化学人教版选修3学案：1-1-2 电子云和原子轨道 Word版含解析18页

第二课时 电子云和原子轨道
[学习目标] 1.知道电子在原子核外的运动状态。
2．知道核外电子排布应同时遵循泡利原理和洪特规则。
3．通过日常生活现象理解核外电子运动、电子云轮廓图和原子核
外电子运动的状态。
一、电子云
1．概念
一定时间间隔内电子在原子核外出现概率的分布图。
2．电子云轮廓图的制作
3．电子云图中黑点不代表一个电子，每个黑点表示电子出现过一
次。
4．黑点疏密的程度表示了电子在原子核外出现的概率的大小。点
疏的地方表示电子在那里出现的概率小，点密集的地方表示电子在那
里出现的概率大。
5．离核越近，电子云出现的概率越大，电子云越密集。如 2s 电
子云比 1s 电子云更扩散。
6．s 能级的电子云为球形，只有一种空间伸展方向。p 电子云有
三种空间伸展方向。
二、原子轨道
1．定义：原子轨道即电子云的轮廓图。
2．原子轨道的形状
s 能级原子轨道是球形的，p 能级原子轨道是纺锤形的。

3．能层数 n 越大，原子轨道半径越大。
4．不同能层的同种能级的原子轨道形状相似，只是半径不同。
5．ns 能级有 1 个轨道，np 能级有 3 个轨道，nd 能级有 5 个轨道，
nf 能级有 7 个轨道。np 能级中的 3 个原子轨道相互垂直，分别以 px、
py、pz表示，它们具有相同的能量。
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
个轨道最多只能容纳两个电子，而且自旋方向相反。如 2s2的轨道排布
图为 ，不能表示为 。
2．洪特规则
当电子排布在同一能级的不同轨道时(即能量相同的轨道)，总是尽
可能分别占据一个轨道，而且自旋方向相同。如 2p3 的轨道排布图为

，不能表示为 。
知识点一 电子云和原子轨道
一、电子云
1．电子运动的特点
(1)质量非常小(电子质量仅为 9.1×10－31kg)。
(2)运动速度很快(如在 1 000 V 电压下加速的电子的速度可高达
1.9×107 m/s)。
(3)不能同时准确测定它的位置和速度。
2．电子云
(1)定义
电子在原子核外的运动可以用电子在核外空间出现概率的大小来
描述。通常用小黑点的疏密程度来表示电子在原子核外出现概率的大
小。由于核外电子的概率密度分布看起来像一片云雾，因而被形象地
称为电子云。
(2)电子云的意义
①电子云中的小黑点并不代表一个电子而是代表电子在该处出现
过一次。小黑点的疏密程度表示电子在原子核外出现的概率大小。小
黑点稀疏的地方，表示电子在该处出现的概率小；小黑点密集的地方，
表示电子在该处出现的概率大。
②离核越近，电子出现的概率越大，小黑点越密集。如 2s 电子云
比 1s 电子云更扩散。
(3)电子云图和电子云轮廓图

这种形象地描述电子在空间出现的概率大小的图形称为电子云图。
如右图所示是在一定时间间隔内 1s 电子在原子核外出现的概率密度
的形象描述。电子云图很难绘制，使用不便，可用电子云轮廓图来描
绘电子云轮廓的形状，电子云轮廓图的绘制过程如图所示。
(4)电子云的形状
①s 电子的电子云轮廓图为球形，只有一种空间伸展方向。所有原
子的任一能层的 s 电子的电子云轮廓图都是一个球形，只是球的半径
大小不同(如下图所示)。
②p 电子云是哑铃状的，有 x、y、z 三种空间伸展方向，无论 2p、
3p、4p……哪一个 p 能级都有三个相互垂直的电子云，分别为 px、py、
pz，px、py、pz表示的是 p 电子云在坐标里的取向，如下图所示。

二、原子轨道
1．原子轨道的空间伸展方向
s 电子的原子轨道为球形对称，ns 能级只有 1 个轨道，可表示为：
；p 电子的原子轨道是哑铃状的，在空间中有 x、y、z 三个伸展方向，
所 以 np 能 级 有 px 、 py 、 pz 3 个 轨 道 ， 可 表 示 为 ：
； nd 能 级 有 5 个 轨 道 ， 可 表 示 为 ：
；nf 能级有 7 个轨道，可表示为：
。
2．各原子轨道的能量高低
多电子原子中，电子填充原子轨道时，原子轨道能量的高低存在
以下规律：
①相同能层上原子轨道能量的高低顺序为：ns ②形状相同的原子轨道能量的高低顺序为：1s<2s> ③能层和形状相同的原子轨道的能量相同，...