2024_2025学年新教材高中化学第1章原子结构与性质第1节基次时2电子云与原子轨道泡利原理洪特规则能量最低原理学案新人教版选择性必修第二册.doc
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电子云与原子轨道泡利原理、洪特规则、能量最低原理
学习任务
1．了解电子云轮廓图和核外电子运动的状态。
2．能从原子的微观层面理解原子的组成、结构等，能依据核外电子的排布规则熟知核外电子排布的表示方法，并能依据电子排布的轨道表示式、结构示意图等推导出对应的原子或离子。
一、电子云与原子轨道
1．电子云
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。
2．电子云轮廓图
为了表示电子云轮廓的形态，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，即电子云轮廓图。
3．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。
(2)形态
①s电子的原子轨道呈球形，能层序数越大，原子轨道的半径越大。
②除s电子云外，其他电子云轮廓图都不是球形的。例如，p电子云轮廓图是呈哑铃状的。
(3)各能级所含有原子轨道数目
能级符号
ns
np
nd
nf
轨道数目
1
3
5
7
微点拨：原子轨道与能层序数的关系
(1)不同能层的同种能级的原子轨道形态相同，只是半径不同。能层序数n越大，原子轨道的半径越大。如：
同一原子的s电子的电子云轮廓图
(2)s能级只有1个原子轨道。p能级有3个原子轨道，它们相互垂直，分别以px、py、pz表示。在同一能层中px、py、pz的能量相同。
电子云图中的小点是否代表电子？电子云是否代表电子的运动轨迹？
提示：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。电子云是处于确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。
下列有关电子云和原子轨道的说法正确的是()
A．原子核外的电子像一片云雾一样覆盖在原子核四周，故称电子云
B．s轨道呈球形，处在该轨道上的电子只能在球壳内运动
C．p轨道呈哑铃形，在空间有两个伸展方向
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增大而增大
D[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内出现的概率密度，并非原子核真被电子云雾所包袱，故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概率大，在此区域外出现的概率小，故B错误；p轨道在空间有x、y、z3个伸展方向，故C错误；由于按2p、3p……的依次，电子的能量依次增大，电子在离核更远的区域出现的概率慢慢增大，电子云越来越向更大的空间扩展，原子轨道的平均半径慢慢增大，故D正确。]
二、泡利原理、洪特规则、能量最低原理
1．电子自旋与泡利原理
(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，电子自旋在空间有顺时针和逆时针两种取向，简称自旋相反，常用上下箭头(↑和↓)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2个电子，它们的自旋相反。
2．电子排布的轨道表示式
(1)在轨道表示式中，用方框(或圆圈)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)。
(2)表示方法：以铝原子为例，轨道表示式中各符号、数字的意义为
微点拨：通常应在方框下方或上方标记能级符号，有时画出的能级上下错落，以表达能量凹凸不同。
3．洪特规则
(1)内容：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。
(2)特例
在简并轨道(同一能级)上的电子排布处于全充溢、半充溢和全空状态时，具有较低的能量和较大的稳定性。
相对稳定的状态eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(全充溢：p6、d10、f14,全空：p0、d0、f0,半充溢：p3、d5、f7))
如24Cr的电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s1，为半充溢状态，易错写为1s22s22p63s23p63d44s2。
微点拨：洪特规则不仅适用于基态原子，也适用于基态离子。
4．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。
微点拨：能级的能量凹凸依次如构造原理所示(对于1～36号元素来说，应重点驾驭和记忆“1s→2s→2p→3s→3p→4s→3d→4p”这一依次)。
(正确的打“√”，错误的打“×”)
(1)当电子排布在同一能级的不同轨道时，电子总是先占满1个轨道，然后再占据其他原子轨道。 (×)
(2)eq\o\al(12,6)C的电子排布式1s22s22peq\o\al(2,x)违反了洪特规则。 (√)
(3)违反了泡利原理。 (