高中化学人教版 (2019)选择性必修2第一节 原子结构第3课时学案

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1.了解原子核外电子的运动状态。
2.了解电子云和原子轨道的含义。
3.知道原子核外电子的排布遵循能量最低原理。
4.掌握基态原子核外电子排布的三原则。
【自主预习】
一、电子云与原子轨道
1.电子云
(1)概率密度
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)电子云
概念:由于核外电子的 分布看起来像一片云雾,因而被形象地称作电子云。换句话说,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。
(3)电子云轮廓图
①含义:绘制电子云轮廓图的目的是表示 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。如1s电子云轮廓图的绘制:
②形状
s电子的电子云轮廓图呈 形。
除s电子云外,其他电子云轮廓图都不是球形的。例如,p电子云轮廓图是呈 状的。
【微点拨】
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。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,不代表电子的实际运动轨迹,小点的疏密表示电子在核外空间出现的概率密度的大小,小点越密,表示电子出现的概率密度越大。
2.原子轨道
(1)定义:量子力学把电子在原子核外的 称为一个原子轨道。
(2)各能级所含有原子轨道数目
二、泡利原理、洪特规则和能量最低原理
1.泡利原理
(1)自旋:电子自旋在空间有顺时针和逆时针两种取向,常用 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 个电子,它们的自旋 。
2.电子排布的轨道表示式(电子排布图)
(1)在轨道表示式中,用方框(或圆圈)表示 ,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 ,“↑”或“↓”称单电子(或称未成对电子)。
(2)表示方法:以基态铝原子为例,轨道表示式中各符号、数字的意义为:
3.洪特规则
(1)洪特规则内容
基态原子中,填入简并轨道的电子总是先 ,且自旋 。
如:2p3的轨道表示式为 ,不能表示为 或 。
(2)洪特规则特例
当能量相同的原子轨道在全充满(p6、d10、f14)、半充满(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或[Ar]3d54s1。
4.能量最低原理
在构建 时,电子尽可能地占据 ,使整个原子的能量 。
【微点拨】
核外电子在原子轨道上排布要遵循三个原则,即能量最低原理、泡利不相容原理和洪特规则。这三个原则并不是孤立的,而是相互联系、相互制约的。也就是说核外电子在原子轨道上排布要同时遵循这三个原则。其中能量最低原理可叙述为在不违反泡利不相容原理的前提下,核外电子在各个原子轨道上的排布方式应使整个原子体系的能量最低。
【参考答案】一、1.(1)PV (2)概率密度 (3)①电子云 ②球 哑铃 2.(1)一个空间运动状态 (2)1 3 5 7
二、1.(1)上下箭头(↑和↓) (2)2 相反
2.(1)原子轨道 电子对 3.(1)单独分占 平行
4.基态原子 能量最低的原子轨道 最低
【效果检测】
1.判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)。
(1)电子云表示电子在核外单位体积内出现的概率大小,小点代表真实的电子。( )
(2)氮原子的核外电子的轨道表示式为。( )
(3)电子云直观地表示了核外电子的数目。( )
(4)1s电子云轮廓图是一个球形,表示在这个球形以外,电子出现的概率为零。( )
(5)[Ar]3d34s2是基态某原子的电子排布式。( )
(6)基态铜原子的价层电子轨道表示式:。( )
【答案】(1)× (2)× (3)× (4)× (5)√ (6)×
2.同一原子的不同能层的s电子云半径是否相同?为什么?
【答案】同一原子能层越高,s电子云半径越大;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。
3.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?
【答案】ns、np、nd、nf能级各有1、3、5、7个轨道,n能层轨道数=n2。
4.画出基态氯原子的最外层电子轨道表示式。
【答案】
5.画出基态Fe的价层电子轨道表示式。
【答案】
【合作探究】
任务1：电子云与原子轨道
情境导入
宏观物体与微观粒子的运动状态对比:
问题生成
1.原子核外电子的运动是否遵循宏观物体所具有的运动规律?
【答案】不遵循。
2.从量子力学角度分析核外电子运动有什么特点。
【答案】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。
3.电子云图中的小点的含义是什么?小点的密度表示什么?
【答案】小点是电子在原子核外出现的概率密度的形象描述。小点密度越大,表明概率密度越大。
4.电子在原子核外出现的概率有什么规律?
【答案】离核越近,电子出现的概率越大,电子云越密集。如2s电子云比1s电子云疏散。
5.不同能层的同种能级的原子轨道形状是否完全相同?
【答案】不同能层的同种能级的原子轨道形状相似,但不完全相同。只是原子轨道的半径不同,能级序数n越大,电子的能量越大,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)