第2課時能量最低原理電子云與原子軌道1．了解能量最低原理，知道基態(tài)與激發(fā)態(tài)。2．知道原子核外電子在一定條件下會發(fā)生躍遷產(chǎn)生原子光譜。3．了解原子核外電子的運動狀態(tài)，知道電子云和原子軌道，掌握泡利原理和洪特規(guī)則。(重難點)能量最低原理、基態(tài)與激發(fā)態(tài)、光譜[基礎(chǔ)·初探]1．能量最低原理原子的電子排布遵循構(gòu)造原理能使整個原子的能量處于最低狀態(tài)，簡稱能量最低原理。2．基態(tài)原子與激發(fā)態(tài)原子(1)基態(tài)原子：處于最低能量的原子。(2)激發(fā)態(tài)原子：基態(tài)原子的電子吸收能量后，電子躍遷到較高能級，變成激發(fā)態(tài)原子。(3)基態(tài)、激發(fā)態(tài)相互轉(zhuǎn)化的能量變化3．光譜與光譜分析(1)光譜形成原因不同元素的原子發(fā)生躍遷時會吸收或釋放不同的光。(2)光譜分類(3)光譜分析在現(xiàn)代化學(xué)中，利用原子光譜上的特征譜線來鑒定元素的分析方法。[探究·升華][思考探究](1)在國慶節(jié)、元旦、春節(jié)，我們經(jīng)常放焰火來慶祝，請你思考這與原子結(jié)構(gòu)有什么關(guān)系呢？【提示】這與原子核外電子發(fā)生躍遷釋放能量有關(guān)。(2)對充有氖氣的霓虹燈管通電，燈管發(fā)出紅色光。產(chǎn)生這一現(xiàn)象的主要原因是什么？【提示】在電流作用下，基態(tài)氖原子的電子吸收能量躍遷到較高的能級，變?yōu)榧ぐl(fā)態(tài)原子，這一過程要吸收能量，不會發(fā)出紅色光；而電子從較高能量的激發(fā)態(tài)躍遷到較低能量的激發(fā)態(tài)或基態(tài)原子時，將釋放能量，從而產(chǎn)生紅光。[認知升華]1．光(輻射)是電子釋放能量的重要形式之一。電子從較高能量的激發(fā)態(tài)躍遷到較低能量的激發(fā)態(tài)乃至基態(tài)時，將以光的形式釋放能量。2．日常生活中看到的燈光、激光、焰火等可見光，都與原子核外電子發(fā)生躍遷釋放能量有關(guān)。[題組·沖關(guān)]題組1基態(tài)、激發(fā)態(tài)1．下列關(guān)于同一原子中的基態(tài)和激發(fā)態(tài)說法中，正確的是()A．基態(tài)時的能量比激發(fā)態(tài)時高B．激發(fā)態(tài)時比較穩(wěn)定C．由基態(tài)轉(zhuǎn)化為激發(fā)態(tài)過程中吸收能量D．電子僅在激發(fā)態(tài)躍遷到基態(tài)時才會產(chǎn)生原子光譜【解析】激發(fā)態(tài)時能量較高，較不穩(wěn)定，A、B不正確。電子從較低能量的基態(tài)躍遷到較高能量的激發(fā)態(tài)時，也會產(chǎn)生原子光譜，D不正確?！敬鸢浮緾2．當(dāng)鎂原子由1s22s22p63s2→1s22s22p63p2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C．轉(zhuǎn)化后鎂原子的性質(zhì)更穩(wěn)定D．轉(zhuǎn)化后鎂原子與硅原子電子層結(jié)構(gòu)相同，化學(xué)性質(zhì)相似【解析】鎂原子3s能級上的電子被激發(fā)到3p能級上，要吸收能量變?yōu)榧ぐl(fā)態(tài)原子，其性質(zhì)比基態(tài)更不穩(wěn)定，所以A項正確，B、C項錯誤；變成激發(fā)態(tài)后，Mg與Si電子層結(jié)構(gòu)不同，化學(xué)性質(zhì)也不相似，D項錯誤?！敬鸢浮緼3．下面是一些原子的電子排布式，其中不是激發(fā)態(tài)原子的是()A．1s22s22p6 B．1s22s13s1C．1s22s23d1 D．1s22s22p23s1【解析】A項中各電子都處于能量最低狀態(tài)，處于基態(tài)；B項的2s能級沒有排滿，2p能級沒有排列電子，處于激發(fā)態(tài)；C項的2p、3s、3p等能級均沒有排列電子，所以處于激發(fā)態(tài)；D項的2p能級電子沒有排滿，故處于激發(fā)態(tài)?！敬鸢浮緼題組2光譜4．以下現(xiàn)象與原子核外電子的躍遷有關(guān)的是()【導(dǎo)學(xué)號：】①霓虹燈發(fā)出有色光②棱鏡分光③激光器產(chǎn)生激光④石油蒸餾⑤凸透鏡聚光⑥燃放的焰火在夜空中呈現(xiàn)五彩繽紛的禮花⑦日光燈通電發(fā)光⑧冷卻結(jié)晶A．①③⑥⑦ B．②④⑤⑧C．①③⑤⑥⑦ D．①②③⑤⑥⑦【解析】霓虹燈、激光器、日光燈等工作過程中產(chǎn)生的光及焰火燃放時產(chǎn)生的光，都是基態(tài)原子吸收能量后核外電子躍遷到較高能級，然后電子從較高能級躍遷到較低能級的過程中釋放出的光能。石油蒸餾、冷卻結(jié)晶的過程都是物質(zhì)發(fā)生物理變化的過程，其中伴隨的能量變化是熱能的變化。棱鏡分光、凸透鏡聚光都是光的折射現(xiàn)象，而不是光的產(chǎn)生?！敬鸢浮緼5．電子由3d能級躍遷至4p能級時，可通過光譜儀直接攝取()A．電子的運動軌跡圖像B．原子的吸收光譜C．電子體積大小的圖像D．原子的發(fā)射光譜【解析】E(3d)＜E(4p)，故電子由3d能級躍遷至4p能級時，要吸收能量，能形成吸收光譜?！敬鸢浮緽6．有關(guān)光譜的說法中不正確的是()【導(dǎo)學(xué)號：】A．原子中的電子在躍遷時能量的表現(xiàn)形式之一是光，這也是原子光譜產(chǎn)生的原因B．原子光譜只有發(fā)射光譜C．通過原子光譜可以發(fā)現(xiàn)新的元素D．通過光譜分析可以鑒定某些元素【解析】電子在基態(tài)和激發(fā)態(tài)之間的躍遷會引起能量的變化，并以光的形式體現(xiàn)，用光譜儀攝取得到光譜。電子從基態(tài)向激發(fā)態(tài)的躍遷會吸收能量，形成吸收光譜；電子從激發(fā)態(tài)向基態(tài)的躍遷會放出能量，形成發(fā)射光譜，B錯誤?！敬鸢浮緽電子云與原子軌道[基礎(chǔ)·初探]教材整理1電子云與原子軌道1．電子運動的特點：電子質(zhì)量小，運動速度快，無規(guī)則，故無法確定某個時刻處于原子核外空間何處。只能確定它在原子核外空間各處出現(xiàn)的概率。2．電子云：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。電子云中的小黑點表示電子在核外出現(xiàn)的概率密度，小黑點越密，表明概率密度越大。3．原子軌道：(1)定義：量子力學(xué)把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。(2)各能級所含原子軌道數(shù)目能級符號nsnpndnf軌道數(shù)目1357(3)形狀①s電子的原子軌道呈球形，能層序數(shù)越大，原子軌道的半徑越大。②p電子的原子軌道呈啞鈴或紡綞形，能層序數(shù)越大，原子軌道的半徑越大。p能級有3個原子軌道，它們互相垂直，分別以px、py、pz表示。教材整理2泡利原理和洪特規(guī)則1．泡利原理：在一個原子軌道里，最多只能容納2個電子，且它們的自旋狀態(tài)相反。2．洪特規(guī)則：當(dāng)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。3．電子排布圖：在電子排布圖中，用一個方框表示一個原子軌道，用箭頭表示電子。[探究·升華][思考探究](1)結(jié)合電子云和原子軌道的知識，回答：①電子云圖中的小黑點的含義是什么？小黑點的密度表示什么？②電子在原子核外出現(xiàn)的概率有什么規(guī)律？③不同能層的同種能級的原子軌道形狀是否完全相同？【提示】①小黑點是電子在原子核外出現(xiàn)的概率密度的形象表述。小黑點密度越大，表明概率密度越大。②離核越近，電子出現(xiàn)的概率越大，電子云越密集。如2s電子云比1s電子云疏散。③不同能層的同種能級的原子軌道形狀相似，但不完全相同。只是原子軌道的半徑不同，能級序數(shù)n越大，電子的能量越大，原子軌道的半徑越大。例如1s、2s、3s軌道均為球形，原子軌道半徑：r(1s)<r(2s)<r(3s)。(2)指出下列核外電子排布圖的書寫分別違背了什么原則？①2p軌道上有3個電子的原子：②2p軌道上有2個電子的原子：③基態(tài)P原子：1s22s22p63s23peq\o\al(2,x)3peq\o\al(1,z)④4s軌道上有2個電子的原子：⑤3d軌道上有8個電子的原子：【提示】①②③⑤違背了洪特規(guī)則，當(dāng)電子排布在同一能級的不同軌道時，原子中的電子總是優(yōu)先單獨占據(jù)一個軌道，且自旋方向相同。④違背了泡利原理，一個原子軌道最多只容納2個電子，而且這2個電子的自旋方向相反。[認知升華]1．洪特規(guī)則特例當(dāng)同一能級上的電子排布為全充滿(p6、d10、f14)、半充滿(p3、d5、f7)和全空狀態(tài)(p0、d0、f0)時，具有較低的能量和較大的穩(wěn)定性。例如，鉻(24Cr)的價電子排布是3d54s1(3d、4s能級均為半充滿)，而不是3d44s2；銅(29Cu)的價電子排布是3d104s1(3d全充滿、4s半充滿)，而不是3d94s2。2．用電子排布圖表示原子核外電子排布以鋁原子為例，電子排布圖中各符號、數(shù)字的意義為【特別提醒】書寫基態(tài)原子的電子排布圖時，要兼顧三條原則，不能顧此失彼，防止出現(xiàn)以下錯誤：①違反泡利原理：②違反洪特規(guī)則：[題組·沖關(guān)]題組1電子云與原子軌道1．觀察1s軌道電子云示意圖，判斷下列說法正確的是()A．一個小黑點表示1個自由運動的電子B．1s軌道的電子云形狀為圓形的面C．電子在1s軌道上運動像地球圍繞太陽旋轉(zhuǎn)D．1s軌道電子云的點的疏密表示電子在某一位置出現(xiàn)概率的多少【解析】盡管人們不能確定某一時刻原子中電子的精確位置，但能夠統(tǒng)計出電子在什么地方出現(xiàn)的概率大，在什么地方出現(xiàn)的概率小。為了形象地表示電子在原子核外空間的分布狀況，人們常用小黑點的疏密程度來表示電子在核外出現(xiàn)概率的大小，點密表示電子在那里出現(xiàn)的概率大，反之則小。由圖可知，處于1s軌道上的電子在空間出現(xiàn)的概率分布呈球形對稱，且電子在原子核附近出現(xiàn)的概率最大，離核越遠出現(xiàn)的概率越小。圖中的小黑點不表示電子，而表示電子曾經(jīng)出現(xiàn)過的位置?！敬鸢浮緿2．下列對核外電子運動狀態(tài)的描述正確的是()【導(dǎo)學(xué)號：】A．電子的運動與行星的運動相似，圍繞原子核在固定的軌道上高速旋轉(zhuǎn)B．能層數(shù)為3時，有3s、3p、3d、3f四個軌道C．氫原子中只有一個電子，故氫原子只有一個軌道D．在同一能級上運動的電子，其運動狀態(tài)肯定不同【解析】A項，質(zhì)量很小的電子在作高速運動時，其運動規(guī)律跟普通物體不同，電子沒有確定的運動軌道；B項，第三能層只有3s、3p、3d三個能級，而3s能級有1個軌道、3p能級有3個軌道、3d能級有5個軌道，故第三能層有9個軌道；C項，氫原子中只有1個電子，在1s軌道，但還存在其他空軌道；D項，電子的運動狀態(tài)與能層、能級和自旋狀態(tài)有關(guān)，在同一原子內(nèi)部沒有兩個電子存在完全相同的運動狀態(tài)?！敬鸢浮緿3．下列說法正確的是()A．s能級的能量總小于p能級的能量B．2s的電子云半徑比1s電子云半徑大，說明2s的電子云比1s的多C．當(dāng)電子排布在同一能級的不同軌道時，電子總是先占滿一個軌道(1個原子軌道最多只能容納兩個電子，且自旋狀態(tài)相反)，然后再占據(jù)其他原子軌道D．nf能級中最多可容納14個電子【解析】同一能層中，s能級的能量小于p能級的能量，不同能層就有可能s能級(較高能層)的能量高于p能級(較低能層)的能量，A錯誤；2s的電子云半徑比1s電子云半徑大，說明2s的電子在離原子核較遠的區(qū)域出現(xiàn)的概率比1s的電子大，B錯誤；當(dāng)電子排布在同一能級的不同軌道時，電子總是先占據(jù)不同的原子軌道而且自旋狀態(tài)相同，C錯誤；nf能級有7個原子軌道，每一個原子軌道最多容納兩個電子，D正確?！敬鸢浮緿【規(guī)律總結(jié)】原子軌道的4條規(guī)律1不同能層的同種能級的原子軌道形狀相同，只是半徑不同。能層序數(shù)n越大，原子軌道的半徑越大。2s能級只有1個原子軌道。p能級有3個原子軌道，它們互相垂直，分別以px、py、pz表示。3原子軌道數(shù)與能層序數(shù)n的關(guān)系是原子軌道為n2個。4原子軌道能量高低題組2核外電子排布原理4．某原子核外電子排布為ns2np7，它違背了()A．泡利原理 B．能量最低原理C．洪特規(guī)則 D．洪特規(guī)則特例【解析】p能級有三個軌道，據(jù)泡利不相容原理，每個軌道最多排2個電子，故p能級最多排6個電子，不可能排7個，故違背泡利原理?！敬鸢浮緼5．下列有關(guān)碳原子的電子排布圖中，能量最低的是()【導(dǎo)學(xué)號：】【解析】根據(jù)洪特規(guī)則，原子的核外電子在能量相同的軌道上排布時，電子盡可能分占不同的軌道且自旋狀態(tài)相同，這樣整個原子的能量最低。A中2p軌道上兩個電子擠在同一個軌道上，B、C中兩個軌道上電子的自旋狀態(tài)相反，均與洪特規(guī)則相違背，只有D中的排布符合洪特規(guī)則，能量最低?！敬鸢浮緿6．在能量相同的d軌道中電子排布成而不排布成，最直接的根據(jù)是()A．能量最低原理 B．泡利原理C．構(gòu)造原理 D．洪特規(guī)則【解析】洪特規(guī)則是指原子核外的電子在能量相同的各個軌道上排布時，電子盡可能分占不同的原子軌道且自旋狀態(tài)相同，使整個原子的能量最低，故D正確?！敬鸢浮緿題組3核外電子排布的表示方法7．下列表示式錯誤的是()【導(dǎo)學(xué)號：】A．Na＋的電子排布圖：B．Na＋的結(jié)構(gòu)示意圖：C．Na的電子排布式：1s22s22p63s1D．Na的簡化電子排布式：[Ne]3s1【解析】Na＋是Na原子失去了最外層的3s電子所得，只剩下1s、2s和2p軌道上的電子，共10個，但A選項中2p軌道上的電子違背了泡利原理?！敬鸢浮緼8．下列電子排布式不符合構(gòu)造原理的是()A．16S：1s22s22p63s23p4B．24Cr：1s22s22p63s23p63d54s1C．11Na：1s22s22p63s1D．19K：1s22s22p63s23p64s1【解析】根據(jù)構(gòu)造原理，電子在各能級上的排列順序為1s、2s、2p、3s、3p、4s、3d……且排布的電子數(shù)分別為2、2、6、2、6、2、10……故根據(jù)構(gòu)造原理24Cr的電子排布式應(yīng)為：1s22s22p63s23p63d44s2?！敬鸢浮緽9．A、B、C、D、E代表5種元素。請?zhí)羁眨?1)A元素基態(tài)原子的最外層有3個未成對電子，次外層有2個電子，該原子的電子排布圖為____________________。(2)B元素的負一價離子與C元素的正一價離子的電子排布式都與氬原子相同，B元素的符號為________，C的離子結(jié)構(gòu)示意圖為________。(3)D元素的正三價離子的3d能級為半充滿，D的元素符號為________，其基態(tài)原子的電子排布式為____________________。(4)E元素基態(tài)原子的M層全充滿，N層沒有成對電子，只有一個未成對電子，E的元素符號為________，其價電子排布圖為________________________。【解析】(1)根