最新人教版高中化学原子结构—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。
第1章第1节 原子结构(第2课时 电子云与原子轨道 泡利原理 洪特规则 能量最低原理)(学生版)
《2021-2022学年高二化学同步精品学案（新人教版选择性必修2）》第一章原子结构与性质第一节原子结构第2课时电子云与原子轨道泡利原理、洪特规则、能量最低原理四．电子云与原子轨道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。
，注：(1)同一能层中，p能级的原子轨道空间伸展方向不同但原子轨道的能量相同；(2)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。
【思考讨论】分析同一原子的s电子的电子云轮廓图，请解释为什么同一原子的能层越高，s电子云半径越大？同一原子的s电子的电子云轮廓图【回顾与展望】各能级所含有原子轨道数目能级符号 n s n p n d n f 最多电子数 能级轨道数目能层轨道数目电子层为n 的状态含有 个原子轨道。
五、泡利原理、洪特规则、能量最低原理：基态电子排布遵循的三个原理1、电子的运动状态⎩⎪⎨⎪⎧空间运动状态：一个空间运动状态即一个原子轨道自旋状态：一个原子轨道内的两个电子有顺时针和逆时针两种取向【深刻理解】电子自旋（1）内在属性：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； （2）两种取向：电子自旋在空间有顺时针和逆时针两种取向，简称 ； （3）表示方法：常用上下箭头(↑和↓)表示自旋相反的电子。
2、轨道表示式（电子排布图）（1）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；（2）箭头表示一种自旋状态的电子，“↑↓”称 ，“↑”或“↓”称 (或称未成对电子)； （3）能直观反映出电子的排布情况及电子的自旋状态。
【资料卡片】常见原子的电子排布图原子类别 电子排布式电子排布图 氢原子 1s 1 1s↑ 氦原子1s 21s ↑↓ 氮原子 1s 22s 22p 31s ↑↓ 2s ↑↓ 2p ↑ ↑ ↑ 氧原子 1s 22s 22p 41s ↑↓ 2s ↑↓ 2p ↑↓ ↑ ↑ 钠原子1s 22s 22p 63s 11s ↑↓ 2s ↑↓ 2p ↑↓ ↑↓ ↑↓ 3s ↑〔思考讨论〕（1）在钠原子中，有 种空间运动状态，有 种运动状态不同的电子。
人教版高中化学选择性必修二教案：构造原理与电子排布式 电子云与原子轨
第一章原子结构与性质第一节原子结构1.1.2 构造原理与电子排布式电子云与原子轨道【教材分析】本节从介绍原子的诞生，原子结构的发现历程入手，首先介绍能层、能级的概念，在原子的基态与激发态概念的基础上介绍电子的跃迁和光谱分析；然后给出构造原理并根据构造原理书写原子的核外电子排布；根据电子云与原子轨道等概念，进一步介绍核外电子的运动状态，并介绍了泡利原理、洪特规则、能量最低原理。
本节内容比较抽象，教学过程中应注意培养学生的空间想象能力、分析推理能力及抽象概括能力。
【课程目标】教学重点：构造原理与电子排布式电子云与原子轨道教学难点：电子排布式原子轨道【教学过程】[复习回顾]上节课，我们研究了原子核外电子的排布，核外电子分层排布，同一能层有不同的能级，同时研究基态与激发态、原子光谱，这节课研究以原子光谱事实为依据的构造原理。
[思考交流］（1）核外电子在能级中依据什么规律排布？（2）核外电子在能级中的排布又可以如何表示？[学生活动一］请画出1～18号元素的原子结构示意图。
结合已有的能级知识，分析核外电子在能级中的排布规律。
[学生活动二］根据核外电子在能层中的排布规律，画出K的原子结构示意图。
分析K中电子填入的能量最高的能级，并说明判断的依据。
[归纳小结］电子在能级中的排布规律--能级交错核外电子在能级中的排布顺序：3p → 4s → 3d随核电荷数增大，电子并不总是填满一个能层后再填入下一个能层，这种现象称为能级交错。
K、Ca的光谱学实验均表明，二者最外层填充的电子均在4s能级。
这种能级交错在核外电子排布中非常普遍：ns → (n-2)f → (n-1)d → np[投影］构造原理：［讲］构造原理是以光谱学事实为基础，从氢开始，随核电荷数递增，新增电子填入能级的顺序。
在多电子原子中，电子在能级上的排布顺序：电子最先排布在能量低的能级上，然后依次排布在能量较高的能级上。
［板书］1．构造原理：(1)绝大多数基态原子核外电子的排布的能级顺序都遵循下列顺序：1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p 5s 4d 5p 6s 4f 5d 6p 7s……，(2)构造原理规律： ns (n-2)f (n-1)d np。
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 …… ……
电子云与原子轨道(共9张PPT)
分布情况，自旋方向。
第9页，共9页。
一起的情形.
第3页，共9页。
d
能 级 的 原 子 轨 道
d能级的原子轨道有5个.
第4页，共9页。
二、研究原子结构
1s22s22p63s23p63d64s2
1且、自每旋个方C原向子_轨__道__上__不最。同多能N 容—纳泡___利_2个原电理O 子， 2电d结1当 11电当2P上电21P1从当以Ps当电从结ssss、 能 、 、 、能能能子构电子电的子元电下电子元构2222pS举级举当2222级级级排 示 子排 子 电 排 素 子 是 子 排 素 示ssssd、例的例电的的的2222布意排 布排子布周排表排布周意P2222f说原说子能原原3pppp、式图布 图布数图期布示布式期图个6666明子明排级子子3333d：：在 （在。（表在铁在：表：原ssss能洪轨洪在分轨轨2222能能同 轨同轨中同原同能中能子级3333特道特同别道道直直一 道一道查一子一直查直pppp轨分规有规一有6666是是观观能 表能表出能的能观出观3333道别则则能51纺纺dddd地地级 示级示铜级级地铜地3个、P6666有： ： 级种锤 锤4444反反的式的式的的的反的反.3xssss多时不,形形、2222P映映不 ）不）外不不映外映少有同y的的5核核同 同围同同核围核,、P个什化,,每每Z外内轨 轨电轨轨外电内7轨么学合个个个电的道 道子道道电子的道规用在轨PP子质时 时排时时子排质，律语一能能道的子， ，布，，的布子每？。起级级，能数总 总，总总能，数个的有有每层和是 是它是是层它和轨情33个、核首是、是核___个个道___形轨能外先否能否外___原原上.___道级的单符级符的子子___最___最和电独合和合电轨轨___多多___各子占构各构子道道___能能__能层一造能造层_,,容它它___容级数个原级原数___纳们们___纳轨理理___几相相___的道。。___个互互电___（___电垂垂子___即子直直， ，，数分？,,而 而而分分为占其且 且且别别2不个自自 自自以以同，旋旋 旋旋PP的且方方 方方xx轨,,自PP向向 向向道yy旋怎,,___PP）___方样ZZ___，表表___向？___而示示___相。 。。且..反自。旋方向相同。
2021年化学人教版选修3课件：1-1-2 电子云和原子轨道
【提示】 电子云表示电子在核外空间某处出现的概率分 布，不代表电子的运动轨迹，小黑点也并不代表电子。
【解析】 电子云表示电子在核外某一区域出现的概率密度 分布，故 A 项错误；原子轨道是电子出现概率为 90%的电子云 空间，这只是表明电子在这一空间区域内出现的机会大，在此空 间区域外出现的机会少，故 B 项错误；无论能层序数 n 如何变化， 每个 p 能级都有 3 个原子轨道且相互垂直，故 C 项错误；电子 的能量越高，电子在离核更远的区域出现的机会越大，电子云将 向更大的空间扩展，原子轨道半径会逐渐增大。
2．一般规律 (1)在元素周期表中有如下一般规律：第ⅠA、ⅢA、ⅦA 族 三个主族元素的基态原子核外存在着 1 个未成对电子，第ⅣA、 ⅥA 族两个主族元素的基态原子核外存在着 2 个未成对电子， 第ⅤA 族元素的基态原子核外存在着 3 个未成对的 p 电子，而 第ⅡA 和 0 族元素都不存在未成对电子。 (2)副族和第Ⅷ族元素可通过核外电子排布式进行判断，其 中特别要注意的是铬和铜两种元素，铬的基态原子存在着 6 个 未成对电子，而不是 4 个。铜的基态原子存在着 1 个未成对 s 电子而不是 d 电子。
一、电子云 1．概念 一定时间间隔内电子在原子核外出现 2．电子云轮廓图的制作
概率 的分布图。
3 ． 电 子 云 图 中 黑 点 不 代 表 一个电子 ， 每 个 黑 点 表 示 电子出现过一次 。
4．黑点疏密的程度表示了电子 在原子核外出现的概率 的 大小。点疏的地方表示电子 在那里出现的概率小 ，点密集的 地方表示电子 在那里出现的概率大 。
三、泡利原理和洪特规则 1．泡利原理 在任何一个原子里，不可能有运动状态完全相同的两个电 子。一个轨道最多只能容纳 两 个电子，而且自旋方向 相反 。
电子云与原子轨道
材料结构优化
电子云和原子轨道理论可以用来优化材料的结构，如合金的结构、晶体ຫໍສະໝຸດ 结构等，从而提高材料的性能和稳定性。
03
材料表面与界面研究
电子云和原子轨道理论可以用来研究材料表面和界面的性质，如表面吸
附、表面重构、界面相互作用等，从而为材料表面的改性和界面工程提
供理论支持。
在生物学中的应用
生物大分子结构研究
预测分子的几何结构和性质
电子云和原子轨道理论可以用来预测分子的几何结构和性 质，如分子的形状、极性、光谱性质等，从而为分子设计 和合成提供理论支持。
在材料科学中的应用
01
材料性质预测
电子云和原子轨道理论可以用来预测材料的性质，如导电性、光学性质、
磁学性质等，从而为新材料的发现和应用提供理论支持。
02
能级
排布
原子轨道的能级由主量子数n、角量 子数l和磁量子数m共同决定。
电子按照能量从低到高的顺序填充到 各个原子轨道中，形成电子云。
能级从低到高依次为
s、p、d、f等，同一能级的不同轨道 称为简并轨道。
原子轨道的形状和取向
形状
根据主量子数n和角量子数l的不 同，原子轨道有不同的形状，如s 轨道为球形，p轨道为哑铃形，d 轨道为花瓣形等。
05 电子云与原子轨道的未来 发展
高精度计算方法的发展
密度泛函理论
随着计算能力的提升，密度泛函理论在电子云和原子轨道计算中 的应用将更加广泛，能够更精确地描述电子结构和性质。
多尺度模型
结合不同尺度的模型和方法，如量子力学、分子力学和经典力学， 以更全面地描述复杂体系的电子云和原子轨道行为。
机器学习和人工智能
电子云的交叠与屏蔽效应
电子云交叠是指不同原子或分子的电 子云在空间某处相互重叠，这会导致 电子的相互作用增强，从而影响原子 的化学性质和分子的稳定性。
新教材高中化学原子结构第二课时电子云与原子轨道泡利原理洪特规则能量最低原理课件人教版必修二
(2)原子轨道。 ①原子轨道: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能级与原子轨道数目的关系。
能级符号 ns
np
nd
nf
轨道数目 1
3
5
7
【微思考1】电子云中的一个小黑点表示电子在该处出现过一次 吗? 提示:不是。电子云图中独立的小黑点没有意义,小黑点的密度才 有意义,小黑点的密度大小表示电子出现概率的大小。
能量最低,这就是能量最低原理。
【微思考2】对于多电子的基态原子,核外电子排布总是按照构造
原理,由低能级依次排列才能保证原子的能量最低吗? 提示:不是。如Cr、Cu的核外电子排布。
知识铺垫
必备知识
正误判断
1.在原子中第n能层,电子占有的轨道数最多为n2。 ( ) 2.同一原子中的npx与npy轨道形状相同,半径相同且在空间相互垂 直。( ) 3.电子云图中小黑点密度的大小可表示电子的多少。( ) 4.p轨道呈哑铃形,因此p轨道上的电子运动轨迹呈哑铃形。( )
③P: ④Cr:1s22s22p63s23p63d44s2 ⑤Fe:1s22s22p63s23p63d64s2 ⑥Mg2+:1s22s22p6
⑦C:
探究1
探究2
素养脉络
随堂检测
深化拓展 1.基态原子核外电子排布的规则 (1)核外电子排布所遵循的规律。 ①能量最低原理: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。 ②泡利原理:在一个原子轨道里,最多只能容纳2个电子且自旋相反。 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。
第二课时 电子云与原子轨道 泡利原理、洪特规则、 能量最低原理
素养 目标
1.通过原子核外电子运动的形象化表达,了解电子云和 原子轨道的概念,形成宏观辨识与微观探析的核心素养。 2.通过对核外电子排布规律的探究,了解泡利原理、洪 特规则、能量最低原理等,形成证据推理与模型认知的 核心素养。
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3.洪特规则
4.补充规则
全充满（p6，d10，f14） 相对稳定的状态 全空时（p0，d0，f0）
半充满（p3，d5，f7）
例：
24Cr原子的电子排布图: 1s22s22p63s23p63d54s1 不是3d44s2
注意
小结：
1．各原子轨道的能量高低比较
（1）ns<np<nd<nf
则以及原子结构之间的关系，充分认识结构决定性质的化 学基础 • 四、教具准备 • 多媒体
课堂练习
1、判断下列表达是正确还是错误
1）1s22p1属于基态；
2）1s22s2 2p63s2 3p63d54s1属于激发态；
3）1s22s2 2p63d1属于激发态；
4）1s22s2 2p63p1属于基态；
答案： (1) x(2) x(3)√(4) x
①已知核外电子数目先按照能量最低原 理从1s排起
②其间应考虑是否需应用泡利原理和洪 特规则，特别是要求画外围轨道表示式 ③最后考虑是否需要应用量子力学关 于全空、半充满、全充满的排布规定， 如Cr、Cu等原子
2．p电子云/原子轨道的形状是纺锤形 （或称为哑铃形），其伸展方向是互向 垂直的三个方向（Px、Py、Pz）。
P电子原子轨道半径同样随着n增大而增大
科学探究
观察图1-14，这些图称为原子的 电子轨道表示式
1．每个原子轨道最多只能容纳几
个电子？
2．当电子排在同一个能级内时， 有什么规律？
★核外电子排布规则: 1.能量最低原理
新课标人教版课件系列
《高中化学》
选修3
1.1.3《原子结构— 电子云与原子轨道》
教学目标
• 一、知识与能力 • 1. 了解电子云和原子轨道的含义。 • 2. 知道原子核外电子的排布遵循能量最低原理 • 二、教学重难点 • 1. 原子轨道的含义 • 2. 泡利原理和洪特规则 • 三、教学方法 • 以科学探究、思考与交流等方式，探究泡利原则、洪特规
五、电子云与原子轨道
思考: 宏观物体与微观物体（电 子）的运动有什么区别?
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：
电子的质量很小，只有9.11×10-31 千克；
核外电子的运动范围很小（相对于
宏观物体而言）；
测不准
（2）1s<2s<3s<4s
（3）同一能层同一能级的各原子 轨道能量相等： 2Px＝2Py＝2Pz
电子层 原子轨 原子轨 可容纳
道类型 道数目 电子数
1
1s
1
2
2
2s，2p
4
8
3
3s,4p,4d,4f 16
32
n
——
n2
2n2
★要求：1－36号元素原子
3．基态原子核外电子排布的规则与思路
电子的运动速度很大；
1、电子云
图中 表示原子核，一个小黑点代表 电子在这里出现过一次
➢小黑点的疏密表示电子在核外空间 单位体积内出现的概率的大小。
1s电子在原子核外 出现的概率分布图
★量子力学中将 这种电子云轮廓
图称为
“原子轨道”
2、原子轨道
a．s电子的原子轨道（电子云）形 状 是以原子核为中心的球体，只有 一个伸展方向