數(shù)學 第一章 原子結構與性質(zhì) 第一節(jié) 原子結構 第二課時 能量最低原理 電子云與原子軌道 新人教版選修3

考向一第一節(jié)原子結構晨背關鍵語句知識點一考向二隨堂基礎鞏固課時跟蹤訓練知識點二理解教材新知把握熱點考向應用創(chuàng)新演練第二課時能量最低原理電子云與原子軌道第一章原子結構與性質(zhì) 1原子的電子排布遵循構造原理能使整個原子的能原子的電子排布遵循構造原理能使整個原子的能量處于最低狀態(tài)，簡稱為能量最低原理，處于最低能量的量處于最低狀態(tài)，簡稱為能量最低原理，處于最低能量的原子叫做基態(tài)原子。原子叫做基態(tài)原子。 2在一個原子軌道里，最多只能容納在一個原子軌道里，最多只能容納2個電子，而且個電子，而且它們的自旋狀態(tài)相反，這個原理稱為泡利原理。它們的自旋狀態(tài)相反，這個原理稱為泡利原理。 3當電子排布在同一能級的不同軌道時，基態(tài)原子當電子排布在同一能級的不同軌道時，基態(tài)原子中的電子總是優(yōu)先單獨占據(jù)一個軌道，而且自旋狀態(tài)相同，中的電子總是優(yōu)先單獨占據(jù)一個軌道，而且自旋狀態(tài)相同，這個規(guī)則稱為洪特規(guī)則。這個規(guī)則稱為洪特規(guī)則。 4電子云是處于一定空間運動狀態(tài)的電子在原子核電子云是處于一定空間運動狀態(tài)的電子在原子核外空間的概率密度分布的形象化描述。電子云中，小黑點外空間的概率密度分布的形象化描述。電子云中，小黑點越密，表示電子出現(xiàn)的概率密度越大。越密，表示電子出現(xiàn)的概率密度越大。 5電子在原子核外的一個空間運動狀態(tài)稱為一個原子電子在原子核外的一個空間運動狀態(tài)稱為一個原子軌道，軌道，s能級只有一個原子軌道，能級只有一個原子軌道，p能級有三個原子軌道：能級有三個原子軌道：px、py、pz。自學教材自學教材填要點填要點 1.基態(tài)原子與激發(fā)態(tài)原子基態(tài)原子與激發(fā)態(tài)原子 (1)基態(tài)原子：處于基態(tài)原子：處于 的原子。的原子。 (2)激發(fā)態(tài)原子：基態(tài)原子的電子激發(fā)態(tài)原子：基態(tài)原子的電子 能量后，電子能量后，電子躍遷到躍遷到較高較高能級，變成激發(fā)態(tài)原子。能級，變成激發(fā)態(tài)原子。最低能量最低能量吸收吸收2光譜與光譜分析光譜與光譜分析(1)光譜的成因與分類：光譜的成因與分類： (2)光譜分析：光譜分析： 在現(xiàn)代化學中，利用在現(xiàn)代化學中，利用 上的特征譜線來上的特征譜線來鑒定元素的分析方法。鑒定元素的分析方法。 原子光譜原子光譜1雙選題雙選題同一原子的基態(tài)和激發(fā)態(tài)相比較同一原子的基態(tài)和激發(fā)態(tài)相比較 ()A基態(tài)時的能量比激發(fā)態(tài)時高基態(tài)時的能量比激發(fā)態(tài)時高B基態(tài)時比較穩(wěn)定基態(tài)時比較穩(wěn)定C基態(tài)時的能量比激發(fā)態(tài)時低基態(tài)時的能量比激發(fā)態(tài)時低D激發(fā)態(tài)時比較穩(wěn)定激發(fā)態(tài)時比較穩(wěn)定解析：解析：基態(tài)時能量處于最低狀態(tài)，吸收能量變成激發(fā)態(tài)，基態(tài)時能量處于最低狀態(tài)，吸收能量變成激發(fā)態(tài)，所以基態(tài)時原子的能量低，比較穩(wěn)定。所以基態(tài)時原子的能量低，比較穩(wěn)定。答案：答案：BC自學教材自學教材填要點填要點 1電子運動的特點電子運動的特點 現(xiàn)代量子力學指出，無法確定核外電子在某個時刻處于原現(xiàn)代量子力學指出，無法確定核外電子在某個時刻處于原子核外空間何處，只能確定在原子核外各處出現(xiàn)的子核外空間何處，只能確定在原子核外各處出現(xiàn)的 。用。用P表示電子在某處出現(xiàn)的表示電子在某處出現(xiàn)的 ，V表示該處的體積，則表示該處的體積，則P/V稱稱為為 ，用，用表示。表示。概率概率概率概率概率密度概率密度 2電子云電子云 (1)電子云是處于一定空間運動狀態(tài)的電子在原子核電子云是處于一定空間運動狀態(tài)的電子在原子核外空間的外空間的 分布的形象化描述。小黑點越密，表分布的形象化描述。小黑點越密，表示概率密度越大。由于核外電子的示概率密度越大。由于核外電子的 分布看起來分布看起來像一片云霧，因而被形象地稱作電子云。像一片云霧，因而被形象地稱作電子云。概率密度概率密度概率密度概率密度 (2)把電子在原子核外空間出現(xiàn)概率把電子在原子核外空間出現(xiàn)概率 的空間圈的空間圈出來，得到電子云輪廓圖。所有原子的任一能層的出來，得到電子云輪廓圖。所有原子的任一能層的s電子的電子的電子云輪廓圖都是球形，只是球的電子云輪廓圖都是球形，只是球的 不同；不同；p電子電子是是 ，在空間有三種分布方向，且相互垂直，分別稱，在空間有三種分布方向，且相互垂直，分別稱為為px、py、pz。P90%半徑大小半徑大小啞鈴形啞鈴形 3原子軌道原子軌道 (1)定義：電子在原子核外的一個定義：電子在原子核外的一個 運動狀態(tài)稱為運動狀態(tài)稱為一個原子軌道。一個原子軌道。 (2)s能級只有一個原子軌道，能級只有一個原子軌道，np能級有三個原子軌道，能級有三個原子軌道，分別是分別是 、 、 。 空間空間npynpznpx(3)不同能層的能級、原子軌道及電子云輪廓圖：不同能層的能級、原子軌道及電子云輪廓圖：能層能層能級能級原子軌原子軌道數(shù)道數(shù)原子軌原子軌道名稱道名稱電子云輪廓圖電子云輪廓圖形狀形狀取向取向K1s11s球形球形L2s12s球形球形2p32px、2py、2pz啞鈴形啞鈴形相互相互垂直垂直M3s13s球形球形3p33px、3py、3pz啞鈴形啞鈴形相互相互垂直垂直3d5能層能層能級能級原子軌原子軌道數(shù)道數(shù)原子軌原子軌道名稱道名稱電子云輪廓圖電子云輪廓圖形狀形狀取向取向N4s14s球形球形4p34px、4py、4pz啞鈴形啞鈴形相互相互垂直垂直4d54f7 4基態(tài)原子的核外電子排布規(guī)則基態(tài)原子的核外電子排布規(guī)則 (1)能量最低原理：能量最低原理： 原子的電子排布遵循構造原理，能使整個原子的能量原子的電子排布遵循構造原理，能使整個原子的能量處于處于 狀態(tài)。狀態(tài)。 (2)泡利原理：泡利原理： 在一個原子軌道里，最多只能容納在一個原子軌道里，最多只能容納 個電子，而且它個電子，而且它們的自旋狀態(tài)們的自旋狀態(tài) ，這個原理稱為泡利原理。，這個原理稱為泡利原理。 (3)洪特規(guī)則：洪特規(guī)則： 當電子排布在當電子排布在 能級的能級的 軌道時，基態(tài)原子中軌道時，基態(tài)原子中的電子總是優(yōu)先的電子總是優(yōu)先 ，而且自旋狀態(tài)，而且自旋狀態(tài) 。最低最低相反相反同一同一2不同不同單獨占據(jù)一個軌道單獨占據(jù)一個軌道相同相同5電子排布圖電子排布圖如如Na：。1基態(tài)原子的核外電子排布的表示形式基態(tài)原子的核外電子排布的表示形式(1)電子排布式：電子排布式：電子排布式。如電子排布式。如K原子的電子排布式為：原子的電子排布式為：1s22s22p63s23p64s1。簡化的電子排布式。簡化的電子排布式。如如K原子簡化的電子排布式為：原子簡化的電子排布式為：Ar4s1。師生互動師生互動解疑難解疑難 (2)電子排布圖：電子排布圖： 每個方框代表一個原子軌道，每個箭頭代表一個電子。每個方框代表一個原子軌道，每個箭頭代表一個電子。如第二周期元素基態(tài)原子的電子排布圖如下所示：如第二周期元素基態(tài)原子的電子排布圖如下所示：2下列電子排布圖下列電子排布圖(每一個小方框表示一個原子軌道每一個小方框表示一個原子軌道)所表所表示的元素原子中，其能量處于最低狀態(tài)的是示的元素原子中，其能量處于最低狀態(tài)的是 ()解析：解析：B違背了洪特規(guī)則，違背了洪特規(guī)則，2p能級應為能級應為 ;C違背了違背了能量最低原理，應為能量最低原理，應為;D違背了洪違背了洪特規(guī)則，應為特規(guī)則，應為答案：答案：A 例例1下列說法正確的是下列說法正確的是 ()A自然界中的所有原子都處于基態(tài)自然界中的所有原子都處于基態(tài) B同一原子處于激發(fā)態(tài)時的能量一定高于基態(tài)時的同一原子處于激發(fā)態(tài)時的能量一定高于基態(tài)時的能量能量 C無論原子種類是否相同，基態(tài)原子的能量總是低無論原子種類是否相同，基態(tài)原子的能量總是低于激發(fā)態(tài)原子的能量于激發(fā)態(tài)原子的能量 D激發(fā)態(tài)原子的能量較高，極易失去電子，表現(xiàn)出激發(fā)態(tài)原子的能量較高，極易失去電子，表現(xiàn)出較強的還原性較強的還原性 解析解析處于最低能量的原子叫做基態(tài)原子。當基態(tài)處于最低能量的原子叫做基態(tài)原子。當基態(tài)原子的電子吸收能量后，電子會躍遷到較高能級，變成激原子的電子吸收能量后，電子會躍遷到較高能級，變成激發(fā)態(tài)原子，所以同一原子處于激發(fā)態(tài)時的能量一定高于基發(fā)態(tài)原子，所以同一原子處于激發(fā)態(tài)時的能量一定高于基態(tài)時的能量，態(tài)時的能量，B正確；但不同的原子，能量不同，正確；但不同的原子，能量不同，C不正確；不正確；處于激發(fā)態(tài)的原子不一定能失去電子，處于激發(fā)態(tài)的原子不一定能失去電子，D不正確。不正確。 答案答案B當鎂原子由當鎂原子由1s22s22p63s21s22s22p63p2時，以下說法正確的是時，以下說法正確的是 ()A鎂原子由基態(tài)轉(zhuǎn)化成激發(fā)態(tài)，這一過程中吸收能量鎂原子由基態(tài)轉(zhuǎn)化成激發(fā)態(tài)，這一過程中吸收能量B鎂原子由激發(fā)態(tài)轉(zhuǎn)化成基態(tài)，這一過程中釋放能量鎂原子由激發(fā)態(tài)轉(zhuǎn)化成基態(tài)，這一過程中釋放能量C轉(zhuǎn)化后位于轉(zhuǎn)化后位于p能級上的兩個電子處于同一軌道，且自旋狀能級上的兩個電子處于同一軌道，且自旋狀態(tài)相同態(tài)相同D轉(zhuǎn)化后鎂原子與硅原子電子層結構相同，化學性質(zhì)相似轉(zhuǎn)化后鎂原子與硅原子電子層結構相同，化學性質(zhì)相似 解析：解析：鎂原子的鎂原子的3s2電子被激發(fā)到電子被激發(fā)到3p2上，要吸收能量，進入上，要吸收能量，進入p能級后，根據(jù)洪特規(guī)則，能級后，根據(jù)洪特規(guī)則，2個個p電子盡可能分占不同的軌道，電子盡可能分占不同的軌道，所以所以A項正確，項正確，B、C項錯誤，變成激發(fā)態(tài)后，項錯誤，變成激發(fā)態(tài)后，Mg與與Si電子電子層結構不同，化學性質(zhì)也不相似，層結構不同，化學性質(zhì)也不相似，D項錯誤。項錯誤。答案：答案：A 例例2下列原子中未成對電子數(shù)最多的是下列原子中未成對電子數(shù)最多的是 () ACBO CN DCl 解析解析本題綜合考查能量最低原理、泡利原理、洪本題綜合考查能量最低原理、泡利原理、洪特規(guī)則。各原子的軌道表示式為：特規(guī)則。各原子的軌道表示式為： 碳原子有碳原子有2個未成對電子，氧原子有個未成對電子，氧原子有2個未成對電子，氮個未成對電子，氮原子有原子有3個未成對電子，氯原子有個未成對電子，氯原子有1個未成對電子。個未成對電子。 答案答案C原子最外層只有原子最外層只有1個未成對電子的元素：個未成對電子的元素：(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)過渡元素：過渡元素：Cr：3d54s1、Cu：3d104s1 。136號元素中原子的未成對電子數(shù)最多的是哪號元素中原子的未成對電子數(shù)最多的是哪種元素？種元素？提示：提示：Cr元素，元素，3d54s1，共有，共有6個未成對電子。個未成對電子。