【高中化学】电子云与原子轨道 2022-2023学年高二化学同步课件（人教版2019选择性必修2）.pptx

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1、第一章第一章 原子结构和性质原子结构和性质第一节第一节 原子结构原子结构第四课时 电子云与原子轨道情境导入宏观物体微观粒子质量很大很小速度较慢很快(接近光速)位移可测位移、能量不可同时测定能量可测轨迹可描述(画图或函数描述)不可确定宏观、微观运动的不同1920年海森堡提出著名的年海森堡提出著名的海森堡海森堡测不准原理测不准原理：无法同时精确测量某：无法同时精确测量某个电子在某个时刻的位置和动量。个电子在某个时刻的位置和动量。量子力学量子力学指出：指出：一定空间运动状态的电子并不在一定空间运动状态的电子并不在玻玻尔假设的线性轨道上运动，而是在尔假设的线性轨道上运动，而是在核外空间各处核外空间各处

2、都可以出现都可以出现，只是出，只是出现的概率不同。现的概率不同。可以算出它们的可以算出它们的概概率密度分布率密度分布。科学家科学家采用采用统计方法统计方法来来描述电子描述电子在原子在原子核外某一区域出现的核外某一区域出现的概率概率核外电子的运动不遵循宏观物体所具有的运动规律。核外电子的运动不遵循宏观物体所具有的运动规律。四、电子云与原子轨道四、电子云与原子轨道P12-13表示表示电子电子在核外某处出现的概率密度在核外某处出现的概率密度。【思考【思考1 1】图小黑点的疏密意义是什么？图小黑点的疏密意义是什么？核外电子核外电子的概率密度分布看起来像一片云雾笼罩在的概率密度分布看起来像一片云雾笼罩在

3、原子核周围原子核周围，人们形象地把它叫做，人们形象地把它叫做“电子云电子云”。用用P表示电子在某处出现的概率，表示电子在某处出现的概率，V表示该处的体积表示该处的体积，则则某处电子出现的概率密度某处电子出现的概率密度=P/V。：处于处于一定空间一定空间 的电子在原子核外空间的的电子在原子核外空间的概率密度分布的形象化描述。概率密度分布的形象化描述。运动状态四、电子云与原子轨道四、电子云与原子轨道P12-131.电子云电子云图绘制比较困难，常用电子云图绘制比较困难，常用电子云轮廓图电子云轮廓图代替代替。：将：将电子出现电子出现概率概率P P90%90%的空间圈的空间圈出来出来。2.电子云电子云轮

4、廓图轮廓图如氢原子电子云轮廓图：如氢原子电子云轮廓图：小蓝点小蓝点是是1s电子在原子核外出现的概率密度的形象描述电子在原子核外出现的概率密度的形象描述电子云轮廓图绘制过程电子云轮廓图绘制过程【思考【思考2】分析分析通过通过H原原子的电子云轮廓图子的电子云轮廓图，说明说明其核外电子运动呈现怎样的特点？其核外电子运动呈现怎样的特点？电子云电子云呈呈球形对称。对称。在在离核离核近的空间电子出现的概率大近的空间电子出现的概率大，在在离核离核远的空间电子出现的概率小远的空间电子出现的概率小。xyz:量子力学把电子在原子核外的一个 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 易

5、错警示 电子云图与电子云轮廓图不是同一个概念电子云图与电子云轮廓图不是同一个概念,电子云电子云轮廓图轮廓图实际上是电子云图的大部分区域实际上是电子云图的大部分区域;电子云电子云轮廓图轮廓图就是我们通常所说的就是我们通常所说的原子轨道图原子轨道图。(即电子云即电子云的轮廓的轮廓)四、电子云与原子轨道四、电子云与原子轨道3.3.原子轨道原子轨道空间运动状态四、电子云与原子轨道四、电子云与原子轨道3.3.原子轨道原子轨道:量子力学把电子在原子核外的一个 称为一个原子轨道。空间运动状态u常用常用电子云轮廓图的形状和取向电子云轮廓图的形状和取向来表示来表示原子轨道的形状和取向原子轨道的形状和取向s轨道：

6、轨道：s原子轨道呈原子轨道呈_形形对称，即在空间有对称，即在空间有_个个伸展方向，故伸展方向，故s轨道只有轨道只有_个个轨道。轨道。球球11不同能层的电子，能量越高，离核越远，电子云半径越大不同能层的电子，能量越高，离核越远，电子云半径越大(即电子云即电子云的轮廓的轮廓)P P轨道呈轨道呈_形，形，P P轨道在空间轨道在空间有有_个伸展方向，个伸展方向，它们它们互相垂直互相垂直，包括，包括_、_、_ _ 共共_个个轨道。轨道。哑铃哑铃3px py pz3p轨道：轨道：（纺锤形）（纺锤形）d d轨道：轨道：d轨道轨道在空间有在空间有_个个伸展方向，即伸展方向，即d轨道轨道共共_个轨道。个轨道。5

7、5花瓣花瓣形形(了解了解)f f轨道轨道：f轨道形状更复杂，在轨道形状更复杂，在空间有空间有7个个伸展伸展方向，即方向，即f轨道共轨道共7个轨道。个轨道。(了解了解)能能级符号符号nsnpndnf轨道数目道数目电子云形状子云形状四、电子云与原子轨道四、电子云与原子轨道P12-133.3.原子轨道原子轨道总结归纳：总结归纳：不同能层不同能层相同能级相同能级电子云轮廓图的形状和取向相同电子云轮廓图的形状和取向相同能层序数越大，原子轨道的半径越大。如 1s2s3s4s形状和大小相同，但形状和大小相同，但取向不同的原子轨道，能量相等取向不同的原子轨道，能量相等。如。如2Px、2Py、2Pz能量相等能量

8、相等1357球形球形哑铃形哑铃形 花瓣花瓣形形 P10n能层：能级个数：n轨道个数：n2电子数：2n21)1)在在原子中第原子中第n n能层能层,电子占有的轨道数最多为电子占有的轨道数最多为n n2 2。()2)2)同同一原子中的一原子中的npnpx x与与npnpy y轨道形状相同轨道形状相同,半径相同且在空间相互垂直半径相同且在空间相互垂直。()3)3)电子云电子云图中小黑点密度的大小可表示电子的多少。图中小黑点密度的大小可表示电子的多少。()4)p4)p轨道呈哑铃形轨道呈哑铃形,因此因此p p轨道上的电子运动轨迹呈哑铃形轨道上的电子运动轨迹呈哑铃形。()正误判断对点训练1.下列关于电子云

9、的叙述中不正确的是()A.电子云是用小黑点的疏密程度来表示电子在核外空间出现概率大小的图形B.电子云实际上是电子运动形成的类似云一样的图形C.电子云图说明离核越近,电子出现概率越大;离核越远,电子出现概率越小D.能级类别不同,电子云的形态也不一样B对点训练2.2.观察氢原子观察氢原子1s1s电子的电子云示意图电子的电子云示意图,判断下列说法正确的是判断下列说法正确的是()A.A.一个小点表示一个小点表示1 1个自由运动的电子个自由运动的电子B.1sB.1s原子轨道的电子云形状为圆形原子轨道的电子云形状为圆形C.C.电子在电子在1s1s原子轨道上运动就像地球围绕太阳旋转原子轨道上运动就像地球围绕

10、太阳旋转D.1sD.1s原子轨道电子云小点的疏密表示电子在某一位置出现概率的大小原子轨道电子云小点的疏密表示电子在某一位置出现概率的大小D对点训练3.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对点训练4.下列说法中正确的是A.1s电子云呈球形，表示电子绕原子核做圆周运动B.ns能级的原子轨道图可表示为C.3d3表示3d能级有3个轨道D.电子云图中的小黑点密度大，说明该原子核外空间电子数目多B对点训练5.下列说法中正确的是A.1s22s12p1表示的是激发态原子的核外电子排布B.3

11、p2表示3p能级有两个原子轨道C.同一原子中，1s、2s、3s电子的能量逐渐减小D.同一原子中，2p、3p、4p能级中的轨道数依次增多A对点训练6.6.符号符号3p3px x所代表的含义是所代表的含义是A.pA.px x轨道上有轨道上有3 3个个电子电子B B.第三能层第三能层p px x轨道有轨道有3 3个伸展方向个伸展方向C.pC.px x电子云有电子云有3 3个伸展个伸展方向方向D D.第三能层沿第三能层沿x x轴方向伸展的轴方向伸展的p p轨道轨道D D对点训练五、泡利原理、洪特规则五、泡利原理、洪特规则 、能量最低原理、能量最低原理P141.1.基态基态原子原子核外电子的核外电子的排

12、布排布规则规则规规则则1：能量最低：能量最低原理原理(1)(1)内容：在构建基态原子时，电子将尽可能地占据内容：在构建基态原子时，电子将尽可能地占据 的的原子轨道，原子轨道，使整个原子的能量最低使整个原子的能量最低。能量最低即，电子优先占据能量低的电子轨道，然后依次进入能量高的轨道。即，电子优先占据能量低的电子轨道，然后依次进入能量高的轨道。(2)(2)大多数原子的电子排布式只要根据大多数原子的电子排布式只要根据构造原理构造原理写出就满足写出就满足能量最低原理能量最低原理(3)(3)2424CrCr、2929CuCu、4747AgAg、7474AuAu等原子不符合构造原理，但符合等原子不符合构

13、造原理，但符合洪特规则洪特规则(特例特例)，也符合能量最低原理也符合能量最低原理P16五、泡利原理、洪特规则五、泡利原理、洪特规则 、能量最低原理、能量最低原理P141.1.基态基态原子原子核外电子的核外电子的排布排布规则规则规则规则2：泡利原理：泡利原理在在一一个原子轨道最多只能个原子轨道最多只能容纳容纳2 2个个电子，电子，且它们的且它们的自旋状态自旋状态相反相反。P14常用、表示自旋相反的电子自旋方向相反就是自转方向相反自旋方向相反就是自转方向相反自旋是微观粒子普遍存在的一种属性自旋是微观粒子普遍存在的一种属性就像地球除了绕太阳运转，地球自身还会自转一样就像地球除了绕太阳运转，地球自身还

14、会自转一样电子除了绕原子核高速运动，电子自身也自转电子除了绕原子核高速运动，电子自身也自转根据构造原理、能量最低原理、泡利原理可知，基态原子核外有几个电子就有根据构造原理、能量最低原理、泡利原理可知，基态原子核外有几个电子就有几种运行状态几种运行状态(要么不同轨道，要么自旋方向不同要么不同轨道，要么自旋方向不同)即在任何一个原子中找不到两个完全相同的电子。即在任何一个原子中找不到两个完全相同的电子。(泡利不相容原理泡利不相容原理)五、泡利原理、洪特规则五、泡利原理、洪特规则 、能量最低原理、能量最低原理P141.1.基态基态原子原子核外电子的核外电子的排布排布规则规则规则规则3：洪特规则洪特规

15、则 P15当当电子排布在同一能级的不同轨道时，基态原子中的电电子排布在同一能级的不同轨道时，基态原子中的电子总是子总是优先优先 ，而而且且自旋自旋方向方向 。2p32p4单独占据一个轨道单独占据一个轨道相同相同 五、泡利原理、洪特规则五、泡利原理、洪特规则 、能量最低原理、能量最低原理P141.1.基态基态原子原子核外电子的核外电子的排布排布规则规则洪特洪特规则规则特例特例(洪特洪特规则的规则的补充补充)对对于于同同一一个个能能级级，当当电电子子排排布布为为全全充充满满(p p6 6、d d1010、f f1414)、半半充充满满(p p3 3、d d5 5、f f7 7)或或全全空空(p p

16、0 0、d d0 0、f f0 0)时，时，具有较低的能量和较大的稳定性。半充满1s22s22p63s23p63d104s24p64d104f145s25p65d106s1 24Cr 1s22s22p63s23p63d54s129Cu 1s22s22p63s23p63d104s1 47Ag79Au1s1s2 22s2s2 22p2p6 63s3s2 23p3p6 63d3d10104s4s2 24p4p6 64d105s1d轨道全充满d轨道全充满d轨道全充满五、泡利原理、洪特规则五、泡利原理、洪特规则 、能量最低原理、能量最低原理2.2.电子排布的电子排布的“轨道表示式轨道表示式”(又称又称“

17、电子排布图电子排布图”)表示方法：表示方法：用方框表示用方框表示原子轨道原子轨道，用，用或或表示自旋方向不同的电子，表示自旋方向不同的电子，按排入各电子层中各能级的先后顺序和轨道中的排布情况书写按排入各电子层中各能级的先后顺序和轨道中的排布情况书写H1s8O1s1电子电子排布排布式式电子排布图电子排布图(轨道表示式)1s22s22p41s 2s2p 注意：注意：核外电子排布图下核外电子排布图下(上上)方的方的1s 1s、2s2s、2p2p表示的是轨道，表示的是轨道，不可在其右上角表示出该轨道填充的电子数不可在其右上角表示出该轨道填充的电子数或或1s或或量子力学把电子在原子核外的一个 称为一个原

18、子轨道。在氧原子中，有 个电子对，有 个单电子。在氧原子中，有 种空间运动状态，有 种运动状态不同的电子。(3)单电子：。(4)自旋平行：。一个原子轨道中若只有一个电子，则该电子称为单电子箭头同向的单电子称为自旋平行3258(1)简并轨道：。(2)电子对：。能量相同的原子轨道同一个原子轨道中，自旋方向相反的一对电子五、泡利原理、洪特规则五、泡利原理、洪特规则 、能量最低原理、能量最低原理“电子排布图电子排布图”中的相关概念中的相关概念问题：问题：简并轨道有几个原子轨道就有几个空间运动状态空间运动状态基态原子核外有基态原子核外有几个电子就有几种运行状态几个电子就有几种运行状态(要么不同轨道，要么

19、自旋方向不同要么不同轨道，要么自旋方向不同)LiLi1s1s2s2sBeBe1s1s2s2sB B1s1s2s2s2p2p1.1.请写出请写出1 12424号元素原子的轨道表示式。号元素原子的轨道表示式。练一练1s1sHeHe1s1sH H1.1.请写出请写出1 12424号元素原子的轨道表示式。号元素原子的轨道表示式。练一练1s1s2s2s2p2pN N1s1s2s2s2p2pO O1s1s2s2s2p2pF F1s1s2s2s2p2pNeNe1s 2s 1s 2s 2p2p 3s 3sNaNa1s 2s 2p 3sMgMg1s 2s 2p 3s 3p 1s 2s 2p 3s 3p AlAl

20、1s 2s 2p 3s 3p 1s 2s 2p 3s 3p SiSi1s 2s 2p 3s 3p 1s 2s 2p 3s 3p P P2p2p C C1s1s 2s2s1.1.请写出请写出1 12424号元素原子的轨道表示式。号元素原子的轨道表示式。练一练1s 2s 2p 3s 3p S1s 2s 2p 3s 3p Cl1s 2s 2p 3s 3p Ar1s 2s 2p 1s 2s 2p 3s 3s 3p 3p 3d 4s3d 4sScSc1s 2s 2p 1s 2s 2p 3s 3p 3d 3s 3p 3d 4s4sTiTi1s 2s 2p 1s 2s 2p 3s 3s 3p 3p 3d 3

21、d 4s4sV V1.1.请写出请写出1 12424号元素原子的轨道表示式。号元素原子的轨道表示式。练一练1s 2s 2p 3s 3p 4s KCaCa1s 2s 2p 3s 3p 1s 2s 2p 3s 3p 4s4s 1s 2s 2p 3s 3p 3d 4sCr1s 2s 2p 3s 3p 3d 4sCr1.1.请写出请写出1 12424号元素原子的轨道表示式。号元素原子的轨道表示式。练一练在铬原子中，有 个电子对，有 个单电子。在铬原子中，有 种空间运动状态，有 种运动状态不同的电子。961524有几个原子轨道就有几个空间运动状态有有几个电子就有几种几个电子就有几种运行状态运行状态(要么

22、不同轨道，要么自旋方向不同要么不同轨道，要么自旋方向不同)只有一组全满的简并轨道有两组半满的简并轨道2.请写出Fe、Fe2+、Fe3+的轨道表示式。1s 2s 2p 3s 3p 3d 4sFeFe2+1s 2s 2p 3s 3p 3d 4sFe3+1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s练一练2.请写出Fe、Fe2+、Fe3+的轨道表示式。1s 2s 2p 3s 3p 3d 4sFeFe2+1s 2s 2p 3s 3p 3d Fe3+1s 2s 2p 3s 3p 3d 练一练规规则则1：能量最低：能量最低原理原理规则规则2：泡利原理：泡利原理规则规则3：洪特规则洪特规则洪特洪特规则规则特例特例

23、(洪特洪特规则的规则的补充补充)原子的电子排布遵循原子的电子排布遵循构造原理构造原理，能，能使整个原子的能量处于最低状态使整个原子的能量处于最低状态在一个原子轨道最多只能容纳在一个原子轨道最多只能容纳2 2个电子，个电子，且它们的且它们的自旋状态自旋状态相反。相反。当当电子排布在同一能级的不同轨道时，基态原子中的电子排布在同一能级的不同轨道时，基态原子中的电子总是电子总是优先单独占据一个轨道优先单独占据一个轨道，而，而且且自旋方向相同自旋方向相同。总结：总结：基态基态原子原子核外电子的核外电子的排布排布遵循的规则遵循的规则实际上实际上，整个原子的能量是由，整个原子的能量是由核电荷数核电荷数、电

24、子数电子数和和电子状态电子状态三个因素共同决定。三个因素共同决定。填多少填多少 怎么填怎么填 P165 5B 1sB 1s2 22s2s2 22p2p1 18 8O 1sO 1s2 22s2s2 22p2p4 4违反泡利原理违反泡利原理违反洪特规则违反洪特规则违反洪特规则违反洪特规则违反能量最低原理违反能量最低原理违反泡利原理和违反泡利原理和洪特洪特规则规则2020Ca 1sCa 1s2 22s2s2 22p2p6 63s3s2 23p3p6 64s4s2 21919K 1sK 1s2 22s2s2 22p2p6 63s3s2 23p3p6 64s4s1 1违反能量最低原理违反能量最低原理3d

25、能级的能量大于能级的能量大于4s能级的能量能级的能量P16归纳总结注意：书写轨道表示式时，常出现的错误及正确书写归纳：核外电子排布表示方法轨道表示式五种表示方法中，五种表示方法中，电子排布子排布图最能反映最能反映电子的排布情况子的排布情况归纳总结熟记第四周期未成对电子数规律 未成对电子数及其占据的原子轨道元素符号及价电子排布14sK：4s1，Cu：3d104s13dSc：3d14s24pGa：4s24p1，Br：4s24p523dTi：3d24s2，Ni：3d84s24pGe：4s24p2，Se：4s24p433dV：3d34s2，Co：3d74s24pAs：4s24p343dFe：3d64s

26、253dMn：3d54s2 63d和4sCr：3d54s11.1.下列原子的轨道表示式中，符合洪特规则的下列原子的轨道表示式中，符合洪特规则的是是A.A.B B.C.C.D.D.c c应用体验2.下列有关化学用语中不能体现氮原子核外电子能量有差异的是A.B.C.D.1s22s22p3A A应用体验3.24Cr原子处于基态时，价电子排布可用轨道表示式表示成 ，而不是 。下列说法中正确的是A.这两种排布方式都符合能量最低原理B.这两种排布方式都符合泡利原理C.这两种排布方式都符合洪特规则D.这个实例说明洪特规则有时候和能量最低原理是矛盾的B B4.下列关于硅原子的核外电子排布表示方法中，错误的是A

27、.1s22s22p63s23p2B.Ne3s23p2C.D.CC应用体验5.下列各组原子中，彼此化学性质一定相似的是A.原子核外L能层的未成对电子数与M能层的未成对电子数相等的原子B.原子核外M层上仅有两个电子的X原子与原子核外N层上仅有两个电子 的Y原子C.2p能级只有1个空轨道的X原子和3p能级只有1个空轨道的Y原子D.最外层都只有一个电子的X、Y原子CC应用体验6.下列微粒中，最外层未成对电子数最多的是A.S B.As C.Mn D.Fe3D D各微粒的未成对电子数分别为各微粒的未成对电子数分别为：S：2个，个，As：3个，个，Mn：5个，个，Fe3：5个，个，但但Mn的最外层电子排布式

28、为的最外层电子排布式为4s2应用体验7.下列电子排布式或轨道表示式正确的是A.C的轨道表示式：B.Ca的电子排布式：1s22s22p63s23p63d2C.N的轨道表示式：D.Br的电子排布式：Ar3d104s24p6CDCD应用体验8.A原子的结构示意图为，则X、Y及该原子3d能级上的电子数不可能的组合是A.18、8、0 B.20、8、0C.25、13、5 D.30、18、10A A应用体验9.具有如下电子层结构的原子，其相应元素一定属于同一主族的是A.3p轨道上有2个未成对电子的原子和4p轨道上有2个未成对电子的原子B.3p轨道上只有1个空轨道的原子和4p轨道上只有1个空轨道的原子C.最外

29、层电子排布式为1s2的原子和最外层电子排布式为2s22p6的原子D.最外层电子排布式为1s2的原子和最外层电子排布式为2s2的原子B B应用体验10.下列原子或离子的电子排布式或轨道表示式正确的是_(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_。Ca2：1s22s22p63s23p6F：1s22s23p6P：Fe：1s22s22p63s23p63d64s2Mg2：1s22s22p6C：违反能量最低原理违反洪特规则违反泡利原理【交流与讨论交流与讨论】基态原子的核外电子填充在6个轨道的元素有几种？填充在7个轨道中的元素有几种？提示s、p能级分别有能级分别有1、3个

30、原子轨道，按照构造原理，核外电子填个原子轨道，按照构造原理，核外电子填充在充在6个轨道的元素为个轨道的元素为1s22s22p63s1(Na)和和1s22s22p63s2(Mg)，共共2种种；填充在填充在7 7个轨道中的元素只有个轨道中的元素只有1s1s2 22s2s2 22p2p6 63s3s2 23p3p1 1(Al)(Al)一种元素一种元素。规律总结136号元素中原子核外电子排布的特殊性。(1)最外层只有一个未成对电子的元素最外层只有一个未成对电子的元素:(2)最外层有最外层有2个未成对电子的元素个未成对电子的元素:(3)最外层有最外层有3个未成对电子的元素个未成对电子的元素:(4)3d能

31、级半充满的元素能级半充满的元素:(5)核外电子排布中核外电子排布中，未成对电子数最多的元素未成对电子数最多的元素：第第A族族(ns1:H、Li、Na、K),第第A族族(ns2np1:B、Al、Ga),第第A族族(ns2np5:F、Cl、Br),Cr(3d54s1)和和Cu(3d104s1)。第第A族族(ns2np2:C、Si、Ge),第第A族族(ns2np4:O、S、Se)。第第A族族(ns2np3:N、P、As)。Cr3d54s1;Mn3d54s2。Cr(3dCr(3d5 54s4s1 1），共有共有6 6个未成对电子个未成对电子)。能量最低原理本节小结：核外电子的运动状态和排布规律实验核外电子的运动状态核外电子的排布规律表示方法原子光谱能量量子化能层能级原子轨道电子自旋原子结构示意图构造原理电子排布式泡利原理洪特规则轨道表示式