資源簡(jiǎn)介

原子結(jié)構(gòu)與性質(zhì)
第一節(jié) 原子結(jié)構(gòu)
1.1.3 泡利原理、洪特規(guī)則、能量最低原理
【教材分析】
本節(jié)從介紹原子的誕生，原子結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)歷程入手，首先介紹能層、能級(jí)的概念，在原子的基態(tài)與激發(fā)態(tài)概念的基礎(chǔ)上介紹電子的躍遷和光譜分析；然后給出構(gòu)造原理并根據(jù)構(gòu)造原理書(shū)寫(xiě)原子的核外電子排布；根據(jù)電子云與原子軌道等概念，進(jìn)一步介紹核外電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，并介紹了泡利原理、洪特規(guī)則、能量最低原理。本節(jié)內(nèi)容比較抽象 ，教學(xué)過(guò)程中應(yīng)注意培養(yǎng)學(xué)生的空間想象能力 、分析推理能力及抽象概括能力 。
【課程目標(biāo)】
課程目標(biāo) 學(xué)科素養(yǎng)
1、知道原子核外電子的排布遵循泡利原理、洪特規(guī)則和能量最低原理。 2、掌握1～36號(hào)元素的原子核外電子排布圖(或叫軌道表示式)。 1. 證據(jù)推理與模型認(rèn)知：原子核外電子的排布遵循泡利原理、洪特規(guī)則和能量最低原理，依此可以掌握1～36號(hào)元素的原子核外電子排布圖(或叫軌道表示式)
【教學(xué)重難點(diǎn)】
教學(xué)重點(diǎn)：
1、掌握泡利原理、洪特規(guī)則和能量最低原理
2、掌握1～36號(hào)元素的原子核外電子排布圖
教學(xué)難點(diǎn)：
1～36號(hào)元素的原子核外電子排布圖
【教學(xué)過(guò)程】
[舊知回顧]
[思考交流]
為什么每個(gè)原子軌道中最多可容納兩個(gè)電子，那么這兩個(gè)電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)有什么差異呢？
[新課引入]
只有1個(gè)最外層電子的鈉原子光譜為什么會(huì)在光譜里呈現(xiàn)雙線？為什么只有1個(gè)最外層電子的銀原子在外加電場(chǎng)里加速飛行通過(guò)一個(gè)不對(duì)稱磁場(chǎng)時(shí)會(huì)分成兩束？歸根結(jié)底，為什么一個(gè)原子軌道里能容納兩個(gè)電子？
[過(guò)渡］原子光譜、構(gòu)造原理都無(wú)法解釋上述問(wèn)題，帶著這個(gè)問(wèn)題，我們進(jìn)入本節(jié)可的學(xué)習(xí)。
[講解］量子力學(xué)告訴我們：ns能級(jí)各有一個(gè)軌道，np能級(jí)各有3個(gè)軌道，nd能級(jí)各有5個(gè)軌道，nf能級(jí)各有7個(gè)軌道。每個(gè)能級(jí)最多可容納的電子數(shù): ns、np、nd、nf……分別最多可容納的電子數(shù)2x1、2x3、2x5、2x7……，由此可知，每個(gè)軌道里最多能容納2個(gè)電子，這2個(gè)電子容納在同一原子軌道，也就意味著它們的空間運(yùn)動(dòng)狀態(tài)相同。為什么一個(gè)軌道允許容納兩個(gè)電子？那么這兩個(gè)電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)有什么差異呢？
[答疑解惑]
1925年，烏倫貝克和哥德斯密根據(jù)實(shí)驗(yàn)事實(shí)提出假設(shè)：電子除了空間運(yùn)動(dòng)狀態(tài)外，還存在一種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)叫自旋。
任務(wù)一：電子自旋 泡利原理
[講解]
電子自旋在空間有順時(shí)針和逆時(shí)針兩種取向，簡(jiǎn)稱自旋相反，常用上下箭頭（ “↑”“↓” ）表示自旋相反的電子。
[講解]
1、泡利原理
每個(gè)原子軌道里最多只能容納2個(gè)電子，且自旋狀態(tài)相反。
沒(méi)有泡利原理，復(fù)雜的原子光譜無(wú)法得到解釋，以光譜為事實(shí)的構(gòu)建原理也無(wú)法建立。
[過(guò)渡]
依據(jù)泡利原理，每個(gè)軌道里最多容納的2個(gè)電子，且自旋方向相反，電子排布的軌道表示式可以表示同一原子軌道內(nèi)電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。
[學(xué)生活動(dòng)]
閱讀課本，回答下列問(wèn)題：
電子排布的軌道表示式的定義
電子排布的軌道表示式（電子排布圖）：表示電子排布的一種圖式。
Na的基態(tài)原子的軌道表示式
1s22s22p63s1
電子排布的軌道表示式的書(shū)寫(xiě)方法
用□或○代表一個(gè)原子軌道，能量相同的原子軌道（簡(jiǎn)并軌道）的方框相連
不同能級(jí)中的□或○要相互分開(kāi)，同一能級(jí)中的□或○要相互連接
整個(gè)電子排布圖中各能級(jí)的排列順序要與相應(yīng)的電子排布式一致
通常在方框下方或者上方標(biāo)記能級(jí)符號(hào)
箭頭表示一種自旋狀態(tài)的電子，一個(gè)箭頭表示一個(gè)電子，↓↑”稱電子對(duì) ，“↓”或“↑”表示單電子，箭頭同向，自旋平行，箭頭相反，自旋相反
電子排布式給出了基態(tài)原子核外電子在能層和能級(jí)中的排布，而電子排布圖還給出了電子在原子軌道中的自旋狀態(tài)
概念辨析：簡(jiǎn)并軌道、單電子、電子對(duì)、自旋平行、自旋相反
簡(jiǎn)并軌道：能量相同的原子軌道
單電子：“↓”或“↑”
電子對(duì)：↓↑
自旋平行：箭頭同向
自旋相反：箭頭相反
[課堂練習(xí)]
1、請(qǐng)寫(xiě)出Li、Be、B的軌道表示式。
[過(guò)渡]
2、請(qǐng)寫(xiě)出基態(tài)碳原子可能的軌道表示式，判斷哪個(gè)是正確的。
[講解]
2、洪特規(guī)則
(1)定義：基態(tài)原子中，填入簡(jiǎn)并軌道的電子總是先單獨(dú)分占，且自旋平行。
如：2p3的電子排布為，不能表示為或。
(2) 洪特規(guī)則適用范圍
基態(tài)原子 基態(tài)離子 電子填入簡(jiǎn)并軌道
[思考與討論]
3、請(qǐng)寫(xiě)出24、29號(hào)元素原子的電子排布式。
[講解]
（3）洪特規(guī)則特例
有少數(shù)元素的基態(tài)原子的電子排布對(duì)于構(gòu)造原理有1個(gè)電子的偏差。
因?yàn)槟芰肯嗤脑榆壍涝谌錆M、半充滿、 全空狀態(tài)時(shí)，體系的能量較低，原子較穩(wěn)定。
[課堂練習(xí)]
2、下列軌道表示式中哪個(gè)是硼的基態(tài)原子？為什么？
A. B.
3、下列軌道表示式中哪個(gè)是氧的基態(tài)原子？為什么？
A． B. C.
[講解]
上述均為基態(tài)原子軌道表示式，基態(tài)時(shí)能量處于最低狀態(tài)，所以基態(tài)原子的電子排布是能量最低的原子軌道組合。由此得到一個(gè)結(jié)論：在構(gòu)建基態(tài)原子時(shí)，電子盡可能地先占有能量低的軌道，然后進(jìn)入能量高的軌道，使整個(gè)原子的能量處于最低狀態(tài)。
[講解]
能量最低原理：在構(gòu)建基態(tài)原子時(shí)，電子盡可能地先占有能量低的軌道，然后進(jìn)入能量高的軌道，使整個(gè)原子的能量處于最低狀態(tài)
電子排布式遵循構(gòu)造原理，基態(tài)原子電子排布式符合能量最低原理
實(shí)際上，整個(gè)原子的能量是由核電荷數(shù)、電子數(shù)和電子狀態(tài)三個(gè)因素共同決定。
相鄰能級(jí)能量相差很大時(shí)，電子填入能量低的能級(jí)即可使整個(gè)原子能量最低；但當(dāng)相鄰能級(jí)能量差別不大時(shí)，有1～2個(gè)電子填入能量稍高的能級(jí)可能反而降低電子排斥能，進(jìn)而使原子整體能量最低。例如所有副族元素的基態(tài)原子。
[思考與討論]
為什么基態(tài)氦原子的電子排布式時(shí)1s2而不是1s12s1？
遵循能量最低原理
為什么基態(tài)氮原子的軌道表達(dá)式是 ，而不是？
依據(jù)洪特規(guī)則
為什么基態(tài)K和Ca的價(jià)電子是4s1和4s2，而不是3d1和3d2？
遵循能量最低原理
[課堂練習(xí)]
[歸納小結(jié)]
原子結(jié)構(gòu)示意圖 意義 將每個(gè)能層上的電子總數(shù)表示在原子核外的式子
實(shí)例 ??
電子 排布式 意義 用數(shù)字在能級(jí)符號(hào)右上角標(biāo)明該能級(jí)上排布的電子數(shù)，這就是電子排布式
實(shí)例 K　1s22s22p63s23p64s1
簡(jiǎn)化電子排布式 意義 為了避免電子排布式書(shū)寫(xiě)過(guò)于繁瑣，把內(nèi)層電子達(dá)到稀有氣體結(jié)構(gòu)的部分以相應(yīng)稀有氣體的元素符號(hào)外加方括號(hào)表示
實(shí)例 K：[Ar]4s1
價(jià)電子 排布式 意義 主族元素的價(jià)層電子指最外層電子，價(jià)層電子排布式即外圍電子排布式
實(shí)例 Al：3s23p1
電子 排布圖 意義 每個(gè)方框代表一個(gè)原子軌道，每個(gè)箭頭代表一個(gè)電子
實(shí)例
[本節(jié)小結(jié)]
核外電子排布規(guī)則
(1)能量最低原理：在構(gòu)建基態(tài)原子時(shí)，電子將盡可能地占據(jù)能量最低的原子軌道，使整個(gè)原子的能量最低。
(2)泡利原理（填多少）：在一個(gè)原子軌道里，最多只能容納2個(gè)電子，且它們的自旋狀態(tài)相反。這兩個(gè)電子稱為電子對(duì)。
(3)洪特規(guī)則（怎么填）：基態(tài)原子中，填入簡(jiǎn)并軌道的電子總是先單獨(dú)分占，且自旋平行。
(4)洪特規(guī)則的特例：在能量相同的軌道(同一能級(jí))上的電子排布處于全充滿(p6、d10、f14)、半充滿(p3、d5、f7)和全空狀態(tài)(p0、d0、f0)時(shí)，具有較低的能量和較高的穩(wěn)定性。如24Cr的價(jià)電子排布式為3d54s1(3d、4s能級(jí)均為半充滿)，易錯(cuò)寫(xiě)為3d44s2；29Cu的價(jià)電子排布式為3d104s1(3d全充滿、4s半充滿)，易錯(cuò)寫(xiě)為3d94s2。

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