高中化学：电子云与原子轨道知识分享
宏观、微观运动的不同
宏观物体 微观粒子
质量 很大 速度 较小 位移 可测 能量 可测
很小
很大（接近光 速）
位移、能量 不可同时测定
轨迹 可描述 （画图或函数描述）
2020/7/16
不可确定
核外电子运动的特征
宏观物体的运动特征： 可以准确地测出它们在某一时刻所处的位置及
运行的速度； 可以描画它们的运动轨迹。
微观物体的运动特征： 核外电子质量小，运动空间小，运动速率大。 无确定的轨道，无法描述其运动轨迹。 无法计算电子在某一刻所在的位置，只能指出
其在核外空间某处出现的机会的多少。
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核外电子运动状态的描述
电子云(演示)
电子云：描述核外电子运动特征的图象。 电子云中的小黑点：
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科学研究
阅读课文P12,讨论下列问题
1、S、P、d能级分别有多少个轨道，每个轨道上最多能 容纳几个电子？其自旋方向怎样？
S p d f能级分别有2、3、5、7个轨道，每个 轨道最多能容纳的电子数为2个，且自旋方向相反。 这就是泡利原理 2、举例说明洪特规则：
当电子排布在同一能级的不同轨道时，总是 首先单独占一个轨道（即分占不同的轨道），而 且自旋方向相同。
2、钠的电子排布式可写成[Ne]3S1，试问： 上式方括号中的符号是什么意思？
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作业
通读本节《原子结构》课 文，归纳本节知识内容，并自 出自解一道题。
（以上两项均写在作业本上）
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此课件下载可自行编辑修改，仅供参考！ 感谢您的支持，我们努力做得更好！谢谢
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P
能
级
的
原
子
轨
P能级的3个原子轨道P x,Py,PZ合 在一起的情形.
道
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d 能 级 的 原 子 轨 道
d能级的原子轨道有5个.
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问题讨论
原子轨道与火车运行的轨道有何不同? 原子轨道是指一定能级上的电子,
在核外空间运动的一个空间区域.火 车的轨道则是火车运行的一个固定 路线.
并不是表示原子核外的一个电子,而是表 示电子在此空间出现的机率。
电子云密度大的地方说明电子出现的机 会多，而电子云密度小的地方说明电子出现 的机会少。
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电子云轮廓图----原子轨道
S能级的原子轨道
S能级的原子轨道是球形对称的.
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P能级的原子轨道
z
z
z
y
y
y
x
x
x
P能级的原子轨道是纺锤形 的,每个P能级有3个原子轨道,它们 相互垂直,分别以P x,Py,PZ表示.
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课堂练习
用轨道表示式表示出铁原 子的核外电子排布
泡利原理
↑↓
↑↓ ↑ ↑ ↑ ↑
↑↓
↑↓ ↑↓ ↑↓
↑↓
↑↓ ↑↓ ↑↓
洪特规则
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
↑↓
能量最低原理
思考与交流
1、从元素周期表中查出铜的外围电子排布， 它是否符合构造原理。
当一个能级上的电子填充达到全充满， 半充满或全空时是一种稳定状态，使得体 系的能量较低。这就是洪特规则的第二条。
原子结构电子云与原子轨道
原子结构电子云与原子轨道原子是最小的化学物质单位。
原子包括原子核和电子，其中原子核带有正电荷，而电子带有负电荷。
原子的结构可以通过电子在原子中所处的能层和轨道描述。
在本文中，我们将讨论原子结构中的电子云和原子轨道。
电子云电子云是指电子在原子中所处的空间区域。
电子云的密度表示了电子在该空间区域中出现的可能性。
在量子力学的框架下，电子云是由波函数描述的。
波函数是一种数学函数，用于描述粒子在空间中的波动性。
在原子中，电子的波函数描述了其在空间中的可能位置和能级。
电子云密度的模型是根据波函数的平方值而得到的。
这个平方值称为电子云密度或电子概率密度，它表示了在任何一点上找到电子的可能性。
电子云的形状与原子的构成有关。
在一些原子中，电子云形成球形电子云；在其他原子中，电子云呈现出不同的形状，如环形、叶形和球形等。
电子云的大小也是有限的，它与电子运动的能量有关。
正如我们所知道的，电子具有粒子和波动性质。
根据波特性，电子在原子的不同能层中徘徊。
这种徘徊表现为电子云的不同形态。
例如，在第一能层（n=1）中，电子云呈现出球形；在第二能层（n=2）中，电子云形成一个球形和一个极端扁平化的环形；在第三层中，电子云通过三个不同的轨道呈现出多种形态。
电子云位于原子的各个轨道中。
原子中最外层的电子称为价电子，因为它们决定原子的化学性质。
价电子的云形状最为复杂，其运动也是最为活跃的，因为它们与其他原子进行化学化合。
原子轨道原子轨道是描述电子在原子中运动的概念。
原子轨道的形状是由波函数定义的。
波函数是原子轨道的物理概念，它描述了电子在原子内运动的可能位置和概率密度分布。
根据波函数模型，原子轨道的形状可以确定，因为它们代表了电子在原子内出现的可能性。
原子轨道通常分为s，p，d和f类型。
s轨道的形状是球形的，p轨道的形状是双埃姆多平面的，d轨道的形状是菱形面的，f轨道的形状与d轨道相似。
每种类型的原子轨道都包含不同数量的电子，它们描述了不同的电子排布方式。
化学人教版(2019)选择性必修2 1.1.2电子云和原子轨道(共23张ppt)
小点越密，表明概率密度越大。
01 电子云与原子轨道
1、电子云
电子云图难绘制
电子云轮廓图
电子云轮廓图： 把电子在原子核外空间出现概率P= 90% 的空间圈出来。
01 电子云与原子轨道
1、电子云
同一原子的 s 电子的电子云轮廓图
1. 不同能层的s电子云形状一致，均为球形； 2. 能层越高，s电子的电子云半径越大。
A．s和p的原子轨道形状相同 C
B．每个p都有6个原子轨道 C．s能级的原子轨道半径与电子层数有关 D． 同一电子层p的原子轨道能量不相等
课堂练习
6．按照量子力学对原子核外电子运动状态的描述，下列说法不正确
的是（ D ）
A．p能级有3个轨道 B．s电子云轮廓图为球形 C．电子跃迁所得原子光谱可用于元素鉴定 D．基态Si原子的2p能级与3p能级中的电子能量相同
01 电子云与原子轨道
氢原子的五次瞬间照相
5 张照片 叠印
100 张照片 叠印
1 000 张照 片叠印
用小黑点的疏密来表示 小黑点密处表示电子出现的概 率密度大，小黑点疏处概率密 度小
看上去好像一片带负电的云雾 笼罩在原子核周围 电子云
01 电子云与原子轨道
1、电子云
玻尔模型
电子云模型
电子在_线__性___轨__道__上绕核运行
宏观物体的运动轨迹 电子的运动轨迹是什么样子？
核外电子的运动
01 电子云与原子轨道
核外电子运动有何特点?
宏观物体
电子
质量
很大
很小速度Leabharlann 较慢很快(接近光速)
空间
大
极小
轨迹
可描述 （画图或函数描述）
高二化学原子轨道与电子云模型
高二化学原子轨道与电子云模型原子轨道和电子云模型是化学中描述原子结构和电子分布的理论模型。
原子轨道是根据量子力学的原理而提出的，用来描述电子在原子中的能态和运动状态；而电子云模型则是一种更直观的解释，用来描述电子在原子周围的空间分布。
原子轨道是量子力学中描述电子运动的概念。
根据波粒二象性理论，电子既可以被看作粒子，也可以被看作波动。
在原子轨道理论中，将电子看作是在原子核周围沿着特定轨道运动的粒子。
这些轨道被分为不同的能级，每个能级可以容纳一定数量的电子。
简单来说，原子轨道就是描述不同能级上电子所处位置和能量的数学函数，一般用符号s、p、d、f表示。
电子云模型是一种更为直观的描述电子分布的方法。
根据电子云模型，电子不再被看作粒子，在原子核的周围形成一种云状的分布。
这个云状分布代表了电子在不同位置上被发现的概率。
在电子云模型中，电子云越密集的地方，电子存在的概率就越大；相反，电子云越稀疏的地方，电子存在的概率就越小。
原子轨道和电子云模型相互补充，共同描述了电子在原子中的运动和分布。
根据量子力学的原理，每个原子能级上的原子轨道和电子云形状是确定的，而电子的具体位置和能量则是不确定的。
这种不确定性被称为不确定性原理，它是量子力学理论的核心内容。
在原子轨道和电子云模型中，我们可以进一步了解原子中的电子分布规律。
例如，每个能级上的原子轨道数量是有限的，按照一定的顺序填充电子。
八个电子以内的原子，按照2-6-8规则填充电子；超过八个电子的原子，则需要考虑到各种复杂情况。
此外，原子轨道和电子云模型还能解释原子的化学性质和反应性，以及通过改变原子轨道和电子云分布来实现化学反应的机理等。
总的来说，原子轨道和电子云模型是化学中描述原子结构和电子分布的基本理论模型。
它们通过数学函数和图形模型的方式，让我们更好地理解和解释原子中电子的行为和特性。
通过深入研究原子轨道和电子云模型，我们可以揭示物质的微观世界，为化学领域的发展做出更多的贡献。
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。
电子云与原子轨道++课件-2024学年高二下学期化学人教版(2019)选择性必修2
环节二：认识电子云 (3)d电子云轮廓形状
环节二：认识电子云 (4)f 电子云轮廓形状
环节三：再识原子轨道
4、原子轨道： 量子力学把电子在原子核外的一种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。
s能级的原子轨道有1个
p能级的原子轨道有3个
环节三：再识原子轨道
(2)形状相同的原子轨道能量的高低：
1s＜2s＜3s＜4s＜5s…… (3)同一能层内形状相同而伸展方向不同的原子轨道 的能量相等，如npx、npy和npz轨道的能量相等。
课堂评价
题组1 认识理解电子云
1.下列说法正确的是（ C ）
A． 电子云呈球形，表示电子绕原子核做圆周运动 B． 电子云图中的小黑点密度大，说明该原子核外空间电子数目多 C．ns 能级的电子云轮廓图可表示为 D．3d3表示能级有3个轨道
注意：
的概率密度分布图
1.小黑点越密，表示概率密度越大
2.小点不代表电子，也不代表电子实际出现的次数。
环节二：认识电子云 3．电子云轮廓图：
电子云图难绘制
电子云轮廓图
z
将出现概率 P= 90% 的空间圈出来
x
y
氢原子的1s电子云轮廓绘制过程
绘制电子云轮廓图的目的：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。
环节二：认识电子云 (2)p电子云轮廓形状 ——哑铃形
注意：
px、py、pz的电子云轮廓图
①p电子云轮廓图是哑铃形的，每个p能级有3个相互垂直的电子云，分别以px、py、pz
表示，右下角标x、y、z分别是P电子云在直角坐标系的取向。
②在同一能层中px、py、pz的能量相同。同一能级中的轨道能量相等，称为简并轨道 ③ p电子轮廓图的平均半径随能层的增大而增大。
电子云与原子轨道 泡利原理、洪特规则、能量最低原理 高二下学期化学人教版(2019)选择性必修2
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。
[微自测]
2.下列说法正确的是（
C
）
A.不同的原子轨道形状一定不相同
Cu：1s22s22p63s23p63d94s2
22s22p63s23p63d54s1
Cr：1s
√
22s22p63s23p63d104s1
Cu：1s
√
③总结：洪特规则不仅适用于基态原子，也适用于基态离子。
洪特规则适用于电子填入简并轨道，并不适用于电子填入能量不同的轨道。
3.能量最低原理
①含义：在构建基态原子时，电子将尽可能地先占据能量低的原子轨
道，使整个原子的能量最低。（构造原理）
②因素：整个原子的能量由核电荷数、电子数和电子状态三个因素共同决定。
③注意：书写轨道表示式时，常出现的错误及正确书写
思考与讨论
P16
违反能量最低原理
违反泡利原理和洪特规则
19K
1s22s22p63s23p64s1
20Ca
1s22s22p63s23p64s2
3d能级的能量大于4s能级的能量
x
y
电子云轮廓图的绘制过程
球形轮廓图
【思考与讨论】你能发现什么规律？
1.所有原子的任一能层的s电子的电子云轮廓图都是一个球形，只是球
的半径不同。
2.同一原子的能层越高，s电子云半径越大。由于电子能量依次增高，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。
人教版高二化学选择性必修第2册 第一章 第一节 第三课时 电子云与原子轨道
请整理能层、能级和原子轨道之间的关系，并填表。
能层 能级
K
L
M
原子
原子轨道符号
轨道数
电子云轮廓图
形状
取向
1s
1
1s
球形
——
2s
1
2s
球形
——
2p
3
2px、2py、2pz
3s
1
3s
3p
3
3px、3py、3pz
3d
5
——
哑铃形 相互垂直
球形
——
哑铃形 相互垂直
——
——
【课堂练习】
1. 下列对于电子的运动状态描述正确的是(
1911年，英国物理学
家卢瑟福根据1910年
进行的α粒子散射实
验，提出了原子结构
的行星模型。在这个
模型里，电子像太阳
系里的行星围绕太阳
转一样围绕着原子核
旋转。
原子结构理论的发展
氢原子模型
1913年，丹麦科学家
玻尔在卢瑟福模型的
基础上，他提出了氢
原子模型，电子在
线性轨道上运行，
解决了原子结构的稳定
性问题，描绘出了完整
而令人信服的原子结构
学说。氢原子结构理论
成功的阐述了原子的稳
定性，氢原子光谱的产
生和不连续性。
氢原子光谱与氢原子能级
原子结构理论的发展
薛定谔方程
1926年奥地利物ຫໍສະໝຸດ 学家薛定谔提出：可以用一个数学方程描
述核外电子的运动状态，为近代
量子力学奠定了理论基础。量子
力学推翻了玻尔的氢原子模型。
薛定谔
原子结构理论的发展
小点是1s电子在原子核外
高二化学轨道理论知识点
高二化学轨道理论知识点一、引言化学是研究物质的组成、结构、性质以及变化规律的自然科学。
在高中化学教学中，轨道理论作为解释原子结构和元素周期律的重要理论基础，对于学生理解化学现象和进行实验设计具有重要意义。
本文旨在系统梳理高二化学中的轨道理论知识点，帮助学生构建扎实的理论基础。
二、原子结构与量子力学基础在20世纪初，物理学家们提出了量子力学，这一理论的出现极大地推动了化学领域的发展。
量子力学认为，电子在原子内部的运动不是经典的轨道运动，而是以概率云的形式存在于特定的空间区域。
电子的行为可以用波函数来描述，而波函数的平方则表示电子在某位置出现的概率密度。
三、电子云与轨道电子云是指电子在原子核外空间的概率分布，它反映了电子出现的可能性。
在描述电子云时，通常使用s、p、d、f等符号来表示不同形状的轨道。
s轨道呈球形对称，p轨道呈双叶形，d轨道和f轨道则更为复杂。
每种轨道都有其特定的能量和空间分布特性。
四、电子排布原则电子在原子中的排布遵循几个基本原则：保里不相容原理、洪特规则和能量最低原理。
保里不相容原理指出，一个原子轨道上最多只能容纳两个电子，且它们的自旋方向相反。
洪特规则表明，在能量相同的轨道中，电子会尽可能地分布在不同的轨道上，以达到最大的自旋多重度。
能量最低原理则说明，电子会优先填充能量最低的轨道。
五、元素周期表与轨道的关系元素周期表是根据元素的原子序数和电子排布规律排列的。
同一周期的元素具有相同数量的电子层，而同一族的元素则具有相同数量的价电子。
这些价电子所在的轨道决定了元素的化学性质。
例如，处于同一主族的元素具有相似的化学活性，这是因为它们的价电子排布相似，决定了它们在化学反应中的行为。
六、化学键与轨道重叠化学键是原子之间的相互作用，它是通过电子轨道的重叠和杂化形成的。
在共价键中，两个原子的轨道重叠，共享一对电子，从而形成稳定的电子对。
而在离子键中，一个原子的电子转移到另一个原子，形成正负离子，通过静电作用相互吸引。
【知识解析】电子云与原子轨道
电子云与原子轨道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。
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。
辨析比较宏观物体的运动与微观电子的运动对比1．宏观物体的运动有确定的运动轨迹，可以准确测出其在某一时刻所处的位置及运行的速度，描绘出其运动轨迹。
2．由于微观粒子质量小、运动空间小、运动速度快，不能同时准确测出其位置与速度，所以对于核外电子只能确定其在原子核外各处出现的概率。
3 电子云轮廓图（1）含义绘制电子云轮廓图的目的是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。
例如，绘制电子云轮廓图时，把电子在原子核外空间出现概率P ＝90％的空间圈出来，如图1－1－2所示。
图1－1－2 电子云轮廓图的绘制过程（2）s 电子、p 电子的电子云轮廓图所有原子的任一能层的s 电子的电子云轮廓图都是球形，同一原子的能层越高，s 电子云的半径越大，如图1－1－3所示。
这是由于1s 、2s 、3s ……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。
PV图1－1－3 同一原子的s电子的电子云轮廓图除s电子云外，其他电子云都不是球形的，如p电子云（轮廓图）是哑铃（纺锤）形的。
每个p能级都有3个相互垂直的电子云，分别称为p x、p y和p z，如图1－1－4所示。
p电子云轮廓图的平均半径随能层序数的增大而增大。
图1－1－4 p x、p y、p z的电子云轮廓图名师提醒（1）电子云图表示电子在核外空间出现概率的相对大小。
电子云图中小点越密，表示电子出现的概率越大。
（2）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）电子云图很难绘制，使用不方便，故常使用电子云轮廓图。
【课件】电子云和原子轨道高二化学人教版(2019)选择性必修2
1s 2s
2p
↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑
2p ↑↓ ↑ ↑↓
知识精讲
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？
1s 2s A、 ↑↓ ↑↓
2p ↑
1s 2s B、 ↑↑ ↓↓
2p ↑
2、下列轨道表示式中哪个是氧的基态原子？为什么？
1s 2s
2p
A、 ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑ ↑
1s 2s B、 ↑↓ ↑↓
1s 2s
2p
C、 ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓
1s 2s D、 ↑↓ ↑↓
2p ↑↓ ↓ ↑
2p ↑↓ ↓ ↓
知识精讲
思考与讨论 请同学们尝试书写13〜20号元素的基态原子的轨道表示式（抽写Al,Cl,K)。
1s Al、 ↑↓
2s
2p
↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓
3s
3p
↑↓ ↑
1s Si、 ↑↓
2s
2p
↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓
3d
4s
↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑ ↑ ↑↓
29Cu 3d104s1
3d
4s
↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑
知识精讲
二、认识洪特规则的特例 Cr和Cu的价电子排布均不符合构造原理，但源自事实，其原因是什么呢？
24Cr
3d
4s
↑↑↑↑
↑↓
只有一组全满的简并轨道
3d
4s
↑↑↑↑↑ ↑
有两组半满的简并轨道
29Cu
知识精讲
薛定谔方程
1926年奥地利物理学家薛定谔提出：可以用一个数学方程 描述核外电子的运动状态，为近代量子力学奠定了理论基础。
量子力学指出：一定空间运动状态的电子并不在玻尔假设的 线性轨道上运动，而是在核外空间各处都可能出现。