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 人教版化学选择性必修 2 思考: 每个能级的原子轨道数和最多可容纳的电子数，不难发现每个原子轨道中最多可容纳两个电子。那么，这两个电子的运动状态有什么差异呢？ 能级 s p d f 最多可容纳电子数 2 6 10 14 原子轨道数 1 3 5 7 单轨道容纳电子数 2 2 2 2 【思考】为什么只有1个最外 层电子的银原子在外加电场里加速飞行通过一个不对称磁场时会分成两束？ 施特恩-格拉赫实验,1922年德国物理学家奥托·施特恩和沃尔特·格拉赫使用了一束银原子作为粒子源（ 1个最外层电子）,让它们通过一个不对称磁场, 然后在屏幕上观察到银原子的分布。 1925年,荷兰的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。 (2)两种取向及表示方法： 电子自旋在空间有顺时针和逆时针两种取向，简称自旋相反，常用上下箭头(“↑”“↓”)表示自旋相反的电子。 (1)自旋定义：电子除空间运动状态外,还有一种状态叫做自旋，自旋是微观粒子普遍存在的一种如同电荷、质量一样的内在属性。 任务一：认识电子自旋与泡利原理 1.电子自旋 注意: 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。 一个原子中不可能存在运动状态完全相同的2个电子。 空间运动状态 原子轨道 空间状态数=原子轨道数 运动状态 能层、能级、原子轨道和自旋状态 运动状态数=电子数 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，且自旋相反，这个原理被称为泡利原理。(也称泡利不相容原理) 沃尔夫冈·泡利 2.泡利原理 同一个原子中不能有两个或两个以上的电子处于完全相同的运动状态。 填多少 如2s轨道上的电子排布为 ，不能表示为 He 2s2 【阅读思考】结合教材p15，认识电子排布的轨道表达式及其表示方法 。 (1)轨道表示式（又称电子排布图） 用一个○ 或 □表示一个原子轨道 能量相同的原子轨道(简并轨道)的 方框相连“↑↓”称电子对，“↑”或“↓” 称单电子(或称未成对电子） 箭头同向的单电子称自旋平行。 ↑↓ ↑↑ ↑↓ ↑↓ ↑ × 1.电子排布的轨道表示式 任务二：电子排布的轨道表示式 ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑ 1s 2s 2p 3s 1s2 2s22p63s23p1 例如Al 电子排布式 电子排布图 2.表示方法 1s 2s 2p 3s 3p ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑ 一个原子轨道 能层序数、能级符号 （方框下方或者上方） 空轨道 单电子 （未成对电子） 简并轨道:能量相同的原子轨道 不标电子数 【思考】铝原子中电子对、单电子、空间运动状态、运动状态数目 分别是多少？ 6个电子对, 1个单电子；7种空间运动状态, 13种电子运动状态。 【学习评价】1.请写出Li、C、Na的轨道表示式和电子排布式 。 Li 1s ↑↓ ↑ 2s ↑↓ 1s 2s 2p 3s ↑↓ ↑ ↑↓ ↑↓ ↑↓ Na 2p C ↑ 1s ↑ ↑↓ ↑↓ 2s Li 1s22s1 C 1s22s22p2 电子排布式给出了基态原子核外电子在能层和能级中的排布 轨道表示式还给出了电子在原子轨道中的自旋状态。 Na 1s22s22p63s1 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 如：2p3的电子排布为： 不能为： 注意：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。 洪特规则不仅适用于基态原子，也适用于基态离子 任务三：洪特规则 1.洪特规则 【思考交流】教材p16思考与讨论。 （1）选A，因为B违反泡利原理：在同一原子轨道中的电子自旋 相反 （2）选A，因为B、C违反洪特规则：填入简并轨道的电子总是 先单独分占，且自旋平行 2.洪特规则特例:（光谱实验发现） 当能量相同的原子轨道在全满(p6、d10、f14)、半满(p3、d5、f7)和全空(p0、d0、f0)状态时，体系具有较低的能量和较强的稳定性。 例如: 24Cr的电子排布式1s22s22p63s23p63d54s1 或 [Ar]3d54s1为半满状态; 29Cu的电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s1或[Ar]3d104s1为全充满状态 半充满的有： N( 2s22p3) P ( 3s23p3 ) Cr（ 3d54s1 ） Mn( 3d54s2 ) As (4s24p3) 全充满的有： Ne( 2s22p6 ) Ar( 3s23p6 ) Cu ( 3d104s1 ) Zn ( 3d104s2) Kr（4s24p6） 1.内容：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。 2.能级的能量高低顺序:如构造原理所示(对于1～36号元素来说，应重点掌握和记忆“1s→2s→2p→3s→3p→4s→3d→4p”这一顺序)。 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。 3.能量相同的原子轨道在全充满、半充满、 全空状态时，体系 的能量较低，原子较稳定。 任务四：能量最低原理 （1）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。 （2）氮原子核外有7个电子，根据能量最低原理和泡利原理，基态氮原子先有2个电子以自旋相反的形式填充在能量最低的1s轨道中，又有2个电子以自旋相反的形式填充在2s轨道中，根据洪特规则，余下3个电子将以自旋平行的方式分别填充在能量相同的2p轨道中。 根据构造原理, 3d能级的能量大于4s能级的能量,所以依据能量 最低原理，电子填入能量低的能级可使整个原子的能量最低。 3.为什么基态K和Ca的价层电子排布是4s1和4s2，而不是3d1和3d2? 表示方法 以硫(S)举例 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 1s22s22p63s23p4 [Ne]3s23p4 3s23p4 基态原子核外电子排布的表示方法 【归纳总结】 注意　书写轨道表示式时，常出现的错误及正确书写 D 【学习评价】 2. (1)元素Y的原子最外层电子排布式为nsn－1npn＋1， Y的元素符号为____, 原子的核外电子排布式为_______________。 1s22s22p63s23p4 (2)下列轨道表示式中,能正确表示元素X的原子处于最低能量状态 的是____(填字母)。 D S 3.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 4.按要求填空。 (1)17Cl的电子排布式：__________________________。 (2)17Cl的价电子排布式：_________________________。 (3)17Cl－的电子式：___________。 1s22s22p63s23p5 3s23p5 (4)17Cl的价电子轨道表示式：__________________。 (5)17Cl的原子结构示意图：________。 (6)第四周期中最外层只有1个电子的所有基态原子的简化电子 排布式：______________________________。 [Ar]4s1、[Ar]3d54s1、[Ar]3d104s1 Lavf58.20.100 1.下列关于钠元素的几种表达式错误的是(　　) $