高中化学第一章原子结构与性质第一节第2课时原子核外电子排布所遵循的原理原子轨道同步练习新人教版选修32 11页

原子核外电子排布所遵循的原理　原子轨道 ‎[明确学习目标]　1.了解能量最低原理，知道基态与激发态及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；掌握1～36号元素的原子核外电子排布式和电子排布图。‎ 学生自主学习 一、能量最低原理、基态与激发态 ‎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。‎ ‎2．基态与激发态 基态原子：处于最低能量的原子叫做基态原子。‎ 激发态原子：基态原子的电子吸收能量后，电子会跃迁到较高能级，变为激发态原子。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，将释放能量。基态原子激发态原子。‎ ‎3．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的电子的吸收光谱或发射光谱，总称原子光谱。‎ 二、电子云和原子轨道 ‎1．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外空间的概率密度分布的形象化描述。‎ ‎(2)电子云轮廓图 ‎①将电子在原子核外空间出现的概率P＝90%的空间圈出来，制作电子云的轮廓图，便可描绘电子云的形状。‎ ‎②s电子、p电子的电子云轮廓图 所有原子的任一能层的s电子的电子云轮廓图都是球形的，同一原子的能层越高，s电子云的半径越大，如下图Ⅰ所示。这是由于1s、2s、3s……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。‎ - 11 -‎ 除s电子云外，其他空间运动状态的电子云都不是球形的，如p电子云是哑铃状的。每个p能级都有3个相互垂直的电子云，分别称为px、py和pz，如图Ⅱ所示。p电子云的平均半径随能层序数的增大而增大。‎ ‎2．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)不同能层的能级、原子轨道及电子云轮廓图 - 11 -‎ 注：d轨道和f轨道各有名称、形状和取向，此处不作讲解。‎ 三、泡利原理和洪特规则 ‎1．泡利原理 在任何一个原子里，不可能有运动状态完全相同的两个电子。一个原子轨道里最多只能容纳2个电子，而且自旋方向相反。‎ ‎2．洪特规则 - 11 -‎ 当电子排布在同一能级的不同轨道时(即能量相同的轨道)，总是优先单独占据一个轨道，而且自旋方向相同。‎ ‎3．电子排布图 用方框表示原子轨道，用不同方向的箭头表示自旋状态不同的电子的式子。如：‎ C：；‎ N：。‎ ‎1．焰色反应是利用每种元素都有其特征光谱，鉴定物质中所含元素的方法，该方法是化学变化吗？‎ 提示：焰色反应是电子跃迁的结果，故焰色反应是物理变化而不是化学变化。‎ ‎2．电子云图上的小黑点代表电子本身吗？‎ 提示：电子云图上的小黑点是指电子在原子核外出现的概率密度的形象描述，不是电子本身，小黑点越密，表明概率密度越大。‎ ‎3．在写基态原子的电子排布图时：‎ 请说出以上3个电子排布图各违背了哪些原理，并写出正确的电子排布图。‎ 提示：(1)违背了能量最低原理，其正确的电子排布图为。‎ ‎(2)违背了泡利原理，其正确的电子排布图为。‎ ‎(3)违背了洪特规则，其正确的电子排布图为。‎ 课堂互动探究 一、光谱与光谱分析 ‎1．基态、激发态与光谱 - 11 -‎ ‎2．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。‎ ‎[即时练]‎ ‎1．基态原子和激发态原子相比较(　　)‎ A．基态原子的能量比激发态原子高 B．基态原子放出能量变成激发态原子 C．基态原子比激发态原子稳定 D．激发态原子比基态原子稳定 答案　C 解析　基态原子吸收能量后变为激发态原子，故激发态原子不如基态原子稳定。‎ ‎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．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了化学反应 答案　A 解析　在电流作用下，基态氖原子中的电子吸收能量跃迁到较高能级，变为激发态原子，这一过程要吸收能量，不会发出红色光；而电子从较高能量的激发态向基态跃迁时，将释放能量，从而产生红色光，故A项正确。‎ 规律方法 一般情况下，原子核外电子排布遵循构造原理时，原子的能量处于最低状态；体系具有的能量越低越稳定。‎ 二、电子云和原子轨道 ‎　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　‎ ‎1．核外电子的运动特点 质量小、运动速度快，不能同时准确测出其位置与速度，所以对于核外电子只能确定其在原子核外各处出现的概率。‎ ‎2．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，ns、np、nd、nf能级分别有1、3、5、7个原子轨道。每个p能级有3个相互垂直的原子轨道，分别标记为npx、‎ - 11 -‎ npy、npz，同一能级中的原子轨道能量相同。‎ ‎[即时练]‎ ‎3．在1s、2px、2py、2pz轨道中，具有球对称性的是(　　)‎ A．1s B．2px C．2py D．2pz 答案　A ‎4．下列有关电子云和原子轨道的说法中正确的是(　　)‎ 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能级原子轨道呈哑铃状，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 答案　D 解析　‎ 三、泡利原理和洪特规则 ‎1．基态原子核外电子排布遵循的原理有：能量最低原理，即原子核外电子总是优先排布在能量最低的能级里，然后由里到外，依次排布在能量逐渐升高的能级里；泡利原理；洪特规则。特别指出的是，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)的外围电子排布是3d54s1(3d、4s能级均为半充满)，而不是3d44s2；铜(29Cu)的外围电子排布是3d104s1(3d全充满、4s半充满)，而不是3d94s2，称为洪特规则特例。‎ ‎2．画电子排布图时的注意事项 ‎(1)表示原子轨道的□也可以用○代替，原子轨道名称也可以写在□‎ - 11 -‎ 或○的下面，如Ne的电子排布图可表示为。‎ ‎(2)不同能级中的□或○要相互分开，同一能级中的□或○要相互连接。‎ ‎(3)整个电子排布图中各能级的排列顺序要与相应的电子排布式一致。‎ ‎(4)当□或○中有2个电子时，它们的自旋状态必须相反。‎ ‎(5)电子排布式给出了基态原子核外电子在能层和能级中的排布，而电子排布图还给出了电子在原子轨道中的自旋状态。另外，我们通常所说的电子排布是基态原子的电子排布。‎ ‎[即时练]‎ ‎5．下列说法错误的是(　　)‎ A．同一原子，ns电子的能量不一定低于(n＋1)p电子的能量 B．6C的电子排布式1s22s22p违反了洪特规则 C．21Sc的电子排布式1s22s22p63s23p63d3违反了能量最低原理 D．22Ti的电子排布式1s22s22p63s23p10违反了泡利原理 答案　A 解析　同一原子，ns电子的能量一定低于(n＋1)p电子的能量，A错误；对于6C原子来说，2p能级有3个能量相同的原子轨道，2p能级上的两个电子应以自旋状态相同的方式排布在两个不同的2p轨道上才符合洪特规则，B正确；根据构造原理可知E4s