数学 第一章 原子结构与性质 第一节 原子结构 第二课时 能量最低原理 电子云与原子轨道 新人教版选修3

考向一第一节原子结构晨背关键语句知识点一考向二随堂基础巩固课时跟踪训练知识点二理解教材新知把握热点考向应用创新演练第二课时能量最低原理电子云与原子轨道第一章原子结构与性质 1原子的电子排布遵循构造原理能使整个原子的能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，简称为能量最低原理，处于最低能量的量处于最低状态，简称为能量最低原理，处于最低能量的原子叫做基态原子。原子叫做基态原子。 2在一个原子轨道里，最多只能容纳在一个原子轨道里，最多只能容纳2个电子，而且个电子，而且它们的自旋状态相反，这个原理称为泡利原理。它们的自旋状态相反，这个原理称为泡利原理。 3当电子排布在同一能级的不同轨道时，基态原子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，中的电子总是优先单独占据一个轨道，而且自旋状态相同，这个规则称为洪特规则。这个规则称为洪特规则。 4电子云是处于一定空间运动状态的电子在原子核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。电子云中，小黑点外空间的概率密度分布的形象化描述。电子云中，小黑点越密，表示电子出现的概率密度越大。越密，表示电子出现的概率密度越大。 5电子在原子核外的一个空间运动状态称为一个原子电子在原子核外的一个空间运动状态称为一个原子轨道，轨道，s能级只有一个原子轨道，能级只有一个原子轨道，p能级有三个原子轨道：能级有三个原子轨道：px、py、pz。自学教材自学教材填要点填要点 1.基态原子与激发态原子基态原子与激发态原子 (1)基态原子：处于基态原子：处于 的原子。的原子。 (2)激发态原子：基态原子的电子激发态原子：基态原子的电子 能量后，电子能量后，电子跃迁到跃迁到较高较高能级，变成激发态原子。能级，变成激发态原子。最低能量最低能量吸收吸收2光谱与光谱分析光谱与光谱分析(1)光谱的成因与分类：光谱的成因与分类： (2)光谱分析：光谱分析： 在现代化学中，利用在现代化学中，利用 上的特征谱线来上的特征谱线来鉴定元素的分析方法。鉴定元素的分析方法。 原子光谱原子光谱1双选题双选题同一原子的基态和激发态相比较同一原子的基态和激发态相比较 ()A基态时的能量比激发态时高基态时的能量比激发态时高B基态时比较稳定基态时比较稳定C基态时的能量比激发态时低基态时的能量比激发态时低D激发态时比较稳定激发态时比较稳定解析：解析：基态时能量处于最低状态，吸收能量变成激发态，基态时能量处于最低状态，吸收能量变成激发态，所以基态时原子的能量低，比较稳定。所以基态时原子的能量低，比较稳定。答案：答案：BC自学教材自学教材填要点填要点 1电子运动的特点电子运动的特点 现代量子力学指出，无法确定核外电子在某个时刻处于原现代量子力学指出，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子核外空间何处，只能确定在原子核外各处出现的 。用。用P表示电子在某处出现的表示电子在某处出现的 ，V表示该处的体积，则表示该处的体积，则P/V称称为为 ，用，用表示。表示。概率概率概率概率概率密度概率密度 2电子云电子云 (1)电子云是处于一定空间运动状态的电子在原子核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外空间的 分布的形象化描述。小黑点越密，表分布的形象化描述。小黑点越密，表示概率密度越大。由于核外电子的示概率密度越大。由于核外电子的 分布看起来分布看起来像一片云雾，因而被形象地称作电子云。像一片云雾，因而被形象地称作电子云。概率密度概率密度概率密度概率密度 (2)把电子在原子核外空间出现概率把电子在原子核外空间出现概率 的空间圈的空间圈出来，得到电子云轮廓图。所有原子的任一能层的出来，得到电子云轮廓图。所有原子的任一能层的s电子的电子的电子云轮廓图都是球形，只是球的电子云轮廓图都是球形，只是球的 不同；不同；p电子电子是是 ，在空间有三种分布方向，且相互垂直，分别称，在空间有三种分布方向，且相互垂直，分别称为为px、py、pz。P90%半径大小半径大小哑铃形哑铃形 3原子轨道原子轨道 (1)定义：电子在原子核外的一个定义：电子在原子核外的一个 运动状态称为运动状态称为一个原子轨道。一个原子轨道。 (2)s能级只有一个原子轨道，能级只有一个原子轨道，np能级有三个原子轨道，能级有三个原子轨道，分别是分别是 、 、 。 空间空间npynpznpx(3)不同能层的能级、原子轨道及电子云轮廓图：不同能层的能级、原子轨道及电子云轮廓图：能层能层能级能级原子轨原子轨道数道数原子轨原子轨道名称道名称电子云轮廓图电子云轮廓图形状形状取向取向K1s11s球形球形L2s12s球形球形2p32px、2py、2pz哑铃形哑铃形相互相互垂直垂直M3s13s球形球形3p33px、3py、3pz哑铃形哑铃形相互相互垂直垂直3d5能层能层能级能级原子轨原子轨道数道数原子轨原子轨道名称道名称电子云轮廓图电子云轮廓图形状形状取向取向N4s14s球形球形4p34px、4py、4pz哑铃形哑铃形相互相互垂直垂直4d54f7 4基态原子的核外电子排布规则基态原子的核外电子排布规则 (1)能量最低原理：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原子的电子排布遵循构造原理，能使整个原子的能量处于处于 状态。状态。 (2)泡利原理：泡利原理： 在一个原子轨道里，最多只能容纳在一个原子轨道里，最多只能容纳 个电子，而且它个电子，而且它们的自旋状态们的自旋状态 ，这个原理称为泡利原理。，这个原理称为泡利原理。 (3)洪特规则：洪特规则： 当电子排布在当电子排布在 能级的能级的 轨道时，基态原子中轨道时，基态原子中的电子总是优先的电子总是优先 ，而且自旋状态，而且自旋状态 。最低最低相反相反同一同一2不同不同单独占据一个轨道单独占据一个轨道相同相同5电子排布图电子排布图如如Na：。1基态原子的核外电子排布的表示形式基态原子的核外电子排布的表示形式(1)电子排布式：电子排布式：电子排布式。如电子排布式。如K原子的电子排布式为：原子的电子排布式为：1s22s22p63s23p64s1。简化的电子排布式。简化的电子排布式。如如K原子简化的电子排布式为：原子简化的电子排布式为：Ar4s1。师生互动师生互动解疑难解疑难 (2)电子排布图：电子排布图： 每个方框代表一个原子轨道，每个箭头代表一个电子。每个方框代表一个原子轨道，每个箭头代表一个电子。如第二周期元素基态原子的电子排布图如下所示：如第二周期元素基态原子的电子排布图如下所示：2下列电子排布图下列电子排布图(每一个小方框表示一个原子轨道每一个小方框表示一个原子轨道)所表所表示的元素原子中，其能量处于最低状态的是示的元素原子中，其能量处于最低状态的是 ()解析：解析：B违背了洪特规则，违背了洪特规则，2p能级应为能级应为 ;C违背了违背了能量最低原理，应为能量最低原理，应为;D违背了洪违背了洪特规则，应为特规则，应为答案：答案：A 例例1下列说法正确的是下列说法正确的是 ()A自然界中的所有原子都处于基态自然界中的所有原子都处于基态 B同一原子处于激发态时的能量一定高于基态时的同一原子处于激发态时的能量一定高于基态时的能量能量 C无论原子种类是否相同，基态原子的能量总是低无论原子种类是否相同，基态原子的能量总是低于激发态原子的能量于激发态原子的能量 D激发态原子的能量较高，极易失去电子，表现出激发态原子的能量较高，极易失去电子，表现出较强的还原性较强的还原性 解析解析处于最低能量的原子叫做基态原子。当基态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，所以同一原子处于激发态时的能量一定高于基发态原子，所以同一原子处于激发态时的能量一定高于基态时的能量，态时的能量，B正确；但不同的原子，能量不同，正确；但不同的原子，能量不同，C不正确；不正确；处于激发态的原子不一定能失去电子，处于激发态的原子不一定能失去电子，D不正确。不正确。 答案答案B当镁原子由当镁原子由1s22s22p63s21s22s22p63p2时，以下说法正确的是时，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转化后位于转化后位于p能级上的两个电子处于同一轨道，且自旋状能级上的两个电子处于同一轨道，且自旋状态相同态相同D转化后镁原子与硅原子电子层结构相同，化学性质相似转化后镁原子与硅原子电子层结构相同，化学性质相似 解析：解析：镁原子的镁原子的3s2电子被激发到电子被激发到3p2上，要吸收能量，进入上，要吸收能量，进入p能级后，根据洪特规则，能级后，根据洪特规则，2个个p电子尽可能分占不同的轨道，电子尽可能分占不同的轨道，所以所以A项正确，项正确，B、C项错误，变成激发态后，项错误，变成激发态后，Mg与与Si电子电子层结构不同，化学性质也不相似，层结构不同，化学性质也不相似，D项错误。项错误。答案：答案：A 例例2下列原子中未成对电子数最多的是下列原子中未成对电子数最多的是 () ACBO CN DCl 解析解析本题综合考查能量最低原理、泡利原理、洪本题综合考查能量最低原理、泡利原理、洪特规则。各原子的轨道表示式为：特规则。各原子的轨道表示式为： 碳原子有碳原子有2个未成对电子，氧原子有个未成对电子，氧原子有2个未成对电子，氮个未成对电子，氮原子有原子有3个未成对电子，氯原子有个未成对电子，氯原子有1个未成对电子。个未成对电子。 答案答案C原子最外层只有原子最外层只有1个未成对电子的元素：个未成对电子的元素：(1)A族：族：ns1：H、Li、Na、K。(2)A族：族：ns2np1：B、Al、Ga。(3)A族：族：ns2np5：F、Cl、Br。(4)过渡元素：过渡元素：Cr：3d54s1、Cu：3d104s1 。136号元素中原子的未成对电子数最多的是哪号元素中原子的未成对电子数最多的是哪种元素？种元素？提示：提示：Cr元素，元素，3d54s1，共有，共有6个未成对电子。个未成对电子。