1.1.4 泡利原理、洪特规则、能量最低原理 课件 2025-2026学年高二上学期化学人教版选择性必修2

第一节 原子结构 第一章 原子结构与性质 老刘化学 人教版·选择性必修2 第4课时 泡利原理、洪特规则、能量最低原理 在斯特恩-盖拉赫实验中发现了银原子束经过不均匀磁场，产生了偏转，并最终在屏幕垂直方向上，形成了两个上下对称的非连续分布。这是为什么呢？ 一根劣质的雪茄帮助原子物理发展 获得1943年诺贝尔物理学奖 后来，人们才知道，它是银原子最外层电子的自旋引起的。那什么是自旋呢？ 一、电子自旋与泡利原理 1925年，这两个荷兰年轻人提出：电子除空间运动状态外，还有一种状态叫做自旋。后来，人们认识到，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。 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。 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，它们的自旋相反，这个原理被称为泡利原理。 （泡利不相容原理） 二、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。 8O的轨道表示式如下： O 1s 2s 2p 概念 内容 解读 轨道表示式 又称电子排布图，是表述原子核外电子排布的一种图示。 简并轨道 用方框表示原子轨道，能量相同的原子轨道方框相连表示简并轨道。 电子对 箭头表示一种自旋状态的电子，“↑↓”为一个电子对。 单电子 或称未成对电子，用“↑”或“↓”表示。 自旋平行 箭头同向的单电子。 应基于电子排布式来画，可分为基态原子、最外层和价电子轨道表示式等。 能量相同表示简并轨道没有先后之分，轨道具有等同性。 画电子对时，可以是“↑↓”，也可以是“↓↑”。 填入轨道时“↑”或“↓”都可以 可以同时向上也可以同时向下。 说明：氧原子中，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。 2 5 8 3 简并轨道 二、电子排布的轨道表示式 Li 1s ↑↓ ↑ 2s Be 1s ↑↓ ↑↓ 2s B 1s ↑ ↑↓ ↑↓ 2s 2p 请写出Li、Be、B的轨道表示式。 电子排布的轨道表示式 钠原子核外电子排布式 ↑↓ 1s 2s 2p 3s ↑↓ ↑ ↑↓ ↑↓ ↑↓ 1s22s22p63s1 Na 5 1 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。 6 11 轨道数 电子数 二、电子排布的轨道表示式 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 √ 三、洪特规则 洪特 1925年，洪特在诠释复杂原子光谱时，提出： 基态原子中，填入 的电子总是先 ，且 ，称为洪特规则。 简并轨道 先单独分占 自旋平行 2p C ↑ 1s ↑ ↑↓ ↑↓ 2s 2p 2p 2s 3s 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。 三、洪特规则 画出氧的基态原子最外层轨道表示式。如果不考虑洪特规则，又认定3个2p轨道有区别，可画出如下许多轨道表示式： 从所画的轨道表示式中找出“遵循洪特规则，且不区分3个2p轨道”的轨道表示式。 ； 三、洪特规则 Al 请同学们尝试书写下列元素的基态原子的轨道表示式。 Si P S 2p 1s 2s 3p 3s 2p 1s 2s 3p 3s 2p 1s 2s 3p 3s 2p 1s 2s 3p 3s 三、洪特规则 1s22s22p63s23p63d54s1 铬（Cr） 3d54s1 1s22s22p63s23p63d104s1 铜（Cu） 3d104s1 这样的电子排布源于光谱学事实，是从实验事实得到的，不符合构造原理。这也说明构造原理是被理想化的。 理想化是许多科学原理的共同点，理想化常常是建立模型所必需的。 三、洪特规则 只有一组全满的轨道 体系能量较低，原子较稳定 体系能量高，原子不稳定 4s 3d Cr 有两组半满 的轨道 Cr 4s 3d Cu 4s 3d 4s 3d 只有一组全满的轨道 有一组全满、一组半满的轨道 能量相近的轨道中，电子排布为全充满、半充满或全空的状态是能量较低的稳定状态，此为洪特规则的特例。 三、洪特规则 ① 全充满：p6、d10、f14 p轨道上有6个电子、d轨道上有10个电子、f轨道上有14个电子 ② 半充满：p3、d5、f7 p轨道上有3个电子、d轨道上有5个电子、f轨道上有7个电子 ③ 全空：p0、d0、f0 p轨道上有0个电子、d轨道上有0个电子、f轨道上有0个电子 洪特规则的特例 体系能量较低，原子较稳定 三、洪特规则 写出15P、25Mn的轨道表示式，并按要求填空。 15P： ，有 对电子对，有 个单电子。 25Mn： _______________________________________________________________，有 种空间运动状态，有 个单电子，属于半充满。 6 3 15 5 三、洪特规则 不符合泡利原理 不符合洪特规则 四、能量最低原理 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。 内容 因素 整个原子的能量由核电荷数、电子数和电子状态三个因素共同决定。 补充 当相邻能级能量差别不大时，有1～2个电子填入能量稍高的能级可能反而降低电子排斥能，进而使原子整体能量最低。例如：所有副族元素的基态原子。 总之，基态原子的核外电子排布遵循泡利原理、洪特规则和能量最低原理。 四、能量最低原理 不符合能量最低原理 不符合泡利原理 不符合泡利原理 【总结】基态原子核外电子排布的表示方法（七种） 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 轨道表示式（电子排布图） 价电子排布图 以硫(S)为举例 S：1s22s22p63s23p4 [Ne]3s23p4 S：3s23p4 S： 这不仅不正确，甚至连错误都算不上。 ——泡利 老刘化学 人教版·选择性必修2 $