【人教版】2020高中化学 第一章 第1节第2课时 能量最低原理 泡利原理 洪特规则课时作业 新人教版选修3
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《2021-2022学年高二化学同步精品学案(新人教版选择性必修2)》第一章原子结构与性质第一节原子结构第2课时电子云与原子轨道泡利原理、洪特规则、能量最低原理四.电子云与原子轨道由于核外电子的概率密度分布看起来像一片云雾,因而被形象地称为电子云。
,注:(1)同一能层中,p能级的原子轨道空间伸展方向不同但原子轨道的能量相同;(2)人们把同一能级的几个能量相同的原子轨道称为简并轨道。
【思考讨论】分析同一原子的s电子的电子云轮廓图,请解释为什么同一原子的能层越高,s电子云半径越大?同一原子的s电子的电子云轮廓图【回顾与展望】各能级所含有原子轨道数目能级符号 n s n p n d n f 最多电子数 能级轨道数目能层轨道数目电子层为n 的状态含有 个原子轨道。
五、泡利原理、洪特规则、能量最低原理:基态电子排布遵循的三个原理1、电子的运动状态⎩⎪⎨⎪⎧空间运动状态:一个空间运动状态即一个原子轨道自旋状态:一个原子轨道内的两个电子有顺时针和逆时针两种取向【深刻理解】电子自旋(1)内在属性:自旋是微观粒子普遍存在的一种如同电荷、质量一样的内在属性; (2)两种取向:电子自旋在空间有顺时针和逆时针两种取向,简称 ; (3)表示方法:常用上下箭头(↑和↓)表示自旋相反的电子。
2、轨道表示式(电子排布图)(1)用方框(或圆圈)表示原子轨道,能量相同的原子轨道(简并轨道)的方框相连;(2)箭头表示一种自旋状态的电子,“↑↓”称 ,“↑”或“↓”称 (或称未成对电子); (3)能直观反映出电子的排布情况及电子的自旋状态。
【资料卡片】常见原子的电子排布图原子类别 电子排布式电子排布图 氢原子 1s 1 1s↑ 氦原子1s 21s ↑↓ 氮原子 1s 22s 22p 31s ↑↓ 2s ↑↓ 2p ↑ ↑ ↑ 氧原子 1s 22s 22p 41s ↑↓ 2s ↑↓ 2p ↑↓ ↑ ↑ 钠原子1s 22s 22p 63s 11s ↑↓ 2s ↑↓ 2p ↑↓ ↑↓ ↑↓ 3s ↑〔思考讨论〕(1)在钠原子中,有 种空间运动状态,有 种运动状态不同的电子。
课时把关练第一节原子结构第3课时泡利原理、洪特规则、能量最低原理1.下列排布不符合泡利原理的是()A. 2p能级:B. 3d能级:C. 2p能级:D. 3d能级:2.某原子核外电子排布为n s2n p7,它违背了()A.能量最低原理B.泡利原理C.洪特规则D.洪特规则特例3.在核电荷数为26的元素Fe的基态原子核外的3d、4s轨道内,下列电子排布图正确的是()A. B.C. D.4.下列轨道表示式能表示氮原子的最低能量状态的是()A. B.C. D.5.下列电子排布图所表示的元素原子中,其能量处于最低状态的是()A. B.C. D.6.若将6C原子的电子排布式写成1s22s22p x2,它违背了()A.能量守恒定律B.能量最低原理C.泡利原理D.洪特规则7.以下是一些原子的 2p 能级和 3d 能级中电子排布的情况,其中违反了洪特规则的是()①②③④⑤⑥A.①B.①③C.③④⑤D.②④⑤8.下列说法错误的是()A.电子排布式1s22s22p63s23p63d3违反了能量最低原理B.基态原子电子排布式1s22s22p7违反了泡利原理C. Li原子的核外电子排布式写成1s3违背了能量最低原理D.电子排布式1s22s22p63s23p63d14s2正确9.某元素基态原子3d轨道上有10个电子,则该基态原子的价电子排布式不可能是()A. 3d104s1B. 3d104s2C. 3s23p6D. 4s24p210.电子在原子核外排布时,必须遵循的原则是()①电子排布在同一能级时,总是优先单独占据不同轨道,且自旋方向相同②电子排布在不同能级时,总是优先占据能量低的轨道,然后再占据能量高的轨道③电子排布在同一轨道时,最多只能排2个,且自旋方向必须相反④电子的排布总是遵循“能量最低原理”“泡利原理”和“洪特规则”A.①②B.②④C.①③D.②③④第1页课时把关练第一节原子结构第2课时泡利原理、洪特规则、能量最低原理1.C2.B3.D4.B5.D6.D7.D8.C9.C10.C第2页。
第一章原子结构与性质第一节原子结构1.1.3泡利原理、洪特规则、能量最低原理【教材分析】本节从介绍原子的诞生,原子结构的发现历程入手,首先介绍能层、能级的概念,在原子的基态与激发态概念的基础上介绍电子的跃迁和光谱分析;然后给出构造原理并根据构造原理书写原子的核外电子排布;根据电子云与原子轨道等概念,进一步介绍核外电子的运动状态,并介绍了泡利原理、洪特规则、能量最低原理。
本节内容比较抽象,教学过程中应注意培养学生的空间想象能力、分析推理能力及抽象概括能力。
【课程目标】课程目标学科素养1、知道原子核外电子的排布遵循泡利原理、洪特规则和能量最低原理。
2、掌握1~36号元素的原子核外电子排布图(或叫轨道表示式)。
1.证据推理与模型认知:原子核外电子的排布遵循泡利原理、洪特规则和能量最低原理,依此可以掌握1~36号元素的原子核外电子排布图(或叫轨道表示式)【教学重难点】教学重点:1、掌握泡利原理、洪特规则和能量最低原理2、掌握1~36号元素的原子核外电子排布图教学难点:1~36号元素的原子核外电子排布图【教学过程】[旧知回顾][思考交流]为什么每个原子轨道中最多可容纳两个电子,那么这两个电子的运动状态有什么差异呢?[新课引入]只有1个最外层电子的钠原子光谱为什么会在光谱里呈现双线?为什么只有1个最外层电子的银原子在外加电场里加速飞行通过一个不对称磁场时会分成两束?归根结底,为什么一个原子轨道里能容纳两个电子?[过渡]原子光谱、构造原理都无法解释上述问题,带着这个问题,我们进入本节可的学习。
[讲解]量子力学告诉我们:ns能级各有一个轨道,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。
每个能级最多可容纳的电子数:ns、np、nd、nf……分别最多可容纳的电子数2x1、2x3、2x5、2x7……,由此可知,每个轨道里最多能容纳2个电子,这2个电子容纳在同一原子轨道,也就意味着它们的空间运动状态相同。
第三课时泡利原理和洪特规则学习目标:学会运用能量最低原理、泡利原理、洪特规则解释核外电子的排布特点及特殊性质。
[知识回顾]1.构造原理核外电子按照能级顺序填充,填满一个能级再填一个新能级。
其填充顺序为1s2s2p3s3p4s3d4p5s4d5p6s……2.各能级容纳的电子数s、p、d、f各能级最多容纳的电子数分别为2×1、2×3、2×5、2×7。
3.电子云是处于一定空间运动状态的电子在原子核外空间出现的概率。
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。
由于核外电子的概率密度分布看起来像一片云雾,因而被形象地称为电子云。
s电子云呈球形,p电子云呈哑铃形。
[要点梳理]1.基态原子的核外电子排布规则(1)能量最低原理原子核外电子的排布遵循构造原理,按轨道能量最低,依次排列,使整个原子的能量处于最低状态。
(2)泡利原理在一个原子轨道里最多只能容纳2个电子,而且自旋状态相反,用“↑↓”表示。
(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。
知识点一基态原子的核外电子排布1.泡利原理(1)电子除空间运动状态外,还有一种状态叫做自旋,电子自旋可以比喻成地球的自转,电子自旋有顺时针和逆时针两种方向,常用上下箭头(↑和↓)表示自旋方向相反的电子。
(2)在一个原子轨道里,最多只能容纳2个电子,而且它们的自旋方向相反,这个原理是由泡利首先提出的,称为泡利原理。
2.洪特规则在能量相同的轨道(也称等价轨道,例如3个p轨道,5个d轨道,7个f轨道)上分布的电子,将尽可能分占不同的轨道,而且自旋方向相同。
例如,碳原子中的2个p电子的排布应该是:,而不是。
氮原子的3个p电子也是分布在3个p轨道上,并且有相同的自旋方向。
[问题探究]泡利原理想说明什问题?[答案] 一个轨道上最多容纳2个电子且自旋方向相反。
补充规则:等价轨道全充满、半充满或全空的状态一般比较稳定,也就是说,具有下列电子层结构的原子是比较稳定的:(1)全充满:p6;d10;f14,(2)半充满:p3;d5;f7,(3)全空:p0;d0;f0。
第一章第一节第2课时能量最低原理泡利原理洪特规则1.关于电子云的叙述正确的是( D )①电子云是用小黑点的疏密程度来表示电子在空间出现概率大小的图形②电子云实际是电子运动形成的类似云一样的图形③小黑点密集的地方电子在那里出现概率大④轨道不同,电子云的形状也不一样⑤s轨道空间分布的图形为“哑铃形”⑥电子云表示电子运动的轨迹⑦黑点的多少表示电子个数的多少⑧处于1s轨道上的电子在空间出现的概率分布呈球形对称⑨因为p轨道是“8”字形的,所以p电子走“8”字形⑩电子云的伸展方向与能量是无关的A.①③⑦B.④⑤⑧⑨⑩C.②⑥⑩D.①③⑧⑩解析:电子云是处于一定空间运动状态(即原子轨道)的电子在原子核外空间的概率分布的形象化描述,所以①③正确,②⑥⑦错误;s、p轨道的电子云分别为球形和哑铃形,④⑤⑨错误而⑧正确;电子云伸展方向不同的3个p轨道、5个d轨道、7个f轨道的能量是彼此相同,⑩正确。
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 ) A.电子由激发态向基态跃迁时以光的形式释放能量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解析:霓虹灯之所以能发光,是因为电子吸收能量后跃迁到能量较高的轨道,能量较高轨道上的电子会很快以光的形式辐射能量而跃迁回能量较低的轨道。
3.下列说法正确的是( C )A.不同的原子轨道形状一定不相同B.p轨道呈哑铃形,因此p轨道上的电子运动轨迹呈哑铃形C.2p能级有3个p轨道D.氢原子的电子运动轨迹呈球形解析:不同能级的原子轨道形状可以相同,如1s、2s能级的原子轨道都是球形,只是半径不同,A错。
现在的技术无法测定电子在原子核外的运动轨迹,原子轨道只是体现电子的运动状态,B、D错。
任何能层的p能级都有3个p轨道,C正确。
4.下列电子排布是铜原子核外电子排列情况的是( C )A.1s22s22p63s23p64s2B.1s22s22p63s23p64s1C.1s22s22p63s23p63d104s1D.1s22s22p63s23p63d94s2解析:根据洪特规则可知,能量相同的原子轨道在全充满、半满时,体系能量较低,原子较稳定。
第2课时能量最低原理泡利原理洪特规则1.下列图像表述的现象与电子的跃迁无关的是( A )解析:电子在基态和激发态之间的跃迁会引起能量的变化,并以光的形式体现,故B、C、D 所表述的现象均与电子的跃迁有关。
而平面镜成像只是光的反射原理,与电子的跃迁无关,故选A。
2.图1和图2分别是1s电子的概率密度分布图和原子轨道图。
下列有关认识正确的是( D )A.图1中的每个小黑点表示1个电子B.图2表示1s电子只能在球体内出现C.图2表明1s轨道呈圆形,有无数对称轴D.图1中小黑点的疏密表示某一时刻,电子在核外出现的概率的大小解析:题图2只是表示电子在该区域出现的概率大,在此之外也能出现,不过概率很小,B 错误;1s轨道在空间呈球形而不是圆形,C错误。
3.下列有关电子云和原子轨道的说法中,正确的是( D )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能级的原子轨道呈球形,处于该轨道上的电子只能在球壳内运动C.p能级的原子轨道呈哑铃形,随着能层的增加,p能级原子轨道也在增多D.p能级原子轨道与s能级原子轨道的平均半径都随能层序数的增大而增大解析: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,A错误;外在该轨道上的电子不只在球壳内运动,还在球壳外运动,只是在球壳外运动概率很小,B错误;任何能层的P能级都有3个原子轨道,C错误。
4.下列说法正确的是( C )A.不同的原子轨道形状一定不相同B.p轨道呈哑铃形,因此p轨道上的电子运动轨迹呈哑铃形C.2p能级有3个p轨道D.氢原子的电子运动轨迹呈球形解析:不同能级的原子轨道形状可以相同,如1s、2s能级的原子轨道都是球形,只是半径不同,A错;现在的技术无法测定电子在原子核外的运动轨迹,原子轨道只是体现电子的运动状态,B、D错;任何能层的p能级都有3个p轨道,C正确。
5.已知元素X、Y的原子最外层分别有n个和(m-5)个电子,次外层分别有(n+2)个和m 个电子,据此推断:(1)元素X和Y分别是__S__和__Al__(填元素符号);其电子排布式分别为__1s22s22p63s23p4__和__1s22s22p63s23p1__;其价电子的电子排布图分别为____和____。
第一章第一节第2课时能量最低原理泡利原理洪特规则基础巩固一、选择题1.下列图象中所发生的现象与电子的跃迁无关的是( D )解析:平面镜成像是光线反射的结果,与电子跃迁无关,霓虹灯广告、燃烧蜡烛、节日里燃放的焰火是原子的发射光谱,与原子核外电子发生跃迁有关,故选D。
2.下列原子的电子排布图中,符合洪特规则的是( C )解析:A.该电子排布图违反洪特规则,故A错误;B.该电子排布图违反泡利不相容原理,故B错误;C.该电子排布图符合洪特规则,故C正确;D.该电子排布图违反能量最低原理,故D错误;故选C。
3.描述硅原子核外电子运动说法错误的是( D )A.有4种不同的伸展方向B.有14种不同运动状态的电子C.有5种不同能量的电子D.有5种不同的运动范围解析:A.硅原子为14号元素,电子排布式1s22s22p63s23p2,共2种轨道,S轨道为球形只有1种伸展方向,p 轨道有3种伸展方向,则有4种不同的伸展方向,故A正确;B.硅原子为14号元素,则核外有14种不同运动状态的电子,故B正确;C.硅原子为14号元素,电子排布式1s22s22p63s23p2,所以有5种不同能量的电子,故C正确;D.硅原子为14号元素,电子排布式1s22s22p63s23p2,则核外有3个电子层,所以有3种不同的运动范围,故D错误。
故选D。
4.下列有关化学用语中不能体现氮原子核外电子能量有差异的是( A )A .·N ····C .D .1s 22s 22p 3解析:电子式不能体现出核外电子的能量差异。
5.符号3p x 所代表的含义是( D ) A .p x 轨道上有3个电子B .第三个电子层p x 轨道有3个伸展方向C .p x 电子云有3个伸展方向D .第三个电子层沿x 轴方向伸展的p 轨道解析:3p x 中,3表示第三电子层,p 原子轨道在三维空间的分布分别沿x 、y 、z 三个方向,p x 表示沿x 轴方向伸展的p 轨道。
6.以下表示氦原子结构的化学用语中,对电子运动状态描述最详尽的是( D )A .··He B .C .1s 2解析:A 项只能表示最外层电子数;B 项只表示核外的电子分层排布情况;C 项具体到各能级的电子数;而D 项包含了能层、能级以及轨道内电子的自旋状态,故选项D 符合题意。
7.下列关于价电子排布为3s 23p 4的原子描述正确的是( B ) A .它的元素符号为OB .它的核外电子排布式为1s 22s 22p 63s 23p 4C .可以与H 2化合生成液态化合物D .其电子排布图为解析:A .价电子排布为3s 23p 4的粒子,其基态原子核外电子排布式为1s 22s 22p 63s 23p 4,其核外电子数为16,为S 元素,故A 错误;B .价电子排布为3s 23p 4的粒子,其基态原子核外电子排布式为1s 22s 22p 63s 23p 4,故B 正确; C .一定条件下,它可与H 2生成气态化合物H 2S ,故C 错误;D .S 原子核外电子排布遵循能量最低原理、泡利不相容原理、洪特规则,其轨道表示式为,故D 错误;故选B 。
8.(2018·福建华安模拟)下列说法正确的是( B )A .原子核外电子排布式为1s 2的原子与原子核外电子排布式为1s 22s 2的原子化学性质相似 B .Zn 2+的最外层电子排布式为3s 23p 63d 10C .基态铜原子的外围电子排布图:D.基态碳原子的最外层电子排布图:解析:A.原子核外电子排布式为1s2的元素为He,原子核外电子排布式为1s22s2的元素为Be,He性质稳定,Be较活泼,性质不同,故A错误;B.Zn的原子序数为30,电子排布为[Ar]3d104s2,失去2个电子变为锌离子,Zn2+的最外层排布式为:3s23p63d10,故B正确;C.Cu的原子序数为29,价电子排布为3d104s1,基态铜原子的价电子排布图为,故C错误,D,C的原子序数为6,价电子排布为2s22p2,基态碳原子的价电子排布图为,故D错误;故选B。
9.气态中性基态原子的原子核外电子排布发生如下变化,吸收能量最多的是( B )A.1s22s22p63s23p2→1s22s22p63s23p1B.1s22s22p63s23p3→1s22s22p63s23p2C.1s22s22p63s23p4→1s22s22p63s23p3D.1s22s22p63s23p63d104s24p2→1s22s22p63s23p63d104s24p1解析:原子轨道在全空、全充满和半充满时能量较低,B项中3p上有3个电子,属于半充满,能量低,很稳定,若要变成激发态,需要的能量最多。
二、非选择题10.五种元素的原子电子层结构如下:A.1s22s22p63s23p63d54s1;B.1s22s22p63s2;C.1s22s22p6;D.1s22s22p63s23p2x;E.[Ar]4s1。
试回答:(1)哪个式子是错误的__D____,它违背了__洪特规则____。
(2)哪个式子表示稀有气体原子__C____。
(3)A的元素符号是__Cr____,写出其价电子排布的轨道表示式______。
(4)B和E的金属性强弱关系为__K>Mg____(用元素符号表示),可以说明这一事实的依据是(写出2点)__K与冷水剧烈反应而Mg与热水才反应,KOH(强碱)的碱性比Mg(OH)2(中强碱)强____。
解析:由核外电子排布原理和原子的电子排布式可知A~C元素分别为Cr、Mg、Ne,D应为硅元素,但所写电子排布式违背了洪特规则,应为1s22s22p63s23p2(或3p1x p1y、3p1x3p1z、3p1y3p1z),E为钾元素。
11.根据核外电子的排布特点推断元素(1)A元素基态原子的最外层有3个未成对电子,次外层有2个电子,其元素符号为__N____;其价层电子排布图为______。
(2)B元素的负一价离子和C元素的正一价离子的电子层结构都与氩相同,B的元素符号为__Cl____,C离子的结构示意图为______。
(3)D元素的正三价离子的3d能级为半充满,D的元素符号为__Fe____,其基态原子的电子排布式为__1s22s22p63s23p63d64s2或[Ar]3d64s2____,其原子的结构示意图为______。
(4)E元素基态原子的M层全充满,N层没有成对电子且只有一个未成对电子,E的元素符号为__Cu____,其基态原子的电子排布式为__[Ar]3d104s1____。
(5)F元素的原子最外层电子排布式为n s n n P n+2,则n=__2____;原子中能量最高的是__2p____电子,核外电子排布图为______。
解析:(1)A元素基态原子的电子排布图由题意可写成:,则该元素核外有7个电子,为氮元素,其元素符号为N。
(2)B-、C+的电子层结构都与Ar相同,即核外都有18个电子,则B为17号元素Cl,C为19号元素K。
(3)D元素原子失去2个4s电子和1个3d电子后变成+3价离子,其原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2即26号元素铁。
(4)E元素的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s1故E为Cu。
(5)F最外层电子排布式为2s22p4。
能力提升一、选择题1.下列说法中正确的是( C )A.电子云通常是用小黑点来表示电子的多少B.能量高的电子在离核近的区域运动,能量低的电子在离核远的区域运动C.处于最低能量的原子叫基态原子D.电子仅在激发态跃迁到基态时才会产生原子光谱解析:A、氢原子的电子云图中的小黑点表示电子在核外空间出现机会的多少,而不表示具体的电子、电子的个数,故A错误;B、距核越近,电子的能量越低,则能量高的电子在离核远的区域运动,能量低的电子在离核近的区域运动,故B错误;C、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,处于最低能量的原子叫基态原子,故C 正确;D、原子光谱有两种:吸收光谱和发射光谱,电子在激发态跃迁到基态时会产生原子光谱属于发射光谱,故D 错误;故选C。
2.(2018·新疆呼图壁初考)“各能级最多容纳的电子数,是该能级原子轨道数的二倍”,支撑这一结论的理论是( B )A.构造原理B.泡利原理C.洪特规则D.能量最低原理解析:各能级最多容纳的电子数,是该能级原子轨道数的二倍,支撑这一结论的理论是泡利原理,故选B。
3.某原子核外共有6个电子,分布在K与L电子层上,其基态原子在L层分布中正确的是( D )解析:K层容纳2个电子,所以L层容纳4个电子,L层有2s、2p能级,2p能级能量较高,2s能级有1个轨道,容纳2个电子,剩余2个电子填充2p能级,2p能级有3个轨道,电子优先单独占有1个轨道,且自旋方向相同,基态原子在L层分布图为。
故选:D。
4.下列各组原子中,彼此化学性质一定相似的是( C )A.原子核外L能层的未成对电子数与M能层的未成对电子数相等的原子B.原子核外M层上仅有两个电子的X原子与原子核外N层上仅有两个电子的Y原子C.2p能级只有1个空轨道的X原子和3p能级只有1个空轨道的Y原子D.最外层都只有一个电子的X、Y原子解析:L层(M层)只有1个未成对电子的可能是Li或F(Na或Cl),L层(M层)有2个未成对电子的可能是C或O(Si或S),A项错;B项中X为Mg,Y可能为Ca、Sc、Ti、V、Mn、Fe、Co、Ni、Zn等;C项为C()和Si()。
5.下列有关核外电子排布的式子不正确的是( D )A.24Cr的电子排布式:1s22s22p63s23p63d54s1B.K的简化电子排布式:[Ar]4s1C.N原子的电子排布图:D.S原子的电子排布图:解析:S的电子排布图违反了洪特规则,正确的应是。
6.下列说法中正确的是( C )A.同一原子中,1s、2s、3s电子的能量逐渐减小B.3p2表示3p能级有两个轨道C.处于最低能量状态的原子叫做基态原子D.同一原子中,2p、3p、4p能级的轨道数依次增多解析:同一能级的电子,随着能层的增加电子能量增加,所以同一原子中,1s、2s、3s电子的能量逐渐增大,A错误;3p2表示3p能级上有2个电子。
B错误;处于最低能量状态的原子叫做基态原子,C正确;同一原子中,2p、3p、4p能级的轨道数相同,D错误。
7.电子由3d能级跃迁至4p能级时,可通过光谱仪直接摄取( B )A.电子的运动轨迹图象B.原子的吸收光谱C.电子体积大小的图象D.原子的发射光谱解析:由于E3d<E4p,电子由3d能级跃迁至4p能级时,需吸收能量,故光谱仪摄取的是吸收光谱,由于电子在原子核外作无规则运动,不能直接摄取运动轨迹,电子太小,不能摄取电子体积的大小,故选B。