2p2p C C1s1s 2s2s2p2p C C1s1s 2s2s哪个正哪个正确呢？确呢？3、洪特规则、洪特规则基态原子中，填入简并轨道的电子总是优先以自旋平行的方式分别占据不同轨道。（1）内容）内容1925年，洪特根据多电子原子的原子光谱正式提出洪特规则如：如：2p2p3 3的电子排布为的电子排布为 不能为不能为 注意：注意：洪特规则不仅适用于洪特规则不仅适用于基态原子基态原子，也适用于，也适用于基态离子。基态离子。洪特规则洪特规则适用于电子填入适用于电子填入简并轨道简并轨道，并不适用于并不适用于电子填入能量电子填入能量不同的轨道不同的轨道。泡利原理、洪特规则、能量最低原理泡利原理、洪特规则、能量最低原理知识点二知识点二练一练练一练2、请写出基态碳原子可能的轨道表示式。C C1s1s2s2s2p2p C C1s1s2s2s2p2p2p2p C C1s1s 2s2s2p2p C C1s1s 2s2s哪个正哪个正确呢？确呢？3d 4s 3d 4sCrCr 3d 3d 4s4sCrCr 只有一组全满的简并轨道只有一组全满的简并轨道有两组半满的简并轨道有两组半满的简并轨道3 3、请写出、请写出2424、2929号元素原子的电子排布式。号元素原子的电子排布式。29Cu 1s22s22p63s23p63d104s124Cr 1s22s22p63s23p63d54s1 3d 3d 4s4sCuCu练一练练一练Cu Ar3d104s1Cr Ar3d54s11.下轨道表示式中，哪个是硼的基态原子？为什么？A，在一个原子轨道里，最多只能容纳两个电子，它们自旋相反。B，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。A.B.1s 2s 2p A.B.C.1s 2s 2p 1s 2s 2p 2.下列轨道表示式中，哪个是氧的基态原子？为什么？思考讨论思考讨论1s 2s 2p 1s 2s 2p 有少数元素的基态原子的电子排布对于构造原理有1个电子的偏差。因为能量相同的原子轨道在全充满、半充满、全空状态时，体系的能量较低，原子较稳定。相对稳定的状态相对稳定的状态全充满：全充满：s2、p6、d10、f 14半充满半充满:s1、p3、d5、f 7全空全空:p0、d0、f03、洪特规则、洪特规则（2）洪特规则特例）洪特规则特例4、能量最低原理、能量最低原理泡利原理、洪特规则、能量最低原理泡利原理、洪特规则、能量最低原理知识点二知识点二基态是能量最低的状态。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。相邻能级能量相差很大时，电子填入能量低的能级即可使整个原子能量最低；但当相邻能级能量差别不大时，有12个电子填入能量稍高的能级可能反而降低电子排斥能，进而使原子整体能量最低。例如所有副族元素的基态原子。实际上，整个原子的能量是由核电荷数、电子数和电子状态三个因素共同决定。思考交流思考交流1.1.为什么基态氦原子的电子排布是为什么基态氦原子的电子排布是1s1s2 2而不是而不是1s1s1 12s2s1 1？2.2.为什么基态氮原子的电子轨道表示式是为什么基态氮原子的电子轨道表示式是 ，而不是，而不是？3.3.为什么基态钾原子和钙原子的价电子排布是为什么基态钾原子和钙原子的价电子排布是4s4s1 1和和4s4s2 2，而不是，而不是3d3d1 1和和3d3d2 2？泡利原理泡利原理洪特规则洪特规则能量最低原理能量最低原理1s2s2pA1s2s2pB1s2s2pC1s2s2pD基态原子基态原子1 1个电子个电子1s2s1s2s还有还有1 1个电子个电子1s2p1s2p1 1个电子个电子1s2s1s2s2 2个电子个电子1s2p1s2p4 4、以下锂原子的轨道表示式表示的状态中，能量最高的是（、以下锂原子的轨道表示式表示的状态中，能量最高的是（），能量），能量最低的是（最低的是（）C C D D 思考交流思考交流归纳拓展归纳拓展(1)核外电子排布所遵循的基本规律。构造原理、泡利原理、洪特规则、能量最低原理。(2)洪特规则特例:在简并轨道(同一能级)上的电子排布处于全充满、半充满和全空状态时,具有较低的能量和较大的稳定性。1.基态原子核外电子排布遵循的规则如Cr的电子排布为1s22s22p63s23p63d54s1,Cu的电子排布为1s22s22p63s23p63d104s1。归纳拓展归纳拓展2.原子结构的表征方法 原子结构原子结构示意图示意图意义意义实例实例电子排布式电子排布式意义意义实例实例简化电简化电子排布式子排布式意义意义实例实例将每个能层上的电子总数表示在原子核外的式子用数字在能级符号右上角标明该能级上排布的电子数，这就是电子排布式K1s22s22p63s23p64s1为了避免电子排布式书写过于繁琐，把内层电子达到稀有气体结构的部分以相应稀有气体的元素符号外加方括号表示Ni：Ar3d84s2归纳拓展归纳拓展2.原子结构的表征方法 价电子价电子排布式排布式意义意义实例实例电子电子排布图排布图意义意义实例实例对电子运动状态描述最详尽主族元素的价层电子指最外层电子，价层电子排布式即外围电子排布式Mn：3d54s2每个方框代表一个原子轨道，每个箭头代表一个电子 1s 2s 2p 3s 3p Al本节小结本节小结