第一章 第一节 第3课时 泡利原理、洪特规则、能量最低原理-【金版新学案】2026-2027学年高中化学选择性必修2 物质结构与性质同步课堂高效讲义教师用书Word（人教版 双选）

本讲义聚焦高中化学核外电子排布核心知识点，系统梳理泡利原理（轨道最多容纳2个自旋相反电子）、洪特规则（简并轨道电子先单独分占且自旋平行）、能量最低原理（电子优先占据低能轨道），构建从原理认知到1-36号元素电子排布式与轨道表示式书写的学习支架。 该资料通过实例分析（如Cr、Cu的半满/全满特例）、多种表示方法对比及正误判断，培养科学思维（证据推理、模型建构）与化学观念（结构决定性质）。课中辅助理解抽象原理，课后练习题与测评助力学生查漏补缺，强化知识应用能力。

第3课时　泡利原理、洪特规则、能量最低原理 [学习目标]　1.认识基态原子中核外电子排布遵循能量最低原理、泡利原理和洪特规则。　2.能结合能量最低原理、泡利原理、洪特规则书写1～36号元素基态原子的核外电子排布式和轨道表示式，并说明含义。 任务一　核外电子排布规律 基态原子的核外电子排布规律应遵循 1.电子自旋与泡利原理 (1)电子自旋：自旋是电子的内在属性，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(↑和↓)表示自旋相反的电子。 (2)泡利原理：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，这个原理称为泡利原理。 2.洪特规则 (1)内容：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不同轨道，且自旋平行，称为洪特规则。 (2)特例：有少数元素基态原子的电子排布对于构造原理有1个电子的偏差，因为能量相同的原子轨道在全充满(如p6和d10)、半充满(如p3和d5)和全空(如p0和d0)状态时，体系的能量较低，原子较稳定。如 3.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能量最低的原子轨道，使整个原子的能量最低。 (2)影响原子能量的因素：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。 [交流研讨]　指出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？ (1)2p轨道上有3个电子的原子： (2)2p轨道上有2个电子的原子： (3)基态P原子：1s22s22p63s233 (4)4s轨道上有2个电子的原子： (5)3d轨道上有8个电子的原子： 提示：(1)(2)(3)(5)违背了洪特规则，当电子排布在同一能级的不同轨道上时，原子中的电子总是优先单独占据一个轨道，且自旋平行； (4)违背了泡利原理，一个原子轨道最多只能容纳2个电子，而且这2个电子的自旋相反。 1.正误判断 (1)当电子排布在同一能级的不同轨道时，总是优先单独占据一个轨道，而且自旋方向相反。 提示：×，当电子排布在同一能级的不同轨道时，总是优先单独占据一个轨道，且自旋方向相同。 (2)1个原子轨道里最多容纳2个电子，且自旋方向相同。 提示：×，根据泡利原理，1个原子轨道里最多容纳2个电子，且自旋方向相反。 (3)如果硫原子核外电子排布图为，则违反了泡利原理。 提示：×，如果硫原子核外电子排布图为，则违反了洪特规则。 (4)如果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。 提示：√。 (5)氮原子的核外电子排布图为，符合洪特规则和泡利原理。 提示：√。 2.根据原子核外电子排布规律，回答下列问题： (1)写出基态S原子的核外电子排布式：　　　　　　　　　；写出基态24Cr原子的价层电子排布式：　　　　　　。 (2)画出基态N原子的核外电子排布图：　　　　　　　　　　　。 (3)若将基态14Si的电子排布式写成1s22s22p63s33p1，则它违背了　　　　　　　　　。 (4)Fe3＋比Fe2＋的稳定性　　　　　　　　(填“强”或“弱”)，从结构上分析原因是　　　　　　　 　　　　　　　。 答案：(1)1s22s22p63s23p4或[Ne]3s23p4　3d54s1 (2) (3)泡利原理　(4)强　Fe3＋的价层电子排布式为3d5，3d能级处于半满状态，故更稳定 解析：(1)基态S原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p4或[Ne]3s23p4；24Cr的价层电子排布式为3d54s1。 (2)N位于元素周期表第二周期第ⅤA族，根据泡利原理和洪特规则，其核外电子排布图为。 (3)s能级上只有一个原子轨道，每个原子轨道最多容纳2个电子，而题目所给的电子排布式中的3s能级上有3个电子，违背了泡利原理。 (4)Fe2＋的价层电子排布式为3d6，Fe3＋的价层电子排布式为3d5，3d能级处于半满状态时比较稳定，因此Fe3＋比Fe2＋稳定。 任务二　核外电子排布的表示方法 原子(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式子 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，这就是电子排布式 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繁琐，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 价层电子排布式 含义 主族元素的价层电子指最外层电子，价层电子排布式即最外层电子排布式 实例 Al：3s23p1 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 实例 Al： 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，相应的式子叫做电子式 实例 [交流研讨]　1.已知钛的原子序数是22，则基态钛原子的轨道表示式如何表示？ 提示： 2.画出基态Ti2＋价层电子的轨道表示式。 提示： 3.轨道表示式比电子排布式在描述核外电子运动状态方面有哪些优点？ 提示：电子排布式仅能够表示出每一个能级上的电子排布情况，而轨道表示式除了能够表示出在每一个能级上电子的排布情况，还能表示出电子在该能级的原子轨道上的排布情况，因此比电子排布式更加具体形象。 1.正误判断 (1)原子核内有10个中子的氧原子:。 提示：×，原子核内有10个中子的氧原子的质量数为10＋8＝18，应该表示为。 (2)氯原子的结构示意图：。 提示：×，氯原子核外电子总数为17，则氯原子的结构示意图为。 (3)Fe3＋的最外层电子排布式：3s23p63d5。 提示：√。 (4)基态铜原子的价层电子轨道表示式：。 提示：×，Cu是29号元素，其原子核外有29个电子，基态原子价层电子排布式为3d104s1，图示中3d和4s能级电子数目不符，基态铜原子的价层电子轨道表示式为。 2.下列有关电子排布式、原子结构示意图以及电子排布图正确的是(　　) A.Cr的电子排布式为1s22s22p63s23p63d44s2 B.As的价电子排布图： C.Fe的原子结构示意图： D.Mn2＋的价电子排布图： 答案：D 题后总结 解答本类试题应注意以下几点 1.注意观察电子排布是否符合构造原理。 2.注意分析电子排布是否符合泡利原理和洪特规则。 3.不要忽略Cu、Cr等少数原子“半充满”或“全充满”较稳定的特例。 4.过渡元素的原子结构示意图不能仅仅依靠初中所学知识解决，应该先写出电子排布式，再据此画出原子结构示意图。 1.下列化学用语的表达正确的是(　　) A.锰原子的价层电子排布式：3d54s2 B.氯原子的结构示意图： C.氮原子的最外层电子的轨道表示式： D.基态铜原子的价层电子的轨道表示式： 答案：A 解析：Mn为25号元素，其核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s2，所以Mn的价层电子排布为3d54s2，A项正确；氯原子是17号元素，核外有17个电子，最外层电子数为7，B项错误；氮原子的价层电子排布为2s22p3，轨道表示式为，C项错误；Cu元素为29号元素，其价层电子排布为3d104s1，轨道表示式为，D项错误。 2.下列有关电子排布式或轨道表示式的结论错误的是(　　) 选项 电子排布式或轨道表示式 结论 A 1s22s2222 违背洪特规则 B 1s22s22p63s23p63d2 书写正确 C 违背泡利原理 D 1s22s22p63s23p63d54s1 书写正确 答案：B 解析：当电子排布在同一能级的不同轨道时，总是优先单独占据一个轨道，且自旋方向相同，2p能级上的电子排布违背了洪特规则，A项不符合题意；根据构造原理，电子应先填充4s能级，再填充3d能级，违背了构造原理，B项符合题意；当电子排布在同一轨道上时，每个轨道最多容纳2个电子，且自旋方向相反，原子核外电子在能量相同的各个轨道上排布时，电子尽可能分占不同的原子轨道且自旋状态相同，C项不符合题意；原子核外电子在能量相同的各个轨道上排布时，电子尽可能分占不同的原子轨道且自旋状态相同，全空、全满或半满时能量最低，则电子排布式1s22s22p63s23p63d54s1符合能量最低原理，书写正确，D项不符合题意。 3.气态中性基态原子的原子核外电子排布发生如下变化，吸收能量最多的是(　　) A.1s22s22p63s23p2→1s22s22p63s23p1 B.1s22s22p63s23p3→1s22s22p63s23p2 C.1s22s22p63s23p4→1s22s22p63s23p3 D.1s22s22p63s23p63d104s24p1→1s22s22p63s23p63d104s2 答案：B 解析：A、B、C、D依次为Si、P、S、Ga；Si、P、S为同一周期相邻元素，P原子的3p轨道为半充满，电子能量较低，P的I1较大，即第一电离能：P＞S＞Si，因Ga与Ge同周期，第一电离能：Ga＜Ge，而Si与Ge同主族，第一电离能：Si＞Ge，故第一电离能：P＞S＞Si＞Ga，故B正确。 4.下列基态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 ③S： ④Fe：1s22s22p63s23p63d64s2 ⑤Mg2＋：1s22s22p6 ⑥O： 答案：①④⑤　②　③　⑥ 解析：根据核外电子排布规律，②中错误在于电子排完2s轨道后应排2p轨道而不是3p轨道，正确的应为1s22s22p6；③中没有遵循洪特规则——电子在能量相同的轨道上排布时，应尽可能分占不同的轨道并且自旋平行，正确的应为；⑥违反了泡利原理，正确的应为 课时测评3　泡利原理、洪特规则、能量最低原理 (时间：45分钟　满分：60分) (本栏目内容，在学生用书中以独立形式分册装订！) (1－11题，每小题2分，共22分) 题点一　泡利原理、洪特规则、能量最低原理的应用 1.在2p能级上最多能容纳6个电子，其依据的规律是(　　) A.能量最低原理 B.泡利原理 C.洪特规则 D.能量最低原理和泡利原理 答案：B 解析：能量最低原理主要是确定电子排布先后顺序，洪特规则指的是相同能级电子尽可能分占不同轨道，泡利原理是指一个轨道上最多容纳2个电子且自旋取向相反，2p能级共有3个轨道，最多容纳6个电子。 2.下列说法中不正确的是(　　) A.电子在3px与3pz轨道上的运动状态不相同 B.1s22s1222违背了洪特规则，是激发态原子的电子排布式 C.原子结构示意图为的原子，核外电子云有两种不同形状 D.基态Ni原子的价电子排布图为 答案：B 解析：3px与3pz轨道上的电子运动状态不相同，A正确；1s22s1222是违背了能量最低原理，B错误；原子结构示意图为的原子的核外电子排布式为1s22s22p4，只有s、p两种能级，故只有两种不同形状的电子云，C正确；符合基态Ni原子的价电子排布，D正确。 3.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 D.违反了泡利原理 答案：C 解析：Cr原子核外有24个电子，根据构造原理书写，基态Cr的原子价层电子排布：3d54s1，故B正确；电子排布式(23V)：1s22s22p63s23p63d5，违反了构造原理，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。 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，则违反了构造原理 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、构造原理都是核外电子排布满足能量最低的条件 答案：A 解析：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，则违反了构造原理，故B正确。 题点二　电子排布式的书写与应用 5.某基态原子的核外电子排布式为[Ar]3d104s24p4，下列说法错误的是(　　) A.该元素原子核外共有34个运动状态不同的电子 B.该元素原子的最高能层符号为N C.该元素原子核外电子有18种空间运动状态 D.该元素原子价层电子排布为3d104s24p4 答案：D 解析：由基态原子的核外电子排布式为[Ar]3d104s24p4可知，该元素的原子序数为34，是位于元素周期表第四周期第ⅥA族的硒元素。由泡利原理可知，同一原子核外不可能有运动状态完全相同的电子，则硒原子的原子核外共有34个运动状态不同的电子，故A正确；由电子排布式可知，硒原子的最高能层符号为N，故B正确；由电子排布式可知，硒原子的核外电子占据1s、2s、2p、3s、3p、3d、4s、4p轨道，核外电子有18种空间运动状态，故C正确；硒元素位于元素周期表第四周期第ⅥA族，价层电子排布为4s24p4，故D错误。 6.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 C.N3－： D.Ar：1s22s22p63s23p6 答案：A 解析：基态Na＋的核外电子排布式应为1s22s22p6，A项错误。 题点三　轨道表示式的书写与应用 7.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. 答案：D 解析：原子核外电子优先占据能量最低的轨道，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，A中3s轨道没有排满就排3p轨道，违背了能量最低原理；B、C违背了洪特规则，电子总是优先单独分占，且自旋平行。 8.(双选)下列有关化学用语正确的是(　　) A.基态Cr原子的价层电子轨道表示式： B.KCl的电子式：K＋[︰]－ C.基态Fe3＋的电子排布式：1s22s22p63s23p63d5 D.F的原子结构示意图： 答案：BC 解析：基态Cr原子的价层电子排布式为3d54s1，基态Cr原子的价层电子轨道表示式为，故A错误；KCl是离子化合物，其电子式：K＋[︰]－，故B正确；基态Fe原子的电子排布式为[Ar]3d64s2，则基态Fe3＋的电子排布式：1s22s22p63s23p63d5，故C正确；F的原子结构示意图：，故D错误。 题点四　未成对电子的判断和应用 9.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＋ 答案：D 解析：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。 10.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 答案：C 解析：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。 11.若某元素原子处于能量最低状态时，价层电子排布为4d15s2，下列说法正确的是(　　) A.该元素原子处于能量最低状态时，原子中共有3个未成对电子 B.该元素原子核外共有5个电子层 C.该元素原子的M层共有8个电子 D.该元素原子最外层有3个电子 答案：B 解析：由题意知，该元素原子的价层电子排布为4d15s2，则其基态原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p64d15s2。A项，该元素原子处于能量最低状态时，原子中只有4d1中的1个未成对电子，错误；B项，由核外电子排布式可知该元素原子有5个电子层，正确；C项，M层共有18个电子，错误；D项，原子最外层有2个电子，错误。 12.(6分)按要求完成下列各题。 (1)基态Cu2＋核外电子排布式为　　　　　　　　　　　　　　　。 (2)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)。 A. B. C. D. 答案：(1)1s22s22p63s23p63d9(或[Ar]3d9) (2)D　C 解析：(1)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)电子处于基态时能量最低，处于激发态时能量较高，D选项为基态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。 13．(10分)(2025·河北衡水高二上期末)原子结构与元素周期表存在着内在联系。回答下列问题： (1)写出3p轨道上有2个未成对电子的所有元素符号：__________。 (2)X原子在第二电子层上只有一个空轨道，则X的轨道表示式为________________________________________________________________________。 (3)被誉为“21世纪的金属”的钛(Ti)元素原子的价层电子排布式为________________________________________________________________________。 (4)写出原子序数最小的第ⅠB族元素的基态原子的核外电子排布式：__________。 (5)日常生活中广泛应用的不锈钢，在其生产过程中添加了某种元素，该元素在第四周期未成对电子数目最多，该元素的名称为__________。 (6)近年来我国科学家发现了一系列意义重大的铁系超导材料，其中一类为Fe-Sm-As-F-O组成的化合物。 ①As元素在周期表的位置是__________。 ②基态O原子价层电子中已成对电子个数与未成对电子个数比为__________。 ③K、Na等少数金属元素可以用焰色试验来检验，但Al、Fe等金属元素没有焰色试验，解释其原因： ________________________________________________________________________。 答案：(1)Si，S (2) (3)3d24s2 (4)1s22s22p63s23p63d104s1或[Ar]3d104s1 (5)铬 (6)①第四周期第ⅤA族　②2∶1　③Fe、Al等金属的发射光谱不在可见光范围内 解析：(1)3p有3个轨道，每个轨道最多容纳2个电子。未成对电子数为2时，有两种电子排布：3p2：两个电子各占一个轨道(未成对)，对应元素Si(14号)；3p4：四个电子中两个轨道各有一个未成对电子，另一个轨道有成对电子，对应元素S(16号)；(2)第二电子层(n＝2)包含2s和2p轨道。若只有一个空轨道，说明2p轨道中有两个轨道被占据。根据洪特规则，2p2的电子排布为两个轨道各一个电子，第三个轨道为空轨道，对应碳(C)原子，轨道表示式为；(3)钛(Ti，22号)的电子排布式为[Ar]3d24s2，其中3d和4s轨道为价层电子，参与化学反应；(4)第ⅠB族原子序数最小的元素是铜(Cu，29号)。基态电子排布式为[Ar]3d104s1，满足洪特规则特例；(5)第四周期中，铬(Cr)的未成对电子数最多(6个：3d54s1)，不锈钢中添加铬以提高耐腐蚀性；(6)①砷(As，33号)位于第四周期第ⅤA族；②氧(O)的价层电子为2s22p4。2s2已配对，2p4中有两个未成对电子和一对成对电子，故个数比为4∶2＝2∶1；③焰色试验依赖电子跃迁释放的可见光。K、Na的谱线在可见光区，而Al、Fe的谱线在紫外/红外区，即Fe、Al等金属的发射光谱不在可见光范围内。 14.(12分)(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　　　　　　　　　　　　　　。 (7)(2021·全国甲卷节选)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　　　　　　　。 (8)(2021·海南卷节选)基态锰原子的价层电子排布式为　　　　　　　　。 答案：(1)Mn　(2)2　(3)2　(4)4　(5)N　球形　(6)(7)3s23p2　(8)3d54s2 15.(10分)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个电子的自旋状态与其他电子的自旋状态相反；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式为3s23p6。 (1)按要求书写下列图式： 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)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)。 (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)。 (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　　　　　　　 　　　　　　　。 答案：(1)①　② ③1s22s22p63s23p64s1(或[Ar]4s1) ④ (2)KOH、KClO、KClO3、HClO、HClO3(其他合理答案也可) (3)2H2O2H2↑＋O2↑、2K＋2H2O2KOH＋H2↑(其他合理答案也可) (4)Ar　对太阳光进行光谱分析 解析：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。(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。(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。 学科网（北京）股份有限公司 $