1.1.4 基态原子的核外电子排布原则 课件 -2024-2025学年高二上学期化学人教版（2019）选择性必修2

第一章 原子结构与性质 第一节 原子结构 第4课时 学习 目标 第4课时 能量最低原理、泡利原理和洪特规则 PART 01 PART 02 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。 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。学会书写1~36号元素基态原子核外电子排布的轨道表示式。 能层 K L M N O 能级 1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s 4p 4d 4f 5s 5p ... 最多电子数 2 2 6 2 6 10 2 6 10 14 2 6 原子轨道数 1 1 3 1 3 5 1 3 5 7 1 3 每个原子轨道最多只能容纳 个电子 2 为什么一个轨道允许容纳2个电子呢？ 3 为什么一个原子轨道里能容纳两个电子？ 1925年，乌伦贝克和哥德斯密根据实验事实提出假设：电子除了空间运动状态外，还存在一种运动状态叫自旋。 1.电子自旋 (1)电子自旋的取向： 顺时针和逆时针两种取向（简称自旋相反） (2)符号表示： ↑和↓表示自旋相反的电子 一、基态原子的核外电子排布原则 ②电子能量与能层、能级有关，电子的空间运动状态与原子轨道有关，能层、能级、原子轨道和自旋状态四个方面共同决定电子的运动状态。 ③一个原子中不可能存在运动状态完全相同的2个电子 注： 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。 能级 s p d f 原子轨道数 1 3 5 7 最多容纳电子数 2 6 10 14 这个原理被称为泡利原理（也称泡利不相容原理）。如2s2的电子排布图为 ,不能表示为 。 填多少 2.泡利原理 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。 3.洪特规则 当电子排布在同一能级的不同轨道时，总是优先单独占据一个轨道，而且自旋状态相同。 怎么填 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。 (能量相同的原子轨道) （自旋方向相同） 2p3的电子排布图 √ X X 能量较低 状态稳定 全充满（p6，d10，f14） 全空时（p0，d0，f0 ） 半充满（p3，d5，f7 ） 注：在简并轨道上的电子排布处于全满、半充满、全空状态，具有较低的能量和较大的稳定性。 Cr：1s22s22p63s23p63d44s2 Cu：1s22s22p63s23p63d94s2 Cr：1s22s22p63s23p63d54s1 Cu：1s22s22p63s23p63d104s1 √ √ 总结：洪特规则不仅适用于基态原子，也适用于基态离子。 洪特规则适用于电子填入简并轨道，并不适用于电子填入能量不同的轨道。 H H 1s1 O 1s22s22p4 4.轨道表示式（电子排布图）：是表述电子排布的一种图示。 原子轨道 简并轨道：能量相同的原子轨道 电子对 单电子(未成对电子) 自旋平行 能级符号 1、用□或〇代表一个原子轨道，能量相同的原子轨道（简并轨道）的方框相连。在方框的下方用能级符号表示轨道所属能级。 2、各轨道按照离核由近到远，从左到右依次排列。 4、通常在方框下方或上方标记能级符号。 3、箭头表示一种自旋状态的电子，一个箭头表示一个电子，↓↑”称电子 对 ，“↑”或“↓”表示单电子（或称未成对电子），箭头同向的单电子称自旋平行。 H H 1s1 O 1s22s22p4 5、有时画出的能级上下错落，以表达能量高低不同。 ↑↓ Li Be B C ↑↓ 1s 2s ↑↓ ↑ ↑↓ ↑↓ 1s 2s ↑ 2p ↑↓ ↑↓ 1s 2s ↑ ↑ 2p 1s 2s N O ↑↓ ↑↓ 1s 2s ↑ ↑ ↑ 2p ↑↓ ↑↓ 1s 2s ↑ ↑ ↑ ↓ 2p F Ne ↑ ↑ ↑ ↓ ↓ ↑↓ 1s 2s 2p ↑↓ ↑↓ 1s 2s 2p ↑ ↑ ↑ ↓ ↓ ↓ ↑↓ 第二周期元素原子的电子排布图（即轨道表示式） 练习1、请写出Li、Be、B的轨道表示式。 ↑↓ Li Be B ↑↓ 1s 2s ↑↓ ↑ ↑↓ ↑↓ 1s 2s ↑ 2p 1s 2s 2.下列轨道表示式中，哪个是硼的基态原子 ？为什么？ 3.下列轨道表示式中，哪个是氧的基态原子 ？为什么？ 答案：A。在一个原子轨道里，最多只能容纳两个电子，它们自旋相反。 答案：A。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。 练一练：4.请画出铝原子的轨道表示式 铝原子外层有 个电子对， 有 个单电子。 电子有 种空间运动状态， 有 种运动状态不同的电子。 13 1 7 6 5.下列基态碳原子的轨道表示式哪个是正确的？ ① C 1s ↑↓ ↑↓ ↑↓ 2s 2p ② C 1s ↑↑ ↑↓ ↑↓ 2s 2p 2p ③ C ↑ 1s ↑ ↑↓ ↑↓ 2s 2p ④ C ↓ 1s ↑ ↑↓ ↑↓ 2s √ 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。 14 在构建基态原子时，电子将尽可能地先占据能量低的原子轨道，使整个原子的能量最低。 因素： 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。 5. 能量最低原理 －－自然界的普适规律 铁原子的电子排布图 ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑ ↑ ↑ ↑ 洪特规则 泡利原理 能量最低原理 1s 2s 2p 3p 3d 3s 4s 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级 1.为什么基态氦原子的电子排布是1s2而不是1s12s1？ 2.为什么基态氮原子的电子轨道表示式是 ，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 ？ 泡利原理 洪特规则 能量最低原理 泡利原理 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级 注意： 书写轨道表示式时，常出现的错误及正确书写 1s ↑ ↑↓ 2s 2p A 1s ↑ ↑↓ 2s 2p B 1s ↑↓ ↑ 2s 2p C 1s ↑↓ ↑ 2s 2p D 基态原子 1个电子1s→2s 还有1个电子1s→2p 1个电子1s→2s 2个电子1s→2p 4、以下锂原子的轨道表示式表示的状态中，能量最高的是（ ），能量最低的是（ ） C D 例1. 写出5、6、7、8、9号元素的核外电子排布式。并记住各主族元素最外层电子排布式的特点(成对电子对的数目、未成对电子数和它占据的轨道)。 [答案] B:1s22s22p1　成对电子对的数目:2　未成对电子数:1　未成对电子占据的轨道:2p C:1s22s22p2　成对电子对的数目:2　未成对电子数:2　未成对电子占据的轨道:2p N:1s22s22p3　成对电子对的数目:2　未成对电子数:3　未成对电子占据的轨道:2p O:1s22s22p4　成对电子对的数目:3　未成对电子数:2　未成对电子占据的轨道:2p F:1s22s22p5　成对电子对的数目:4　未成对电子数:1　未成对电子占据的轨道:2p 例2. 下列叙述正确的是(　　) A.[Ar]3d64s2是基态铁原子的电子排布 B.铬原子的电子排布式:1s22s22p63s23p64s13d5 C.铜原子的外围电子排布式是3d94s2 D.氮原子的电子排布图是 A　　　 [解析] B项,书写电子排布式,不能按填充顺序书写,而应按照能层从左到右书写; C项,d轨道应是全充满时稳定; D项违反了洪特规则。 例3.下列关于硅原子的核外电子排布表示方法中,错误的是(　　) A.1s22s22p63s23p2 B.[Ne]3s23p2 C. D. [解析] A、B两项是电子排布式,C、D两项是电子排布图, 其中C项违背了洪特规则,故错误。 C (1)核外电子排布所遵循的规律 ①能量最低原理:电子将尽可能地占据能量最低的原子轨道,使整个原子的能量最低。 ②泡利原理:在一个原子轨道里,最多只能容纳2个电子且自旋相反。 ③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。 基态原子核外电子排布的规则 (2)构造原理中的“能级交错”现象。 从构造原理示意图可以看出,从第三能层就会出现能级交错现象,这是因为3d能级的能量高于4s能级。按能量最低原理,电子在进入核外电子层时,不是排完3p就排3d,而是先排4s,排完4s才排3d。由于能级交错,在次外层未达最大容量之前,已出现了最外层,而且最外层未达最大容量时,又进行次外层电子的填充,所以原子最外层和次外层电子数常常达不到最大容量。 (3)洪特规则特例。 有少数元素基态原子的电子排布对于排布原则有1个电子的偏差。因为能量相同的原子轨道在全充满(如p6和d10)、半充满(p3和d5)和全空(p0和d0)状态时,体系能量较低,原子较稳定。 如:Cr1s22s22p63s23p63d44s2(错误);实际为1s22s22p63s23p63d54s1 Cu1s22s22p63s23p63d94s2(错误);实际为1s22s22p63s23p63d104s1 表示方法 原子结构示意图 电子式 电子排布式 简化电子排布式 价电子排布式 电子排布图 价电子排布图 以硫(S)为举例 S：1s22s22p63s23p4 [Ne]3s23p4 S：3s23p4 基态原子核外电子排布的表示方法 S： ——七图式 25 原子核外电子排布遵循的原理和规则 原子核外电子排布的表示式 能量最低原则 泡利不相容原理 洪特规则 电子排布式、价电子排布式 电子排布图 原子结构示意图 全满、半满、全空相对稳定 课堂小结 $$