1.1.4原子结构 课件 2024-2025学年高二下学期化学人教版选择性必修2

第一章 原子结构与性质 第一节 原子结构 第4课时 泡利原理、洪特规则、能量最低原理 复习巩固 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 意味着这两个电子的空间运动状态是相同的 2 复习巩固 Q1：为什么一个轨道允许容纳2个电子呢？那么这两个电子的运动状态有什么差异呢？ 氢原子光谱实验 钠原子光谱实验 3 任务一 电子自旋与泡利原理 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。 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。 4 任务一 电子自旋与泡利原理 【注意】 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。 ②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，电子能量与能层、能级有关，电子运动的空间范围与原子轨道有关 ③一个原子中不可能存在运动状态完全相同的2个电子 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） 泡利原理 5 任务二 电子排布的轨道表示式 （1）轨道表示式（又称电子排布图）：表示电子排布的一种图式，如钠的基态原子的轨道表示式如下： ↑↓ 1s 2s 2p 3s ↑↓ ↑ ↑↓ ↑↓ ↑↓ Na 1s22s22p63s1 Na Q2：在电子排布中如何能体现电子的自旋状态呢？ 能反映各轨道的能量的高低及各轨道上的电子分布情况，自旋方向。 6 任务二 电子排布的轨道表示式 （2）轨道表示式（又称电子排布图）书写： a.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 b.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 c.通常在方框下方或者上方标记能级符号 d.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。 ↑↓ 1s 2s 2p 3s ↑↓ ↑ ↑↓ ↑↓ ↑↓ Na 1s22s22p63s1 Na 7 任务二 电子排布的轨道表示式 例： 铝原子核外电子排布式 铝原子外层成对电子对的数目为6,有一个单电子。 8 任务二 电子排布的轨道表示式 请写出Li、Be、B的轨道表示式。 Li 1s ↑↓ ↑ 2s Be 1s ↑↓ ↑↓ 2s B 1s ↑ ↑↓ ↑↓ 2s 2p 请写出基态碳原子可能的轨道表示式。 ② C 1s ↑↑ ↑↓ ↑↓ 2s 2p ① C 1s ↑↓ ↑↓ ↑↓ 2s 2p 2p ③ C ↑ 1s ↑ ↑↓ ↑↓ 2s 2p ④ C ↓ 1s ↑ ↑↓ ↑↓ 2s Q3：基态碳原子可能的轨道表示式中哪个正确呢？ 9 任务三 洪特规则 基态原子中,填入简并轨道(能量相同的原子轨道)的电子总是先单独分占,且自旋平行（自旋方向相同）,称为洪特规则。 2p3的电子排布图 X X √ ② C 1s ↑↑ ↑↓ ↑↓ 2s 2p ① C 1s ↑↓ ↑↓ ↑↓ 2s 2p 2p ③ C ↑ 1s ↑ ↑↓ ↑↓ 2s 2p ④ C ↓ 1s ↑ ↑↓ ↑↓ 2s √ 10 任务三 洪特规则 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 洪特 F.Hund, 1896—1997 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 ） ↑ ↑ ↑ np3 对于能量相同的轨道(同一能级),当电子排布处于全满、半满、全空时比较稳定,整个体系的能量最低。 Cr：1s22s22p63s23p63d54s1 Cu：1s22s22p63s23p63d104s1 洪特规则特例 11 任务四 能量最低原理 基态是能量最低的状态，所以，基态原子的电子排布是能量最低的原子轨道组合。在构建基态原子时，电子将尽可能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。 整个原子的能量有核电荷数、电子数和电子状态三个因素共同决定。 多电子原子在基态时原子核外电子优先占有能量最低的轨道，然后依次进入能量高的轨道，这样使整个原子处于能量最低的状态。当相邻能级能量相差不太大时，有1~2个电子占据能量稍高的能级可能反而降低了电子排斥能使这原子能量最低。 12 任务四 能量最低原理 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 13 下列电子轨道排分别违背了哪些原则 课堂练习 任务五 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 S：1s22s22p63s23p4 [Ne]3s23p4 S：3s23p4 S： 15 课堂小结 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 16 课堂检测 1.写出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。 6 3 25Mn：______________________________________________ _________________________，有 种空间运动状态，有 种运动状态，有 个单电子，属于 状态。 15 25 半充满 5 17 课堂检测 2.下列原子或离子的电子排布式或轨道表示式正确的是________(填序号，下同)，违反能量最低原理的是____，违反洪特规则的是_____，违反泡利原理的是_____。 ①Ca2＋：1s22s22p63s23p6 ②F－：1s22s23p6 ③P： ④Fe：1s22s22p63s23p63d64s2 ⑤Mg2＋：1s22s22p6 ⑥C： ①④⑤ ② ③ ⑥ 18 课堂检测 3.按要求完成下列填空： (1)11Na的电子排布式为____________； (2)20Ca的最外层电子排布式为____； (3)35Br－的离子结构示意图为__________； (4)8O的轨道表示式为__________________________； (5)9F的最外层轨道表示式为____________________。 1s22s22p63s1 4s2 19 课堂检测 4.在多电子原子中，决定轨道能量的因素是（ ） ①能层　②能级　③电子云的伸展方向　④电子自旋状态 A.①②　　B.①④　　C.②③　　D.③④ 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＋ A C 20 (1)最外层只有1个未成对电子的元素 (2)最外层有2个未成对电子的元素 (3)最外层有3个未成对电子的元素 (4)核外电子排布中，未成对电子数最多的元素 ⅠA族(ns1：H、Li、Na、K)； ⅢA族(ns2np1：B、Al、Ga)； ⅦA族(ns2np5：F、Cl、Br)； Cr(3d54s1)、Cu(3d104s1)。 ⅣA族(ns2np2：C、Si、Ge)； ⅥA族(ns2np4：O、S、Se)。 ⅤA族(ns2np3：N、P、As)。 Cr(3d54s1，共有6个未成对电子)。 【拓展提升】 $