1.1.3 泡利原理 洪特规则 能量最低原理 课件 2024-2025学年高二下学期化学人教版（2019）选择性必修2

第3课时 泡利原理、洪特规则、能量最低原理 第一章 原子结构与性质 第一节 原子结构 选择性必修二 1. 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。 2. 理解能量最低原理、泡利原理和洪特规则，能书写1-36号元素的基态原子的轨道表示式，初步学会运用模型解决实际问题。 3. 能解释一些元素的基态原子的核外电子排布不遵循构造原理的原因。 学习目标 教学引入 ------艺术盛宴《原子轨道》 能级 s p d f 最多可容纳电子数 2 6 10 14 原子轨道数 1 3 5 7 单轨道容纳电子数 2 2 2 2 思考： 每个能级的原子轨道数和最多可容纳的电子数，不难发现每个原子轨道中最多可容纳两个电子。那么，这两个电子的运动状态有什么差异呢？ 在斯特恩-盖拉赫实验中，发现银原子束(最外层只有一个电子)经过不均匀磁场时会产生偏转，并最终在屏幕的垂直方向上形成了两个上下对称的非连续分布。至此，所有的粒子从理论上就都有了——自旋。 （1）电子自旋：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(“↑”“↓”)表示自旋相反的电子。 1.自旋：电子除空间运动状态外，还有一种状态叫做自旋，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。 一、核外电子的排布规则 电子的运动状态：由能层、能级、原子轨道和自旋状态四个方面共同决定； 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，且自旋相反，这个原理被称为泡利原理。 (泡利不相容原理) 沃尔夫冈·泡利 2.泡利原理： 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 同一个原子中不能有两个或两个以上的电子处于完全相同的运动状态。 填多少 泡利原理：在一个原子轨道里,最多只能容纳2个电子,且它们的自旋相反。 ↑↓ ↑↓ 1s 2s ↑↓ ↑↓ ↑↓ 2p ↑↓ ↑ 3s 3p 铝原子核外电子的轨道表示式 空轨道 单电子（未成对电子） 成对电子 一个原子轨道中有2个自旋状态相反的电子 一个原子轨道中只有1个电子 轨道表示式：用方框(或圆圈)表示原子轨道，在方框的下方用能级符号表示轨道所属能级，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，“↑↓”称电子对，“↑”或“↓”称单电子(或称未成对电子)。 2.电子排布的轨道表示式 ↑ 1s H ↓ 1s H 或 ↑↓ 1s He ↑↓ 1s 2s 2p 3s ↑↓ 1s22s22p63s1 Na ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑ 1s 2s 2p 3s 原子轨道 “↑↓”代表自旋相反的电子对 简并轨道： 能量相同的原子轨道 能级符号 单电子 （未成对电子） ，即1种空间运动状态。 Si原子中，有 对电子对，有 个单电子，有 种空间运动状态，有 种运动状态不同的电子（与电子数相同）。 6 2 8 14 轨道表示式的含义 电子排布式给出了基态原子核外电子在能层和能级中的排布 练习：书写基态Li、Be、B 原子的轨道表示式和电子排布式 Li 1s22s1 Be 1s22s2 B 1s22s22p1 轨道表示式还给出了电子在原子轨道中的自旋状态。 核外电子在原子轨道中的排布规律Ⅱ——泡利原理 小结 轨道表示式书写 用□或○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； 不同能级中的□或○要相互分开，同一能级中的□或○要相互连接； 通常在方框下方或者上方标记能级符号； 整个电子排布图中各能级的排列顺序要与相应的电子排布式一致； 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，箭头同向，自旋平行，箭头相反，自旋相反。 电子排布式给出了基态原子核外电子在能层和能级中的排布，而轨道表示式(也称电子排布图)还给出了电子在原子轨道中的自旋状态。 更多模版：亮亮图文旗舰店https://liangliangtuwen.tmall.com 12 3.洪特规则：基态原子(基态离子)中，填入简并轨道的电子总是先单独分占，且自旋平行。 弗里德里希·洪特 练习.请写出以下元素基态原子的轨道表示式。 N 1s ↑ ↑↓ ↑↓ ↑ ↑ 2s 2p O 1s ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑ ↑ 2s 2p F 1s ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑ 2s 2p 能量相同的原子轨道相连 2p3的电子排布图 X √ X 怎么填 3.洪特规则特例：（光谱实验发现） 当能量相同的原子轨道在全满(p6、d10、f14)、半满(p3、d5、f7)和全空(p0、d0、f0)状态时，体系具有较低的能量和较强的稳定性。 例如24Cr的电子排布式1s22s22p63s23p63d54s1或[Ar]3d54s1为半满状态， 29Cu的电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s1或[Ar]3d104s1。 相对稳定 的状态 全充满：p6、d10、f14 半充满:p3、d5、f7 全空:p0、d0、f0 半充满的有： N（ 2s22p3 ） P（ 3s23p3 ） Cr（ 3d54s1 ） Mn（ 3d54s2 ） As（4s24p3） 全充满的有：Ne（ 2s22p6 ） Ar（ 3s23p6 ） Cu（ 3d104s1 ） Zn（ 3d104s2 ） Kr（4s24p6） 只有一组全满的 简并轨道 有两组半满的 简并轨道 体系能量较低 原子较稳定 体系能量高 原子不稳定 3d 4s ↑↓ Cr ↑ ↑ ↑ ↑ 3d 4s ↑ Cr ↑ ↑ ↑ ↑ ↑ 4.能量最低原理： 内容：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。 下列电子轨道排分别违背了哪些原则 总之，基态原子核外电子排布遵循的原理有泡利原理、洪特规则和能量最低原理，若是违背其中一条规则，则原子能量便不会处于最低状态，即原子不稳定。 1.写出锰（25号）原子的电子排布式： 1s22s22p63s23p63d54s2 2.锰原子核外填有电子的能层有 个；能级 个；轨道 个； 有 种不同能量的电子， 个不同运动状态的电子；有 个未成对电子，有 个电子对；最外层电子有 个。电子的空间运动状态有 个 。电子占据的最高能层符号 。 4 7 15 7 25 5 10 2 15 N 电子能量种类数=能级数 电子空间运动状态数=原子轨道数 电子运动状态数=电子数 练习书写基态21-30号原子核外电子在原子轨道中的排布的轨道表示式。 Ca K Sc Ti V Cr 1s 2s 2p 3s 3p 4s 1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 练习书写基态21-30号原子核外电子在原子轨道中的排布的轨道表示式。 Mn Fe Co Ni Cu Zn 1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 电子云 能量最低原理 原子轨道 泡利原理 洪特规则 各能级包含的原子轨道数： 各能级最多容纳电子数： （1）ns能级各有 个原子轨道； 2 （2）np能级各有 个原子轨道； （3）nd能级各有 个原子轨道； （4）nf能级各有 个原子轨道； 1 3 5 7 6 10 14 电子云 能量最低原理 原子轨道 泡利原理 洪特规则 能级 原子 轨道数 原子轨道表示方法 s ……1 p ……3 d ……5 f ……7 电子云 能量最低原理 原子轨道 泡利原理 洪特规则 泡利原理：在一个原子轨道里,最多只能容纳___个电子，它们的自旋方向_______，用“_______”表示。 2 相反 ↓↑ √ 注：一个原子中不可能存在运动状态完全相同的2个电子 顺时针、逆时针 电子云 能量最低原理 原子轨道 泡利原理 洪特规则 电子排布图（轨道表示式）的表示方式： 电子云 能量最低原理 原子轨道 泡利原理 洪特规则 洪特规则：基态原子中，填入简并轨道的电子总是先__________，且自旋____。 单独分占 平行 √ 能量相同的原子轨道(简并轨道)相连。 小结 电子云、泡利原理、洪特规则、能量最低原理 更多模版：亮亮图文旗舰店https://liangliangtuwen.tmall.com 25 核外电子排布表示方法 能量最低原理 泡利原理 洪特规则 核外电子排布三原则 使整个原子能量最低 最多容纳2e-，且自旋相反 先单独分占，且自旋平行 原子结构示意图 电子排布式 简化电子排布式 价电子排布式 轨道表示式 直观反映出核内质子数、核外电子层数及各电子层上的电子数 直观反映能层，能级，能级上的电子数 能直观反映出电子的排布情况和自旋状态 总结提升 填多少 怎么填 概念辨析 基态原子核外电子排布的表示方法——七图式 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 1s22s22p63s23p4 [Ne]3s23p4 3s23p4 拓展延伸 基态原子中未成对电子（单电子）的判断 1-36号元素中，原子核外未成对电子数与价电子排布之间的关系 （1）有1个未成对电子： （2）有2个未成对电子： （3）有3个未成对电子： （4）有4个未成对电子： （5）有5个未成对电子： （6）有6个未成对电子： ns1、ns2np1、ns2np5、3d14s2、3d104s1 ns2np2、ns2np4、3d24s2、3d84s2 ns2np3、3d34s2、3d74s2 3d64s2 3d54s2 3d54s1 二、核外电子的表示方法 1.原子(或离子) 结构示意图 含义 将每个能层上的电子总数表示在原子核外的图示形式 实例   2.电子排布式 含义 用数字在能级符号右上角标明该能级上排布的电子数，并按照能层从左到右的顺序排列的式子 实例 K：1s22s22p63s23p64s1 3.简化电子排布式 含义 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原子结构的部分以相应稀有气体元素符号外加方括号表示 实例 K：[Ar]4s1 4.轨道表示式(电子排布图) 含义 每个方框代表一个 ，每个箭头代表一个_____ 意义 能直观反映出电子的排布情况及电子的自旋状态 实例 Al：  原子轨道 电子 5.电子式 含义 化学中常在元素符号周围用“·”或“×”来表示元素原子的最外层电子，相应的式子叫电子式 实例   练习：按要求完成下列填空： (1)11Na的电子排布式为　　　　 ；  (2)20Ca的最外层电子排布为　 ；  (3)35Br-的离子结构示意图为　　　　；  1s22s22p63s1 4s2 (4)8O的轨道表示式为　　　　 ；  (5)9F的最外层电子轨道表示式为　　　 　。  Lavf58.20.100 Lavf58.20.100 $$