《電子云與原子軌道泡利原理、洪特規(guī)則、能量最低原理》一

認(rèn)識(shí)理解電子云、原子軌道重難歸納1.正確認(rèn)識(shí)電子云。(1)電子云是處于一定空間運(yùn)動(dòng)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。電子云圖中小點(diǎn)越密,表示電子出現(xiàn)的概率密度越大。電子云的外圍形狀具有不規(guī)則性。(2)電子云圖中的小點(diǎn)并不代表電子,小點(diǎn)的數(shù)目也不代表電子真實(shí)出現(xiàn)的次數(shù)。2.正確認(rèn)識(shí)原子軌道。(1)原子軌道與宏觀物體的運(yùn)動(dòng)軌跡不同,它是量子力學(xué)描述電子在原子核外的一個(gè)空間運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。(2)電子云輪廓圖是對原子軌道的形象描述。(3)s能級(jí)只有1個(gè)原子軌道。p能級(jí)有3個(gè)原子軌道,它們互相垂直,分別以px、py、pz表示。在同一能層中px、py、pz的能量相同。(4)原子軌道數(shù)與能層序數(shù)(n)的關(guān)系:原子軌道數(shù)目=n2。在進(jìn)行原子光譜實(shí)驗(yàn)時(shí),鈉原子中處于N層的電子躍遷到M層時(shí),會(huì)產(chǎn)生多條譜線。鈉原子的部分光譜如圖所示:利用原子軌道的相關(guān)知識(shí)解釋鈉原子中處于N層的電子躍遷到M層時(shí),為什么會(huì)產(chǎn)生多條譜線?提示:M層中含有s、p、d能級(jí),三個(gè)能級(jí)分別含有1、3、5個(gè)原子軌道;N層中含有s、p、d、f能級(jí),四個(gè)能級(jí)分別含有1、3、5、7個(gè)原子軌道。不同能級(jí)能量不同,所以電子從N層中的不同原子軌道躍遷到M層中不同能級(jí)的原子軌道,釋放的能量不同,會(huì)得到多條譜線。典例剖析如圖是s能級(jí)和p能級(jí)的原子軌道圖,下列說法正確的是(

)。A.s能級(jí)和p能級(jí)的原子軌道形狀相同B.每個(gè)p能級(jí)都有6個(gè)原子軌道C.s能級(jí)的原子軌道半徑與能層序數(shù)有關(guān)D.鈉原子的電子在11個(gè)原子軌道上高速運(yùn)動(dòng)答案:C解析:s軌道為球形,p軌道為啞鈴形,A項(xiàng)錯(cuò)誤。每個(gè)p能級(jí)只有3個(gè)原子軌道,B項(xiàng)錯(cuò)誤。能層序數(shù)越小,s能級(jí)的原子軌道半徑越小,C項(xiàng)正確。鈉原子的電子在6個(gè)原子軌道上高速運(yùn)動(dòng),D項(xiàng)錯(cuò)誤。易錯(cuò)警示電子云和原子軌道的理解誤區(qū):(1)忽視不同能層中相同字母代號(hào)的能級(jí)的電子云或原子軌道形狀相同,但大小不同。(2)忽視電子云或原子軌道形狀取決于其類型,而與電子數(shù)目無關(guān)。學(xué)以致用1.下列各能級(jí)中原子軌道數(shù)最多的是(

)。A.7s B.6p

C.5d

D.4f答案:D解析:ns能級(jí)有1個(gè)原子軌道,np能級(jí)有3個(gè)原子軌道,nd能級(jí)有5個(gè)原子軌道,nf能級(jí)有7個(gè)原子軌道。2.下列有關(guān)原子核外電子的能量與運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的說法正確的是(

)。A.在同一原子中,2p、3p、4p……能級(jí)的原子軌道數(shù)依次增多B.在同一能級(jí)上運(yùn)動(dòng)的電子,其能量一定相同C.在同一能級(jí)上運(yùn)動(dòng)的電子,其運(yùn)動(dòng)狀態(tài)有可能相同D.在同一原子中,1s、2s、3s、4s……能級(jí)的原子軌道的平均半徑相同答案:B解析:在同一原子中,任一能層的p能級(jí)都有三個(gè)互相垂直的原子軌道,A項(xiàng)錯(cuò)誤。決定電子能量的是能層和能級(jí),也就是說,處于同一能層相同能級(jí)上的電子,即使處在不同的原子軌道上,其能量也是相同的,B項(xiàng)正確。同一原子中沒有運(yùn)動(dòng)狀態(tài)完全相同的兩個(gè)電子,C項(xiàng)錯(cuò)誤。雖然s能級(jí)的原子軌道的形狀都是球形,但按照1s、2s、3s、4s……的順序,電子的能量依次增高,電子在離核更遠(yuǎn)的區(qū)域出現(xiàn)的概率逐漸增大,電子云向更大的空間擴(kuò)展,原子軌道的平均半徑逐漸增大,D項(xiàng)錯(cuò)誤。二

核外電子排布的規(guī)則與特例重難歸納1.基態(tài)原子核外電子排布的規(guī)則。基態(tài)原子的電子排布遵循能量最低原理、泡利原理、洪特規(guī)則,涉及原子核外多個(gè)電子排布時(shí),要綜合考慮三條原理或規(guī)則,不能顧此失彼。2.洪特規(guī)則的特例。在簡并軌道上的電子排布處于全充滿、半充滿和全空狀態(tài)時(shí),具有較低的能量和較大的穩(wěn)定性。如基態(tài)24Cr的電子排布式為1s22s22p63s23p63d54s1?；鶓B(tài)29Cu的電子排布式為1s22s22p63s23p63d104s1。(1)下列軌道表示式中哪個(gè)是硼的基態(tài)原子?為什么?提示:根據(jù)泡利原理可知,在一個(gè)原子軌道里的兩個(gè)電子應(yīng)自旋相反,A項(xiàng)為硼的基態(tài)原子。(2)下列軌道表示式的書寫分別違背了什么原則?提示:①②③違背了洪特規(guī)則,當(dāng)電子排布在簡并軌道上時(shí),原子中的電子總是優(yōu)先單獨(dú)占據(jù)一個(gè)軌道,且自旋平行。④違背了泡利原理,一個(gè)原子軌道最多只能容納2個(gè)電子,而且這2個(gè)電子的自旋相反。典例剖析某基態(tài)原子的最外層電子排布為3s23p2,下列對其核外電子運(yùn)動(dòng)的說法錯(cuò)誤的是(

)。A.有4種不同伸展方向的原子軌道B.有5種不同能量的電子C.最外層電子占據(jù)2個(gè)原子軌道D.有14種不同運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的電子答案:C解析:由題給信息知,該原子的核外電子排布式為1s22s22p63s23p2,共有14個(gè)電子,為基態(tài)硅原子,故有14種不同運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的電子,D項(xiàng)正確。核外電子占據(jù)2種軌道,即s軌道和p軌道,s軌道為球形,只有1種伸展方向,p軌道有3種伸展方向,則共有4種不同伸展方向的原子軌道,A項(xiàng)正確。根據(jù)電子排布式為1s22s22p63s23p2,可知有5種不同能量的電子,B項(xiàng)正確。根據(jù)最外層電子軌道表示式

,可知最外層電子占據(jù)3個(gè)原子軌道,C項(xiàng)錯(cuò)誤。規(guī)律總結(jié)描述多電子原子中電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)時(shí),應(yīng)該從能層、能級(jí)、原子軌道、自旋狀態(tài)四個(gè)方面來描述,處于同一能層、同一能級(jí)、同一原子軌道上的兩個(gè)電子的自旋相反,故原子中不可能有兩個(gè)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)完全相同的電子。如氟原子的電子排布可表示為

,所以氟原子核外9個(gè)電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)互不相同。學(xué)以致用1.(2020湖北黃石高二上期末)現(xiàn)代物質(zhì)結(jié)構(gòu)理論證實(shí)原子的電子排布遵循一定的規(guī)律,下列說法正確的是(

)。答案:B2.某原子核外共有6個(gè)電子,分布在K層與L層上,下列關(guān)于其基態(tài)原子L層的軌道表示式正確的是(

)。答案:D解析:K層容納2個(gè)電子,所以L層容納4個(gè)電子,L層有2s