高中化学人教版 (2019)选择性必修2第一节 原子结构完整版课件ppt

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1.了解核外电子运动、电子云轮廓图和核外电子运动的状态 。 2.了解泡利原理和洪特规则，会书写和说明1-36号元素基态原子的核外电子排布式和轨道表示式。
通过刚才的视频，我们发现，电子的运动状态是很复杂的，那么电子到底是如何运动的，视频中提到的电子构成的概率云，自旋又指的是什么，通过今天的学习，我们就能解决这些问题。
任务一：了解电子云的相关内容
学生活动：阅读教材P12第1-4自然段，了解电子云，回答下列问题：
1、概率密度的表达式及相关物理量的含义？
3、电子云与概率密度的关系？
4、电子云中的小点与概率密度的关系？
学生活动：阅读教材P12第1-4自然段，了解电子云，回下列问题：
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。
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。
3、电子云与概率密度的关系：
4、电子云中的小点与概率密度的关系：
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。
电子云图中小点越密，表示电子出现的概率越大。
注：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实际 出现的次数。
任务二：认识电子云轮廓图
学生活动：阅读教材P12第5，6自然段，和P13第1，2自然段，了解电子云轮廓图的内容，回答下列问题：
1、绘制电子云轮廓图的目的？
2、绘制电子云轮廓图的方法？
3、s、p电子云轮廓图的形状？
5、电子云轮廓图的大小与能层序数的关系及产生这种变化的原因？
4、p电子云轮廓图有几种，如何表示，什么关系？
表示电子云轮廓的形状，对核外电子的空间运动状态有一个形象化的简便描述。
把电子在原子核外空间出现概率P=90%的空间圈出来
4、p电子云轮廓图有几种，如何表示，什么关系？
px、py、pz相互垂直
（1）关系：同一原子的能层越高， 电子云的半径越大
（2）原因：随着能层序数的增大，电子的能量依次增高，电子在离核更远 的区域出现的概率逐渐增大，电子云越来越向更大的空间扩展。
【典例1】下列说法中正确的是（ ） A.电子云通常是用小黑点来表示电子的多少 B.能量高的电子在离核近的区域运动，能量低的电子在 离核远的区域运动 C.处于最低能量状态的原子叫基态原子 D.电子仅由激发态跃迁到基态时才会产生原子光谱
【解析】电子云是用小黑点表示电子在核外空间某处出现的概率，小黑点的疏密表示出现概率的大小，A错误；通常能量低的电子在离核近的区域运动，能量高的电子在离核远的区域运动，B错误；基态原子的能量最低，C正确；电子由基态跃迁到激发态，或由激发态跃迁到基态，都会产生原子光谱，D错误。 答案：C。
【典例2】下列关于电子云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
【解析】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，而不是电子的实际运动轨迹。人们常用小黑点的疏密程度来表示电子在原子核外空间出现概率的大小。从电子云图中可以看出，离核越近，电子出现概率越大；离核越远，电子出现概率越小。答案：B
【典例3】下列关于1s电子在原子核外出现的概率分布图，也称电子 云示意图(如图所示)的有关说法中，正确的是（ ） A.通常用小点来表示电子的多少，小点越密，电子数目越多 B.小点越密，单位体积内电子出现的机会越大 C.氢原子核外电子绕核做高速圆周运动 D.氢原子的电子云就是氢原子的核外电子分布图
【解析】电子云是一个统计学结果的形象描述。小点密度大表示单位体积内电子出现的概率大。取电子出现的概率P=90%的空间圈出来，形成电子云轮廓图。答案：B
2、s、p电子云轮廓图的形状，p电子云轮廓图的种类、表示方法、关系
1、了解电子云与概率密度的关系，知道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实际出现的次数
3、电子云轮廓图的大小与能层序数的关系
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。
学生活动：阅读教材P14表1-2，小组讨论归纳，回答下列问题：
1、原子轨道的形状有哪些？
2、同一能层，不同能级的原子轨道个数有什么规律？
3、不同能层，相同能级的原子轨道个数有什么规律？
4、原子轨道的个数由什么决定？
3、不同能层，相同能级的原子轨道个数有什么特点？
不同能层，相同能级的原子轨道个数相同
复习提问：能级能量大小的判断方法有哪些？
①先看能层，一般情况下，能层序数越大，能量越高；
再看同一能层各能级的能量顺序为：E(ns)< E(np)②不同能层中的同一能级，能层序数越大，能量越高。
③不同原子的同一能层的同一能级的能量大小也不同。
1、同一能层不同能级的原子轨道，能量大小如何判断？
2、同一能层相同能级的原子轨道，能量大小如何判断，例如： 2px、2py、2pz，这三个原子轨道的能量大小关系如何？
结论：原子轨道能量大小的判断，也遵循能级、能层能量大小的 判断方法
同一能层各能级的能量顺序为：E(ns)< E(np)人们把同一能级的几个能量相同的原子轨道称为简并轨道。
【典例1】如图是s能级和p能级的原子轨道图，下列说法正确的是（ ）
【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能级的原子轨道半径越小，C项正确；钠原子的电子在6个原子轨道上高速运动，D项错误。答案：C
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能级的原子轨道半径与能层序数有关D.钠原子的电子在11个原子轨道上高速运动
【典例2】下列轨道上的电子在xy平面上出现的机会为零的是（ ） A. 3pz B.3px C.3py D. 3s
【解析】px和py，在xy平面上；3pz轨道沿z轴方向伸展，垂直于xy平面，故该轨道上的电子不可能出现在xy平面上；s轨道电子云为球形，各个方向都有，故A符合题意。答案：A
【典例3】符号3px所代表的含义是（ ） A.px轨道上有3个电子 B.第三能层px轨道有3个伸展方向 C.px电子云有3个伸展方向 D.第三能层沿x轴方向伸展的p轨道
【解析】p能级有3个轨道，沿x、y、z三个不同的方向延伸，3px所代表的含义是第三能层沿x轴方向伸展的轨道，最多只容纳2个电子。 答案：D
【典例4】下列说法中正确的是（ ） A.s电子云是在空间各个方向上伸展程度相同的对称形状 B.p电子云的形状是对顶双球 C.L能层有d轨道 D.2d能级包含5个原子轨道，最多容纳10个电子
【解析】s电子云是球形对称的，因此s电子云是在空间各个方向上伸展程度相同的对称形状，A正确；p电子云是哑铃形，B错误；L电子层只有2s、2p两个能级，无d轨道，C错误；从第三电子层开始出现d能级，即没有2d能级，D错误。答案：A
【典例5】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
【解析】不同能级的原子轨道形状可以相同，如1s、2s能级的原子轨道都是球形，只是半径不同，A错误；现在的技术无法测定电子在原子核外的运动轨迹，原子轨道只是体现电子的运动状态，B、D错误；任何能层的p能级都有3个p轨道，C正确。答案：C
3、原子轨道能量大小的比较
2、各能级原子轨道数：s-1、p-3、d-5、f-7
1、原子轨道数与电子运动状态的关系
泡利原理、洪特规则、能量最低原理
3、电子自旋的表示方法？
学生活动：阅读教材P14第1，2自然段，回答下列问题：
3、电子自旋的表示方法：
电子除空间运动状态外，还有一种状态叫做自旋。
电子自旋可以比喻成地球的自转。
电子自旋在空间有顺时针和逆时针两种取向。
常用方向相反的箭头“↑”和“↓”表示自旋状态相反的电子。
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（也称为泡利不相容原理）。
①自旋是微观粒子普遍存在的一种如同电荷、质量一样的内在属性。
决定电子的运动状态：能层、能级、原子轨道、自旋
决定电子的能量：能层、能级
决定电子运动的空间范围：原子轨道
③一个原子中不可能存在运动状态完全相同的2个电子
任务五：探究电子排布的轨道表示式
1、轨道表示式的含义？
学生活动：阅读教材P15第1，2自然段，回答下列问题：
2、轨道表示式的书写要求？
轨道表示式(又称电子排布图)是表述电子排布的一种图式
(1)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。
(2)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);箭头同向的单电子称自旋平行，如基态氧原子有2个自旋平行的2p电子。
(3)通常应在方框的下方或上方标记能级符号。
(4)有时画出的能级上下错落，以表达能量高低不同。
(1)不同能层及能级的原子轨道的方框必须分开表示
(2)轨道表示式的排列顺序与电子排布式顺序一致，即按能层顺序排列
(3)轨道表示式中能级符号右上方不能标记电子数
3、书写方法：以Si原子为例，说明轨道表示式中各部分的含义：
学生活动：书写下列原子的电子排布图
学生活动：阅读教材P15第3，4， P16前三个自然段，回答下列问题：
1、洪特规则的内容？
2、洪特规则适用的粒子范围？
3、洪特规则适用的轨道范围？
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，称为洪特规则。
洪特规则只针对电子填入简并轨道而言，并不适用于电子填入能量不同的轨道
学生活动：书写下列原子价层电子的轨道表示式
特例：简并轨道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高的稳定性。
如基态24Cr的电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s1,为半充满状态， 易错写为1s22s22p63s23p63d44s2 ；
基态29Cu的电子排布式为[Ar]3d104s1，为全充满状态， 易错写为[Ar]3d94s2。
思考与讨论：(1)下列轨道表示式中哪个是硼的基态原子?为什么?
解析：答案：A 。 根据泡利原理，在一个原子轨道里，最多只能容纳2个电子，且它们的自旋相反。
(2)下列轨道表示式中哪个是氧的基态原子?为什么?
解析：答案：A。根据洪特规则，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。
任务七：探究能量最低原理
学生活动：阅读教材P16第4，5，6三个自然段，回答下列问题：
1、能量最低原理的内容？
2、原子能量的决定因素有哪些？
3、电子填入能级的方式有哪些？
4、基态原子核外电子排布遵循的原理有哪些？
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。
核电荷数、电子数和电子状态
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(如所有主族元素的基态原子);而当相邻能级能量相差不太大时，有1~2个电子占据能量稍高的能级可能反而降低了电子排斥能而使整个原子能量最低(如所有副族元素的基态原子)
泡利原理、洪特规则和能量最低原理
思考与讨论：(1)为什么基态氦原子的电子排布是1s2而不是1s12s1?
解析：(1)氦原子核外有2个电子，根据能量最低原理和泡利原理，基态氦原子的2个电子以自旋相反的形式填充在能量最低的1s轨道中。且1s和2s能量相差较大，所以基态氦原子不会出现2个电子单独分占1s、2s轨道的情况。
(2)为什么基态氮原子的轨道表示式是 ,而不是
解析：(2)氮原子核外有7个电子，根据能量最低原理和泡利原理，基态氮原子先有2个电子以自旋相反的形式填充在1s轨道中，又有2个电子以自旋相反的形式填充在2s轨道中；根据洪特规则，余下的3个电子将以自旋平行的方式分别填充在3个取向不同但能量相同的2p轨道中。
(3)为什么基态K和Ca的价电子是4s1和4s2,而不是3d1和3d2?
解析：根据构造原理书写电子排布式，基态钾原子为1s22s22p63s23p64s1,基态钙原子为 1s22s22p63s23p64s2,且钾和钙的光谱也证实了它们的最外层电子为4s1和4s2,而不是3d1和3d2,说明钾和钙这样的电子排布符合能量最低原理
1、轨道表示式的书写方法
2、泡利原理的内容及在轨道表示式书写中的应用
3、洪特规则的内容及在轨道表示式书写中的应用
4、能量最低原理的内容
【典例1】下列有关核外电子排布的式子不正确的是（ ） A.24Cr的电子排布式：1s22s22p63s23p63d54s1 B.K的简化电子排布式：[Ar]4s1 C.N原子的电子排布图： D.S原子的电子排布图：
【解析】 S原子的电子排布图违反了洪特规则，正确的应是
【典例2】 24Cr原子处于基态时，价电子排布可用轨道表示式表示成
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
【解析】洪特规则实际上是能量最低原理的一个特例，电子排布满足洪特规则，实际上是为了更好地遵循能量最低原理，同一能级的不同原子轨道在全满(s2、p6和d10)、半充满(s1、p3和d5)和全空(s0、p0和d0)状态时，体系能量较低，原子较稳定。答案：B
【典例3】下列说法错误的是（ ） A.ns电子的能量可能低于(n-1)p电子的能量 B.6C的电子排布式为1s22s22px2,违反了洪特规则 C.电子排布式(21Sc)1s22s22p63s23p63d3违反了能量最低原理 D.电子排布式(22Ti) 1s22s22p63s23p10违反了泡利原理
【解析】能层序数越大，能量越高，对于s和p能级， ns电子的能量一定高于(n-1)p电子的能量，所以A错误。答案：A。
原子轨道与简并轨道与轨道表示式