新教材化學(xué)人教版選擇性必修2學(xué)案1-1-第2課時(shí)基態(tài)原子核外電子排布原子軌道

第2課時(shí)基態(tài)原子核外電子排布原子軌道課程目標(biāo)1．了解多電子核外電子運(yùn)動(dòng)情況。2．知道電子云、原子軌道的含義。3．掌握基態(tài)原子的核外電子排布規(guī)律。核外電子排布圖說(shuō)考點(diǎn)基礎(chǔ)知識(shí)[新知預(yù)習(xí)]一、電子云與原子軌道1．電子云及形狀(1)電子云是處于一定空間運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的電子在原子核外空間的________分布的形象化描述。(2)2．原子軌道(1)定義：電子在原子核外的一個(gè)空間運(yùn)動(dòng)狀態(tài)稱為一個(gè)原子軌道。(2)數(shù)目ns能級(jí)各有____個(gè)軌道，np能級(jí)各有____個(gè)軌道，nd能級(jí)各有____個(gè)軌道，nf能級(jí)各有____個(gè)軌道。二、能量最低原理、泡利原理、洪特規(guī)則1．能量最低原理原子核外電子的排布遵循________，按軌道能量由低到高依次排列，使整個(gè)原子處于________的能量狀態(tài)。2．泡利原理在一個(gè)原子軌道里，最多只能容納______個(gè)電子，而且它們的自旋狀態(tài)________，用“________”表示。3．洪特規(guī)則基態(tài)原子中，填入簡(jiǎn)并軌道的電子總是先________，且自旋________。三、電子排布圖將原子軌道用方框表示，在方框內(nèi)用一個(gè)箭頭表示一個(gè)電子，用↑↓表示自旋狀態(tài)相反的電子，得到電子排布圖。如：O原子的電子排布圖[即時(shí)性自測(cè)]1．判斷正誤(正確的打“√”，錯(cuò)誤的打“×”)(1)1s、2s、3s的電子云形狀均為球形()(2)2p、3p、4p電子云均為啞鈴形且大小相同。()(3)H原子核外只有一個(gè)原子軌道。()(4)電子云圖中的小黑點(diǎn)表示電子的多少。()(5)p能級(jí)中有3個(gè)相互垂直的原子軌道。()(6)3d與6d均有5個(gè)原子軌道。()(7)鉀原子的第三能層填有18個(gè)電子，是因?yàn)殁浽拥牡谌軐佑?個(gè)原子軌道。()(8)任何一個(gè)原子中不可能存在運(yùn)動(dòng)狀態(tài)完全相同的兩個(gè)電子。()(9)基態(tài)碳原子的電子排布圖為。()(10)基態(tài)鐵原子的價(jià)電子排布圖：。()2．基態(tài)氫原子的電子云圖為球形(如圖)，下列有關(guān)說(shuō)法正確的是()A．1個(gè)小黑點(diǎn)表示一個(gè)電子B．He的基態(tài)原子兩個(gè)電子的電子云也是與此大小相同的球形C．如果電子發(fā)生躍遷，有可能電子云形狀變成啞鈴形D．小黑點(diǎn)密集的地方表示電子在該區(qū)域出現(xiàn)的概率小3．下列說(shuō)法正確的是()A．s能級(jí)的能量總小于p能級(jí)的能量B．2s的電子云半徑比1s電子云半徑大，說(shuō)明2s的電子比1s的多C．當(dāng)電子排布在同一能級(jí)的不同軌道時(shí)，電子總是先占滿一個(gè)軌道(1個(gè)原子軌道最多只能容納兩個(gè)電子，且自旋狀態(tài)相反)，然后再占據(jù)其他原子軌道D．nf能級(jí)中最多可容納14個(gè)電子4．在d軌道中填入4個(gè)電子時(shí)電子排布成，而不排布成，其最直接的根據(jù)是()A．能量最低原理B．泡利原理C．能量守恒原理D．洪特規(guī)則5．如圖是s能級(jí)和p能級(jí)的原子軌道圖，下列說(shuō)法正確的是()A．s能級(jí)和p能級(jí)的原子軌道形狀相同B．每個(gè)p能級(jí)都有6個(gè)原子軌道C．s能級(jí)的原子軌道的半徑與能層序數(shù)有關(guān)D．Na原子的電子在11個(gè)原子軌道上高速運(yùn)動(dòng)技能素養(yǎng)提升點(diǎn)一電子云與原子軌道[例1]圖甲是氫原子的1s電子云圖(即概率密度分布圖)，圖乙、圖丙分別表示s、p能級(jí)的電子云輪廓圖。下列有關(guān)說(shuō)法正確的是()A．電子云圖(即概率密度分布圖)就是原子軌道圖B．3p2表示3p能級(jí)中有兩個(gè)原子軌道C．由圖乙可知，s能級(jí)的電子云輪廓圖呈圓形，有無(wú)數(shù)條對(duì)稱軸D．由圖丙可知，p能級(jí)的原子軌道圖呈啞鈴形，且有3個(gè)伸展方向eq\x(狀元隨筆)電子云圖(即概率密度分布圖)與電子云輪廓圖不是同一個(gè)概念，電子云輪廓圖實(shí)際上是電子云圖(即概率密度分布圖)的大部分區(qū)域(一般約為90%)；量子力學(xué)把電子在原子核外的一個(gè)空間運(yùn)動(dòng)狀態(tài)稱為一個(gè)原子軌道，電子云輪廓圖就是我們通常所說(shuō)的原子軌道圖。[提升1]下列有關(guān)電子云和原子軌道的說(shuō)法中，正確的是()能層決定電子云大小，能級(jí)決定電子云形狀A(yù).原子核外的電子像云霧一樣籠罩在原子核周圍，故稱電子云B．s能級(jí)原子軌道呈球形，處于該軌道上的電子只能在球殼內(nèi)運(yùn)動(dòng)C．p能級(jí)原子軌道呈啞鈴形，隨著能層的增加，p能級(jí)原子軌道也在增多D．與s電子原子軌道相同，p電子原子軌道的平均半徑隨能層的序數(shù)的增大而增大[關(guān)鍵能力]原子軌道和電子云1．電子云輪廓圖(1)定義：常把電子在原子核外空間出現(xiàn)概率約為90%的空間圈出來(lái)，即為電子云輪廓圖(如圖1、2)。(2)s電子、p電子的電子云輪廓圖：2．原子軌道(1)定義：量子力學(xué)把電子在原子核外的一個(gè)空間運(yùn)動(dòng)狀態(tài)稱為一個(gè)原子軌道。各能級(jí)的一個(gè)伸展方向的電子云輪廓圖即表示一個(gè)原子軌道。(2)不同能層的能級(jí)、原子軌道及電子云輪廓圖(見(jiàn)下表)：能級(jí)spdf原子軌道數(shù)1357原子軌道名稱nsnpx、npy、npzndxy、ndxz、ndyz、ndz2、ndx2－y2……電子云輪廓圖的形狀和取向球形啞鈴形互相垂直梅花形……能層序數(shù)n越大，原子軌道的半徑越大。不同能層的同種能級(jí)的原子軌道的形狀相似，半徑不同。eq\x(狀元隨筆)原子軌道能量高低的比較①相同電子層上原子軌道能量的高低：ns＜np＜nd＜nf。②形狀相同的原子軌道能量的高低：1s＜2s＜3s＜4s……③電子層和形狀相同的原子軌道的能量相等：2px＝2py＝2pz。提升點(diǎn)二核外電子排布規(guī)律、電子排布圖[例2]下列原子的外圍電子排布中，哪一種狀態(tài)是基態(tài)原子的正確核外電子排布，試說(shuō)明理由。電子排布圖應(yīng)注意從洪特規(guī)則及泡利原理角度分析(1)氮原子(2)鈉原子：A.3s1B．3p1(3)鉻原子：A.3d54s1B．3d44s2(4)碳原子：[提升2]以下列出的是一些原子的2p能級(jí)和3d能級(jí)中電子排布的情況。試判斷，哪些違反了泡利原理，哪些違反了洪特規(guī)則。違反泡利原理的有__________，違反洪特規(guī)則的有__________________。[關(guān)鍵能力]1．原子核外電子排布“兩原理一規(guī)則”(1)能量最低原理：電子在原子軌道上的分布要盡可能地使原子的能量為最低。(2)泡利原理：每個(gè)原子軌道最多容納兩個(gè)電子且自旋方向必須相反。(3)洪特規(guī)則：基態(tài)原子中，填入簡(jiǎn)并軌道的電子總是先單獨(dú)分占，且自旋平行。洪特規(guī)則特例當(dāng)同一能級(jí)上的電子排布為全充滿(p6、d10、f14)、半充滿(p3、d5、f7)和全空狀態(tài)(p0、d0、f0)時(shí)，具有較低的能量和較大的穩(wěn)定性。例如，鉻(24Cr)的價(jià)電子排布是3d54s1(3d、4s能級(jí)均為半充滿)，而不是3d44s2；銅(29Cu)的價(jià)電子排布是3d104s1(3d全充滿、4s半充滿)，而不是3d94s2。2．電子排布圖以鋁原子為例，電子排布圖中各符號(hào)、數(shù)字的意義為3．核外電子排布的表示方法原子(離子)結(jié)構(gòu)示意圖含義將每個(gè)能層上的電子總數(shù)表示在原子核外的式子實(shí)例AlS2－電子排布式含義用數(shù)字在能級(jí)符號(hào)右上角標(biāo)明該能級(jí)上排布的電子數(shù)，這就是電子排布式實(shí)例K：1s22s22p63s23p64s1簡(jiǎn)化電子排布式含義為了避免電子排布式書(shū)寫過(guò)于繁瑣，把內(nèi)層電子達(dá)到稀有氣體原子結(jié)構(gòu)的部分以相應(yīng)稀有氣體元素符號(hào)外加方括號(hào)表示實(shí)例K：[Ar]4s1價(jià)電子排布式含義主族元素的價(jià)層電子指最外層電子，價(jià)層電子排布式即最外層電子排布式實(shí)例Al：3s23p1電子排布圖含義每個(gè)方框代表一個(gè)原子軌道，每個(gè)箭頭代表一個(gè)電子實(shí)例電子式含義化學(xué)中常在元素符號(hào)周圍用“·”或“×”來(lái)表示元素原子的最外層電子，相應(yīng)的式子叫做電子式實(shí)例eq\x(狀元隨筆)電子排布圖的書(shū)寫方法和步驟(1)根據(jù)構(gòu)造原理按能量由低到高的順序畫(huà)出表示原子軌道的每個(gè)方框。(2)根據(jù)泡利原理和洪特規(guī)則在方框中填出每個(gè)原子軌道上分布的電子及其自旋狀態(tài)。(3)考慮是否存在原子軌道在全充滿(如s2、p6、d10等)、半充滿(如s1、p3、d5等)和全空(如s0、p0、d0)等狀態(tài)時(shí)能量最低的特例情況。形成性自評(píng)1．下列說(shuō)法中正確的是()A．1s電子云呈球形，表示電子繞原子核做圓周運(yùn)動(dòng)B．基態(tài)氫原子的電子云是圓形的C．ns能級(jí)的原子軌道圖可表示為D．3d3表示3d能級(jí)有3個(gè)原子軌道2．下列說(shuō)法正確的是()A．符號(hào)3px所代表的含義是第三個(gè)電子層px軌道有3個(gè)伸展方向B．能層數(shù)為3時(shí)，有3s、3p、3d三個(gè)軌道C．氫原子中只有1個(gè)電子，故氫原子核外只有1個(gè)軌道D．s能級(jí)的原子軌道半徑與能層序數(shù)有關(guān)3．下列各組原子中，彼此化學(xué)性質(zhì)一定相似的是()A．原子核外電子排布式為1s2的X原子與原子核外電子排布式為1s22s2的Y原子B．原子核外M層上僅有兩個(gè)電子的X原子與原子核外N層上僅有兩個(gè)電子的Y原子C．2p軌道上有一個(gè)空軌道的X原子與3p軌道上有一個(gè)空軌道的Y原子D．最外層都只有1個(gè)電子的X、Y原子4．下列有關(guān)電子排布圖的表述正確的是()A．可表示單核10電子粒子基態(tài)時(shí)電子排布B．此圖錯(cuò)誤，違背了泡利原理C.表示基態(tài)N原子的價(jià)電子排布D．表示處于激發(fā)態(tài)的B原子的核外電子排布圖5．下列能層或能級(jí)，所含原子軌道數(shù)目從小到大排列順序正確的是()①7s②O層③3d④4fA．①②③④B．③④①②C．①③④②D．②④③①6．(1)“各能級(jí)最多容納的電子數(shù)是該能級(jí)原子軌道數(shù)的二倍”，支持這一結(jié)論的理論是________(填序號(hào))。A．構(gòu)造原則B．泡利原理C．洪特規(guī)則D．能量最低原理(2)下列原子或離子的電子排布的表示方法中，正確的是____________，違反了能量最低原理的是____________，違反洪特規(guī)則及特例的是____________。①Ca2＋：1s22s22p63s23p6②F－：1s22s23p6④Cr：1s22s22p63s23p63d44s2⑤Fe：1s22s22p63s23p63d64s2⑥Mg2＋：1s22s22p67．現(xiàn)有A、B、C、D四種短周期主族元素，它們的原子序數(shù)依次增大，其中A元素原子核外電子僅有一種原子軌道，也是宇宙中最豐富的元素，B元素原子的核外p軌道電子總數(shù)比s軌道電子總數(shù)少1，C為金屬元素且原子核外p軌道電子總數(shù)和s軌道電子數(shù)相等，D元素的原子核外所有p軌道上的電子排布處于全充滿或半充滿狀態(tài)。(1)寫出四種元素的元素符號(hào)：A_______，B_______，C_______，D_______。(2)寫出C、D兩種元素基態(tài)原子核外電子排布的軌道表示式：C________________________________________________________________________；D________________________________________________________________________。(3)寫出B、C兩種元素的單質(zhì)在一定條件下反應(yīng)的化學(xué)方程式：________________________________________________________________________。eq\x(請(qǐng)完成課時(shí)作業(yè)2)第2課時(shí)基態(tài)原子核外電子排布原子軌道基礎(chǔ)知識(shí)新知預(yù)習(xí)一、1．(1)概率密度(2)球形啞鈴形2．1357二、1．構(gòu)造原理最低2．2相反↓↑3．單獨(dú)分占平行三、↑↓↑即時(shí)性自測(cè)1．(1)√(2)×(3)×(4)×(5)√(6)√(7)×(8)√(9)×(10)√2．解析：在電子云圖中，小黑點(diǎn)并不代表電子，A項(xiàng)錯(cuò)誤；He的基態(tài)原子為1s2，所以電子云形狀相同，但是電子能量不相同，電子云的大小不相同，B項(xiàng)錯(cuò)誤；如果氫原子的電子發(fā)生了躍遷，進(jìn)入了其他能級(jí)如p能級(jí)，則電子云的形狀將變成啞鈴形，C項(xiàng)正確。小黑點(diǎn)代表電子在核外空間區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)的概率，小黑點(diǎn)的疏密與電子在該區(qū)域出現(xiàn)的概率大小成正比，D項(xiàng)錯(cuò)誤。答案：C3．解析：同一能層中，s能級(jí)的能量小于p能級(jí)的能量，不同能層中，s能級(jí)(較高能層)的能量可能高于p能級(jí)(較低能層)的能量，A項(xiàng)錯(cuò)誤；2s的電子云半徑比1s電子云半徑大，說(shuō)明2s的電子在離原子核較遠(yuǎn)的區(qū)域出現(xiàn)的概率比1s的電子大，B項(xiàng)錯(cuò)誤；當(dāng)電子排布在同一能級(jí)的不同軌道時(shí)，電子總是先占據(jù)不同的原子軌道而且自旋狀態(tài)相同，C項(xiàng)錯(cuò)誤；nf能級(jí)有7個(gè)原子軌道，每一個(gè)原子軌道最多容納兩個(gè)電子，D項(xiàng)正確。答案：D4．解析：洪特規(guī)則表明，當(dāng)電子排布在同一能級(jí)的不同軌道時(shí)，基態(tài)原子中的電子總是優(yōu)先單獨(dú)占據(jù)一個(gè)軌道且自旋狀態(tài)相同。答案：D5．解析：s軌道為球形，p軌道為啞鈴形，A項(xiàng)錯(cuò)誤；每個(gè)p能級(jí)只有3個(gè)原子軌道，B項(xiàng)錯(cuò)誤；能層序數(shù)越小，s能級(jí)的原子軌道的半徑越小，C項(xiàng)正確；Na原子的電子在6個(gè)原子軌道上高速運(yùn)動(dòng)，D項(xiàng)錯(cuò)誤。答案：C技能素養(yǎng)例1解析：電子云是處于一定空間運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的電子在原子核外空間的概率密度分布的形象化描述，圖甲就是電子云圖(即概率密度分布圖)。由于電子云圖難以繪制，所以通常把電子出現(xiàn)概率約為90%的空間圈出來(lái)，稱為電子云輪廓圖，實(shí)際上這種電子云輪廓圖的就是我們常說(shuō)的原子軌道圖，故A錯(cuò)誤。3p2表示3p能級(jí)中容納了兩個(gè)電子，故B錯(cuò)誤。s能級(jí)的電子云輪廓圖呈球形而不是圓形，故C錯(cuò)誤。p能級(jí)的原子軌道圖呈啞鈴形，有px(沿x軸方向)、py(沿y軸方向)、pz(沿z軸方向)三個(gè)伸展方向，并且互相垂直，故D正確。答案：D提升1解析：電子云是對(duì)電子運(yùn)動(dòng)的形象化描述，它僅表示電子在某一區(qū)域出現(xiàn)的概率，并非原子核真被電子云霧所包圍，故選項(xiàng)A錯(cuò)誤；原子軌道是電子出現(xiàn)的概率約為90%的空間輪廓，它表明電子在這一區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)的機(jī)會(huì)大，在此區(qū)域外出現(xiàn)的機(jī)會(huì)少，故選項(xiàng)B錯(cuò)誤；無(wú)論能層序數(shù)n怎樣變化，每個(gè)p能級(jí)都有3個(gè)原子軌道且相互垂直，故選項(xiàng)C錯(cuò)誤；由于按1p、2p、3p……的順序，電子的能量依次增大，電子在離核更遠(yuǎn)的區(qū)域出現(xiàn)概率逐漸增大，電子云越來(lái)越向更大的空間擴(kuò)展，原子軌道平均半徑逐漸增大。答案：D例2解析：本題考查的是核外電子排布所遵循的原理方面的知識(shí)。根據(jù)洪特規(guī)則，電子在能量相同的各個(gè)軌道上排布時(shí)盡可能分占不同的原子軌道，且自旋方向相同，故(1)中B項(xiàng)正確，(4)中B項(xiàng)正確；根據(jù)能量最低原理，核外電子先占有能量低的軌道，再占有能量高的原子軌道，(2)中A項(xiàng)正確，(3)中A項(xiàng)中d5為半充滿狀態(tài)，為相對(duì)穩(wěn)定狀態(tài)，B項(xiàng)不是，所以A項(xiàng)正確。答案：(1)BA中原子的外圍電子排布違反了洪特規(guī)則(2)AB中原子的外圍電子排布違反了能量最低原理(3)AB原子的外圍電子排布違反了洪特規(guī)則特例(4)BA原子外圍電子排布違反了洪特規(guī)則提升2解析：(1)中一個(gè)2p軌道上有兩個(gè)自旋方向相同的電子，違反了泡利原理；(2)中兩個(gè)軌道上單電子的自旋方向相反，違反了洪特規(guī)則；(4)中一個(gè)3d軌道上填充了2個(gè)電子，而另一個(gè)3d軌道上未填充電子，違反了洪特規(guī)則；(5)中四個(gè)3d軌道上單電子的自旋方向不完全相同，違反了洪特規(guī)則。答案：(1)(2)(4)(5)形成性自評(píng)1．解析：電子云是用小黑點(diǎn)表示電子在原子核外空間出現(xiàn)的概率，小黑點(diǎn)不代表電子，小黑點(diǎn)的疏密表示電子出現(xiàn)概率的大小，A項(xiàng)錯(cuò)誤；基態(tài)氫原子的電子云是球形而不是圓形的，B項(xiàng)錯(cuò)誤；3d3表示第三能層d能級(jí)有3個(gè)電子，d能級(jí)有5個(gè)原子軌道，D項(xiàng)錯(cuò)誤。答案：C2．解析：3px中，3表示第三電子層，p原子軌道在三維空間的分布分別沿x、y、z三個(gè)方向，px表示沿x軸方向伸展的p軌道，所以A項(xiàng)錯(cuò)誤；能層數(shù)為3時(shí)，有3s、3p、3d三個(gè)能級(jí)，共有9個(gè)軌道，B項(xiàng)錯(cuò)誤；氫原子中確實(shí)只有1個(gè)電子，但軌道是人為規(guī)定的，可以是空軌道，C項(xiàng)錯(cuò)誤。能層序數(shù)越小，s能級(jí)的原子軌道半徑越小，D正確。答案：D3．解析：電子排布式為1s2的原子為He，電子排布式為1s22s2的原子為Be，兩者化學(xué)性質(zhì)不相似，A錯(cuò)誤；原子核外M層上僅有兩個(gè)電子的X原子為Mg，原子核外N層上僅有兩個(gè)電子的Y原子有多種，如第四周期中Ca、Fe等都符合，化學(xué)性質(zhì)不一定相似，B錯(cuò)誤；2p軌道上有一個(gè)空軌道的X原子為C,3p軌道上有一個(gè)空軌道的Y原子為Si，均為ⅣA族元素，同主族元素，化學(xué)性質(zhì)一定相似，C正確；最外層只有1個(gè)電子可能為第ⅠA族元素，也可能為過(guò)渡元素(如Cr、Cu)，故化學(xué)性質(zhì)不一定相似，D錯(cuò)誤。答案：C4．解析：符合泡利原理和洪特規(guī)則，表示單核10電子粒子基態(tài)時(shí)電子