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 泡利原理、洪特规则、能量最低原理 核心素养目标 宏观辨识与微观探析 能从微观层面理解泡利原理、洪特规则、能量最低原理的内涵，掌握电子自旋的两种取向（↑、↓）及轨道表示式的书写规则； 能关联微观的电子轨道填充方式（如自旋相反、分占轨道、能量最低）与宏观的原子光谱特征、元素性质差异，建立 “微观电子排布→宏观物质性质” 的认知逻辑。 变化观念与平衡思想 理解电子在原子轨道中的填充是能量驱动的动态平衡过程：能量最低原理体现原子系统的能量稳定性，洪特规则反映电子分占轨道时的能量最低趋势，泡利原理则限定了轨道的电子容量； 认识电子排布的 “动态调整”（如洪特规则特例、能级交错）是原子内部能量与电子排斥的平衡结果，形成 “结构变化与能量平衡相统一” 的化学观念。 科学态度与社会责任 了解泡利、洪特等科学家的研究历程，体会 “实验现象→理论归纳→模型完善” 的科学探究路径，培养基于证据的批判思维和严谨的实证意识。 学习重难点 重点 1.泡利原理、洪特规则、能量最低原理的核心内容； 2.轨道表示式（电子排布图）的书写规则； 3.用三个原理解释基态原子的电子排布合理性。 难点 1.洪特规则的特例及本质； 2.能量最低原理中 “能级交错” 与电子排斥的平衡逻辑； 3.轨道表示式中电子自旋、轨道填充的微观意义。 课前导入 同学们，我们可以把原子的核外空间想象成一座电子酒店：能层是酒店的楼层，能级是不同的楼层分区，原子轨道就是一个个独立的房间。现在有一批电子要“入住”，它们会怎么选房间呢？ 泡利原理 01 知识回顾 核外电子在原子核外做高速运动，根据电子能量高低及运动区域的不同，将电子在核外空间运动状态分别用能层、能级及原子轨道来描述。 原子轨道 轨道形状 s电子的原子轨道呈球形 p电子的原子轨道呈哑铃(纺锤)形 各能级上的原子轨道数 ns能级：1 nd能级：5 np能级：3 nf能级：7 ... ... 能量关系 相同能层上原子轨道能量的高低：E(ns)＜E(np)＜E(nd)＜E(nf) ...... 能级类别相同的原子轨道能量的高低：E(1s)＜E(2s)＜E(3s)＜E(5s) ...... 同一能层内同一能级的原子轨道的能量相同，如2px、2py、2pz轨道的能量相同 电子自旋与泡利原理 回顾每个能级最多可容纳的电子数：ns、np、nd、nf……能级分别最多可容纳2×1、2×3、2×5、2×7……个电子。有了原子轨道的概念，你更清楚了：1、3、5、7……是ns、np、nd、nf……能级里的原子轨道数，而它们分别乘以2是由于每个轨道里最多只能容纳2个电子。这2个电子容纳在同一个原子轨道里，也就意味着，它们的空间运动状态是相同的。为什么一个轨道允许容纳2个电子呢？ 能层数 K L M N O P Q n 能级数 1 2 3 4 5 6 7 轨道数 1 4 9 16 25 36 49 最多容纳电子数 2 8 18 32 50 72 98 n n2 2n2 电子自旋与泡利原理 （1）电子自旋 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（类似地球的自转）。 电子除空间运动状态外，还有一种状态叫做自旋。电子自旋在空间有两种相反的取向——顺时针和逆时针，常用“↑”和“↓”表示自旋相反的电子。 （2）泡利原理（又称泡利不相容原理） 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。 电子自旋与泡利原理 电子的运动状态与空间运动状态的比较 运动状态 空间运动状态 决定因素 能层、能级、原子轨道和自旋状态 能层、能级和原子轨道 数量关系 核外电子的运动状态数=电子数 核外电子的空间运动状态=原子轨道数 区别 是否区分电子的自旋状态，如在同一个原子轨道里的2个电子，它们的“空间运动状态”相同，但“运动状态”不同，即同一个原子中不可能存在运动状态完全相同的2个电子。 轨道表示式 02 电子排布的轨道表示式 1.轨道表示式的含义 轨道表示式（又称电子排布图）是表述电子排布的一种图式，如氢和氧的基态原子的轨道表示式： （1）用方框(或圆圈)表示原子轨道，能量相同的原子轨道(简并轨道)的方框相连。 （2）各轨道按照离核由近到远，从左到右依次排列，且在方框的下方用能级符号表示轨道所属能级。 （3）用箭头表示处于特定自旋方向的电子。 电子排布的轨道表示式 2.轨道表示式中各部分代表的意义 ↑↓ 1s 2s 2p 3s 3p ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ Al ↑ 1个方框表示1个原子轨道 1个箭头表示1个电子及其自旋状态（用“↑↓”表示两个自旋相反的电子） 能层序数 能级符号 单电子（或未成对电子） 没有电子的轨道称为空轨道 通常在方框下方或上方记能级符号 电子排布的轨道表示式 3.书写轨道表示式的注意事项 （1）不同能层及能级的原子轨道的方框（或圆圈）必须分开表示，同一能层相同能级（能量相同）的原子轨道（简并轨道）的方框（或圆圈）相连书写。 （2）轨道表示式的书写顺序与电子排布式的书写顺序一致，即按能层顺序书写。有时画出的能级上下错落，以表达能量高低不同。 （3）轨道表示式中能级符号右上方不能标记电子数。 洪特规则、能量最低原理 03 洪特规则 例如： 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，称为洪特规则。这一规则是洪特根据原子光谱得出的经验规则。 2p3的电子排布为 不能为 2p4的电子排布为 不能为 ↑↓ ↑ ↓ ↑↓ ↑↓ 2p 2p 洪特规则 适用范围： （1）洪特规则不仅适用于基态原子，也适用于基态离子。 （2）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能量不同的轨道。 （3）当电子填入简并轨道时，先以自旋平行依次分占不同轨道，剩余的电子再以自旋相反依次填入轨道。 洪特规则 相对稳定的状态：全充满：p6、d10、f14；全空：p0、d0、f0；半充满：p3、d5、f7。 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，具有较低的能量和较大的稳定性。 （1）基态铬原子的轨道表示式 （2）基态铜原子的轨道表示式 ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ 1s 2s 2p ↑↓ 3s ↑↓ 3p ↑↓ ↑↓ ↑↓ 4s 3d ↑ ↑ ↑ ↑ ↑ ↑ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ 1s 2s 2p ↑↓ 3s ↑↓ 3p ↑↓ ↑↓ ↑↓ 4s 3d ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑ 能量最低原理 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。 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。 原子能量的影响因素 核电荷数 电子状态 电子数 原子能量最低 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 相邻能级能量相差很大时，电子填入能量低的能级 相邻能级能量相差很大时，电子填入能量低的能级 重点回顾 构造原理 基态原子核外电子排布 能层 能级 原子轨道 电子运动的能量状态具有不连续性 激发态原子 规律 表示方法 吸收光谱 形成 吸收能量 释放能量 形成 发射光谱 泡利原理、洪特规则、能量最低原理 电子排布式、轨道表示式 随堂测试 1.填空： （1）太阳能电池板主要材料为单晶硅或多晶硅。Si的价电子层的电子排布式为________。 3s23p2 （2）基态硫原子价层电子排布式为_______。 3s23p4 （3）基态锰原子的价层电子排布式为_______。 3d54s2 （4）基态硅原子最外层的轨道表示式为______________。 （5）基态F原子核外电子的运动状态有___种。 9 随堂测试 2．下列轨道表示式能表示基态硫原子最外层结构的是（ ） A. B. C. D. 3s 3p ↑↓ ↑↓ ↑ ↑ 3s 3p ↑↓ ↓ ↑ ↑↓ 3s 3p ↑↓ ↑↓ ↑ 3s 3p ↑↓ ↑ ↑ ↑↓ D 随堂测试 3.下列硼原子轨道表示式表示的状态中，能量最高的是（ ） A. B. C. D. A THE END 谢谢 $