第一章 第一节 第3课时 泡利原理、洪特规则、能量最低原理-【优化探究】2025-2026学年新教材高中化学选择性必修2同步导学案配套PPT课件（人教版）单选

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 优化探究 第一章　原子结构与性质 [课程标准要求]　1.能从原子微观层面理解原子的组成、结构等;能根据核外电子的排布规则熟知核外电子排布的表示方法。2.能根据核外电子的表示方法,推导出对应的原子或离子。 课时作业　巩固提升 泡利原理、洪特规则、能量最低原理 1.电子自旋与泡利原理 (1)电子自旋 自旋是微观粒子普遍存在的一种如同电荷、质量一样的　　　　　,电子自旋在空间有顺时针和逆时针两种　　　,简称　　　　　,常用 　　　　　　　表示自旋相反的电子。  (2)泡利原理(也称　　　　　　原理)  在一个原子轨道里,最多只能容纳　　个电子,它们的自旋　　　。  内在属性 取向 自旋相反 上下箭头(↑和↓) 泡利不相容 2 相反 2.电子排布的轨道表示式 (1)轨道表示式(又称　　　　　　)  轨道表示式是表述　　 　　　的一种图式。  (2)表示方法 用方框(或圆圈)表示　　　　　,能量相同的原子轨道(　　　轨道)的方框　　　,　　　表示一种自旋状态的电子,“↑↓”称　　　　,“↑”或“↓”称 　　　　(或称　　　　电子),箭头同向的单电子称　　　　　。  电子排布图 电子排布 原子轨道 简并 相连 箭头 电子对 单电子 未成对 自旋平行 以铝原子为例,轨道表示式中各符号、数字的意义如下所示: 追问: ①在铝原子中,有　　个电子对,　　个单电子;  ②在铝原子中,电子占据　　个能层,　　个能级,　　个轨道,有　　种空间运动状态,　　种运动状态不同的电子,有　　种能量不同的电子,电子云有　　种取向,自旋方向不同的电子数之比为　　 　　　　　　。  6 1 3 5 7 7 13 5 4 6∶7(或7∶6) 相对稳定的状态 3.洪特规则 (1)内容:基态原子中,填入　　　　　的电子总是先单独分占,且自旋 　　　。  (2)特例 在简并轨道上的电子排布处于全充满、半充满和全空状态时,具有 　　　的能量和　　　的稳定性。  简并轨道 平行 较低 较强 如24Cr的电子排布式为　　　　　 　　　　　,为半充满状态,易错写为1s22s22p63s23p63d44s2。  1s22s22p63s23p63d54s1 4.能量最低原理 (1)内容:在构建基态原子时,电子将尽可能地占据　　　 　　的原子轨道,使整个原子的能量最低。  (2)因素:整个原子的能量由　　　　　、　　　　和　　　　　三个因素共同决定。  能量最低 核电荷数 电子数 电子状态 1.使用核外电子排布规则排布电子时需要综合考虑,最终必须满足能量最低原理。(　　) 2.泡利不相容原理针对同一轨道而言,洪特规则针对简并轨道而言。 (　　) 3.洪特规则特例是针对p、d、f等轨道而言的。(　　) √ √ √ 1.下列轨道表示式中表示碳的基态原子的是　　　　　(填字母,下同),判断的依据是____________________________________________________ 　 　 。  属于激发态的是　　　　　,能量最高的碳原子是　　　　。  AB 根据洪特规则,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 CD C 2.下列核外电子排布的轨道表示式的书写分别违背了什么原则?分别是什么? ③基态P原子:1s22s22p63s233 答案:①②③⑤违背了洪特规则,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;④违背了泡利原理,在一个原子轨道里,最多只能容纳2个电子,而且这2个电子的自旋相反。 3.(1)下列是一些原子的2p能级和3d能级电子排布的情况。试判断,违背了泡利原理的是　　　　　(填序号,下同),违背了洪特规则的是 　　　　　。  ③ ②④⑥ (1)同一轨道中不应有自旋状态相同的电子,③违背了泡利原理;②中单电子自旋状态应相同,④中5个电子应分占5个轨道,且自旋状态应相同,⑥中单电子自旋状态应相同,所以②④⑥违背了洪特规则。 (2)某元素的激发态(不稳定状态)原子的电子排布式为1s22s22p63s13p33d2,则该元素基态原子的电子排布式为　 　　　　　;其最高价氧化物对应水化物的化学式是　　　　　。  (2)3s、3p能级的能量小于3d,激发态为1s22s22p63s13p33d2,则基态应为1s22s22p63s23p4。此原子核外电子数为16,其质子数也为16,该元素为硫元素,其最高价氧化物对应水化物的化学式是H2SO4。 1s22s22p63s23p4 H2SO4 (3)现有下列多电子原子的原子轨道: ①2s　②3d　③3s　④4p　⑤3p 轨道能量由低到高排列的顺序是　　　 　　(填序号)。  ①③⑤②④ 4.(1)Mn元素与O元素中,基态原子核外未成对电子数较多的是　　　。  (2)基态Ge原子有　　　　　个未成对电子。  (3)镍元素基态原子的3d能级上的未成对电子数为　 。  (4)基态Fe原子有　　　　　个未成对电子。  (5)基态K原子中,核外电子占据的最高能层的符号是　　　　　,占据该能层电子的电子云轮廓图的形状为　　　　　。  (6)基态Cu的价层电子轨道表示式为　 。  Mn 2 2 4 N 球形 归纳总结 核外电子的表示方法 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   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 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 轨道表示式(电子排布图) 含义 每个方框代表一个原子轨道,每个箭头代表一个电子 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   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 ·、K·、· 课时作业　巩固提升 2 3 4 5 6 7 8 1 [A组　基础落实] 题组一　泡利原理、洪特规则、能量最低原理 1.下列说法或有关化学用语的表达错误的是(　　) A.s轨道的电子云轮廓图呈球形,p轨道的电子云轮廓图呈哑铃形 B.24Cr的价层电子排布:3d54s1 C.电子排布式(23V):1s22s22p63s23p63d5违反了洪特规则 9 10 11 12 13 C Cr原子核外有24个电子,根据构造原理书写,Cr的价层电子排布:3d54s1, 故B正确;电子排布式(23V):1s22s22p63s23p63d5,违反了能量最低原理,故C错 误; 中1s轨道和2s轨道中容纳自旋相同的电子,违反 了泡利原理,故D正确。 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 12 13 2.下列轨道表示式所表示的元素原子中,能量处于最低状态的是(　　) 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 12 13 C 要使各原子的能量处于最低状态(即基态),核外电子排布必须遵循泡利原理、洪特规则、能量最低原理。A项,2s轨道没有排满电子就排在了2p、3s轨道上,能量不是最低的;B项,2p轨道上的电子排布不符合洪特规则,三个电子各占一个p轨道且自旋状态相同时,能量最低;C项,2p3为半充满状态,能量最低;D项,2p轨道未排满就排3s轨道,能量不是最低的。 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 12 13 3.下列基态原子或离子的核外电子排布式或轨道表示式错误的是(　　) A.Na+:1s22s22p63s1 B.F:1s22s22p5 D.Ar:1s22s22p63s23p6 基态Na+的核外电子排布式应为1s22s22p6,A项错误。 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 12 13 A 4.下列各项叙述错误的是(　　) A.若基态硫原子核外电子轨道表示式为 ,则违反了泡利原理 B.若第25号Mn元素的基态原子电子排布式为 1s22s22p63s23p63d7,则违反了能量最低原理 C.基态氮原子的核外电子轨道表示式为 ,符合洪特规则和泡利原理 D.泡利原理、洪特规则、能量最低原理都是基态原子核外电子排布的原则 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 12 13 A 3p轨道电子排布违反了洪特规则,故A错误;第25号Mn元素的基态原子电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s2,若写成1s22s22p63s23p63d7,则违反了能量最低原理,故B正确。 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 12 13 5.下列微粒中,最外层未成对电子数最多的是(　　) A.S　　　　　　　　　 B.As C.Mn D.Fe3+ 各微粒的未成对电子数分别为S:2个,As:3个,Mn:5个,Fe3+:5个,但Mn的最外层电子排布式为4s2。 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 12 13 D 6.在前四周期元素中,基态原子有3个未成对电子的元素种数为(　　) A.3 B.4 C.5 D.6 在前四周期元素中,基态原子有3个未成对电子的元素分别为N、P、 As、V、Co,共5种元素。 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 12 13 C 7.写出基态原子15P、25Mn的轨道表示式,并按要求填空。 15P:　 , 有　　　个电子对,有 　　　　　个单电子。  25Mn: 　 , 有 　　　　　种空间运动状态,有　　　　　个单电子,属于半充满。  2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 12 13 6 3 15 5 8.(1)氧元素基态原子核外未成对电子数为　　　　　;第三周期中有两个单电子的元素符号为　　　　　(填一种即可),M层上有2对成对电子的原子最外层共有　　　　　种不同运动状态的电子。  2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 12 13 2 Si(或S) 6 (1)氧元素基态原子核外有8个电子,其电子排布式为1s22s22p4,故未成对电子数是2;第三周期中有两个未成对电子(单电子)的元素的价层电子排布为3s23p2或3s23p4,核外电子数为14或16,元素符号为Si或S;M层上有2对成对电子的原子的电子排布式为1s22s22p63s23p4,最外层有6个电子,每个电子的运动状态都不相同,所以共有6种不同运动状态的电子。 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 12 13 (2)1~36号元素原子中未成对电子数为2的元素符号及价层电子排布: _____________________________________________________________  　 。  (2)具有最外层为p2、p4、3d2、3d8结构的原子有2个未成对电子。符合条件的元素价层电子排布为2s22p2、3s23p2、4s24p2、2s22p4、3s23p4、4s24p4、3d24s2、3d84s2,分别为C、Si、Ge、O、S、Se、Ti、Ni元素。 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 12 13 C:2s22p2,Si:3s23p2,Ge:4s24p2,O:2s22p4,S:3s23p4,Se:4s24p4,Ti:3d24s2, Ni:3d84s2 (3)某元素的原子序数为33,该元素原子的价层电子排布为　　　　　,该元素原子核外有　　　　　个能层,　　　　　个能级,　　　　　个原子轨道,　　　　　个单电子。  (3)先利用构造原理和电子排布规律写出其电子排布式: 1s22s22p63s23p63d104s24p3,价层电子排布为4s24p3,得出该元素原子核外有8个能级,共1+1+3+1+3+5+1+3=18个原子轨道(s:1个轨道;p:3个轨道;d:5个轨道),3个单电子。 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 12 13 4s24p3 4 8 18 3 9.按要求完成下列各题。 (1)Fe成为阳离子时首先失去　　　　　轨道电子,Sm的价层电子排布为4f66s2,Sm3+的价层电子排布为　　　　　。  (1)基态Fe原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2,Fe失去电子成为阳离子时电子从外到内依次失去,所以成为阳离子时首先失去4s轨道电子;Sm的价层电子排布为4f66s2,该原子失去电子成为阳离子时应该先失去6s轨道电子,后失去4f轨道电子,Sm3+的价层电子排布为4f5。 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 12 13 4s 4f5 (2)基态Cu2+核外电子排布式为 　 。  (2)基态Cu原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s1,4s与3d能级各失去1个电子形成Cu2+,基态Cu2+核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d9或[Ar]3d9。 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 12 13 1s22s22p63s23p63d9{或[Ar]3d9} (3)下列Li原子轨道表示式表示的状态中,能量最低和最高的分别为 　　　　　、　　　　　。(填字母)  2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 12 13 D C (3)电子处于基态时能量最低,处于激发态时能量较高,D为基态Li原子核外电子轨道表示式,故能量最低,A、B、C均为激发态,C中有2个电子处于2p能级上,能量最高。 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 12 13 题组二　核外电子排布的表示方法 10.下列表达式错误的是 (　　) A.甲烷的电子式:H B.氮原子的L层电子排布图: C.硫离子的核外电子排布式:1s22s22p63s23p4 D.碳-12原子C 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 12 13 C C项是硫原子的核外电子排布式,而不是硫离子的,硫离子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p6。 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 12 13 11.下列说法正确的是(　　) A.原子核外电子排布式为1s2的原子与原子核外电子排布式为1s22s2的原子化学性质相同 B.Zn2+的最外层电子排布式:3s23p63d10 C.基态铜原子的价层电子轨道表示式: D.基态碳原子的最外层电子轨道表示式: 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 12 13 B 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 原子核外电子排布式为1s2的原子为He,原子核外电子排布式为1s22s2的原子为Be,He是稀有气体元素,Be是金属元素,化学性质不同,故A错误;Zn的原子序数为30,电子排布式为[Ar]3d104s2,失去2个电子变为锌离子,Zn2+的最外层电子排布式为3s23p63d10,故B正确;Cu的原子序数为29,价层电子排 布为3d104s1,基态铜原子的价层电子轨道表示式为 , 故C错误;C的原子序数为6,最外层电子排布式为2s22p2,基态碳原子的最外层电子轨道表示式为 ,故D错误。 11 12 13 12.根据相关物质结构理论,回答下列问题: (1)以下列出的是一些原子的2p能级和3d能级中电子排布图及Sc的电子排布式。试判断,违反了泡利原理的是　　　　　,违反了洪特规则的是 　　　　　,违反了能量最低原理的是　　　　　。  2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 12 13 ② ③ ⑤ (1)① ,电子排布正确; ② ,违反了两电子在一个轨道内自旋相反的原理,即泡利原理; ③ ,违反了填入简并轨道的电子要优先单独占据一个轨道,且自旋平行的规则,即洪特规则; 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 12 13 ④ ,电子排布正确; ⑤(21Sc)1s22s22p63s23p63d3,未遵循能量最低原理,正确的电子排布式为1s22s22p63s23p63d14s2。 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 12 13 (2)某种原子的结构示意图为 。则该原子的核电荷数x取值范围 为　　　　　　。 (2)某种原子的结构示意图为 。若该原子的第三层为8个电子,则 x=20,若第三层排满18个电子,则x=30。  2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 12 13 20≤x≤30 (3)铁元素常见的离子有Fe2+和Fe3+,稳定性:Fe2+　　　　　(填“大于”或 “小于”)Fe3+,原因是_____________________________________________ 　  　 。  (3)铁元素常见的离子有Fe2+和Fe3+,Fe2+是Fe原子失去了两个电子形成的, 3d能级有6个电子,Fe3+是Fe原子失去了3个电子形成的,3d能级半充满,更稳定,故稳定性:Fe2+小于Fe3+。 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 12 13 小于 Fe2+的价层电子排布为3d6,Fe3+的价层电子排布为3d5,Fe3+的3d能级为半充满状态,较稳定 [B组　培优训练] 13.已知A原子中只含1个电子;B原子的3p轨道上得到1个电子后不容纳外来电子;C原子的2p轨道上有1个电子的自旋方向与其他电子的自旋方向相反;D原子的第三能层上有8个电子,第四能层上只有1个电子;E原子的价层电子排布为3s23p6。 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 12 13 (1)按要求书写下列图示: ①B的原子结构示意图:　 。  ②C原子的轨道表示式:　 。  ③D原子的核外电子排布式:　 。  ④B离子的电子式:　 。  2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 12 13 1s22s22p63s23p64s1{或[Ar]4s1} ]- (2)写出由A、B、C、D中的三种元素组成的化合物的化学式:   (至少写出5种)。 由题意可知,A为H,B为Cl,C为O,D为K,E为Ar。 (2)由H、Cl、O、K中的三种元素组成的化合物可以是酸,如HClO、HClO2、HClO3、HClO4;也可以是碱,如KOH;还可以是盐,如KClO、KClO2、KClO3、KClO4等。 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 12 13 KOH、KClO、KClO3、HClO、HClO3(其他合理答案也可) (3)写出由上述元素组成的物质制得A单质的化学方程式: ______________________________________________________________ (至少写出2个)。  (3)A的单质为H2,可以通过电解水、电解KOH溶液或K和水反应等方法来 制取。 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 12 13 2H2O2H2↑+O2↑、2K+2H2O===2KOH+H2↑(其他合理答案也可) (4)写出E的元素符号:　　　　　,要证明太阳光中含有E元素,可采用的方法是　 。  (4)对太阳光进行光谱分析,便可确定太阳光中所含元素的种类。 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 12 13 Ar 对太阳光进行光谱分析 $$