高中人教版化学选择性必修章册学案-章节-第3课时-电子云与原子轨道泡利原理、洪特规则、能量最低原理-含解析.doc

温馨提示： 此套题为Word版，请按住Ctrl,滑动鼠标滚轴，调节合适的观看比例，答案解析附后关闭Word文档返回原板块第3课时　电子云与原子轨道泡利原理、洪特规则、能量最低原理必备知识·自主学习一、 电子云1．电子运动的特点现代量子力学指出，不可能像描述宏观物体运动那样确定核外电子在某个时刻处于原子核外空间何处，只能确定在原子核外各处出现的概率用P表示电子在某处出现的概率，V表示该处的体积，则P/V称为概率密度，用ρ表示2．电子云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小黑点越密，表示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，因而被形象地称作电子云1)电子云中的一个小黑点表示一个电子　×　)提示：小黑点的疏密表示概率密度大小2)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二、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因此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不同能层的能级、原子轨道(1)同一原子的不同能层的s电子云半径是否相同？为什么？提示：同一原子能层越高，s电子云半径越大，是由于电子能量越大，电子在离核更远的区域出现的概率越大，电子云越向更大的空间扩散。

2)ns、np、nd、nf能级各有几个轨道？能层序数n与该层轨道数的关系是什么？提示：ns、np、nd、nf能级各有1、3、5、7个轨道，n能层轨道数＝n2三、核外电子排布规则与轨道表示式1．泡利原理：在一个原子轨道里，最多只能容纳2个电子，而且它们的自旋状态相反，这个原理称为泡利原理2．洪特规则：当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优先单独占据一个轨道，而且自旋平行3．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4．轨道表示式：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，箭头表示一种自旋状态的电子，“↑↓”称电子对，“↑”或“↓”称单电子(或称未成对电子)1)基态氮原子的轨道表示式为　×　)提示：违背了洪特规则，2p轨道上的三个电子应分占三个轨道且自旋方向相同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个电子关键能力·合作学习知识点一　电子云与原子轨道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。

电子云中，小黑点越密，表示电子出现的概率密度越大2．电子在原子核外的一个空间运动状态称为一个原子轨道，s能级只有一个原子轨道，p能级有三个原子轨道：px、py、pz3．不同能层对应的能级和原子轨道能层能级原子轨道数原子轨道名称原子轨道的形状K1s11s球形L2s2p132s2px、2py、2pz球形哑铃形M3s3p3d1353s3px、3py、3pz……球形哑铃形………………………………(1)同一原子中，2p、3p、4p能级的轨道数目相同吗？半径一样吗？提示：2p、3p、4p的轨道相同，均为三个，半径依次增大2)(情境应用)d能级轨道呈梅花形，在空间坐标轴中形状如下图：d能级共有几个轨道？最早出现d能级的是哪个能层？提示：d能级有5个轨道，M能层最早出现d能级3)4f能级有7个轨道，则其电子云在空中有几种伸展方向？提示：7种典例】(2021·武汉高二检测)下列有关电子云和原子轨道的说法正确的是(　　)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能级的原子轨道呈球形，处在该轨道上的电子只能在球壳内运动C．与s电子原子轨道相同，p电子原子轨道的平均半径也随能层的增大而增大D．基态原子电子能量的高低顺序为E(1s)＜E(2s)＜E(2px)＜E(2py)＜E(2pz)【解析】选C。

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，故A错误；s能级的原子轨道呈球形，处在该轨道上的电子不只在球壳内运动，还在球壳外运动，只是在球壳外运动概率较小，故B错误；离原子核越远的电子，其能量越大，所以p原子轨道电子的平均半径随能层的增大而增大，故C正确；2px、2py、2pz轨道是3个不同的原子轨道，空间伸展方向不同，3个轨道上的电子的运动状态不同，但同一能级上的原子轨道具有相同的能量，所以基态原子电子能量的高低顺序为E(1s)＜E(2s)＜E(2px)＝E(2py)＝E(2pz)，故D错误母题追问】(1)2px、2py、2pz的电子云形状和大小相同吗？提示：相同2)下列能级含有7个原子轨道的是________①7s　　 ②7d　　 ③5f　　 ④7p提示：③ 能层中能级与原子轨道关系能层(n)能级原子轨道原子轨道数K(1)1s1s1L(2)2s2s12p2px、2py、2pz3M(3)3s3s13p3px、3py、3pz33d…5N(4)4s4s14p4px、4py、4pz34d…54f…7………n2说明：①同一能级不同轨道能量相同，如：3px、3py、3pz具有相同的能量，4px、4py、4pz则具有另外相同的能量。

②任意能层中，能级数等于能层序数(n)，原子轨道总数为n2，如N层有4s、4p、4d、4f 4个能级，16个原子轨道1．(2021·衡水高二检测)如图甲是氢原子的1s电子云图(即概率密度分布图)，图乙、丙分别表示s、p能级的电子云轮廓图下列有关说法正确的是(　　)A.电子云图(即概率密度分布图)就是原子轨道图B．3p2表示3p能级中有两个原子轨道C．由图乙可知，s能级的电子云轮廓图呈圆形，有无数条对称轴D．由图丙可知，p能级的原子轨道图呈哑铃形，且有3个伸展方向【解析】选D电子云轮廓图与电子云图不是同一个概念，而是我们常说的原子轨道图，A项错误；3p2表示3p能级中容纳了两个电子，B项错误；s能级的电子云轮廓图呈球形而不是圆形，C项错误；p能级的原子轨道图呈哑铃形，有px、py、pz三个伸展方向，并且互相垂直，D项正确2．(2021·福州高二检测)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．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C．3d3表示3d能级有3个轨道D．ns能级的原子轨道图可表示为【解析】选D电子云表示电子在核外空间某处出现的机会，不代表电子的运动轨迹，故A错误；小黑点的疏密表示电子出现机会的多少，密则机会大，疏则机会小，故B错误；3d3表示3d能级有3个电子，故C错误；ns能级的电子云呈球形，所以可以用该图表示该能级的原子轨道，故D正确。

知识点二　核外电子排布规律与表示方法1．核外电子排布规律基态原子的核外电子排布规律应遵循：(1)泡利原理：每个能级最多容纳2个自旋方向相反的电子2)洪特规则：同能级电子优先单独占据一个轨道，且自旋平行3)能量最低原理：遵循构造原理，优先占据能量较低的轨道，使原子总能量最低4)特殊性有少数元素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(如p6和d10)、半充满(如p3和d5)和全空(如p0和d0)状态时，体系的能量较低，原子较稳定如2．核外电子排布的表示方法(1)电子排布式：①电子排布式如K原子的电子排布式：1s22s22p63s23p64s1②简化的电子排布式如K原子简化的电子排布式：[Ar]4s12)轨道表示式每个方框代表一个原子轨道，每个箭头代表一个电子如N的轨道表示式：(1)当碳原子的核外电子排布由基态转变为激发态时，能量变化如何？提示：碳原子要从外界环境中吸收能量完成向高能级的跃迁2)在d轨道中电子排布成，而不排布成，其最直接的根据是什么？提示：洪特规则典例】下列有关电子排布式、原子结构示意图以及电子排布图正确的是(　　)A．Cr的电子排布式为1s22s22p63s23p63d44s2B．As的价电子排布图：C．Fe的原子结构示意图：D．Mn2＋的价电子排布图：【解题指南】解答本类试题应注意以下几点：(1)注意观察电子排布是否符合构造原理。

2)注意分析电子排布是否符合泡利原理和洪特规则3)不要忽略Cu、Cr等少数原子“半充满”或“全充满”较稳定的特例4)过渡元素的原子结构示意图不能仅仅依靠初中所学知识解决，应该先写出电子排布式，再据此写出电子排布图解析】选D根据洪特规则特例，Cr的电子排布式应为1s22s22p63s23p63d54s1，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，且自旋方向相同，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＋的价电子排布为3d5，电子排布图为，D正确母题追问】(1)电子排布式的书写顺序＝电子排布顺序吗？为什么？提示：电子排布式的书写顺序≠电子排布顺序电子进入能级的顺序是按构造原理中能级的能量递增的顺序，而电子排布式的书写规则是按能层的顺序，能层中的能级按s、p、d、f的顺序排布2)价电子排布式等于最外层电子排布式吗？举例说明提示：不等于 价电子是原子在参与化学反应时能够用于成键的电子，是原子核外跟元素化合价有关的电子在主族元素中，价电子数就是最外层电子数。

副族元素原子的价电子，除最外层电子外，还可包括次外层电子例如：Mn的电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s2，价电子排布式为3d54s2 核外电子排布常见错误(1)在写基态原子的电子排布式时，常出现以下错误：①(违反能量最低原理)②(违反泡利原理)③(违反洪特规则)(2)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，即将能层低的能级写在前面，而不能按填充顺序写，如Fe：1s22s22p63s23p63d64s23)注意比较原子核外电子排布式、简化电子排布式、价电子排布式的区别与联系如Cu的电子排布式：1s22s22p63s23p63d104s1；简化电子排布式：[Ar] 3d104s1；价电子排布式：3d104s11．(2021·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，则违反了构造原理C．氦原子的轨道表示式为，符合洪特规则和泡利原理D．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【解析】选A。

所画的轨道表示式中3p能级，在等价轨道(相同电子层、电子亚层上的各个轨道)上排布的电子将尽可能分占不同的轨道，且自旋方向相同，违背了洪特规则，故A错误；因为4s轨道能量比。