《电子云与原子轨道-泡利原理、洪特规则、能量最低原理》拓展课件

《电子云与原子轨道泡利原理、洪特规则、能量最低原理》自主预习一、电子云与原子轨道1.概率密度。量子力学指出,一定空间运动状态的电子可在核外空间各处出现,但出现的

概率

不同。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。用小点来描述电子在原子核外空间出现的

概率密度

分布看起来像一片云雾,被形象地称为电子云。

3.电子云轮廓图。(1)为了表示

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,即为电子云轮廓图。

(2)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

。同一原子的s电子的电子云轮廓图如下:

同一原子的能层越高,s电子云半径越大,是由于电子的能量

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。

(3)p电子云轮廓图是

哑铃

状的,而且,无论2p、3p还是4p……都有3个相互垂直的电子云,分别称为px、py、pz。

px、py、pz的电子云轮廓图

4.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)不同能层的能级、原子轨道: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)自旋是电子的内在属性,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(泡利不相容原理):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(又称电子排布图)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,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

。

(2)以铝原子为例,轨道表示式中各符号、数字的意义为: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,以表达能量高低不同。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)洪特规则不仅适用于基态原子,也适用于基态离子。特别提醒洪特规则是针对电子填入简并轨道而言的,并不适用于电子填入能量不同的轨道。4.能量最低原理。(1)内容: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。

(2)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,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)。

预习检测1.判断正误,正确的画“√”,错误的画“×”。(1)电子云中的小点代表电子在此空间出现的次数。(

)(2)s电子云的形状为圆形。(

)(3)3p2表示3p能级有两个轨道。(

)(4)核外电子排布的表示方法中,轨道表示式最能反映电子的排布情况。(

)×××√2.下列关于电子云的说法中正确的是(

)。A.电子云表示电子在原子核外运动的轨迹B.电子云表示处于一定空间运动状态的电子在核外空间出现的概率密度分布C.电子云图中的小点越密,表示核外空间的电子越多D.钠原子的1s、2s、3s电子云半径相同答案:B解析:电子云表示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,不是表示电子在原子核外运动的轨迹,A项错误,B项正确。电子云图中的小点越密,表示概率密度越大,C项错误。钠原子的1s、2s、3s电子云半径逐渐增大,D项错误。3.图1和图2分别是1s电子的概率密度分布图和电子云轮廓图。下列有关说法正确的是(

)。

A.图1中的每个小点表示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电子云轮廓图呈球形,有无数对称轴D.图1中的小点表示电子在核外所处的位置答案:C解析:小点是1s电子在原子核外出现的概率密度的形象描述,A、D项错误。图2表示1s电子在球体内出现的概率大于90%,在球体外出现的概率不足10%,

B项错误。

5.下列基态原子的轨道表示式中正确的是(

)。答案:A1.(2020河北正定中学高二下月考)下列说法正确的是(

)。A.任何一个能层最多只有s、p、d、f四个能级B.用n表示能层序数,则每一能层最多可容纳的电子数为2n2C.核外电子运动的概率密度分布图就是原子轨道D.同一原子中,2p、3p、4p能级的轨道数依次增多答案:B解析:在多电子原子中,同一能层的电子能量也不同,同一能层还可以分成能级,随着能层序数的增大,能级逐渐增多,能级分为s、p、d、f等,A项错误。按电子的能量差异,可将核外电子分成不同的能层,每一能层最多容纳的电子数为2n2,B项正确。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,核外电子运动的概率密度分布图(电子云)并不完全等同于原子轨道,C项错误。同一原子中,不同能层的p能级的轨道数相同,即2p、3p、4p能级的轨道数相等,D项错误。2.符号3px所代表的含义是(

)。A.px轨道上有3个电子B.第三个能层px轨道有3个伸展方向C.px电子云有3个伸展方向D.第三个能层沿x轴方向伸展的p轨道答案:D解析:3px中,3表示第三能层,p原子轨道在三维空间的分布有x、y、z三个取向,px表示沿x轴方向伸展的p轨道。3.下列原子的轨道表示式中正确的是(

)。答案:C解析:A项中轨道表示式违反洪特规则;B项中轨道表示式违反泡利原理;D项中轨道表示式违反能量最低原理。4.下列关于价层电子排布为3s23p4的基态原子描述正确的是(

)。A.该基态原子为OB.该基态原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p4C.其单质可以与H2化合生成液态化合物D.该基态原子的轨道表示式为答案:B解析:价层电子排布为3s23p4的原子,其基态原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p4,其核外电子数为16,为S,

A项错误,

B项正确。一定条件下,S可与H2化合生成气态化合物H2S,

C项错误。

S的基态原子的轨道表示式为

,

D项错误。5.(2020河北孝义高二下月考)已知某原子结构示意图为

,下列有关说法正确的是(

)。A.结构示意图中x=4B.该原子的电子排布式为1s22s22p63s23p4C.该原子的轨道表示式为D.该原子结构中共有5个能级上填充有电子答案:D解析:由原子结构示意图可知,K层电子排满时为2个电子,故x=2,该原子为Si,

A项错误。该原子的电子排布式为1s22s22p63s23p2,

B项错误。依据洪特规则可知,Si的轨道表示式为

,

C项错误。Si的原子结构中1s、2s、2p、3s、3p这5个能级上填充有电子,

D项正确。6.如图是s能级和p能级的原子轨道图。请回答下列问题。(1)s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。

(2)X元素基态原子的最外层电子排布式为nsnnpn+1,原子中能量最高的是

电子,其电子云在空间有3个互相

(填“垂直”或“平行”)的伸展方向。元素X的名称是

,它的最低价氢化物的电子式是

。

(3)Y元素基态原子的最外层电子排布式为nsn-1npn+1,Y的元素符号为

,原子的核外电子排布式为

。答案:(1)球1哑铃3

(2)2p垂直氮

(3)S

1s22s22p63s23p4解析:(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电子的原子轨道都呈哑铃形,每个p能级有3个原子轨道,它们相互垂直,分别以px、py、pz表示。(2)X元素基态原子的最外层电子排布式为nsnnpn+1