第3课时电子云、原子轨道与泡利原理、洪特规则
电子云原子轨道泡利原理洪特规则教案
电子云原子轨道泡利原理洪特规则教案
一、背景介绍
洪特规则认为，原子的各种性质可由原子电子轨道模型描述。
在原子
电子轨道模型中，原子电子被认为是分布在对称的球形电子云中的，而这
个球形电子云是由若干轨道组成的。
物理学家在探索原子各种性质的时候，不但需要考虑电子的位置，还需要考虑它们的运动性质。
根据洪特规则，
原子电子轨道应当是对称的，电子轨道等级也是按照具有其中一种固定的
顺序排列的。
洪特规则还包括拓扑规则，即描述每个电子层架构所允许的电子轨道
等级的最大和最小值。
拓扑规则指出，每一个电子层架的核心电子最多只
能有8个，而外层的电子可以有多达18个，这18个电子分为三个循环，
每个循环只能有最多6个电子。
二、洪特规则的本质
洪特规则的本质是描述原子电子轨道模型的一种抽象理论，可用来描
述原子各种性质的变化。
洪特规则可用来解释物质的属性，包括电子轨道
模型的结构，以及电子的构造和分布的性质。
它可以用来解释物质的化学
结构，电子能量失衡，熔点，沸点，等离子体结构等。
电子云、原子轨道与泡利原理、洪特规则[1]
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课时3 电子云、原子轨道与泡利原理、洪特规则1．图1和图2分别是1s电子的概率概率分布图和原子轨道图。
下列有关认识正确的是（）A．图1中的每个小黑点表示1个电子B．图2表示1s电子只能在球体内出现C．图2表明1s轨道呈圆形，有无数对称轴D．图1中的小黑点表示某一时刻，电子在核外所处的位置2．“各能级最多容纳的电子数，是该能级原子轨道数的二倍”，支撑这一结论的理论是（）A．构造原理B．泡利原理C．洪特规则D．能量最低原理3．电子排布在同一能级时，总是（）A．优先单独占据不同轨道，且自旋方向相同B．优先单独占据不同轨道，且自旋方向相反C．自由配对，优先占据同一轨道，且自旋方向相同D．自由配对，优先占据同一轨道，且自旋方向相反4．基态原子的4s能级中只有1个电子的元素共有（）A．1种B．2种C．3种D．8种5．下图中，能正确表示基态硅原子的是（）A B C D6．人们常将在同一原子轨道上运动的，自旋方向相反的2个电子，称为“电子对”；将在同一原子轨道上运动的单个电子，称为“未成对电子”。
以下有关主族元素原子的“未成对电子”的说法，错误的是（）A．核外电子数为奇数的基态原子，其原子轨道中一定含有“未成对电子”B．核外电子数为偶数的基态原子，其原子轨道中一定不含“未成对电子”C．核外电子数为偶数的基态原子，其原子轨道中可能含有“未成对电子”D．核外电子数为奇数的基态原子，其原子轨道中可能不含“未成对电子”7．当碳原子的核外电子排布由转变为时，下列说法正确的是（）A．碳原子由基态变为激发态B．碳原子由激发态变为基态C．碳原子要从外界环境中吸收能量D．碳原子要向外界环境释放能量8．化合物YX2、ZX2中，X、Y、Z的核电荷数小于18；X原子最外能层的p能级中有一个轨道充填了2个电子，Y原子的最外层中p能级的电子数等于前一能层电子总数，且X和Y 具有相同的电子层；Z与X在周期表中位于同一主族。
回答下列问题：（1）X的电子排布式为，Y的轨道表示式为；（2）ZX2的分子式是，YX2电子式是；（3）Y与Z形成的化合物的分子式是_______，该化合物中化学键的种类是________。
新教材高中化学 第一章 原子结构与性质 第1节 原子结构(第3课时)课件 新人教版选择性必修2
新知预习
一、电子云与原子轨道 1．电子云 (1)概念：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 被形象地称为_____电__子__云_____。
4．下面关于硅原子的核外电子排布表示式中，错误的是 ( C ) A．1s22s22p63s23p2 B．[Ne]3s23p2
C．
D． 解析：A和B两项都是电子排布式，C和D两项都是电子排布图，其 中C项违背了洪特规则。
5．下面是s能级、p能级的原子轨道图，试回答问题：
(1)s电子的原子轨道呈_____球_____形，每个s能级有_____1____个原 子轨道；p电子的原子轨道分别相对于x、y、z轴_____对__称_____，每个p 能级有_____3____个原子轨道。
倍”，支撑这一结论的理论是
( B)
A．能量最低原理
B．泡利不相容原理
C．洪特规则
D．能量最低原理和泡利不相容原理
解析：根据泡利不相容原理，每个原子轨道上最多只能容纳两个自 旋状态相反的电子，因此各电子层最多容纳该电子层原子轨道数目二倍 的电子；洪特规则是电子在能量相同轨道排布时尽可能分占不同轨道且 自旋状态相同；能量最低原理是指电子总是先占据能量低的轨道，再依 次进入能量高的轨道。
核心素养
新课情境呈现 课前素能奠基 课堂素能探究 名师博客呈现 课堂达标验收
1.1.3电子云和原子轨道,泡利原理、洪特规则、能量最低原理
······
表1-2 不同能层的能级、原子轨道
原子 轨道数
1 1 3
1 3 5 1 3 5 7 ······
原子轨道符号
1s
2s 2px、2py、2pz
3s 3px、3py、3pz
······ 4s
4px、4py、4pz ······ ······ ······
原子轨道的形状和取向
形状 球形
基态是能量最低的状态。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。 2.实际上，整个原子的能量是由核电荷数、电子数和电子状态三个因素共同 决定。 3.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；但当相邻能级能量差别不大时，有1～2个电子填入能量稍高的能级可能 反而降低电子排斥能，进而使原子整体能量最低。例如所有副族元素的基态 原子。
总之，基态原子的核外电子排布遵循泡利原理，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？ 后者不符合泡利原理
2.为什么基态氮原子的电子轨道表示式是 1s 2s
2p ，而不是
1s 2s
Байду номын сангаас2p
↑↓ ↑↓ ↑ ↑ ↑
↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑ ↑ ？
后都不符合洪特规则
1.什么是电子自旋 ?
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(“↑”“↓” )表示自旋相反的电子。 2.什么是泡利原理(1925年)？
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（也称泡利不相容原 理）。
电子自旋
1.1.3电子云与原子轨道 泡利原理、洪特规则、能量最低原理下学期高二化学人教版选择性必修2
相互垂直
……
……
……
……
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。
ns能级各有 1 个轨道，np能级各有 3 个轨道， nd能级各有 5 个轨道，nf能级各有 7 个轨道。
能层数 K L M N O P Q n
能级数 1
2
3
4
5
6
7n
轨道数 1
4
9 16 25 36 49 n2
原子轨道的特点
3.基态原子的核外电子填充在6个轨道的元素有几种？填充在7个轨道中的元素有几种？ 提示 s、p能级分别有1、3个原子轨道，按照构造原理，核外电子填充在6个轨道的 元素为 1s22s22p63s1(Na)和1s22s22p63s2(Mg)，共2 种；填 充在 7 个轨道 中的元 素只有 1s22s22p63s23p1(Al)一种元素。
A.1s电子云呈球形,表示电子绕原子核做圆周运动
B.ns能级的原子轨道可表示为
C.3d3表示3d能级有3个轨道 D.电子云轮廓图中的小点密度大,说明该原子核外空间电子数目多
2．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
能层 K L M
N
能级 原子轨道数
1s
1
2s
1
2p
3
3s
1
3p
3
3d
5
4s
1
4p
3
4d
5
4f
7
原子轨道名称
1s 2s 2px、2py、2pz 3s 3px、3py、3pz …… 4s 4px、4py、4pz …… ……
高中化学新人教版选择性必修二1.1.3电子云与原子轨道泡利原理洪特规则能量最低原理(57张)
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：1s22s22p63s23p63d64s2。 (3)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：3d104s1。
【自主探索】 (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。
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)(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。
1.1.3电子云原子轨道泡利原理洪特规则能量最低原理课件高二化学人教版选择性必修2
能级
原子 轨道数
s ……1 p ……3 d ……5 f ……7
原子轨道 表示方法
电子云 原子轨道 泡利原理 洪特规则 能量最低原理
泡利原理：在一个原子轨道里,最多只能容纳__2_个电 子，它们的自旋方向__相__反___，用“__↓_↑____”表示。
顺时针、逆时针
√
注：一个原子中不可能存在运动状态完全相同的2个电子
概率密度：
一定空间运动状态的电子在核外空间各处都有可能出现，但出现的概率 不同
P表示电子在某处出现的概率
V表示该处的体积
概率密度：ρ=
P V
电子云 原子轨道 泡利原理 洪特规则 能量最低原理
电子云：
由于核外电子的概率密度分布看起来像一片 云雾，因而被形象地称为电子云
电子云：电子在原子核外空间概率密度分布的 形象描述。
（方向性）分别以Px , Py , PZ表示。
注：不同能层的同种能级的原子轨道形状相似，只是半径不同；相同能 层的同种能级的原子轨道形状相似，半径相同，能量相同，方向不同 。
电子云 原子轨道 泡利原理 洪特规则 能量最低原理 P能级的原子轨道图
哑铃形
电子云 原子轨道 泡利原理 d能级的5个原子轨道：花瓣形
波尔建立的线性轨道模型被量子力学推翻。
宏观物体的运动
微观粒子的运动
电子云 原子轨道 泡利原理 洪特规则 能量最低原理
1913年，玻尔提出氢原子模型，电子在 线性轨道 上绕核运 行。
1922年诺贝尔 物理学奖获得者
然而，1926年，玻尔建立的线性轨道模型被 量子力学推翻。
电子云 原子轨道 泡利原理 洪特规则 能量最低原理
z
x
y
电子云 原子轨道 泡利原理 洪特规则 能量最低原理 s能级的原子轨道图
电子云与原子轨道
问题导学
当堂检测
3.不同能层的同种能级的原子轨道形状是否完全相同呢? 答案: 不同能层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) <r( 2s) <r( 3s) 。
问题导学
当堂检测
解析: 电子云中的小黑点, 单独看小黑点没什么实际意义, 但从 黑点密度的大小上则能说明电子在该区域出现的几率大小。 ( 1) 从统 计的结果中分析, 距离原子核越近, 电子出现的机会越多; 距离原子核 越远, 电子出现的机会越少。( 2) 从物质的运动, 总是趋于能量最低来 分析, 因为离核越近, 电子云的密度越大, 电子的能量越低, 离核越远, 电子云的密度越小, 电子的能量越高。( 3) 电子运动虽然没有宏观物 体那样的运动规律, 但也有自身的规律, 电子云就是人们对电子运动 规律的形象描述。 答案: ( 1) 距原子核越近, 电子出现的机会越多; 距原子核越远, 电 子出现的机会越少 ( 2) 低 高 因为离核越近, 电子的概率密度越 大, 离核越远, 电子的概率密度越小 ( 3) BD
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一、电子云与原子轨道 1.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 为电子云。 2.电子云轮廓图: 为了表示电子云轮廓的形状, 对核外电子的空 间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, 即为电子云轮廓图。
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课时3 电子云、原子轨道与泡利原理、洪特规则
1．图1和图2分别是1s电子的概率概率分布图和原子轨道图。
下列有关认识正确的是（）A．图1中的每个小黑点表示1个电子
B．图2表示1s电子只能在球体内出现
C．图2表明1s轨道呈圆形，有无数对称轴
D．图1中的小黑点表示某一时刻，电子在核外所处的位置
2．“各能级最多容纳的电子数，是该能级原子轨道数的二倍”，支
撑这一结论的理论是（）
A．构造原理B．泡利原理C．洪特规则D．能量最低原理3．电子排布在同一能级时，总是（）
A．优先单独占据不同轨道，且自旋方向相同
B．优先单独占据不同轨道，且自旋方向相反
C．自由配对，优先占据同一轨道，且自旋方向相同
D．自由配对，优先占据同一轨道，且自旋方向相反
4．基态原子的4s能级中只有1个电子的元素共有（）
A．1种B．2种C．3种D．8种
5．下图中，能正确表示基态硅原子的是（）
A B C D
6．人们常将在同一原子轨道上运动的，自旋方向相反的2个电子，称为“电子对”；将在同一原子轨道上运动的单个电子，称为“未成对电子”。
以下有关主族元素原子的“未成对电子”的说法，错误的是（）
A．核外电子数为奇数的基态原子，其原子轨道中一定含有“未成对电子”
B．核外电子数为偶数的基态原子，其原子轨道中一定不含“未成对电子”
C．核外电子数为偶数的基态原子，其原子轨道中可能含有“未成对电子”
D．核外电子数为奇数的基态原子，其原子轨道中可能不含“未成对电子”
7．当碳原子的核外电子排布由转变为时，下列说法正确的是（）A．碳原子由基态变为激发态B．碳原子由激发态变为基态
C．碳原子要从外界环境中吸收能量D．碳原子要向外界环境释放能量
8．化合物YX2、ZX2中，X、Y、Z的核电荷数小于18；X原子最外能层的p能级中有一个轨道充填了2个电子，Y原子的最外层中p能级的电子数等于前一能层电子总数，且X和Y具有相同的电子层；Z与X在周期表中位于同一主族。
回答下列问题：
（1）X的电子排布式为，Y的轨道表示式为；
（2）ZX2的分子式是，YX2电子式是；
（3）Y与Z形成的化合物的分子式是_______，该化合物中化学键的种类是________。
9．下面是s能级p能级的原子轨道图，试回答问题：
⑴s电子的原子轨道呈
形，每个s能级有个
原子轨道；p电子的原子轨
道呈形，每个p能级有个原子轨道。
⑵s电子原子轨道、p电子原子轨道的半径与什么因素有关？是什么关系？
10．下图是N、O、F三种元素基态原子电子排布的轨道表示式（如有需要，可以利用本练习中出现过的信息）。
试回答下列问题：
⑴N、O、F形成氢化物的分子组成，与对应的三种元素基态原子内的电子排布有什么关系？
⑵在右边的方框内，画出C原子基态原子电子排布的轨道
表示式。
⑶根据你发现的规律，对基态C原子形成CH4分子的微观
过程提出合理的猜想。
⑴铁原子最外层电子数为，铁在发生化学反应时，参加反应的电子可能是。
⑵请你通过比较、归纳，分别说出3种不同化学用语所能反映的粒子结构信息。
课时3 电子云、原子轨道、泡利原理、洪特规则
1．D 2．B 3．A 4．C 5．A 6．BD 7．AC
8．（1）1s22s22p4（2）SO2（3）CS2极性键
9．⑴球形 1 纺锤 3 ⑵与能层序数n有关。
能层序数n越大，原子轨道的半径越大。
10．⑴1个氢化物分子中的H原子数目等于其对应的基态原子中的未成对电子数
⑵
⑶基态C原子有1个2s电子激发到p轨道，形成4个未成对电子。
11．⑴2 4s上的2个电子或4s上的2个电子和3d上的1个电子
⑵结构示意图：能直观地反映核内的质子数和核外的电子层数及各能层上的电子数。
电子排布式：能直观地反映核外电子的能层、能级和各能级上的电子数。
轨道表示式：能反映各轨道的能量的高低及各轨道上的电子分布情况，自旋方向。