《基态原子核外电子排布 原子轨道》课件

第2课时

基态原子核外电子排布

原子轨道课程目标1.

了解多电子核外电子运动情况。2.知道电子云、原子轨道的含义。3.

掌握基态原子的核外电子排布规律。核外电子排布

图说考点能量最低原理泡利原理洪特规则电子云原子轨道核外电子排布原子结构基

础

知

识[新知预习]一、电子云与原子轨道1.

电子云及形状(1)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。s电

子

云形状(2)球形哑铃形p电子云2.

原子轨道(1)定义：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)数目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。二、

能量最低原理、泡利原理、洪特规则1.

能量最低原理原子核外电子的排布遵循构造原理，按轨道能量由低到高依次排列，使整个原子处于

最低

的能量状态。2.

泡利原理在一个原子轨道里，最多只能容纳

2个电子，而且它们的自旋状态

相反

，用“

↓个”表示。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

。三、电子排布图将原子轨道用方框表示，在方框内用一个箭头表示一个电子，

用个↓表示自旋状态相反的电子，得到电子排布图。如：O

原子的电子排布图个↓个个2s个↓1s个↓2p[即时性自测]1.判断正误(正确的打“

√

”,错误的打“×”)(1)1s、2s、3s的电子云形状均为球形(√)(2)2p、3p、4p

电子云均为哑铃形且大小相同。(×)(3)H

原子核外只有一个原子轨道。(×)(4)电子云图中的小黑点表示电子的多少。(×)(5)p

能级中有3个相互垂直的原子轨道。(

√)(6)3d与

6d

均有5个原子轨道。(√)(7)钾原子的第三能层填有18个电子，是因为钾原子的第三能层

有9个原子轨道。(×

)1s(9)基态碳原子的电子排布图为|

↓个(10)基态铁原子的价电子排布图：(8)任何一个原子中不可能存在运动状态完全相同的两个电子。

(

√

)。(×)4s。(

√)2s↓

个

个↓3d个个个2p↓个个A.1个小黑点表示一个电子B.He

的基态原子两个电子的电子云也是与此大小相同的球形C.如果电子发生跃迁，有可能电子云形状变成哑铃形D.小黑点密集的地方表示电子在该区域出现的概率小2.基态氢原子的电子云图为球形(如图),下列有关说法正确的是(

)解析：在电子云图中，小黑点并不代表电子，

A项错误；He的基态

原子为1s²,所以电子云形状相同，但是电子能量不相同，电子云的大小

不相同，B项错误；如果氢原子的电子发生了跃迁，进入了其他能级如p

能级，则电子云的形状将变成哑铃形，C项正确。小黑点代表电子在核外

空间区域内出现的概率，小黑点的疏密与电子在该区域出现的概率大小成

正比，D项错误。答案：C3.

下列说法正确的是(

)A.s能级的能量总小于p

能级的能量B.2s的电子云半径比1s

电子云半径大，说明2s的电子比1s

的

多C.

当电子排布在同一能级的不同轨道时，电子总是先占满一个

轨道(1个原子轨道最多只能容纳两个电子，且自旋状态相反),然后再

占据其他原子轨道D.nf

能级中最多可容纳14个电子解析：同一能层中，s

能级的能量小于p

能级的能量，不同能层中，s

能级(较高能层)的能量可能高于p

能级(较低能层)的能量，A项错误；2s

的电子云半径比1s

电子云半径大，说明2s

的电子在离原子核较远的区域

出现的概率比1s

的电子大，B

项错误；当电子排布在同一能级的不同轨

道时，电子总是先占据不同的原子轨道而且自旋状态相同，C项错误；nf能级有7个原子轨道，每一个原子轨道最多容纳两个电子，D项正确。答案：D解析：洪特规则表明，当电子排布在同一能级的不同轨道时，基态原

子中的电子总是优先单独占据一个轨道且自旋状态相同。答案：D排布4成.在↑d↓轨↑道↓中填入4个电子时电子排布成A.能量最低原理

B.

泡利原理C.

能量守恒原理

D.

洪特规则

,其最直接的根据是(

)个个个个而不A.s

能级和p

能级的原子轨道形状相同B.

每个p

能级都有6个原子轨道C.s

能级的原子轨道的半径与能层序数有关D.Na

原子的电子在11个原子轨道上高速运动5.如图是s

能级和p

能级的原子轨道图，下列说法正确的是(

)PyPxS解析：s

轨道为球形，p

轨道为哑铃形，A

项错误；每个

p

能级只有

3个原子轨道，

B

项错误；能层序数越小，s

能级的原子轨道的半径越小，

C项正确；Na

原子的电子在6个原子轨道上高速运动，D项错误。答案：C[例1]图甲是氢原子的1s

电子云图(即概率

密度分布图),图乙、图丙分别表示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B.3p²表示3p能级中有两个原子轨道C.由图乙可知，s

能级的电子云轮廓图呈圆

形，有无数条对称轴D.

由图丙可知，p能级的原子轨道图呈哑铃形，且有3个伸展方

向技

能

素

养提升点一

电子云与原子轨道P,

P₂丙甲乙P,解析：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，图甲就是电子云图(即概率密度分布图)。由于电

子云图难以绘制，所以通常把电子出现概率约为90%的空间圈出来，称

为电子云轮廓图，实际上这种电子云轮廓图的就是我们常说的原子轨道

图，故A错误。3p²表示3p

能级中容纳了两个电子，故B错误。s

能级的

电子云轮廓图呈球形而不是圆形，故C错误。p能级的原子轨道图呈哑铃

形，有px(沿x

轴方向)、p,(沿y轴方向)、P₂(沿z轴方向)三个伸展方向，

并且互相垂直，故

D

正确。答案：D状元随笔

电子云图(即概率密度分布图)与电子云轮廓图不是同一个概念，电子云轮廓图实际上是电子云图(即概率密度分布图)的大部分区域(一般约为90%);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，电子云轮廓图就是我们通常所说的原子轨道图

。[提升1]下列有关电子云和原子轨道的说法中，正确的是(能层决定电子云大小，能级决定电子云形状A.原子核外的电子像云雾一样笼罩在原子核周围，故称电子云B.s能级原子轨道呈球形，处于该轨道上的电子只能在球壳内运

动C.p能级原子轨道呈哑铃形，随着能层的增加，p能级原子轨道

也在增多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

序数的增大而增大解析：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

出现的概率，并非原子核真被电子云雾所包围，故选项

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

现的机会大，在此区域外出现的机会少，故选项B

错误；无论能层序数n

怎样变化，每个

p

能级都有3个原子轨道且相互垂直，故选项

C

错误；

由

于

按

1p

、2p

、3p

…

…

的顺序，电子的能量依次增大，电子在离核更远

的区域出现概率逐渐增大，电子云越来越向更大的空间扩展，原子轨道平

均半径逐渐增大。答案：D[关键能力]原子轨道和电子云1.

电子云轮廓图(1)定义：常把电子在原子核外空间出现概率约为90%的空间圈出

来，即为电子云轮廓图(如图1、2)。(2)s

电子、p电子的电子云轮廓图：十2个图

1s

电子的电子云轮廓图Z

Z↑ZyP₂yxPy2s

x图2p电子的电子云轮廓图y1sy3syxP,xx2个x2.

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。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

。能级Spdf原子轨道数1357原子轨道名称nsnpx、npy、npzndxy、ndx₂、ndyz、nd₂、ndx2-y2……电子云轮廓图的形状和取向球形哑铃形互相垂直梅花形……能层序数n越大，原子轨道的半径越大。不同能层的同种能级的原子轨道的形状相似，半径不同。(2)不同能层的能级、原子轨道及电子云轮廓图(见下表):状元随笔

原子轨道能量高低的比较①相同电子层上原子轨道能量的高低：ns<np<nd<nf。②形状相同的原子轨道能量的高低：1s<2s<3s<4s……③电子层和形状相同的原子轨道的能量相等：2px=2py=2pz。提升点二

核外电子排布规律、电子排布图[例2]下列原子的外围电子排布中，哪一种状态是基态原子的正

确核外电子排布，试说明理由。2s

2pB.

个2s

2p(2)钠原子：A.3s¹B.3p¹(3)铬原子：A.3d⁵4s¹

B.3d⁴4s²(4)碳原子：电子排布图应注意从洪特规则及泡利原理角度分析(1)氮原子A.

↓↑

2sB.

个↓

2s个个↓个A.

↓↑2p2p个解析：本题考查的是核外电子排布所遵循的原理方面的知识。根据洪

特规则，电子在能量相同的各个轨道上排布时尽可能分占不同的原子轨

道，且自旋方向相同，故(1)中B项正确，(4)中B项正确；根据能量最低

原理，核外电子先占有能量低的轨道，再占有能量高的原子轨道，(2中

A

项正确，(3)中A项中d⁵为半充满状态，为相对稳定状态，B项不是，所

以

A项正确。答案：(1)B

A

中原子的外围电子排布违反了洪特规则(2A

B中原子的外围电子排布违反了能量最低原理(3)A

B原子的外围电子排布违反了洪特规则特例(4)B

A原子外围电子排布违反了洪特规则[提升2]

以下列出的是一些原子的2p

能级和3d

能级中电子排布

的情况。试判断，哪些违反了泡利原理，哪些违反了洪特规则。违反泡利原理的有(1)

,违反洪特规则的有

(2)(4)(⑤)↓个↓(3)[

个↓个个↓

个↓

个↓个→

个↓个个个↓↓个↓个个个个个个个个(4)(6)(1)(5)O(

2

)

个解析：(1)中一个2p轨道上有两个自旋方向相同的电子，违反了泡利

原理；(2)中两个轨道上单电子的自旋方向相反，违反了洪特规则；(4)中

一

个3d轨道上填充了2个电子，而另一个3d轨道上未填充电子，违反了

洪特规则；(5)中四个3d轨道上单电子的自旋方向不完全相同，违反了洪

特规则。(1)能量最低原理：电子在原子轨道上的分布要尽可能地使原子的

能量为最低。(2)泡利原理：每个原子轨道最多容纳两个电子且自旋方向必须相

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。[关键能力]1.

原子核外电子排布“两原理一规则”洪特规则特例当同

一

能级上的电子排布为全充满(p⁶、d¹

⁰、f¹4)、半

充

满(p³、d⁵

、

f)

和全空状态(p°

、d⁰

、f⁹)时，具有较低的能量和较大的稳定性。例如，

铬(24Cr)的价电子排布是3d⁵4s¹(3d、4s能级均为半充满),而不是3d⁴4s²;

铜(29Cu)的价电子排布是3d¹⁰4s¹(3d全充满、4s

半充满),而不是3d⁹4s²。2.

电子排布图以铝原子为例，电子排布图中各符号、数字的意义为→能层序数→

原子轨道

没有电子2s

2p

3s

3p

为空轨道Al:

↑↓1个方框表示1个轨道

单电子箭头表示1个电子及其自旋状态(用“↑↓”表示2个自旋方向相反的电子)的轨道称原子(离子)结构

示意图含义将每个能层上的电子总数表示在原子核外的式子实例Al9

s2-03电子排

布式含义用数字在能级符号右上角标明该能级上排布的电子

数，这就是电子排布式实例K:1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s¹简化电子排布式含义为了避免电子排布式书写过于繁琐，把内层电子达到稀有气体原子结构的部分以相应稀有气体元素符号外加方括号表示实例K:

[Ar]4s3.核外电子排布的表示方法价电子排布式含义主族元素的价层电子指最外层电子，价层电子排布式即最外层电子排布式实例Al:3s²3p¹电子排布

图含义每个方框代表一个原子轨道，每个箭头代表一个电子实例1s

2s

2p

3sAl

个

↓

个

↓

个↓个↓个↓

个

↓3p个电子式含义化学中常在元素符号周围用“.”或“×”来表示

元素原子的最外层电子，相应的式子叫做电子式·P

·

K·

·

S

·状元随笔

电子排布图的书写方法和步骤(1)根据构造原理按能量由低到高的顺序画出表示原子轨道的每个方框。(2)根据泡利原理和洪特规则在方框中填出每个原子轨道上分布的电子及其自旋状态。(3)考虑是否存在原子轨道在全充满(如s²