电子云与原子轨道、泡利原理、洪特原理、能量最低原理(教案)——高

第一章 原子结构与性质

第一节 原子结构

第2课时 教学设计

【教学目标】

1.知道原子核外电子的能级高低顺序，了解原子核外电子排布的构造原理。

2.认识基态原子中核外电子的排布遵循能量最低原理、泡利原理和洪特规则等。

3.知道1~36号元素基态原子核外电子的排布。

4.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。

【学科素养】

1.通过认识原子结构及核外电子排布，辨识微观粒子的运动状态不同于宏观物体的运动状态。

（宏观辨识与微观探析）

2.结合原子核外电子排布规律及核外电子排布的原则建立观点、结论和证据之间的逻辑关系。

（证据推理与模型认知）

【教学重难点】

掌握泡利原理、洪特规则和能量最低原理；

掌握1~36号元素的原子核外电子排布图。

【教学过程】

1.新课导入

[创设情境]电子在核外空间运动，能否用宏观的牛顿运动定律来描述呢？

[引导]宏观物体与微观物体的运动

宏观物体的运动特征：可以准确地测定某一时刻所处的位置及运动速度。

微观物体的运动特征：核外电子质量小，运动空间小（相对于宏观物体而言），运动速率大

（近光速）；无确定的轨道，无法描述其运动轨迹；无法计算电子在某一刻所在的位置，只

能指出其在核外空间某处出现的机会的多少（概率）。

2.新课讲授

[讲解]用P表示电子在某处出现的概率，V表示该处的体积，用ρ表示概率密度，则有：



=

P

V

[展示]氢原子的1s电子在原子核外出现的概率密度分布图。

[设疑]观察氢原子的1s电子在原子核外出现的概率密度分布图，那么氢原子只有一个电子，

为什么会有许多小点，小点是什么呢？

[讲解]概率分布图看起来像一片云雾，因而被形象地称作电子云。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。小点代表的是概率密度，也就

是单位体积内出现的概率；小点越密，表示概率密度越大。需要注意的一点，小点不是电子。

[展示]展示同一原子的s电子的电子云轮廓图和px、py、pz上的电子云轮廓图。

[指出]s电子云呈球形，p电子云呈哑铃形。

[强调]1.电子云图表示电子在核外空间某处出现的概率不代表电子的运动轨迹。

2.甩电子云图中的小黑点是电子在原子核外出现的概率密度的形象描述，小黑点越密，表明

电子在核外出现的枧率密度越大。

3.电子云图很难绘制，使用不方便。

[过渡]电子云图很难绘制，使用不便，我们常使用电子云轮廓图。绘制电子云轮廓图的目的

是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。例如，绘

制电子云轮廓图时，常把电子出现的概率约为90%的空间圈出来，即精简版电子云，人们

把这种电子云轮廓图成为原子轨道。

[讲解]量子力学把电子在原子核外的一个空间运动状态称为一个原子轨道。s电子的原子轨

道都是球形的（原子核位于球心），能层序数越大，原子轨道的半径越大。这是由于1s，

2s，3s…….电子的能量依次増高，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。这是不难理解的，打个比喻，宇宙飞船必须依靠推动（提供能量）才

能克服地球引力上天，2s电子比ls电子能量高，克服原子核的吸引在离核更远的空间出现

的概率就比1s大，因而2s电子云必然比1s电子云更扩散。

[展示]展示不同能层的能级、原子轨道。

[引导]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原子轨道数与能层序数(n)的关系是原子轨道为n个。

2

[过渡]量子力学告诉我们：ns能级各有一个轨道，p能级各有3个轨道，nd能级各有5个轨

道nf能级各有7个轨道。每个能级最多可容纳的电子数：ns、np、nd、ntf.…分别最多可容

纳的电子数2、6、10、14……，由此可知，每个轨道里最多能容纳2个电子，这2个电子

容纳在同一原子轨道，也就意味着它们的空间运动状态相同。为什么一个轨道允许容纳两个

电子？

[情境引入]1925年，两个荷兰年轻人提出：电子除空间运动状态外，还有一种状态叫做自旋。

电子自旋可以比喻成地球的自转。后来，人们认识到，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。1925年，泡利正式提出，在一个原子轨道里，

最多只能容纳2个电子，它们的自旋相反，这个原理被称为泡利原理（也称为泡利不相容原

理）。

[设疑]如何表示轨道内的电子排布呢？

[讲解]以铝原子为例，我们先尝试写出电子排布式，根据电子排布式，跟老师一起画铝原子

轨道表达式。

[学生活动]尝试写出第二周期原子轨道表达式。

[订正]碳原子轨道表达式应该怎么写呢？这就需要我们掌握下一个规则——洪特规则：当电

子排布在同一能级(能量相同)的不同轨道时，总是优先单独占据一个轨道，而且自旋方向相

同。

[强调]特例：当同一能级上的电子排布为全充满（p

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、d、f）、半充满（p、d、f）和全

空状态（p、d、f）时，具有较低的能量和较大的稳定性。

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3.课堂小结

[师]本节课需要大家初步掌握1~36号元素的原子核外电子排布图并完成作业。

4.板书

1.1.2

原子结构

一、电子云

二、原子轨道

三、泡利原理

一个原子轨道里，最多只能容纳个电子，自旋状态相反

2

四、洪特规则

在同一能级能量相同的不同轨道时，总是优先单独占据一个轨道，而且自旋方向相同。

()

特例：当同一能级上的电子排布为全充满（p、d、f）、半充满（p、d、f）和全空状

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态（p、d、f）时，具有较低的能量和较大的稳定性。

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