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+课件-2025-2026学年高二化学人教版选择性必修2

电子云与原子轨道

泡利原理洪特规则能量最低原理第一节原子结构第三课时思考与讨论1920年，海森堡提出著名的测不准原理：即无法同时精确测量某个电子在某一时刻的位置和动量。宏观物体电子质量很大很小(只有9.11×10-31kg)速度较慢很快（接近光速）位移可测位移、能量不可同时测定能量可测轨迹可描述不可确定宏观物体与微观粒子（电子）的运动有什么区别?认识“天才”人物1913年，玻尔提出氢原子模型，电子在

上绕核运行。线性轨道1922年诺贝尔物理学奖获得者氢原子模型然而，1926年，玻尔建立的线性轨道模型被量子力学推翻。认识“天才”人物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。埃尔温·薛定谔(ErwinSchrödinger)核外电子的运动特点量子力学指出：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以出现，只是出现的概率不同，可计算它们出现的概率密度(ρ)分布。任务1电子云与原子轨道一、概率密度分布图与电子云1、一定空间运动状态的电子，在核外空间各处都可能出现，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。

氢原子1s电子的概率密度分布图氢原子只有一个电子，为什么会有这么多小点？小点是1s电子在原子核外出现的概率密度的形象描述独立的小点没有意义，小点的密度才有意义。小点越密，表明概率密度越大。任务1电子云与原子轨道一、概率密度分布图与电子云2、电子云：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看起来像一片云雾，因而被形象地称为电子云。电子云图难绘制将出现概率90%的空间圈出来电子云轮廓图目的：表示电子云轮廓的形状，对核外电子空间运动状态进行一个形象化的简便描述。3、电子云轮廓图：电子云图很难绘制，我们常使用电子云轮廓图。任务1电子云与原子轨道二、电子云轮廓图1s、2s、3s、4s的电子云轮廓图如下图所示：1s2s3s4s思考：s能级的电子云轮廓图有什么特点？任务1电子云与原子轨道二、电子云轮廓图1s、2s、3s、4s的电子云轮廓图如下图所示：1s2s3s4s不同能层的s电子的电子云形状一致，均为球形同一原子的能层越高，s电子云半径越大。只有一种空间伸展方向原因：电子能量越高，电子在离核更远的区域出现的概率越大，电子云越来越向更大的空间扩展。任务1电子云与原子轨道二、电子云轮廓图2、p电子的电子云轮廓图除s电子云外，其他电子云轮廓图都不是球形的2py电子云——p电子云轮廓图是哑铃状的有三种空间伸展方向，分别相对于x、y、z轴对称，相互垂直任务1电子云与原子轨道二、电子云轮廓图2、p电子的电子云轮廓图除s电子云外，其他电子云轮廓图都不是球形的——p电子云轮廓图是哑铃状的每个p能级有三种空间伸展方向，分别以px、py、pz表示，且相互垂直。在同一能层同一能级中px、py、pz的能量相同。能层越高，p电子云半径越大。预测d能级和f能级有几种空间伸展方向？任务1电子云与原子轨道二、电子云轮廓图d电子云轮廓图(5个伸展方向）f电子云轮廓图（7个伸展方向）任务1电子云与原子轨道三、原子轨道1、概念：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。常用电子云轮廓图的形状和取向来表示描述原子轨道的形状和取向。2、形状：s电子的原子轨道呈球形，能层序数越大，原子轨道半径越大。p电子的原子轨道呈哑铃形，能层序数越大，原子轨道半径越大。3、原子轨道数目ns原子轨道1个nd原子轨道有5个np原子轨道有3个nf原子轨道有7个伸展方向电子的空间运动状态数目=原子轨道数目任务1电子云与原子轨道能层能级原子轨道数原子轨道名称原子轨道的形状和取向K1s11s球形——L2s12s球形——2p32px、2py、2pz哑铃形互相垂直M3s13s球形——3p33px、3py、3pz哑铃形互相垂直3d5………………N4s14s球形——4p34px、4py、4pz哑铃形互相垂直4d5……………...4f7………………14916d轨道和f轨道各有其名称、形状和取向，高中阶段不做要求。任务1电子云与原子轨道说明:

①

在同一能层，原子轨道数与能层序数(n)的关系：原子轨道数目＝n2

②

不同能层的同种能级的原子轨道形状相同，半径不同。能层序数n越大，原子轨道的半径越大。③在同一能层中，能量相同的轨道称为简并轨道。如2px、2py、2pz为简并轨道。每一能层最多能容纳的电子数为：2n2发现：每一个原子轨道允许容纳2个电子为什么呢？任务2电子自旋与泡利原理资料卡片在斯特恩-盖拉赫实验中发现了银原子束经过不均匀磁场，产生了偏转，并最终在屏幕垂直方向上，形成了两个上下对称的非连续分布。只有1个最外层电子的碱金属原子光谱会在光谱里呈现双线提出猜想

：轨道中的单电子可能存在两种不同的运动状态1925年乌伦贝克和哥德斯密提出：电子除空间运动状态外，还有一种运动状态叫自旋。任务2电子自旋与泡利原理1、电子自旋：电子除空间运动状态外，还有一种状态叫做自旋。1、自旋是微观粒子普遍存在的如同电荷、质量一样的内在属性。2、能层、能级、原子轨道和自旋状态四个方面共同决定电子的运动状态，电子能量与能层、能级有关，电子运动的空间范围与原子轨道有关。3、一个原子中不可能存在运动状态完全相同的2个电子，即原子中每一个电子的运动状态都不一样。2、取向与表示方法：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。补充说明任务2电子自旋与泡利原理3、泡利原理：在一个原子轨道里，最多只能容纳2个电子，它们的自旋相反，这个原理被称为泡利原理（也称泡利不相容原理）。能级spdf最多可容纳电子数261014原子轨道数1357单轨道容纳电子数2222通过前面的学习，我们知道：核外电子排布在原子轨道中，电子是按照什么规律排布的吗？核外电子在原子轨道中的排布应该如何直观表示？任务3电子排布的轨道表示式1.概念：轨道表示式(又称电子排布图)是表述电子排布的一种图式。2.表示方法：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电子，“↑↓”称电子对，“↑”或“↓”称单电子（或未成对电子）。8O的轨道表示式：O1s2s2pH1s1H的轨道表示式：原子轨道能量相同的原子轨道（简并轨道）单电子（未成对电子）“↑↓”代表自旋相反的电子对能级符号任务3电子排布的轨道表示式1.概念：轨道表示式(又称电子排布图)是表述电子排布的一种图式。2.表示方法：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电子，“↑↓”称电子对，“↑”或“↓”称单电子（或未成对电子）。8O的轨道表示式：O1s2s2pH1s1H的轨道表示式：基态O原子的电子排布式：1s22s22p4电子排布式给出了基态原子的核外电子在能层和能级中的排布，而轨道表示式还给出了电子在原子轨道中的自旋状态。任务3电子排布的轨道表示式8O的轨道表示式：O1s2s2pH1s1H的轨道表示式：发现与总结简并轨道：电子对：单电子：自旋平行：氧原子中，有

对电子对，有

个单电子。氧原子中，有

种空间运动状态，有

种运动状态不同的电子。同一个原子轨道中，自旋方向相反的一对电子一个原子轨道中若只有一个电子，则该电子称为单电子箭头同向的单电子称为自旋平行3258能量相同的原子轨道(方框相连)课堂训练He1s或：He1s或：He1s1、按照泡利原理，下列氦原子的轨道表示式正确的是哪个？2、请写出Li、Be、B的轨道表示式。3、请写出基态碳原子的轨道表示式。Li1s2sBe1s2sB1s2s2pC1s2s2pC1s2s2pC1s2s2pC1s2s2p哪种轨道表示式才是正确的？任务4洪特规则能量最低原理1、洪特规则：1925年，洪特在诠释复杂原子光谱时，得出了判断基态原子光谱项三条经验规则，后人归并简化成一条：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，称为洪特规则。例：判断2p3电子排布图的正误。××√C1s2s2pC1s2s2pC1s2s2pC1s2s2p哪一个是基态碳原子正确的轨道表示式？任务4洪特规则能量最低原理注意事项：1.洪特规则不仅适用于基态原子，也适用于基态离子。2.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。3.洪特规则特例(光谱实验发现)在简并轨道上的电子排布处在全充满、半充满、

全空状态时，体系的能量较低，原子较稳定。相对稳定的状态全充满：p6、d10、f14全空：p0、d0、f0半充满：p3、d5、f7试解释Cr、Cu核外电子排布不符合构造原理的原因？任务4洪特规则能量最低原理3d4s↑↓Cr↑↑↑↑↑Cr↑↑↑↑↑无全满、半满、全空的简并轨道有一组半满的简并轨道3d4s体系能量较低，原子较稳定体系能量高，原子不稳定↑↓Cu↑↓↑↓↑↓↑↓↑↑Cu↑↓↑↓↑↓↑↓↑↓无全满、半满、全空的简并轨道有一组全满的简并轨道3d4s体系能量较低，原子较稳定体系能量高，原子不稳定构造原理实际排布构造原理实际排布任务4洪特规则能量最低原理2、能量最低原理：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。决定因素：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。注意：（1）相邻能级能量相差很大时，电子填入能量较低的能级可使原子能量最低。如所有主族元素的基态原子。（2）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的排斥能，进而使原子整体能量最低。如所有副族元素的基态原子。知识小结核外电子排布要遵循泡利原理、洪特规则和能量最低原理。1.核外电子在原子轨道上排布要同时考虑这三个原则。（并不一定每条都符合）2.这三个原则并不是孤立的，而是相互联系、相互制约的3.符合上述规律的原子处于基态，不符合上述规律的原子处于激发态。课堂训练1.判断下列电子排布式/轨道表示式违背了什么原则？（1）2p轨道上有3个电子的原子：（2）2p轨道上有2个电子的原子：（3）基态P原子：1s22s22p63px23pz2（4）4s轨道上有2个电子的原子：（5）3d轨道上有8个电子的原子：（6）ns、np轨道上的电子：洪特规则洪特规则洪特规则洪特规则泡利原理能量最低原理课堂训练2、写出15P、25Mn的轨道表示式，并按要求填空。15P：