2024高中化学第一章原子结构与元素的性质第1节第2课时能量最低原理基态与激发态光谱电子云与原子轨道.docVIP

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第2课时能量最低原理、基态与激发态、光谱电子云与原子轨道

课程目标

核心素养建构

1.了解能量最低原理，知道基态与激发态，知道原子核外电子在肯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，驾驭泡利原理和洪特规则。

核外电子eq\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(运动状态\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(基态,激发态,光谱,电子云,原子轨道)),排布规则\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(泡利原理,洪特规则,洪特规则特例))))

[知识梳理]

一、基态与激发态、光谱

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：基态原子的电子汲取能量后，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改变

3.光谱与光谱分析

（1）光谱形成缘由

不同元素的原子发生跃迁时会汲取或释放不同的光。

（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。

【自主思索】

在国庆节、元旦、春节，我们常常放焰火来庆祝，请你思索这与原子结构有什么关系呢？

答案这与原子核外电子发生跃迁释放能量有关。

二、电子云与原子轨道

1.电子云

用小黑点来描述电子在原子核外空间出现的概率密度分布图，被形象地称为电子云。

2.电子云轮廓图

为了表示电子云轮廓的形态，对核外电子的空间状态有一个形象化的简便描述，把电子在原子核外空间出现概率P＝90%的空间圈出来，即为电子云轮廓图。

3.原子轨道

（1）定义：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）形态

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形，能层序数越大，原子轨道的半径越大。

（3）各能级所含有原子轨道数目

能级符号

ns

np

nd

nf

轨道数目

1

3

5

7

4.泡利原理和洪特规则

（1）泡利原理：一个原子轨道最多只能容纳2个电子，且自旋状态相反。电子自旋有顺时针和逆时针两种状态。

（2）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。

【自主思索】

1.结合电子云和原子轨道的学问，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态是否相同？

答案（1）小黑点是电子在原子核外出现的概率密度的形象表述。小黑点密度越大，表明概率密度越大。

（2）离核越近，电子出现的概率越大，电子云越密集。如2s电子云比1s电子云松散。

（3）不同能层的同种能级的原子轨道形态相同，但原子轨道的半径不同，能级序数n越大，电子的能量越大，原子轨道的半径越大。例如1s、2s、3s轨道均为球形，原子轨道半径：r（1s）＜r（2s）＜r（3s）。

2.为什么Fe3＋的稳定性强于Fe2＋？

答案基态Fe原子的价电子排布式为3d64s2，当失去4s轨道上的2个电子时变为Fe2＋，Fe2＋价电子排布式为3d6，而Fe3＋价电子排布式为3d5，Fe3＋的3d轨道为半充溢稳定结构。

3.指出下列核外电子排布图的书写分别违反了什么原则？

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：1s22s22p63s23peq\o\al(2,x)3peq\o\al(1,z)

④4s轨道上有2个电子的原子：

⑤3d轨道上有8个电子的原子：

答案①②③⑤违反了洪特规则，当电子排布在同一能级的不同轨道时，原子中的电子总是优先单独占据一个轨道，且自旋状态相同。④违反了泡利原理，一个原子轨道最多只容纳2个电子，而且这2个电子的自旋状态相反。

4.依据构造原理，29Cu的电子排布式应是1s22s22p63s23p63d94s2，但实际29Cu的电子排布式却是1s22s22p63s23p63d104s1，思索并探讨其缘由。依据此原理写出24Cr的电子排布式。

答案有少数元素的基态原子的电子排布对于构造原理有1个电子的偏差。因为能量相同的原子轨道在全充溢（如p6和d10）、半充溢（如p3和d5）和全空（如p0和d0）状态时，体系的能量较低，原子较稳定，所以Cr的电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s1。

[效果自测]

1.推断正误，正确的打“√”；错误的打“×”。

（1）s能级的能量总是小于p能级的能量（）

（2）2s的电子云比1s的电子云大，说明2s的电子云中的电子比1s的多（）

（3）当电子排布在同