文档内容
《原子结构》第二课时 教学设计
课题 《原子结构》 单元 1 学科 化学 年级 高二
本节教学内容是人教版高中化学选择性必修第二册第一章《原子结构与性质》第一
节《原子结构》第二课时。这一课时的教学内容主要是电子云与原子轨道、泡利原理、
洪特规则与能量最低原理。前一课时已经学习了 “能层、能级、构造原理”的概念和内
容，了解了原子基态、激发态、原子光谱等基础知识，理解构造原理并会根据构造原理
进行原子核外电子排布。在此基础上本节内容介绍原子核外电子的运动状态，本节重点
掌握原子核外电子运动特点，基态原子中核外电子的排布遵循泡利原理、洪特规则、能
教材 量最低原理。
分析 本节安排了“电子云与原子轨道、泡利原理、洪特规则与能量最低原理”这部分内
容。学生通过学习这部分知识，了解有关核外电子运动模型的发展历史，认识核外电子
的运动特点。知道电子的运动状态（空间分布及能量）。可通过原子轨道和电子云模型
来描述。
认识基态原子中核外电子的排布遵循泡利原理、洪特规则、能量最低原理。
证据推理与模型认知：通过认识核外电子的运动特点初步建立通过原子轨道和电子
教学目 云模型来描述运动状态的思维模型。理解原子核外电子排布遵循泡利原理、洪特规则、
能量最低原理。
标与核
心素养 科学精神与社会责任：通过了原子核外电子运动模型等的发展史，认识到科学是在
不断发展的，培养求真务实、不断进步的科学精神与社会责任感。
重点 电子云与原子轨道、泡利原理、洪特规则与能量最低原理。
难点
教学过程
教学环节 教师活动 学生活动 设计意图
导入新课 提问：原子核外的电子运动状态是怎么样呢？ 了解科学 通过了原
【科学史】 史 子核外电
1911年，英国物理学家卢瑟福根据 1910年进行的α粒 子运动模
子散射实验，提出了原子结构的行星模型。在这个模型里， 型等的发
电子像太阳系的行星围绕太阳转一样围绕着原子核旋转。 展史，认
1913年，丹麦科学家玻尔在卢瑟福模型的基础上，他提 识到科学
出了氢原子模型，电子在线性轨道上运行，解决了原子结构 是在不断
的稳定性问题，描绘出了完整而令人信服的原子结构学说。 发展的，
氢原子结构理论成功的阐述了原子的稳定性，氢原子光谱的 培养求真
产生和不连续性。 务实、不
1926年，量子力学推翻了玻尔的氢原子模型，指出一定 断进步的
空间运动状态的电子并不在玻尔假定的线性轨道上运行，而 科学精神
在核外空间各处都可能出现，但出现的概率不同，可以算出 与社会责
它们的概率密度分布。 任感。
概率密度：
P表示电子在某处出现的概率；V表示该处的体积；
讲授新课 第一节 原子结构
第二课时 电子云与原子轨道、泡利原理、洪特规则、
能力最低原理
一、电子云
【问题】图1-7 中的小点是什么呢？是电子吗？ 认识核外
小点是 1s 电子在原子核外出现的概率密度的形象描 电子的运
述。小点越密，表明概率密度越大。由于核外电子的概率密 思考 动特点。
度分布看起来像一片云雾，因而被形象的称作“电子云”。 知道电子
1.电子云概念 的运动状
态（空间
电子云是处于一定空间运动状态的电子在原子核外空间
分布及能
的概率密度分布的形象化描述。
量）。
电子在原子核外一定空间范围内出现的概率统计起来，
好似在原子核外笼罩着一团带负电的云雾，形象称为“电子
云”。
2.电子云轮廓图
电子云图很难绘制，使用不便，我们常使用电子云轮廓
图。
为了表示电子云轮廓的形状，对核外电子的空间运动状
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，即电子云轮廓图。
【过渡】所有原子的任意能层的s电子的电子云轮廓图
都是一个球形，只是球的半径不同。同一原子的能层越高，
s电子云半径越大，是由于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。
类比 形象化的
就像宇宙飞船必须提供能量推动才能克服地球引力上
理解同一
天，2s电子比1s电子能量高，克服原子核的吸引在离核更
原子的能
远的空间出现的概率就比1s大，因而2s电子云必然比1s电
层越高，s
子云更弥散。
电子云半
二、原子轨道
径越大，
1.定义：电子在原子核外的一个空间运动状态称为一个
是由于电
原子轨道。
子的能量
2.形状：
依 次 增
（1）s电子的原子轨道呈球形，能层序数越大，原子轨道
高。
的半径越大。思考交流
（2）除s电子云外，其他电子云都不是球形的。 例如 p
电子的原子轨道呈哑铃状。
思考交流
归纳总结 通过观察
表格数据
特点，归
p能级有三个原子轨道，它们互相垂直，分别以p、p、p
x y z
纳总结能
表示，同一能层中p、p p 的能量相同。
x y、 z
层与能级
下表为不同能层的能级、原子轨道及电子云轮廓图。
数、轨道
【思考】n能层的能级数、轨道数、电子数。
数、电子
n能层
数之间的
能级数：n
数 量 关
轨道数：n2
系。
电子数：2n2
思考交流
通过提
问，引发
学生思
考，并描
述泡利原
三、泡利原理
理。 通过
【回顾】回顾每个能级最多容纳的电子数。
认识核外
电子的运
动特点初
步建立通
过原子轨
道和电子
云模型来
描述运动【思考】为什么一个轨道允许容纳2个电子呢？ 状态的思
【过渡】1925年，两个荷兰年轻人提出：电子除了空间 维模型。
运动状态外，还有一种状态叫做自旋。
1.电子自旋与泡利原理
（1）自旋：是微观粒子普遍存在的一种如同电荷、质量
一样的内在属性。电子自旋在空间有顺时针和逆时针两种取
向，简称自旋相反，常用上下箭头（⬆和⬇）表示自旋相反的
电子。
（2）泡利原理：1925年，泡利正式提出，在一个原子轨
道里，最多只能容纳两个电子，它们自旋相反，这个原理被
称为泡利原理，也称为泡利不相容原理。
2.电子排布的轨道表示式
（1）轨道表示式（又称电子排布图）：表示电子排布的
一种图式，如氢和氧的基态原子的轨道表示式如下：
注意：在轨道表示式中，用方框（也可用圆圈）表示原子轨
道，能量相同的原子轨道（简并轨道）的方框相连，箭头表
示一种自旋状态的电子，“ ”称为电子对，“ ”或“
”称为单电子（或称未成对电子）。箭头同向的单电子称
自旋平行，如基态氧原子有2个自旋平行的2p电子。通常
应在方框下方或上方标记能级符号。有时画出的能级上下错
落，以表达能量高低不同。
2.电子排布的轨道表示式——例 铝原子核外电子排布式
思考问题
四、洪特规则
1.洪特规则
1925年，洪特在诠释复杂原子光谱时，得出了判断基态
原子光谱项三条经验规则，后人归并简化为一条：基态原子
通过画出
中，填入简并轨道的电子总是先单独分占，且自旋平行，称
原子最外
为“洪特规则”。
层轨道表
【问题1】例1：画出氧的基态原子最外层轨道表示
达式，理
式。如果不考虑洪特规则，又认定3个2p轨道有区别，可 归纳总结 解洪特规画出怎样的轨道表示式？ 则。
若遵循洪特规则，且不区分 3个2p轨道，只需画出轨
道表示式：
注意：
①洪特规则不仅适用于基态原子，也适用于基态离子。
②洪特规则是针对电子填入简并轨道而言的，并不适用
于电子填入能量不同的轨道。
思考与讨
【问题2】例2：请写出24、29号元素原子的电子排布
论
式。
Cr 1s22s22p63s23p63d54s1
24
Cu 1s22s22p63s23p63d104s1
29
【归纳】在简并轨道（同一能级）上的电子排布处于全
充满、半充满和全空状态时，具有较低的能量和较大的稳定
性。
【思考与讨论】
1.下列轨道表示式中，哪个是硼的基态原子 ？为什么？
应用所学
知识判断
基态原子
答案：A。基态原子核外电子排布要遵循泡利不相容原理，
的轨道表
即在一个原子轨道里，最多只能容纳两个电子，它们自旋相
达式的正
反。
确与否。
2.下列轨道表示式中，哪个是氧的基态原子 ？为什么？
答案：A。基态原子核外电子排布要遵循洪特规则，即基态
原子中，填入简并轨道的电子总是先单独分占，且自旋平
行。
【过渡】基态是能量最低的状态，所以，基态原子的电
子排布是能量最低的原子轨道组合。
五、能量最低原理
1.内容
在构建基态原子时，电子将尽可能的占据能量最低的原子轨道，使整个的原子的能量最低。
注意：整个原子的能量由核电荷数、电子数和电子状态
三个因素共同决定，相邻能级能量相差很大时，电子填入能 通过练
量低的能级即可使整个原子能量最低；而当相邻能级能量相 习，再次
差不太大时，有1-2个电子占据能量稍高的能级反而降低了 深入
电子排斥能而使整个原子能量最低（如所有副族元素的基态 理解原子
原子）。 核外电子
【思考与讨论】 排布遵循
1.为什么基态氦原子的电子排布是1s2而不是1s12s1？ 泡 利 原
理、洪特
2.为什么基态氮原子的电子轨道表示式是
规则、能
量最低原
理。
而不是 ？
3.为什么基态钾原子和钙原子的价电子排布是4s1和
4s2，而不是3d1和3d2 ？
答：泡利原理、洪特规则、能量最低原理。
【课堂练习】
1.判断正误。
（1）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。
（2）当电子排布在同一能级的不同轨道时，电子总是
先占满1个轨道，然后再占据其它原子轨道。
（3）氢原子电子云的一个小黑点表示一个电子。
（4）C的电子排布式1s22s22p2违反了洪特规则。
6 x
答案： × × × √
2.在d轨道中电子排布成 ，而
不排布成 ，遵循的是
（ ）
A.能量最低原理 B.泡利原理
C.原子轨道构造原理 D.洪特规则
答案：D
3.下列电子排布的轨道表示式所表示的元素原子中，能
量处于最低状态的是（ ）答案：C
4.在1s、2p、2p、2p 轨道中，具有对称性的是 （
x y z
）
答案：A
5.(1)金属铝质轻且有良好的防腐蚀性，在国防工业中有
非常重要的作用。铝原子核外电子云有__________种不同的
伸展方向，有__________种不同运动状态的电子。
(2)基态铁原子有__________个未成对电子，三价铁离子
的电子排布式为__________。
(3) Cu+的价电子排布式为__________。
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课堂小结 原子结构
一、电子云
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。
二、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.形状：
（1）s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。
（2）除s电子云外，其他电子云都不是球形的。 例如 p
电子的原子轨道呈哑铃状。
三、泡利原理
1.电子自旋与泡利原理
（1）自旋：是微观粒子普遍存在的一种如同电荷、质量一样的内在属性。
（2）泡利原理：在一个原子轨道里，最多只能容纳两个
电子，它们自旋相反。
2.电子排布的轨道表示式
四、洪特规则
基态原子中，填入简并轨道的电子总是先单独分占，且
自旋平行。
五、能量最低原理
在构建基态原子时，电子将尽可能的占据能量最低的原
子轨道，使整个的原子的能量最低。
板书 原子结构
一、电子云
二、原子轨道
1.定义：
2.形状：
s电子的原子轨道呈球形。
p电子的原子轨道呈哑铃状。
三、泡利原理
1.电子自旋与泡利原理
（1）自旋：是微观粒子普遍存在的一种如同电荷、质量
一样的内在属性。
（2）泡利原理：在一个原子轨道里，最多只能容纳两个
电子，它们自旋相反。
2.电子排布的轨道表示式
四、洪特规则
五、能量最低原理
