化学选择性必修2第一节 原子结构第二课时导学案及答案

这是一份化学选择性必修2第一节 原子结构第二课时导学案及答案，共11页。学案主要包含了电子云与原子轨道，能量最低原理，轨道表示式等内容，欢迎下载使用。

1．了解多电子原子核外电子运动情况。
2．知道电子云、原子轨道的含义。
3．掌握基态原子的核外电子排布规律。
4．学会轨道表示式的写法。
图说考点
必备基础——自学·尝试
一、电子云与原子轨道
1．电子云及形状
(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________分布的形象化描述。
(2)
2．原子轨道
(1)定义：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)数目
ns能级各有____个轨道，np能级各有____个轨道，nd能级各有____个轨道，nf能级各有____个轨道。
二、能量最低原理、泡利原理、洪特规则
1．能量最低原理
在构建基态原子时，电子将尽可能地占据________的原子轨道，使整个原子的能量最低。
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________，用“________”表示。
3．洪特规则
基态原子中，填入简并轨道的电子总是先____________，且自旋________。
三、轨道表示式(又称电子排布图)
将原子轨道用方框表示，在方框内用一个箭头表示一个电子，用“↑↓”表示自旋状态相反的电子，得到轨道表示式。
如：O原子的轨道表示式
[即学即练]
1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)
(1)1s、2s、3s的电子云形状均为球形。( )
(2)2p、3p、4p电子云均为哑铃形且大小相同。( )
(3)H原子核外只有一个原子轨道。( )
(4)电子云图中的小黑点表示电子的多少。( )
(5)p能级中有3个相互垂直的原子轨道。( )
(6)3d与6d均有5个原子轨道。( )
(7)钾原子的第三能层填有18个电子，是因为钾原子的第三能层有9个原子轨道。( )
(8)任何一个原子中不可能存在运动状态完全相同的两个电子。( )
(9)基态碳原子的轨道表示式为：。( )
(10)基态铁原子的价电子轨道表示式：。( )
2.观察1s轨道电子云示意图，判断下列说法正确的是( )
A．一个小点表示1个自由运动的电子，图中有无数个电子
B．1s轨道的电子云形状为圆形的面
C.电子在1s轨道上运动像地球围绕太阳旋转一样
D.1s轨道电子云的小点的疏密表示电子在某一位置出现概率的大小
3．下列说法正确的是( )
A．s能级的能量总小于p能级的能量
B．2s的电子云半径比1s电子云半径大，说明2s的电子比1s的多
C．当电子排布在同一能级的不同轨道时，电子总是先占满一个轨道(1个原子轨道最多只能容纳两个电子，且自旋状态相反)，然后再占据其他原子轨道
D．nf能级中最多可容纳14个电子
4．如图是s能级和p能级的原子轨道图，下列说法正确的是( )
A．s能级和p能级的原子轨道形状相同
B．每个p能级都有6个原子轨道
C．s能级的原子轨道的半径与能层序数有关
D．Na原子的电子在11个原子轨道上高速运动
5．在d轨道中填入4个电子时电子排布成，而不排布成，其最直接的根据是( )
A.能量最低原理 B．泡利原理
C.能量守恒原理 D．洪特规则
核心素养——合作·分享
提升点一 电子云与原子轨道
例1 图甲是氢原子的1s电子云图(即概率密度分布图)，图乙、图丙分别表示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
状元随笔 电子云图(即概率密度分布图)与电子云轮廓图不是同一个概念，电子云轮廓图实际上是电子云图(即概率密度分布图)的大部分区域(一般约为90%)；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，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。
[提升1] 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形，随着能层的增加，p能级原子轨道也在增多
D．与s电子原子轨道相同，p电子原子轨道的平均半径随能层的序数的增大而增大
状元随笔 不同能层的同种能级的原子轨道形状相似，但不完全相同。能层数越大，电子的能量越高，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)＜r(2s)＜r(3s)。
【关键能力】
原子轨道和电子云
1．电子云轮廓图
(1)定义：常把电子在原子核外空间出现概率约为90%的空间圈出来，即为电子云轮廓图(如图1、2)。
(2)s电子、p电子的电子云轮廓图：
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。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。
(2)不同能层的能级、原子轨道及电子云轮廓图(见下表)：
能层序数n越大，原子轨道的半径越大。不同能层的同种能级的原子轨道的形状相似，半径不同。
状元随笔 原子轨道能量高低的比较
①相同电子层上原子轨道能量的高低：ns＜np＜nd＜nf。②形状相同的原子轨道能量的高低：1s＜2s＜3s＜4s……③电子层和形状相同的原子轨道的能量相等：2px＝2py＝2pz。
提升点二 核外电子排布规律、轨道表示式
例2 下列原子的外围电子排布中，哪一种状态是基态原子的正确核外电子排布，试说明理由。
(2)钠原子：A.3s1 B．3p1
(3)铬原子：A.3d54s1 B．3d44s2
(4)碳原子：
状元随笔 轨道表示式中各符号、数字的意义(以铝原子为例)
[提升2] 以下列出的是一些原子的2p能级和3d能级中电子排布的情况。试判断，哪些违反了泡利原理，哪些违反了洪特规则。
违反泡利原理的有__________，违反洪特规则的有__________________。
【关键能力】
1.原子核外电子排布“两原理一规则”
(1)能量最低原理：电子在原子轨道上的分布要尽可能地使原子的能量为最低。
(2)泡利原理：每个原子轨道最多容纳两个电子且自旋方向必须相反。
(3)洪特规则：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。
洪特规则特例
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)的价电子排布是3d54s1(3d、4s能级均为半充满)，而不是3d44s2；铜(29Cu)的价电子排布是3d104s1(3d全充满、4s半充满)，而不是3d94s2。
2．核外电子排布的表示方法
状元随笔 轨道表示式的书写方法和步骤
(1)根据构造原理按能量由低到高的顺序画出表示原子轨道的每个方框。
(2)根据泡利原理和洪特规则在方框中填出每个原子轨道上分布的电子及其自旋状态。
(3)考虑是否存在原子轨道在全充满(如s2、p6、d10等)、半充满(如s1、p3、d5等)和全空(如s0、p0、d0)等状态时能量最低的特例情况。
素养形成——自测·自评
1.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.基态氢原子的电子云是圆形的
C.ns能级的原子轨道图可表示为
D．3d3表示3d能级有3个原子轨道
2．下列说法正确的是( )
A．符号3px所代表的含义是第三个电子层px轨道有3个伸展方向
B．能层数为3时，有3s、3p、3d三个轨道
C．氢原子中只有1个电子，故氢原子核外只有1个轨道
D．s能级的原子轨道半径与能层序数有关
3．下列各组原子中，彼此化学性质一定相似的是( )
A.原子核外电子排布式为1s2的X原子与原子核外电子排布式为1s22s2的Y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轨道上有一个空轨道的X原子与3p轨道上有一个空轨道的Y原子
D．最外层都只有1个电子的X、Y原子
4．下列有关轨道表示式的表述正确的是( )
A．可表示单核10电子粒子基态时电子排布
B．此图错误，违背了泡利原理
C．表示基态N原子的价电子排布
D．表示处于激发态的B原子的核外电子轨道表示式
5．(1)“各能级最多容纳的电子数是该能级原子轨道数的二倍”，支持这一结论的理论是________(填序号)。
A．构造原则 B．泡利原理
C．洪特规则 D．能量最低原理
(2)下列原子或离子的电子排布的表示方法中，正确的是____________，违反了能量最低原理的是____________，违反洪特规则及特例的是____________。
①Ca2＋：1s22s22p63s23p6
②F－：1s22s23p6
③P：
④Cr：1s22s22p63s23p63d44s2
⑤Fe：1s22s22p63s23p63d64s2
⑥Mg2＋：1s22s22p6
⑦C：
6．A、B、C、D、E代表5种元素。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，该原子的轨道表示式为________________。
(2)B元素的负一价离子与C元素的正一价离子的电子排布式都与氩原子相同，B元素的符号为________，C的离子结构示意图为____________。
(3)D元素的正三价离子的3d能级为半充满，D的元素符号为________，其基态原子的电子排布式为________________。
(4)E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，E的元素符号为________________，其价电子轨道表示式为____________。
第2课时 原子轨道 基态原子核外电子排布
必备基础
一、
1．(1)概率密度 (2)球形 哑铃状
2．1 3 5 7
二、
1．能量最低
2．2 相反 ↓↑
3．单独分占 平行
三、↑↓ ↑
即学即练
1．(1)√ (2)× (3)× (4)× (5)√ (6)√ (7)× (8)√ (9)× (10)√
2．解析：图中的小点不表示电子，电子云中的小点表示电子在某一时刻出现的概率的大小，不表示1个自由运动的电子。由图可知，处于1s轨道上的电子在空间出现的概率分布呈球形对称，而且电子在原子核附近出现的概率最大，离核越远出现的概率越小。
答案：D
3．解析：同一能层中，s能级的能量小于p能级的能量，不同能层中，s能级(较高能层)的能量可能高于p能级(较低能层)的能量，A项错误；2s的电子云半径比1s电子云半径大，说明2s的电子在离原子核较远的区域出现的概率比1s的电子大，B项错误；当电子排布在同一能级的不同轨道时，电子总是先占据不同的原子轨道而且自旋状态相同，C项错误；nf能级有7个原子轨道，每一个原子轨道最多容纳两个电子，D项正确。
答案：D
4．解析：s轨道为球形，p轨道为哑铃形，A项错误；每个p能级只有3个原子轨道，B项错误；能层序数越小，s能级的原子轨道的半径越小，C项正确；Na原子的电子在6个原子轨道上高速运动，D项错误。
答案：C
5．解析：洪特规则表明，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且自旋状态相同。
答案：D
核心素养
例1 解析：电子云就是用小黑点疏密来表示空间各电子出现概率大小的一种图形，电子在原子核外的一个空间运动状态，称为一个原子轨道，核外电子运动的概率分布图(电子云)并不完全等同于原子轨道，故A错误；3p2表示3p能级中容纳了两个电子，故B错误；s能级的电子云轮廓图呈球形而不是圆形，故C错误；p能级的原子轨道图呈哑铃形，有px(沿x轴方向)、py(沿y轴方向)、pz(沿z轴方向)三个伸展方向，并且互相垂直，故D正确。
答案：D
提升1 解析：电子云是对电子运动的形象化描述，它仅表示电子在某一区域出现的概率，并非原子核真被电子云雾所包围，故选项A错误；原子轨道是电子出现的概率约为90%的空间轮廓，它表明电子在这一区域内出现的机会大，在此区域外出现的机会少，故选项B错误；无论能层序数n怎样变化，每个p能级都有3个原子轨道且相互垂直，故选项C错误；由于按1p、2p、3p……的顺序，电子的能量依次增大，电子在离核更远的区域出现概率逐渐增大，电子云越来越向更大的空间扩展，原子轨道平均半径逐渐增大。
答案：D
例2 解析：本题考查的是核外电子排布所遵循的原理方面的知识。根据洪特规则，电子在能量相同的各个轨道上排布时尽可能分占不同的原子轨道，且自旋方向相同，故(1)中B项正确，(4)中B项正确；根据能量最低原理，核外电子先占有能量低的轨道，再占有能量高的原子轨道，(2)中A项正确，(3)中A项中d5为半充满状态，为相对稳定状态，B项不是，所以A项正确。
答案：(1)B A中原子的外围电子排布违反了洪特规则
(2)A B中原子的外围电子排布违反了能量最低原理
(3)A B原子的外围电子排布违反了洪特规则特例
(4)B A原子外围电子排布违反了洪特规则
提升2 解析：(1)中一个2p轨道上有两个自旋方向相同的电子，违反了泡利原理；(2)中两个轨道上单电子的自旋方向相反，违反了洪特规则；(4)中一个3d轨道上填充了2个电子，而另一个3d轨道上未填充电子，违反了洪特规则；(5)中四个3d轨道上单电子的自旋方向不完全相同，违反了洪特规则。
答案：(1) (2)(4)(5)
素养形成
1．解析：电子云是用小黑点表示电子在原子核外空间出现的概率，小黑点不代表电子，小黑点的疏密表示电子出现概率的大小，A项错误；基态氢原子的电子云是球形而不是圆形的，B项错误；3d3表示第三能层d能级有3个电子，d能级有5个原子轨道，D项错误。
答案：C
2．解析：3px中，3表示第三电子层，p原子轨道在三维空间的分布分别沿x、y、z三个方向，px表示沿x轴方向伸展的p轨道，所以A项错误；能层数为3时，有3s、3p、3d 三个能级，共有9个轨道，B项错误；氢原子中确实只有1个电子，但轨道是人为规定的，可以是空轨道，C项错误；能层序数越小，s能级的原子轨道半径越小，D正确。
答案：D
3．解析：电子排布式为1s2的原子为He，电子排布式为1s22s2的原子为Be，两者化学性质不相似，A错误；原子核外M层上仅有两个电子的X原子为Mg，原子核外N层上仅有两个电子的Y原子有多种，如第四周期中Ca、Fe等都符合，化学性质不一定相似，B错误；2p轨道上有一个空轨道的X原子为C，3p轨道上有一个空轨道的Y原子为Si，均为ⅣA族元素，同主族元素，化学性质一定相似，C正确；最外层只有1个电子可能为第ⅠA族元素，也可能为过渡元素(如Cr、Cu)，故化学性质不一定相似，D错误。
答案：C
4．解析：符合泡利原理和洪特规则，表示单核10电子粒子基态时电子排布，故A正确；根据洪特规则：在相同能量的轨道上，电子在排布的时候优先进入空轨道，每个轨道中的单电子取得相同自旋方向，则违背了洪特规则，故B错误；N原子的价电子数为5，其价电子轨道表示式为，故C错误；表示处于基态的B原子的核外电子轨道表示式，故D错误。
答案：A
5．解析：(1)根据泡利原理，每个原子轨道中最多能容纳2个自旋状态相反的电子，所以每个能级最多能容纳的电子数是该能级原子轨道数的2倍，选项B符合题意。(2)根据核外电子排布规律②中错误在于电子排完2s轨道后应排2p轨道而不是3p轨道，正确的应为1s22s22p6；③中没有遵循洪特规则——电子在能量相同的轨道上排布时，应尽可能分占不同的轨道并且自旋状态相同，价电子排布应为：
；④中忽略了能量相同的原子轨道在半充满状态时，体系的能量较低，原子较稳定，正确的应为：1s22s22p63s23p63d54s1。⑤和⑥正确，⑦违反洪特规则，正确的应为C：
答案：(1)B (2)①⑤⑥ ② ③④⑦
6．解析：(1)根据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，可知该元素的基态原子有2个电子层，共有7个电子，是N元素，其轨道表示式为。(2)B元素的负一价离子与C元素的正一价离子的电子排布式都与氩原子相同，即都有18个电子，则B元素为Cl，C元素为K，K＋的结构示意图为。(3)D元素的正三价离子的3d能级为半充满，即三价阳离子的构型为3d5，则原子的价电子构型为3d64s2，即为26号Fe元素，其电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2。(4)由E元素基态原子的M层全充满，N层没有成对电子，只有1个未成对电子，可知其价电子构型为3d104s1，所以E为Cu元素，其价电子轨道表示式为
答案：(1)
(2)Cl
(3)Fe 1s22s22p63s23p63d64s2(或[Ar]3d64s2)
(4)Cu 能级
s
p
d
f
原子轨道数
1
3
5
7
原子轨道名称
ns
npx、npy、npz
ndxy、ndxz、
ndyz、n、
……
电子云轮廓图
的形状和取向
球形
哑铃形互相垂直
梅花形
……
原子(离子)结构示意图
含义
将每个能层上的电子总数表示在原子核外的式子
实例
Al S2－
电子排布式
含义
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
实例
K：1s22s22p63s23p64s1
简化电子排布式
含义
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原子结构的部分以相应稀有气体元素符号外加方括号表示
实例
K：[Ar]4s1
价电子排布式
含义
主族元素的价层电子指最外层电子，价层电子排布式即最外层电子排布式
实例
Al：3s23p1
轨道表示式
含义
每个方框代表一个原子轨道，每个箭头代表一个电子
实例
电子式
含义
化学中常在元素符号周围用“·”或“×”来表示元素原子的最外层电子，相应的式子叫做电子式
实例