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第一節(jié) 原子結(jié)構(gòu)　
第3課時 電子云和原子軌道
泡利原理、洪特規(guī)則、能量最低原理
人教版選擇性必修2
學(xué)習(xí)目標(biāo)
1. 知道電子的運動狀態(tài)可通過原子軌道和電子云模型來描述，能說明微觀粒子運動狀態(tài)與宏觀物體運動特點的差異。
2. 認(rèn)識基態(tài)原子中核外電子的排布遵循能量最低原理、泡利原理和洪特規(guī)則，能寫出1~36號元素基態(tài)原子的軌道表示式。
學(xué)習(xí)目標(biāo)
1.通過學(xué)習(xí)原子軌道和電子云模型，建立對原子結(jié)構(gòu)的模型認(rèn)知，培養(yǎng)學(xué)生宏觀辨識也微觀探析的學(xué)科素養(yǎng)。
2. 認(rèn)識基態(tài)原子中核外電子的排布規(guī)律，初步學(xué)會運用模型解決實際問題。
素養(yǎng)目標(biāo)
情境引入
1913年，玻爾提出電子在特定軌道上運動的線性軌道模型
情境引入
1926年，玻爾建立的線性軌道模型被量子力學(xué)推翻。薛定諤對電子的運動做了適當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)處理，得到了電子云模型。
教學(xué)過程
一、概率密度和電子云
量子力學(xué)指出，一定空間運動狀態(tài)的電子并不在玻爾假定的線性軌道上運行，而在核外空間各處都可能出現(xiàn)，但出現(xiàn)的概率不同，可以算出它們的概率密度分布。
1.概率密度
ρ＝
P
V
公式：概率密度 ＝
用 P表示電子在某處出現(xiàn)的概率，V 表示該處的體積，則P/V稱為概率密度，用 ρ 表示。
小點是1s電子在原子核外出現(xiàn)的概率密度的形象描述
氫原子1s電子的概率密度分布圖
教學(xué)過程
一、概率密度和電子云
2.電子云
核外電子的概率密度分布看起來像一片云霧，因而被形象地稱為電子云
電子云圖很難繪制,使用不方便，我們可以標(biāo)會出電子云的輪廓圖，如把將電子在原子核外空間出現(xiàn)的概率P ＝90% 的空間圈出來。
s電子云輪廓圖
教學(xué)過程
(1)s 電子云
規(guī)律： ①任一能層的s電子的電子云形狀相同，均為球形。
②同一原子的能層越高，s電子云半徑越大。
原因：電子能量越高，電子在離核更遠(yuǎn)的區(qū)域出現(xiàn)的概率越大，電子云越來越向更大的空間擴展。
教學(xué)過程
(2)p 電子云
規(guī)律： ①p能級的原子軌道都是啞鈴形的，
②每個p能級有3個相互垂直的原子軌道，分別以px、py、pz表示。
③在同一能層中px、py、pz的能量相同。
④能層越高，p電子云半徑越大。
教學(xué)過程
二、原子軌道
電子在原子核外的一種空間運動狀態(tài)稱為一個原子軌道。常用電子云輪廓圖的形狀和取向來表示原子軌道的形狀和取向。
原子軌道數(shù)=電子云輪廓圖數(shù)
能級 s p d f
最多可容納電子數(shù) 2 6 10 14
原子軌道數(shù) 1 3 5 7
單軌道容納電子數(shù) 2 2 2 2
教學(xué)過程
能級符號 ns np nd nf
軌道數(shù)目 1 3 5 7
各能級所含有原子軌道數(shù)目
ns (1) np(3) nd(5) nf(7)
教學(xué)過程
能層 能級 原子軌道數(shù) 原子軌道名稱 電子云輪廓圖的性質(zhì)與取向 形狀 取向
K 1s 1 1s 球形
L 2s 1 2s 球形
2p 3 2px、2py、2pz 啞鈴形 相互垂直
M 3s 1 3s 球形
3p 3 3px、3py、3pz 啞鈴形 相互垂直
3d 5 …… …… ……
不同能層的能級、原子軌道及電子云輪廓圖
原子軌道數(shù)=能層序數(shù)的平方
N 4s 1 4s 球形
4p 3 4px、4py、4pz 啞鈴形 相互垂直
4d 5 …… …… ……
4f 7 …… …… ……
4
9
2
3
4
16
教學(xué)過程
三、泡利原理、洪特規(guī)則、能量最低原理
（1）自旋和泡利原理
1925年，兩個荷蘭年輕人提出：電子除空間運動狀態(tài)外，還有一種狀態(tài)叫做自旋。自旋是微觀粒子普遍存在的一種如同電荷、質(zhì)量一樣的內(nèi)在屬性。
電子自旋在空間有順時針和逆時針兩種取向，簡稱自旋相反 常用上下箭頭（↑和↓）表示自旋相反的電子。
教學(xué)過程
泡利
在一個原子軌道里,最多只能容納2個電子,且它們的自旋相反。這個原理被稱為泡利原理（也稱泡利不相容原理）
泡利原理
思考: 一個原子中能否存在運動狀態(tài)完全相同的2個電子？
電子的運動狀態(tài)由能層、能級、原子軌道和自旋狀態(tài)四個方面共同決定，不存在運動狀態(tài)完全相同的2個電子。
教學(xué)過程
（2）電子排布的軌道表示式（電子排布圖）
軌道表示式（又稱電子排布圖）是表述電子排布的一種圖式。用方框（也可用圓圈）表示原子軌道，能量相同的原子軌道（簡并軌道）的方框相連，箭頭（↑↓）表示一種自旋狀態(tài)電子。
“↑↓”稱電子對，“↑”或“↓”稱單電子（或稱未成對電子）。箭頭同向的單電子稱自旋平行。
教學(xué)過程
（3）洪特規(guī)則
基態(tài)原子中，填入簡并軌道的電子總是先單獨分占，且自旋平行，稱為洪特規(guī)則。
52%
45%
39%
70%
2p3的電子排布為
不能為
2p4的電子排布為
不能為
↑↓ ↑ ↓
↑↓ ↑↓
2p
使用范圍
2、洪特規(guī)則適用于電子填入簡并軌道，并不適用于電子填入能量不同的軌道
1、洪特規(guī)則不僅適用于基態(tài)原子，也適用于基態(tài)離子
洪特
教學(xué)過程
思考與討論
教學(xué)過程
洪特規(guī)則特例
簡并軌道全充滿、半充滿或全空狀態(tài)是能量較低的穩(wěn)定狀態(tài)。
相對穩(wěn)定的狀態(tài)
全充滿： p6、d10、f14
半充滿：p3、d5、f7
全空： p0、d0、f0
24Cr 1s22s22p63s23p63d54s1
29Cu 1s22s22p63s23p63d104s1
教學(xué)過程
（4）能量最低原理
在構(gòu)建基態(tài)原子時，電子將盡可能地占據(jù)能量最低的原子軌道，使整個原子的能量最低，這就是能量最低原理。
整個原子的能量由核電荷數(shù)、電子數(shù)和電子狀態(tài)三個因素共同決定。
1、相鄰能級能量相差很大時，電子填入能量較低的能級可使原子能量最低。如所有主族元素的基態(tài)原子。
2、當(dāng)相鄰能級能量差別不大時，有1-2個電子填入能量稍高的能級可能反而降低電子的排斥能，進(jìn)而使原子整體能量最低。如所有副族元素的基態(tài)原子。
教學(xué)過程
思考與討論
不滿足能量最低原理
不滿足洪特規(guī)則
不滿足泡利原理
具有下列電子層結(jié)構(gòu)的原子，其對應(yīng)元素一定屬于同一周期的是(　　)
A．兩種原子的電子層上全部都是s電子
B． 3p能級上只有一個空軌道的原子和3p能級上有一個未成對電子的原子
C．最外層電子排布為2s22p6的原子和最外層電子排布為2s22p6的離子
D．原子核外的M層上的s能級和p能級都填滿了電子，而d軌道上尚未排有電子的兩種原子
典例1．
【答案】B　
課堂練習(xí)
教學(xué)過程
下列有關(guān)電子排布圖的表述不正確的是(　　)
典例2．
【答案】D　
(1)X元素是非金屬元素，其原子中有3個未成對電子，核外電子層數(shù)為3，則該原 子的核外電子排布式為 。
(2)某元素的原子基態(tài)時有6個電子處于3d軌道上，則該元素的原子序數(shù)為________，該元素原子的d軌道上的未成對電子有__________個。
(3)某元素的基態(tài)原子失去3個電子后，它的3d軌道上的電子恰好半滿，則該元素的原子序數(shù)為__________，其＋3價離子的電子排布式為__________。
典例3．
【答案】　(1)1s22s22p63s23p3　(2)26　4　(3)26　1s22s22p63s23p63d5
課堂練習(xí)
課堂小結(jié)
電子云
原子軌道
概率密度分布圖
電子云圖
概念
形狀
各能級所含有原子軌道數(shù)目
表達(dá)公式
相同原子的s電子的電子云輪廓圖
px、py、pz的電子云輪廓圖
概念
含義
形狀：s電子云——球形，p電子云——啞鈴形
原子軌道與能層序數(shù)的關(guān)系
能層、能級和原子軌道之間的關(guān)系
電子排布的軌道表示式(電子排布圖)
核外電子在原子軌道中的排布規(guī)律
排布規(guī)律一：泡利原理
排布規(guī)律二：洪特規(guī)則
排布規(guī)律三：能量最低原理
簡并軌道
電子對
單電子
自旋平行
用方框表示原子軌道，在方框的下方用能級符號表示軌道所屬能級
課堂小結(jié)
感 謝 傾 聽　

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