第2课时能量最低原理电子云与原子轨道
学习目标：
1．了解能量最低原理，知道基态与激发态。
2．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。
3．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。
(重难点)
基础初探：
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。
思考探究：
(1)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？
(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什么？
认知升华：
1．光(辐射)是电子释放能量的重要形式之一。
电子从较高能量的激发态跃迁到较低能量的激发态乃至基态时，将以光的形式释放能量。
2．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。
精讲精练：
1．下列关于同一原子中的基态和激发态说法中，正确的是( )
A ．基态时的能量比激发态时高
B ．激发态时比较稳定
C ．由基态转化为激发态过程中吸收能量
D ．电子仅在激发态跃迁到基态时才会产生原子光谱
2．当镁原子由1s 22s 22p 63s 2→1s 22s 22p 63p 2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 3．以下现象与原子核外电子的跃迁有关的是( )
①霓虹灯发出有色光 ②棱镜分光 ③激光器产生激光 ④石油蒸馏 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 ．①③⑥⑦ B ．②④⑤⑧ C ．①③⑤⑥⑦ D ．①②③⑤⑥⑦
基础初探:
1．电子运动的特点：电子质量小，运动速度快，无规则，故无法确定某个时刻处于原子核外空间何处。
只能确定它在原子核外空间各处出现的概率。
2．电子云：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。
电子云中的小黑点表示电子在核外出现的概率密度，小黑点越密，表明概率密度越大。
3．原子轨道：
(1)定义：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 (3)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或纺缍形，能层序数越大，原子轨道的半径越大。
p 能级有3个原子轨道，它们互相垂直，分别以p x 、p y 、p z 表示。
4．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。
5．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。
6．电子排布图：在电子排布图中，用一个方框表示一个原子轨道，用箭头表示电子。
思考探究：
(1)结合电子云和原子轨道的知识，回答：
①电子云图中的小黑点的含义是什么？小黑点的密度表示什么？
②电子在原子核外出现的概率有什么规律？
③不同能层的同种能级的原子轨道形状是否完全相同？
(2)指出下列核外电子排布图的书写分别违背了什么原则？
①2p轨道上有3个电子的原子：
②2p轨道上有2个电子的原子：
③基态P原子：1s22s22p63s23p2x3p1z
④4s轨道上有2个电子的原子：
⑤3d轨道上有8个电子的原子：
认知升华：
1．洪特规则特例
当同一能级上的电子排布为全充满(p6、d10、f14)、半充满(p3、d5、f7)和全空状态(p0、d0、f0)时，具有较低的能量和较大的稳定性。
例如，铬(24Cr)的价电子排布是3d54s1(3d、4s能级均为半充满)，而不是3d44s2；铜(29Cu)的价电子排布是3d104s1(3d全充满、4s半充满)，而不是3d94s2。
2．用电子排布图表示原子核外电子排布
以铝原子为例，电子排布图中各符号、数字的意义为
【特别提醒】书写基态原子的电子排布图时，要兼顾三条原则，不能顾此失彼，防止出现以下错误：
①违反泡利原理：
②违反洪特规则：
精讲精练
1．观察1s轨道电子云示意图，判断下列说法正确的是()
A．一个小黑点表示1个自由运动的电子
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概率的多少
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
3．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．n f能级中最多可容纳14个电子
4．某原子核外电子排布为n s2n p7，它违背了()
A．泡利原理B．能量最低原理
C．洪特规则D．洪特规则特例
5．在能量相同的d轨道中电子排布成而不排布成，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
当堂训练
1．下面是一些原子的电子排布式，其中不是激发态原子的是()
A．1s22s22p6B．1s22s13s1
C．1s22s23d1D．1s22s22p23s1
2．有关光谱的说法中不正确的是()
A．原子中的电子在跃迁时能量的表现形式之一是光，这也是原子光谱产生的原因
B．原子光谱只有发射光谱
C．通过原子光谱可以发现新的元素
D．通过光谱分析可以鉴定某些元素
3．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
4．下列有关碳原子的电子排布图中，能量最低的是()
5．下列表示式错误的是()
A．Na＋的电子排布图：
B．Na＋的结构示意图：
C．Na的电子排布式：1s22s22p63s1
D．Na的简化电子排布式：[Ne]3s1
6．下列电子排布式不符合构造原理的是()
A．16S：1s22s22p63s23p4
B．24Cr：1s22s22p63s23p63d54s1
C．11Na：1s22s22p63s1
D．19K：1s22s22p63s23p64s1
7．A、B、C、D、E代表5种元素。
请填空：
(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，该原子的电子排布图为____________________。
(2)B元素的负一价离子与C元素的正一价离子的电子排布式都与氩原子相同，B元素的符号为________，C 的离子结构示意图为________。
(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________，其基态原子的电子排布式为____________________。
(4)E元素基态原子的M层全充满，N层没有成对电子，只有一个未成对电子，E的元素符号为________，其价电子排布图为________________________。
总结反思
1、原子轨道的4条规律
（1）不同能层的同种能级的原子轨道形状相同，只是半径不同。
能层序数n越大，原子轨道的半径越大。
（2）s能级只有1个原子轨道。
p能级有3个原子轨道，它们互相垂直，分别以p x、p y、p z表示。
（3）原子轨道数与能层序数n的关系是原子轨道为n2个。
（4）原子轨道能量高低
2、1～36号元素原子核外电子排布的特殊性
(1)最外层只有一个未成对电子的元素：
①第ⅠA族(n s1：H、Li、Na、K)，
②第ⅢA族(n s2n p1：B、Al、Ga)，
③第ⅦA族(n s2n p5：F、Cl、Br)，
④特殊的Cr(3d54s1)和Cu(3d104s1)。
(2)最外层有2个未成对电子的元素：
①第ⅣA族(n s2n p2：C、Si、Ge)，
②第ⅥA族(n s2n p4：O、S、Se)。
(3)最外层有3个未成对电子的元素：
第ⅤA族(n s2n p3：N、P、As)。
(4)3d电子半充满的元素：
Cr：3d54s1、Mn：3d54s2。