1.1.3泡利原理、洪特规则、能量最低原理-2024-2025学年高二化学同步教学课件（人教版2019选择性必修2）

第一章 原子结构与性质 第一讲 原子结构 第三课时 1 目录 CONTENTS 前言 01 泡利原理、洪特规则、能量最低原理 02 2 前言 01 3 一、前言 原子核 一 二 三 四 电子层 电子层模型示意图 原子核外电子的运动状态是怎样的呢？ 4 泡利原理、洪特规则、能量最低原理 02 5 二、泡利原理、洪特规则、能量最低原理 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？ 6 二、泡利原理、洪特规则、能量最低原理 1.电子自旋与泡利原理 填多少 电子除空间运动状态外，还有一种状态叫做自旋 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。 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（也称泡利不相容原理）。 7 二、泡利原理、洪特规则、能量最低原理 2.电子排布的轨道表示式 轨道表示式（又称电子排布图）是表述电子排布的一种图式 表示方法：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（↑↓）表示一种自旋状态电子。 如氢和氧的基态原子的轨道表示式为 1s 2s 2p H ↑↓ ↑ O 1s ↑↓ ↑↓ ↑ ↑ 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 ？ 8 二、泡利原理、洪特规则、能量最低原理 3.洪特规则 填多少 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，称为洪特规则 如：2p3的电子排布为 ， 不能为 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 9 1．(2022下·高二单元测试)如图甲是氢原子的1s电子云图(即概率密度分布图)，图乙、丙分别表示s、p能级的电子云轮廓图。下列有关说法正确的是 A．电子云图(即概率密度分布图)就是原子轨道图 B．3p2表示3p能级中有两个原子轨道 C．由图乙可知，s能级的电子云轮廓图呈圆形，有无数条对称轴 D．由图丙可知，p能级的原子轨 道图呈哑铃形，且有3个伸展方向 10 【答案】D 【解析】电子云轮廓图与电子云图不是同一个概念，而是我们常说的原子轨道图，A项错误；3p2表示3p能级中容纳了两个电子，B项错误；s能级的电子云轮廓图呈球形而不是圆形，C项错误；p能级的原子轨道图呈哑铃形，有px、py、pz三个伸展方向，并且互相垂直，D项正确。 11 二、泡利原理、洪特规则、能量最低原理 3.洪特规则 特例 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满、半充满、 全空状态时，体系的能量较低，原子较稳定。 相对稳定的状态 全充满：p6、d10、f14 半充满:p3、d5、f7 全空:p0、d0、f0 12 二、泡利原理、洪特规则、能量最低原理 4.能量最低原理 在构建基态原子时，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，这就是能量最低原理。 整个原子的能量有 、 和 三个因素共同决定 核电荷数 电子数 电子状态 13 (1)为什么基态氦原子的电子排布是1s2，而不是1s12s1？ (2)为什么基态氦原子的轨道表示式是 ，而不是 ？ (3)为什么基态K和Ca的价电子是4s1和4s2，而不是3d1和3d2？ 2p 1s 2s 1s 2s 2p 14 原子结构示意图 意义 将每个能层上的电子总数表示在原子核外的式子 实例  电子 排布式 意义 用数字在能级符号右上角标明该能级上排布的电子数，这就是电子排布式 实例 K　1s22s22p63s23p64s1 原子结构的表示方法 原子结构示意图 意义 将每个能层上的电子总数表示在原子核外的式子 实例  电子 排布式 意义 用数字在能级符号右上角标明该能级上排布的电子数，这就是电子排布式 实例 K　1s22s22p63s23p64s1 原子结构的表示方法 15 简化电子排布式 意义 为了避免电子排布式书写过于繁琐，把内层电子达到稀有气体结构的部分以相应稀有气体的元素符号外加方括号表示 实例 K：[Ar]4s1 价电子排布式 意义 主族元素的价层电子指最外层电子，价层电子排布式即外围电子排布式 实例 Al：3s23p1 电子 排布图 意义 每个方框代表一个原子轨道，每个箭头代表一个电子 实例 对电子运动状态描述最详尽 16 1．(2023·全国·高三专题练习)玻尔理论、量子力学理论都是对核外电子运动的描述方法，根据对它们的理解，下列叙述中正确的是 A．因为s轨道的形状是球形的，所以s电子做的是圆周运动 B．3px、3py、3pz的轨道相互垂直，能量不同 C．各原子能级之间的能量差不一致，这是量子力学中原子光谱分析的理论基础 D．同一能层的p轨道电子能量不一定高于s轨道电子能量 17 【答案】B 【详解】A．球形表示电子在核外运动概率轮廓图，而非电子运动轨迹，故A错误； B． p能级在空间有三种取向相互垂直且能量相同，如3px、3py、3pz相互垂直能量相同，故B正确； C．各原子的能级由于电子填充情况不同，能量有所差异。不同元素的原子发生跃迁时吸收或释放不同的光，从而利用其原子光谱进行元素分析，故C错误； D．同一能层np能量大于ns，故D错误； 18 2.(1)Co基态原子核外电子排布式为 _______________________________； (2)Zn2＋基态核外电子排布式为__________________________________； (3)Cr3＋基态核外电子排布式为__________________________________； (4)N的基态原子核外电子排布式为 ______________________________； Cu的基态原子最外层有_____个电子。 (5)Si元素基态原子的电子排布式是_______________________________。 [Ar]3d74s2或1s22s22p63s23p63d74s2 1s22s22p63s23p63d10或[Ar]3d10 1s22s22p63s23p63d3或[Ar]3d3 1s22s22p3 1 1s22s22p63s23p2或[Ne]3s23p2 19 【解析】 (1) Co是27号元素，Co位于周期表中第四周期第ⅤⅢ族，核外电子排布是1s22s22p63s23p63d74s2或写为[Ar]3d74s2；(2) Zn是30号元素，Zn原子核外有30个电子，失去最外层2个电子变为Zn2+，根据构造原理，则Zn2＋基态核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d10或[Ar]3d10；(3)Cr是24号元素，失去最外层2个电子后，再失去次外层的3d的1个电子变为Cr3+，则Cr3＋基态核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d3或[Ar]3d3；(4)N是7号元素，原子核外电子数为7，核外电子排布式为1s22s22p3；Cu是29号元素，根据构造原理可得Cu核外电子排布式是1s22s22p63s23p63d104s1，则在基态Cu原子核外最外层有1个电子；(5)Si是14号元素，核外电子排布式是1s22s22p63s23p2，也可以写为[Ne]3s23p2。 20 $$