高中化学 第1章 第1节 第2课时 电子云与原子轨道 原子的核外电子排布教案 新人教版选修3-新人教版高二选修3化学教案

第2课时　电子云与原子轨道　原子的核外电子排布目标与素养：1.了解能量最低原理，知道基态与激发态。知道电子跃迁产生原子光谱。(宏观辨识)2.了解原子核外电子的运动状态，知道电子云和原子轨道。(微观辨析)3.了解泡利原理和洪特规则，会书写电子排布图(或叫轨道示式)(科学探究与模型认知)一、能量最低原理、基态与激发态、光谱1．能量最低原理原子的电子排布遵循构造原理能使整个原子的能量处于最低状态，简称能量最低原理。2．基态原子与激发态原子3．光谱与光谱分析(1)光谱的类型及形成不同元素的原子发生跃迁时会吸收或释放不同的光，利用光谱仪摄取各种元素的电子的吸收光谱或发射光谱，总称原子光谱，见下图。(2)光谱分析在现代化学中，利用原子光谱上的特征谱线来鉴定元素的分析方法。微点拨：①日常生活中看到的灯光、激光、焰火等可见光，都与原子核外电子发生跃迁释放能量有关，形成发射光谱。②焰色反应并不是所有金属都具有，是因为元素的原子从激发态到基态要放出能量，发出的电磁波的频率各不相同，只有在可见光范围的才会有焰色反应现象。二、电子云与原子轨道1．电子运动的特点电子的质量小，运动速度快且没有规则，无法确定核外电子在某个时刻处于原子核外空间何处，只能确定在原子核外各处出现的概率。2．电子云与形状(1)含义：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。小黑点越密，表示概率密度越大。(2)形状3．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。(2)各能级所含原子轨道数目能级符号nsnpndnf轨道数目1357　Zn原子中电子占有的能层数、能级数和原子轨道数分别为几？[答案]　4　7　15三、原子的核外电子排布1．核外电子排布规则(1)能量最低原理。(2)泡利原理：在一个原子轨道里，最多只能容纳2个电子，且它们的自旋状态相反。这两个电子称为电子对。(3)洪特规则：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，而且自旋状态相同。2．电子排布图在电子排布图中，用方框表示原子轨道，用箭头表示电子。如：C：；N：。微点拨：①一个原子轨道的两个电子称为电子对，一个原子轨道只有一个电子称为单电子或未成对电子。②洪特规则特例：能量相同的原子轨道在全充满(如d10)、半充满(如d5)和全空(如d0)状态时，体系的能量较低，原子较稳定。如Cr：3d54s1、Cu：3d104s1。1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)(1)1s22s22p43s1是氟原子的激发态(　　)(2)原子从基态到激发态需要吸收能量，形成的原子光谱为发射光谱(　　)(3)电子云中的小黑点代表一个电子(　　)(4)s电子云的形状为圆形(　　)[答案]　(1)√　(2)×　(3)×　(4)×2．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的电子云比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[答案]　D3．氟原子的核外电子排布图为________，原子中有________个未成对电子。[答案]　原子光谱与原子轨道1.原子光谱基态原子激发态原子。微点拨：在发射光谱形成可见光的波长按红、橙、黄、绿、青、蓝、紫的顺序减小，红色(630～760nm)，橙色(600～630nm)，黄色(570～600nm)，绿色(500～570nm)，青色(450～500nm)，蓝色(430～450nm)，紫色(400～430nm)。2．不同能层的能级、原子轨道及电子云轮廓图能层能级原子轨道数原子轨道名称电子云轮廓图形状取向K1s11s球形－L2s12s球形－2p32px、2py、2pz哑铃形相互垂直M3s13s球形－3p33px、3py、3pz哑铃形相互垂直3d5………………N4s14s球形－4p34px、4py、4pz哑铃形相互垂直4d5………………4f7………………………………………………微点拨：d轨道和f轨道各有名称、形状和取向，此处不作要求。1．当镁原子由1s22s22p63s2→1s22s22p63p2时，以下说法正确的是(　　)A．镁原子由基态转化成激发态，这一过程中吸收能量B．镁原子由激发态转化成基态，这一过程中释放能量C．转化后镁原子的性质更稳定D．转化后镁原子与硅原子电子层结构相同，化学性质相似A　[镁原子3s能级上的电子被激发到3p能级上，要吸收能量变为激发态原子，其性质比基态更不稳定，所以A项正确，B、C项错误；变成激发态后，Mg与Si电子层结构不同，化学性质也不相似，所以D项错误。]2．对充有氖气的霓虹灯管通电，灯管发出红色光。产生这一现象的主要原因是(　　)A．电子由激发态向基态跃迁时以光的形式释放能量，形成发射光谱B．电子由基态向激发态跃迁时吸收除红光以外的光线C．氖原子获得电子后转变成发出红光的物质D．在电流的作用下，氖原子与构成灯管的物质发生反应A　[在电流作用下，基态氖原子的电子吸收能量跃迁到较高能级，变为激发态原子，这一过程要吸收能量，不会发出红色光；而电子从较高能量的激发态跃迁到较低能量的激发态或基态时，将释放能量，从而产生红光，故A项正确。]3．元素K的焰色反应呈紫红色，其中紫色对应的辐射波长为________nm(填标号)。A．404.4　B．553.5　C．589.2　D．670.8　E．766.6[答案]　A描述核外电子排布的化学用语结构示意图意义将每个能层上的电子总数表示在原子核外的式子实例电子排布式意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简化电子排布式意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结构的部分以相应稀有气体的元素符号外加方括号表示实例K：[Ar]4s1价电子排布式意义主族元素的价层电子指最外层电子，价层电子排布式即外围电子排布式实例Al：3s23p1电子排布图意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微点拨：①主族元素的最外层电子就是外围电子，又称价电子。过渡元素的外围电子一般包括最外层的s电子和次外层的d电子，有的还包括倒数第三层的f电子。②电子排布图又称轨道表示式，是描述核外电子运动状态最详尽的化学用语。4．下列电子排布图中，能正确表示该元素原子处于最低能量状态的是(　　)D　[若元素的原子处于最低能量状态，则其核外电子排布符合能量最低原理、泡利原理和洪特规则。A、B项违背洪特规则，C项表示元素的原子处于激发态，违背能量最低原理。]5．下列原子或离子的电子排布表示方法中，正确的是________，违反能量最低原理的是________，违反洪特规则的是________，违反泡利原理的是________。[解析]　根据核外电子排布规律知②中错误在于电子排完2s轨道后应排2p轨道，而不是3p轨道，应为1s22s22p6；③中没有遵循洪特规则——电子在同一能级的不同轨道上排布时，应尽可能分占不同的轨道并且自旋状态相同；④中忽略了3d轨道在半充满状态时，体系的能量较低，原子较稳定，应为1s22s22p63s23p63d54s1；⑦违反泡利原理，应为。[答案]　①⑤⑥　②④　③　⑦6．按要求完成下列填空：(1)24Cr的电子排布式为_________________________。(2)20Ca的价电子排布式为_______________________。(3)35Br－的结构示意图为_________________________。(4)7N的电子排布图为___________________________。[答案]　(1)1s22s22p63s23p63d54s1或[Ar]3d54s1书写电子排布图时的“五”注意(1)一个方框表示一个原子轨道，一个箭头表示一个电子。(2)不同能级中的要相互分开，同一能级中的要相互连接。(3)整个电子排布图中各能级的排列顺序要与相应的电子排布式一致。(4)当中有2个电子时，它们的自旋状态必须相反。(5)洪特规则的特例：在能量相同的轨道(同一能级)上的电子排布处于全充满、半充满和全空状态时，具有较低的能量和较高的稳定性。如24Cr的价电子排布式为3d54s1(半充满)，易错写为3d44s2。1．电子由3d能级跃迁至4p能级时，可通过光谱仪直接摄取(　　)A．电子的运动轨迹图像B．原子的吸收光谱C．电子体积大小的图像D．原子的发射光谱B　[能量E(3d)＜E(4p)，故电子由3d能级跃迁至4p能级时，要吸收能量，形成吸收光谱。]2．下列对核外电子运动状态的描述正确的是(　　)A．电子的运动与行星的运动相似，围绕原子核在固定的轨道上高速旋转B．能层数为3时，有3s、3p、3d、3f四个轨道C．氢原子中只有一个电子，故氢原子只有一个轨道D．在同一能级上运动的电子，其运动状态肯定不同D　[A项，质量很小的电子在做高速运动时，其运动规律跟普通物体不同，电子没有确定的运动轨道；B项，第三能层只有3s、3p、3d三个能级，而3s能级有1个轨道、3p能级有3个轨道、3d能级有5个轨道，故第三能层有9个轨道；C项，氢原子中只有1个电子，在1s轨道，但还存在其他空轨道；D项，电子的运动状态与能层、能级和自旋状态有关，在同一原子内部没有两个电子存在完全相同的运动状态。]3．下列给出的是基态原子的电子排布式，其中正确的是(　　)A．11Na：1s22s22p7B．47Ag：1s22s22p63s23p63d104s24p64d95s2C．20Ca：1s22s22p63s23p63d2D．35Br：[Ar]3d104s24p5D　[A项中的“2p7”违背了泡利原理，p能级有3个轨道，最多填充6个电子，正确的电子排布式为1s22s22p63s1。B项中的“4d95s2”违背了洪特规则特例，正确的电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p64d105s1。C项中的“3d2”违背了能量最低原理，根据构造原理，3d能级的能量大于4s能级，3p能级排满之后应该先排4s能级，故20Ca的电子排布式应为1s22s22p63s23p64s2。]4．下列化学用语的书写正确的是(　　)D　[羟基的电子式为，A错误；过氧化氢是共价化合物，电子式为，B错误；As的原子序数是33，原子的简化电子排布式为[Ar]3d104s24p3，C错误；基态镁原子的核外电子排布图为，D正确。]5．写出下列粒子的电子排布式、电子排布图或结构示意图。(1)电子排布式和价电子排布式：①17Cl___________________________________________________；②Ca____________________________________________________；③22Ti___________________________________________________。(2)电子排布图：①O2－的电子排布图_______________________________________；②F的最外层电子排布图___________________________________。(3)结构示意图：①Fe2＋__________________________________________________；②Cu____________________________________________________。[答案]　(1)①[Ne]3s23p5,3s23p5　②[Ar]4s2,4s2　③[Ar]3d24s2,3d24s2