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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。
《原子结构》第二课时教学设计原子结构理论成功的阐述了原子的稳定性，氢原子光谱的产生和不连续性。
1926年，量子力学推翻了玻尔的氢原子模型，指出一定空间运动状态的电子并不在玻尔假定的线性轨道上运行，而在核外空间各处都可能出现，但出现的概率不同，可以算出它们的概率密度分布。
概率密度：P表示电子在某处出现的概率；V表示该处的体积；求真务实、不断进步的科学精神与社会责任感。
讲授新课第一节原子结构第二课时电子云与原子轨道、泡利原理、洪特规则、能力最低原理一、电子云【问题】图1-7 中的小点是什么呢？是电子吗？小点是1s电子在原子核外出现的概率密度的形象描述。
小点越密，表明概率密度越大。
由于核外电子的概率密度分布看起来像一片云雾，因而被形象的称作“电子云”。
1.电子云概念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。
电子在原子核外一定空间范围内出现的概率统计起来，好似在原子核外笼罩着一团带负电的云雾，形象称为“电子云”。
2.电子云轮廓图电子云图很难绘制，使用不便，我们常使用电子云轮廓图。
为了表示电子云轮廓的形状，对核外电子的空间运动状态有一个形象化的简便描述。
把电子在原子核外空间出现概率P=90%的空间圈出来，即电子云轮廓图。
【过渡】所有原子的任意能层的s电子的电子云轮廓图都思考认识核外电子的运动特点。
知道电子的运动状态（空间分布及能量）。
是一个球形，只是球的半径不同。
同一原子的能层越高，s 电子云半径越大，是由于电子的能量依次增高，电子在离核更远的区域出现的概率逐渐增大，电子云越来越向更大的空间扩展。
就像宇宙飞船必须提供能量推动才能克服地球引力上天，2s电子比1s电子能量高，克服原子核的吸引在离核更远的空间出现的概率就比1s大，因而2s电子云必然比1s电子云更弥散。
二、原子轨道1.定义：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.形状：（1）s电子的原子轨道呈球形，能层序数越大，原子轨道的半径越大。
第2课时能量最低原理、基态与激发态、光谱电子云与原子轨道课程目标核心素养建构1.了解能量最低原理，知道基态与激发态，知道原子核外电子在一定条件下会发生跃迁产生原子光谱。
2.了解原子核外电子的运动状态，知道电子云和原子轨道，掌握泡利原理和洪特规则。
核外电子⎩⎪⎪⎨⎪⎪⎧运动状态⎩⎪⎨⎪⎧基态激发态光谱电子云原子轨道排布规则⎩⎪⎨⎪⎧泡利原理洪特规则洪特规则特例[知识梳理]一、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（1）基态原子：处于最低能量的原子。
（2）激发态原子：基态原子的电子吸收能量后，电子跃迁到较高能级，变成激发态原子。
（3）基态、激发态相互转化的能量变化3.光谱与光谱分析（1）光谱形成原因不同元素的原子发生跃迁时会吸收或释放不同的光。
（2）光谱分类（3）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。
【自主思考】在国庆节、元旦、春节，我们经常放焰火来庆祝，请你思考这与原子结构有什么关系呢？答案这与原子核外电子发生跃迁释放能量有关。
二、电子云与原子轨道1.电子云用小黑点来描述电子在原子核外空间出现的概率密度分布图，被形象地称为电子云。
2.电子云轮廓图为了表示电子云轮廓的形状，对核外电子的空间状态有一个形象化的简便描述，把电子在原子核外空间出现概率P＝90%的空间圈出来，即为电子云轮廓图。
3.原子轨道（1）定义：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）形状①s电子的原子轨道呈球形，能层序数越大，原子轨道的半径越大。
②p电子的原子轨道呈哑铃形，能层序数越大，原子轨道的半径越大。
（3）各能级所含有原子轨道数目能级符号n s n p n d n f轨道数目 1 3 5 74.泡利原理和洪特规则（1）泡利原理：一个原子轨道最多只能容纳2个电子，且自旋状态相反。
电子自旋有顺时针和逆时针两种状态。
第二课时能量最低原理基态与激发态电子云与原子轨道学习目标：1.知道原子核外电子的排布遵循能量最低原理。
2.了解原子的基态、激发态，知道原子核外电子在一定条件下能发生跃迁。
3.了解原子核外电子运动状态的描述方法，理解电子云、原子轨道的含义。
[知识回顾]1．能层与能级(1)在多电子原子中，核外电子的能量是不同的。
能量不同的电子在核外不同的区域内运动，这种不同的区域称为能层。
(2)每一电子层最多容纳的电子数为2n2。
离核越近的电子层，能量越低。
不同电子层的能量是不连续的。
(3)每一能层中，能级符号的顺序是n s、n p、n d、n f，能级数等于能层序数，s、p、d、f能级最多容纳的电子数分别为2、6、10、14。
(4)钛元素的元素符号为Ti，钛的电子排布式为1s22s22p63s23p63d24s2，简化的电子排布式为[Ar]3d24s2。
[要点梳理]1．原子的电子排布遵循的构造原理使原子的能量处于最低状态，简称能量最低原理。
处于最低能量的原子叫做基态原子，当基态原子的电子吸收能量后，电子会跃迁到较高能级，变成激发态原子。
2．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。
任一能层的s电子的电子云轮廓图都是球形，p电子的原子轨道呈纺锤形。
3．原子轨道：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。
s、p、d、f能级的原子轨道数分别为1、3、5、7。
知识点一基态与激发态1．电子的跃迁(1)基态→激发态：当基态原子的电子吸收能量后，会从低能级跃迁到较高能级，变成激发态原子。
(2)激发态→基态：激发态原子的电子从较高能级跃迁到低能级时会释放出能量。
1s22s22p3表示基态氮原子，1s22s12p4表示激发态氮原子。
2．原子光谱原子光谱：不同元素的原子发生跃迁时会吸收或释放不同的光，可以用光谱仪摄取各种元素原子的吸收光谱或发射光谱，总称原子光谱。
利用原子光谱上的特征谱线鉴定元素，称为光谱分析。
促敦市安顿阳光实验学校能量最低原理泡利原理洪特规则一、选择题1．观察1s 轨道电子云示意图，判断下列说法正确的是 09440058( ) A．一个小黑点表示1个的电子B．1s轨道的电子云形状为圆形的面C．电子在1s轨道上运动像地球围绕太阳旋转D．1s轨道电子云的点的疏密表示电子在某一位置出现机会的多少答案：D解析：电子云中小点的疏密程度表示电子在原子核外出现概率的大小。
点密集的地方，表示电子在那里出现的概率大；点稀疏的地方，表示电子在那里出现的概率小。
处于1s轨道上的电子在空间出现的概率分布呈球形，而且电子在原子核附近出现的概率最大，离核越远，出现的概率越小。
2．以下现象与核外电子的跃迁有关的是 09440059( )①霓虹灯发出光②棱镜分光③激光器产生激光④蒸馏⑤凸透镜聚光⑥燃放的焰火在夜空中呈现五彩缤纷的礼花⑦日光灯通电发光⑧冷却结晶A．①③⑥⑦B．②④⑤⑧C．①③⑤⑥⑦D．①②③⑤⑥⑦答案：A3．当碳原子的核外电子排布由转变为时，下列说法正确的是 09440060( )A．碳原子由基态变为激发态B．碳原子由激发态变为基态C．碳原子要向外界环境中释放不同的光D．碳原子要向外界环境释放能量答案：A4．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09440061( )A．·N····B．C.D．1s22s22p3答案：A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 09440062( )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轨道答案：D解析：3p x中，3表示第三电子层，p原子轨道在空间的分布分别沿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 09440063( )A.··HeB.C．1s2 D.答案：D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。
第一章原子结构与性质第一节原子结构第二课时电子云与原子轨道泡利原理、洪特规则、能量最低原理【必备知识基础练】1.下列原子或离子核外电子排布式不属于基态排布的是()A．Na：1s22s22p53s2B．S2－：1s22s22p63s23p6C．N：1s22s22p3D．P：1s22s22p63s23p3【答案】A【解析】根据能量最低原理，基态Na原子的电子排布式应为1s22s22p63s1，故A项不是基态Na原子的电子排布式，故选A。
2.下列说法正确的是()A．每个能层s能级的原子轨道的形状均相同，能层序数越大，轨道半径越大，电子能量越高B．原子核外电子云是核外电子运动后留下的痕迹C．教材中说“核外电子的概率密度分布看起来像一片云雾，因而被形象地称作电子云”，这说明原子核外电子云是实际存在的D．每个能层都有p能级，p能级都有3个原子轨道【答案】A【解析】s能级的原子轨道的形状都是球形的，且能层序数越大，轨道半径也越大，电子能量越高，A正确；电子云是用小点的疏密来表示空间电子出现的概率密度大小的一种图形，B错误；“核外电子的概率密度分布看起来像一片云雾，因而被形象地称作电子云”，但电子云不是实际存在的，C错误；第一能层没有p能级，D错误。
3.将n d能级中的电子排布成,而不排布成,其最直接的根据是()A.能量最低原理B.泡利原理C.构造原理D.洪特规则【答案】D【解析】洪特规则表明,基态原子中,填入简并轨道的电子总是先单独分占,且自旋方向相同。
4.下列说法中正确的是()A．1s电子云呈球形，表示电子绕原子核做圆周运动B．基态氢原子的电子云是圆形的C．n s能级的原子轨道图可表示为D．3d3表示3d能级有3个原子轨道【答案】C【解析】电子云是用小点表示电子在原子核外空间出现的概率，小点不代表电子，小点的疏密表示电子出现概率的大小，A项错误；基态氢原子的电子云是球形而不是圆形的，B项错误；3d3表示第三能层d能级有3个电子，d能级有5个原子轨道，D项错误。
能量最低原理电子云与原子轨道(建议用时：45分钟)[学业达标]1．图中所发生的现象与电子的跃迁无关的是( )【解析】燃放烟火、霓虹灯、燃烧蜡烛等获得的光能都是电子跃迁时能量以光的形式释放出来导致的，而平面镜成像则是光线反射的结果。
【答案】 D2．X、Y、Z三种元素的原子，其最外层电子排布分别为n s1、3s23p1和2s22p4，由这三种元素组成的化合物的化学式可能是( )A．X2YZ3B．X2YZ2C．XYZ2D．XYZ3【解析】最外层电子排布为3s23p1和2s22p4的元素分别是Al和O，它们的化合价分别为＋3、－2。
最外层电子排布为n s1的元素化合价为＋1，根据化合价代数和为0知C项符合题意。
【答案】 C3．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( )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中的小黑点表示某一时刻，电子在核外所处的位置【解析】电子云图中的一个小黑点只表示电子曾经在此出现过一次，A错误；图2所示只是电子在该区域出现的几率大，在此之外也能出现，不过几率很小，B错误；1s轨道在空间呈球形而不是圆形，C错误。
【答案】 D4．p轨道电子云形状正确叙述为( )A．球形对称B．对顶双球C．极大值在x、y、z轴上的哑铃形D．互相垂直的梅花瓣形【解析】p轨道的电子云形状为【答案】 C5．下列各能级中轨道数最多的是( )A．7s B．6pC．5d D．4f【解析】s轨道是球形对称的，p轨道有3种伸展方向，而d轨道有5种伸展方向，f 轨道有7种伸展方向。
因此7s、6p、5d、4f的原子轨道数分别为1、3、5、7。
【答案】 D6．以下列出的是一些原子的2p能级和3d能级中电子排布的情况。
其中违反了泡利原理的是( )【解析】泡利原理是指在一个原子轨道中最多只能容纳两个电子，且自旋状态相反，故A违反了泡利原理。
【答案】 A7．下面是第二周期部分元素基态原子的电子排布图，据此下列说法错误的是( )B CN OA．每个原子轨道里最多只能容纳2个电子B．电子排在同一能级时，总是优先单独占据一个轨道C．每个能层所具有的能级数等于该能层的序数(n)D．若原子轨道里有2个电子，则其自旋状态一定相反【解析】由题给的四种元素原子的电子排布图可知，在一个原子轨道里，最多只能容纳2个电子，即符合泡利原理，A正确；当电子排布在同一能级的不同轨道时，总是优先单独占据一个轨道，即符合洪特规则，B正确；任一能层的能级总是从s能级开始，而且能级数等于该能层序数，C正确；若在一个原子轨道里有2个电子，则它们的自旋状态相反，若在同一能级的不同轨道里有2个电子，则自旋状态相同，故D错。
【答案】 D8．下列结论错误的是( )【解析】A于能量最低状态，并不违背能量最低原理。
【答案】 D9．主族元素的原子可失去最外层电子形成阳离子，主族元素的原子也可得到电子填充在最外层形成阴离子。
下列各原子或离子的电子排布式错误的是( ) 【导学号：】A．Ca2＋1s22s22p63s23p6B．F－1s22s22p5C．S 1s22s22p63s23p4D．Ar 1s22s22p63s23p6【解析】首先写出各原子的正确的电子排布式：Ca 1s22s22p63s23p64s2，F 1s22s22p5，S 1s22s22p63s23p4，Ar 1s22s22p63s23p6，A中生成Ca2＋失去了4s轨道上的2个电子，B中得1个电子进入2p轨道，电子排布为1s22s22p6。
【答案】 B10．以下是表示铁原子和铁离子的3种不同化学用语。
读表后填空：＋26 2 814 2＋26 2 813________________________________________________________________________。
(2)请你通过比较、归纳，分别说出3种不同化学用语所能反映的粒子结构信息。
①结构示意图_______________________________________________________________________________________________________________________________。
②电子排布式_____________________________________________________________________________________________________________________________________。
③电子排布图______________________________________________________________________________________________________________________________________。
【解析】直接观察原子结构示意图、电子排布式就可知道每一层的电子数。
铁元素的常见化合价是＋3、＋2两种，由此可知铁原子参加化学反应时除了最外能层的电子参与外，次外层的1个电子也会参与。
【答案】(1)2 4s上的2个电子和3d上的1个电子(2)①能直观地反映核内的质子数和核外的能层数及各能层上的电子数②能直观地反映核外电子的能层、能级和各能级上的电子数③能反映各轨道的能量高低及各轨道上的电子分布情况和自旋状态11．(2015·安徽高考)C、N、O、Al、Si、Cu是常见的六种元素。
(1)Si 位于元素周期表第______周期第________族。
(2)N 的基态原子核外电子排布式为________；Cu 的基态原子最外层有________个电子。
【答案】 (1)三 ⅣA (2)1s 22s 22p 3112．有A 、B 、C 、D 四种短周期主族元素，它们的原子序数依次增大，其中A 元素原子核外电子仅有一种原子轨道，也是宇宙中最丰富的元素；B 元素原子的核外p 电子数比s 电子数少1；C 为金属元素且原子核外p 电子数和s 电子数相等；D 元素的原子核外所有p 轨道全满或半满。
【导学号：】(1)写出四种元素的元素符号：A____________，B____________，C____________，D____________。
(2)写出C 、D 两种元素基态原子的核外电子排布图。
C ：____________________；D ：____________________。
(3)写出B 、C 两种元素单质在一定条件下反应的化学方程式：____________________。
(4)写出B 元素单质和其氢化物的电子式：单质：__________，氢化物：__________。
【解析】 A 元素是宇宙中最丰富的元素，则A 为氢；由题意知，B 元素原子的核外电子排布为1s 22s 22p 3，为氮；C 元素原子的核外电子排布为1s 22s 22p 63s 2，为镁；D 元素原子的核外电子排布为1s 22s 22p 63s 23p 3，为磷。
【答案】 (1)H N Mg P(3)N 2＋3Mg=====点燃Mg 3N 2 (4)[能力提升]13．科学研究证明：核外电子的能量不仅与电子所处的能层、能级有关，还与核外电子的数目及核电荷的数目有关。
氩原子与硫离子的核外电子排布相同，都是1s 22s 22p 63s 23p 6。
下列说法正确的是( )A ．两粒子的1s 能级上电子的能量相同B ．两粒子的3p 能级上的电子离核的距离相同C ．两粒子的电子发生跃迁时，释放出的能量不同D ．两粒子都达8电子稳定结构，化学性质相同【解析】 题干中给出核外电子的能量不仅与电子所处的能层、能级有关，还与核外电子的数目及核电荷的数目有关。
因为核电荷数不同，核对电子的吸引能力就不同，电子离核的距离以及电子所具有的能量也就不同。
氩原子与硫离子的核外电子排布相同，即核外电子数相同，但两者的核电荷数不同，所以核外相同能级上电子的能量也不同，电子发生跃迁时，释放出的能量不同，氩和硫是不同的元素，化学性质当然也不同。
【答案】 C14．下列各组表述中，两个微粒一定不属于同种元素原子的是( ) 【导学号：】A ．3p 能级有一个空轨道的基态原子和核外电子排布为1s 22s 22p 63s 23p 2的原子B ．M 层全充满而N 层为4s 2的原子和核外电子排布为1s 22s 22p 63s 23p 63d 64s 2的原子C ．最外层电子数是核外电子总数的15的原子和价电子排布为4s 24p 5的原子 D ．2p 能级有一个未成对电子的基态原子和原子的价电子排布为2s 22p 5的原子【解析】 A 项，3p 能级有一个空轨道，说明3p 上填2个电子，因填1个电子有2个空轨道，填3个电子或3个以上电子无空轨道，则3p 上有2个电子，3s 上肯定已填满，价电子排布为3s 23p 2，因此A 中两微粒相同。
M 层全充满而N 层为4s 2，M 层上有d 轨道，即：3s 23p 63d 10，显然是锌元素，3d 64s 2是铁元素，B 选项符合题意。
C 中价电子排布为4s 24p 5，则3d 上已排满10个电子，核外电子排布为1s 22s 22p 63s 23p 63d 104s 24p 5；最外层电子数是核外电子总数15的原子，可按下述方法讨论：若最外层电子数为1，核外电子总数为5不可能，最外层电子数为2，核外电子总数为10不可能，同理，只有最外层电子数为7，核外电子总数为35时合理，其电子排布式也是1s 22s 22p 63s 23p 63d 104s 24p 5，二者是同种元素的原子。
D 中2p 能级有一个未成对电子，可以是2p 1，也可以是2p 5，因此二者不一定属于同种元素的原子。
【答案】 B15．下列各组原子中，彼此化学性质一定相似的是( )A ．原子核外电子排布式为1s 2的X 原子与原子核外电子排布式为1s 22s 2的Y 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 轨道上有一个空轨道的X 原子与3p 轨道上有一个空轨道的Y 原子D ．最外层都只有1个电子的X 、Y 原子【解析】 电子排布式为1s 2的原子为He ，电子排布式为1s 22s 2的原子为Be ，两者化学性质不相似，A 错误；原子核外M 层上仅有两个电子的X 原子为Mg ，原子核外N 层上仅有两个电子的Y 原子有多种，如第四周期中Ca 、Fe 等都符合，化学性质不一定相似，B 错误；2p 轨道上有一个空轨道的X 原子为C,3p 轨道上有一个空轨道的Y 原子为Si ，均为ⅣA 族元素，同主族元素，化学性质一定相似，C 正确；最外层只有1个电子的第ⅠA 族元素可以，过渡元素中也有很多最外层只有1个电子的(如Cr 、Cu)，故化学性质不一定相似，D 错误。
