第1章 第1节 课时3 泡利原理、洪特规则、能量最低原理-【正禾一本通】2024-2025学年高中化学选择性必修2同步课堂高效讲义配套课件（人教版2019 单选）

正禾一本通 一轮总复习 多媒体课件 英语（人教版） 第一章 原子结构与性质 第一节　原子结构 　第3课时　泡利原理、洪特规则、能量最低原理 教材基础·预习 内在 自旋相反 自旋相反 相反 2 能量稍高 核心能力·探究 课下巩固训练(三)　 泡利原理、洪特规则、能量最低原理 学习目标 素养解读 1.认识基态原子中核外电子排布遵循能量最低原理、泡利原理和洪特规则。 2．能书写1～36号元素基态原子的核外电子排布式和轨道表示式，并说明含义 利用原子轨道的概念对原子核外电子排布进一步研究，理解并掌握泡利原理、洪特规则及能量最低原理，培养宏观辨识与微观探析、证据推理与模型认知的化学学科核心素养 【情境诱思】 分析电子排布式与轨道表示式有何异同。 提示：相同点：均是描述原子核外电子的排布状况。 不同点：电子排布式的描述精确到能层和能级，而轨道表示式不仅精确到能层、能级，还精准到了轨道和自旋。 1．电子自旋与泡利原理 (1)电子自旋 ①含义：自旋是微观粒子普遍存在的一种如同电荷、质量一样的 属性。 ②取向及表示方法：电子自旋在空间有顺时针和逆时针两种取向，简称 ，常用上下箭头(↑和↓)表示 的电子。 (2)泡利原理(泡利不相容原理) 在一个原子轨道里，最多只能容纳 个电子，它们的自旋 。 单电子 自旋平行 [注意]①通常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没有电子的轨道称为空轨道。 2．电子排布的轨道表示式(电子排布图) (1)表示方法 用方框(或圆圈)表示 ，能量相同的原子轨道(简并轨道)的方框 ；箭头表示一种自旋状态的电子，“↑↓”称 ，“↑”或“↓”称 (或称未成对电子)，箭头同向的单电子称 。 (2)实例 原子轨道 相连 电子对 能量不同 3．洪特规则 内容 基态原子中，填入简并轨道的电子总是先 ， 且自旋 适用范围 洪特规则不仅适用于基态原子，也适用于基态 注意事项 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 的轨道 单独分占 平行 离子 能量低 主族 所有副族 4.能量最低原理 含义 在构建基态原子时，电子将尽可能地占据 的 原子轨道，使整个原子的能量 注意事项 (1) 整个原子的能量由 三 个因素共同决定； (2)相邻能级能量相差很大时，电子填入 的能级可使整个原子能量最低，如所有 元素的基态原子； (3)相邻能级能量相差不太大时，有1～2个电子占据 的能级可能反而降低了电子排斥能而使整个原子 能量最低，如 元素的基态原子 能量最低 最低 核电荷数、电子数和电子状态 【开拓思维】 为什么基态氦原子的电子排布式是1s2而不是1s12s1? 提示：氦原子核外有2个电子，根据能量最低原理和泡利原理，基态氦原子的2个电子以自旋相反的形式填充在能量最低的1s轨道中，且1s轨道和2s轨道能量相差较大，所以基态氦原子不会出现2个电子单独分占1s、2s轨道的情况。 下列电子排布式或轨道表示式的书写分别违背了什么原则？ 提示：①②③违背了洪特规则，当电子排布在同一能级的不同轨道时，总是先单独分占，且自旋平行。④违背了泡利原理，一个原子轨道最多只容纳2个电子，而且这2个电子的自旋相反。⑤违背了能量最低原理。 【要点归纳】 1．对核外电子排布遵循的原理与规则的理解 (1)能量最低原理 按照构造原理，原子轨道能量由低到高的顺序为1s、2s、2p、3s、3p、4s、3d、4p、5s、4d、5p、6s、4f、5d、6p、7s……即ns、(n－2)f、(n－1)d、np。 (2)泡利原理 在核外电子的排布中，排在同一轨道上的两个电子，自旋状态不同；而自旋状态相同的电子，必然处于不同的轨道上。即在同一原子中，没有运动状态完全相同的两个电子存在，原子核外有几个电子，就有几种运动状态。 (3)洪特规则的特例 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。 相对稳定的状态 eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\co1(全充满：p6、d10、f14,全空：p0、d0、f0,半充满：p3、d5、f7)) 例如：铬(24Cr)的价层电子排布式是3d54s1(3d、4s能级均为半充满)而不是3d44s2。 [注意]①基态原子的能量最低，故基态原子的电子排布是能量最低的原子轨道组合。 ②基态氦原子不存在1s12s1的状态，但氦处于激发态时可能会存在1s12s1的状态。 2．核外电子排布的表示方法 原子(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式子 实例 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 实例 K：1s22s22p63s23p64s1 简化电子排布式 含义 为了避免电子排布式书写过于烦琐，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 价层电子排布式 含义 主族元素的价层电子指最外层电子 实例 Al：3s23p1 轨道表示式 含义 每个方框代表一个原子轨道，每个箭头代表一个电子 实例 Al： 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，相应的式子叫作电子式 实例 【典例分析】 考向1 电子排布的轨道表示式 【典例1】 下列轨道表示式正确的是(　　) A．基态镁原子的核外电子轨道表示式： B.基态氧原子L层电子轨道表示式： C．基态硫原子的轨道表示式： D．基态铜原子的价层电子轨道表示式： 解析：选A。基态氧原子的L层2p轨道应有4个电子，则其L层电子的轨道表示式为，B错误；基态硫原子3p能级中的3个电子优先分别占据1个轨道，且自旋方向相同，第4个电子占据3p能级中的一个轨道，且同一轨道内2个电子的自旋方向相反，故3p能级电子的轨道表示式应该为，C错误；Cu的原子序数为29，价层电子排布为3d104s1，故基态铜原子的价层电子轨道表示式为，D错误。 【对点练】 1.下列表示氦原子结构的化学用语中，对电子运动状态描述最详尽的是(　　) A．∶He B． C．1s2 D． 解析：选D。A项只表示出最外层电子数，B项只表示出核外电子的分层排布情况，C项具体到能层、能级以及能级上的电子数，而D项包含了能层、能级以及原子轨道上电子的自旋状态。 2．(2024·吉林长春高二期中)下列化学用语表示正确的是(　　) A．基态Fe2+的价层电子排布式：3d6 B．基态碘原子简化电子排布式：[Kr]5s25p5 C．镁原子最外层电子云轮廓图： D．基态氮原子的轨道表示式： 解析：选A。基态碘原子简化电子排布式：[Kr]4d105s25p5，B错误；镁原子最外层电子占据的是3s能级，s能级电子云轮廓图为球形，不是哑铃形，正确表示为，C错误；基态氮原子的轨道表示式中2p能级的3个电子应分别单独占据3个原子轨道，正确表示为，D错误。 考向2 核外电子的排布规则 【典例2】 下列对电子排布式或轨道表示式书写的评价错误的是(　　) 选项 电子排布式或轨道表示式 评价 A Br－的电子排布式：[Ar]3d104s24p6 错误；违反能量最低原理 B O原子的轨道表示式： 错误；违反洪特规则 C K原子的电子排布式：1s22s22p63s23p63d1 错误；违反能量最低原理 D F原子的轨道表示式： 错误；违反泡利原理 解析：选A。Br－的电子排布式为[Ar]3d104s24p6，正确，评价错误，故A错误。 【总结】 1～36号元素原子核外电子排布的特殊性 (1)最外层只有一个未成对电子的元素 ①第ⅠA族(ns1)：H、Li、Na、K。 ②第ⅢA族(ns2np1)：B、Al、Ga。 ③第ⅦA族(ns2np5)：F、Cl、Br。 ④特殊：Cr(3d54s1)和Cu(3d104s1)。 (2)最外层有2个未成对电子的元素 ①第ⅣA族(ns2np2)：C、Si、Ge。 ②第ⅥA族(ns2np4)：O、S、Se。 (3)最外层有3个未成对电子的元素 第ⅤA族(ns2np3)：N、P、As。 (4)3d轨道半充满的元素 Cr：3d54s1、Mn：3d54s2。 【对点练】 3.现代物质结构理论证实原子的电子排布遵循一定的规律，下列说法正确的是(　　) A．氮原子的最外层电子排布不符合泡利原理 B．硫原子的基态价层电子排布违背了能量最低原理 C．基态碳原子核外电子轨道表示式为，故碳原子在化合物中为＋4价 D．根据洪特规则可知1s22s22p2的价层电子轨道表示式为 解析：选B。A项不符合洪特规则，错误；电子应先排能量低的3s轨道，违背了能量最低原理， B正确；激发态的碳原子核外电子轨道表示式为，而不是基态， C错误；根据泡利不相容原理、洪特规则和能量最低原理，可知1s22s22p2的价层电子轨道表示式为, D错误。 4．(2024·福建莆田高二检测)现有4种元素，其中A、B、C为短周期主族元素，D为第四周期元素，它们的原子序数依次增大。请根据下列相关信息，回答问题。 A元素形成的物质种类繁多，其形成的一种固体单质工业上常用作切割工具 B元素原子的核外p电子数比s电子数少1 C元素基态原子p轨道有两个未成对电子，且与B同周期 D在周期表的第8纵列 (1)某同学根据上述信息，推断A基态原子的核外电子排布为，该同学所画的电子排布图违背了________。 (2)D基态原子中能量最高的电子，其电子云在空间有________个方向。 (3)B的电子排布式为_____________________________________， C的价层电子轨道表示式为________________________________， D3+的价层电子排布式为___________________________________。 解析：A、B、C为短周期主族元素，D为第四周期元素，它们的原子序数依次增大，A元素形成的物质种类繁多，其形成的一种固体单质工业上常用作切割工具，则A为C元素；B元素原子的核外p电子数比s电子数少1，则B为N元素；C元素基态原子p轨道有两个未成对电子，则C为O元素；D在周期表的第8纵列，则D为Fe元素。 (1)碳元素的原子序数为6，基态碳原子的电子排布图为，由图可知，该同学所画的电子排布图的2p轨道违背了洪特规则。 (2)基态Fe原子的价电子排布式为3d64s2，基态原子中能量最高的电子是3d轨道上的电子，3d电子云在空间有5个伸展方向。 答案：(1)洪特规则　(2)5　(3)1s22s22p3　　3d5 课堂加练·课后检测 【课堂加练题组】 1．下列轨道表示式能表示基态硫原子最外层电子排布的是( ) 答案：D 2．氮的化合物种类繁多，应用广泛，下列不同状态的氮原子中能量最高的是(　　) 答案：D 3．(2024·福建福州高二期末)由多元素组成的化合物Fe­Sm­As­F­O是我国科学家近年来发现的一种重要的铁系超导材料。下列说法正确的是(　　) A．F－的结构示意图： B．O的价层电子排布式为2s22p4 C．As原子s能级上电子的能量小于p能级上电子的能量 D.Fe3+的价层电子轨道表示式违背了泡利不相容原理 解析：选B。F－的结构示意图：，A错误；基态As原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p3，As元素同一能层s能级上电子的能量小于p能级上电子的能量，例如3s＜3p，但不同能层s能级上电子的能量与p能级上电子的能量不能这样比较，例如4s＞2p，C错误；铁离子的价层电子轨道表示式为，题干中的轨道表示式违背了洪特规则，D错误。 4．下列描述原子结构的化学用语正确的是(　　) A．硫原子的结构示意图： B．基态锰原子(25Mn)的价层电子排布图： C．氧原子核外能量最高的电子的电子云形状： D.基态铬原子(24Cr)的电子排布式：1s22s22p63s23p64s13d5 解析：选C。A.S是16号元素，原子结构示意图是，A错误；B.原子核外电子总是尽可能成单排列，而且自旋平行，这种排布使原子能量低，比较稳定，故基态锰原子(25Mn)的价层电子排布图为，B错误；C.O是8号元素，原子核外电子排布式是1s22s22p4，可见氧原子核外能量最高的能级是2p能级，其电子云的形状是哑铃形，C正确；D.Cr元素的核外电子排布式是1s22s22p63s23p63d54s1，D错误。 5．(2024·山东济宁高二检测)按要求回答下列各小题： (1)基态Fe原子价层电子的电子排布图(轨道表达式)为___________________。 (2)基态S原子占据最高能级电子的电子云轮廓图为___________形。 (3)28号镍元素基态原子的电子排布式为_________________，3d能级上的未成对电子数为________。 答案：(1) (2)哑铃　(3)[Ar]3d84s2　2 【基础达标练】 1．(2024·陕西西安高一期中)下列基态氮原子的轨道表示式违背了(　　) A．洪特规则 B．泡利原理 C．能量最低原理 D．以上均不正确 答案：C 2．(2024·辽宁名校高二联考)下列各原子的价层电子轨道表示式中，违反洪特规则的是(　　) 答案：C 3．24Cr原子处于基态时，价层电子排布可用轨道表示式表示成，而不是。下列说法中，正确的是(　　) A．这两种排布方式都符合能量最低原理 B．这两种排布方式都符合泡利不相容原理 C．这两种排布方式都符合洪特规则 D．这个实例说明洪特规则有时候和能量最低原理是矛盾的 解析：选B。洪特规则实际上是能量最低原理的一个特例，电子排布满足洪特规则是为了更好地遵循能量最低原理。通过分析光谱实验的结果，洪特指出能量相同的原子轨道在全满(p6和d10)、半充满(p3和d5)和全空(p0和d0)状态时，体系能量最低，原子最稳定。 4．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． 答案：C 5．(2024·浙江嘉兴高二检测)下列说法或有关化学用语的表达正确的是(　　) A．能级能量大小关系：4f>5d B．基态铜原子(29Cu)的价层电子排布式：3d94s2 C．Ca处于激发态的电子排布式可能为：1s22s22p63s23p64p2 D．基态Na＋的轨道表示式： 解析：选C。由构造原理可知，4f的能量低于5d，A错误；铜元素的原子序数为29，基态原子的价层电子排布式为3d104s1，B错误；钙元素的原子序数为20，基态原子的电子排布式为1s22s22p63s23p64s2，则激发态的电子排布式可能为1s22s22p63s23p64p2，C正确；钠元素的原子序数为11，基态钠离子的电子排布式为1s22s22p6，轨道表示式为，D错误。 6．已知锰的核电荷数为25，以下是一些同学绘制的基态锰原子核外电子的轨道表示式，其中最能准确表示基态锰原子核外电子运动状态的是(　　) 解析：选D。根据构造原理可知，E3d>E4s。 7．下列说法正确的是(　　) A．电子排布式为1s1的原子对应元素与电子排布式为1s22s1的原子对应元素的化学性质相似 B．Fe3+的最外层电子排布式为3s23p63d5 C．基态铜原子价层电子的轨道表示式为 D．基态碳原子最外层电子的轨道表示式为 解析：选B。电子排布式为1s1的原子是H，电子排布式为1s22s1的原子为Li，H是非金属元素，Li是金属元素，化学性质不相似，A项错误；基态铜原子的价层电子的轨道表示式为，C项错误；基态碳原子的2s比2p轨道能量低，应先填满2s再填2p，即，D项错误。 8．(2024·河北石家庄高二期末)在原子结构理论中，有四个原理，分别是①构造原理，②泡利原理，③洪特规则，④能量最低原理。填写以下现象中的主要决定因素(填序号，各只填一项)。 (1)各能级最多容纳的电子数是该能级原子轨道数的2倍：________。 (2)基态碳原子的核外电子排布式是1s22s22p2而不是1s22s12p3：________。 (3)最外层电子数不会超过8个，次外层电子数不会超过18个：________。 (4)铬(24Cr)的电子排布式是1s22s22p63s23p63d54s1而不是1s22s22p63s23p63d44s2：________。 (5)在磷原子的基态原子结构中，有3个未成对的单电子：________。 (6)第四周期元素中，4p轨道半充满的是________，3d轨道半充满的是________，4s轨道半充满的是________。(填元素符号) 答案：(1)②　(2)④　(3)①　(4)③　(5)③　(6)As　Cr、Mn　K、Cr、Cu 【能力提升练】 9．(2024·河北邯郸高二联考)Mn(H2PO4)2·2H2O是一种白色晶体，易溶于水，常用于机械设备的磷化处理。下列说法正确的是(　　) A．基态氧原子的轨道表示式为 B．核电荷数：Mn>P>O>H C．基态原子未成对电子数：P>O>Mn>H D．基态氧原子的2s电子能量较高，其一定在比基态氧原子1s电子离核更远的地方运动 解析：选B。违背泡利原理，A错误；Mn核电荷数为25，P核电荷数为15，O核电荷数为8，H核电荷数为1，核电荷数：Mn>P>O>H，B正确；Mn基态原子未成对电子数为5，P基态原子未成对电子数为3，O基态原子未成对电子数为2，H基态原子未成对电子数为1，基态原子未成对电子数：Mn>P>O>H，C错误；一般来说，能量较高的电子在离核较远的空间运动概率较大，2s电子也有到离核近的空间运动的概率，只是概率较小，D错误。 10．(2023·山东青岛高二期末)已知X、Y和Z三种元素的原子序数之和等于42，X元素原子的4p轨道上有3个未成对电子，Y元素原子的最外层2p轨道上有2个未成对电子。X与Y可形成化合物X2Y3，Z元素可形成负一价离子。下列说法正确的是(　　) A．X元素基态原子的电子排布式为[Ar]4s24p3 B．X元素是第四周期第ⅤA族元素 C．Y元素原子的轨道表示式为 D．Z元素的单质Z2在氧气中不能燃烧 解析：选B。X元素原子的4p轨道上有3个未成对电子，X元素原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p3，处于第四周期第ⅤA族，故X为As元素；Y元素原子的最外层2p轨道上有2个未成对电子，Y的2p轨道上有2个电子或4个电子，所以Y为碳元素或氧元素，X跟Y可形成化合物X2Y3，故Y为氧元素；X、Y和Z三种元素的原子序数之和等于42，Z的质子数为42－8－33＝1，则Z为氢元素，氢原子可以形成负一价离子，符合题意。X为As，As元素基态原子的电子排布式为[Ar]3d104s24p3，A错误；As元素是第四周期第ⅤA族元素，B正确； Y为O元素，基态原子的电子排布式为1s22s22p4，电子排布图为，C错误； H2能在O2中燃烧，D错误。 11．(2024·湖南株洲一模)天然气因含有少量H2S等气体导致开采应用受限，T.F菌在酸性溶液中可实现天然气的催化脱硫，其原理如下图所示。下列说法错误的是(　　) A．自然界游离态的硫广泛存在于各种矿石中 B．基态Fe3+的价层电子轨道表示式为 C．该反应Ⅰ的离子方程式为H2S＋2Fe3+===2H＋＋2Fe2+＋S↓ D．在此过程中，每脱去6.8 g H2S时，需消耗0.1 mol O2 解析：选A。游离态的硫存在于火山喷口附近和地壳的岩层里，A错误；2H2S～4FeSO4～O2，n(H2S)＝ eq \f(m,M)＝ eq \f(6.8 g,34 g/mol)＝0.2 mol，则消耗0.1 mol O2，D正确。 12．多电子原子在原子核外分层排布，下列有关电子排布的原则说法正确的是(　　) A．电子进入原子轨道时先进入3d轨道后进入4s轨道，违反了能量最低原理 B．6C的电子排布式1s22s23s2违反了洪特规则 C．电子排布式(21Sc)1s22s22p63s23p63d3违反了泡利原理 D．电子排布式(22Ti)1s22s22p63s23p10违反了能量最低原理 答案：A 13．有A、B、C、D四种短周期主族元素，它们的原子序数依次增大，其中A元素原子核外仅有一个非空原子轨道，也是宇宙中最丰富的元素；B元素原子核外p电子数比s电子数少1；C为金属元素且原子核外p电子数和s电子数相等；D元素的原子核外所有p轨道为全充满或半充满状态。 (1)写出四种元素的元素符号：A________，B________，C________，D________。 (2)写出C、D两种元素基态原子的轨道表示式： C：_____________________________________________________。 D：_____________________________________________________。 (3)B元素的单质的电子式为________，其简单氢化物的电子式为________。 解析：A是宇宙中最丰富的元素，且原子核外仅有一个非空原子轨道，则A为氢元素；B元素基态原子的核外电子排布式为1s22s22p3，则B为氮元素；C元素基态原子的核外电子排布式为1s22s22p63s2，则C为镁元素；D元素基态原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p3，则D为磷元素。 答案：(1)H　N　Mg　P (2) (3)　 14．(2024·河北石家庄高二检测)根据要求回答下列问题： (1)Fe、Co、Ni是三种重要的金属元素。Fe、Co、Ni在周期表中的位置为________，基态Co的价层电子排布式为________，与Ni同周期且与Ni具有相同未成对电子数的元素有________种。 (2)下列Li的电子排布图表示的状态中，能量最低和最高的分别为______、______(填字母)。 A． B． C． D． (3)中国科学家合成了首例缺陷诱导的晶态无机硼酸盐单一组分白光材料Ba2[Sn(OH)6][B(OH)4]2，已知Sn和Si同族，基态Sn的价层电子的空间运动状态有______种，基态氧原子的价层电子排布式不能表示为2s22p eq \o\al(2,x)2p eq \o\al(2,y)，因为这违背了________。 解析：(1)Ni的核外电子排布式为[Ar]3d84s2，价层电子排布图为，未成对电子数为2，故符合条件的元素有Ti(3d24s2)、Ge(4s24p2)、Se(4s24p4)(括号内为价层电子排布式)，共3种。 答案：(1)第四周期第Ⅷ族　3d74s2　3　(2)D　C　(3)3　洪特规则 $$