資源簡介

第一節 原子結構
第3課時
教學目標
知道泡利原理和洪特規則，能書寫1~36號元素的基態原子的軌道表示式。
知道基態原子的核外電子排布遵循泡利原理，洪特規則。
教學重難點
1. 泡利原理、洪特規則。
2. 1~36號元素的基態原子的軌道表示式的書寫。
教學過程
一、新課導入
【提問】第n能層最大可容納電子數為2n2，軌道總數為n2，由此我們可以猜測出什么結論？
【講解】每個軌道最多可容納的電子數為2。
【提問】有什么實驗證據支持這種猜想呢？這背后蘊含著怎樣的一般性原理呢？
【講解】在今天的課程學習中我們將通過光譜證據、原子在磁場中的運動規律來探索。
二、講授新課
一、電子自旋與泡利原理
【提問】1.什么是自旋？自旋相反和自旋平行一般怎樣表示？
【講解】電子除空間運動狀態外，還有一種狀態叫自旋。它是一種微觀粒子普遍存在的內在屬性。電子自旋在空間有順時針和逆時針兩種取向，簡稱自旋相反，常用↑和↓表示自旋相反的電子。
2.泡利不相容原理
原理表述：在一個原子軌道里，最多只能容納2個電子，他們的自旋相反。
泡利原理是核外電子在軌道上排布必須遵循的原則
【提問】泡利不相容解決了哪些科學問題？
【講解】①只有1個最外層電子的堿金屬原子光譜為什么會在光譜里呈雙線
②只有1個最外層電子的Ag原子飛行通過一個不對稱磁場時會分為兩束
二、電子排布的軌道表示式
1.明確軌道表示式的要求：
【提問】軌道表示式如何表達軌道？如何表示簡并軌道？如何表示單電子？
如何表示成對電子？如何表示軌道所對應的能級？
【講解】在軌道表示式中，用方框表示原子軌道
能量相同的原子軌道的方框相連
能量相同的原子軌道也稱為簡并軌道
箭頭表示一種自旋狀態的電子， 稱電子對，或稱單電子或未成對電子
箭頭同向的單電子稱自旋平行。
通常在方框下方或上方標記能級符號。
2.示例介紹
（1）以H和He的軌道表示式為例進行介紹，讓學生進行模仿書寫練習：
【課堂練習】例1. 依據示例寫出3-7號元素基態原子的軌道表示式。
（2）分享展示學生書寫成果，針對他們的書寫結果重點討論C、N的軌道表示式，可能會出現幾種情況。
【提問】C和N在2p能級的電子出現了至少3種排布方式，這三種方式的能量相同么？
哪種的能量最低？
能量最低的排布有規律可循么？
這種規律可以推廣到其他元素的基態原子么？
三、洪特規則
【講解】1. 洪特規則的表述：基態原子中，填入簡并軌道的電子總是先單獨分占，且自旋平行。
補充說明：洪特規則是洪特在詮釋復雜原子光譜時，依據大量實驗數據歸納出的經驗規則。
強化學生的實驗證據意識。
2. 洪特規則的運用
【提問】按照洪特規則，C、N基態原子的軌道表示式分別應為什么？
【講解】對洪特規則中簡并軌道的說明：
在軌道表示式中，簡并軌道不做進一步區分；簡并軌道上的電子自旋平行即可，即單電子全部用用向下的箭頭表示也可以。
3. 適用情形辨析
【提問】有同學認為，按照洪特規則，C基態原子的軌道表示式應該為
請評價他的觀點。
【講解】洪特規則是針對電子填入簡并軌道時如何“分占軌道”和“選擇何種自旋狀態”的情況，并不適用于電子填入能量不同的軌道。
電子填入軌道順序由構造原理確定。
【課堂練習】
例2. 下列軌道表示式中哪個是氟的基態原子，為什么？
答案 A
解析
A表示的是氟的基態原子。B中同一個軌道里電子自旋平行，違反了泡利不相容原理，不存在這種電子排布。
例3. 下列軌道表示式中哪個是氧的基態原子，為什么？
答案 A
解析
A表示的是氧的基態原子。B中2p軌道的電子違反了洪特規則中的自旋平行，C中2p軌道的電子違反了洪特規則中的優先分占簡并軌道。
深度思考：
【提問】（1）在從小到大書寫1-20號元素的軌道表示式中，第一個需要用到泡利不相容原理的原子所對應的元素的元素符號是？
【講解】He
分析思路：在同一個軌道中填入兩個電子時就需要滿足泡利原理，讓兩個電子自旋相反，故第一個需要用泡利原理的應該是在最低能級1s中填入兩個電子，該元素為氦
【提問】（2）在從小到大書寫1-20號元素的軌道表示式中，第一個需要用到洪特規則的原子所對應的元素的元素符號是？
【講解】C
分析思路：洪特規則是針對簡并軌道的，按照構造原理，第一組簡并軌道是2p能級，2p上只有1個電子不涉及分占軌道和自旋平行問題，故2p上至少有2個電子。此時電子構型為1s22s22p2，6個電子對應6號元素碳
【提問】（3）在1-20號元素的基態原子的軌道表示式中，單電子數量最多的的原子所對應的元素的元素符號是？
【講解】N和P
分析思路：單電子數量最多，一定是單電子占滿了一組簡并軌道中全部軌道，在1-20號元素中填充的簡并軌道有2p和3p，他們應滿足2p3和3p3，結合構造原理可知，兩個原子的電子構型分別為1s22s22p3和1s22s22p63s23p3，二者分別是7電子和15電子，故對應氮和磷。
【提問】（4）在1-20號元素的基態原子的軌道表示式中，哪些不涉及洪特規則？
【講解】H、He、Li、Be、B、F、Ne、Na、Mg、Al、Cl、Ar、K、Ca
分析思路：不涉及洪特規則可以分為三類
①電子填入軌道不是簡并軌道，如H、He、Li、Be這類
②電子填入簡并軌道但是只有1個單電子，如B、Al、F、Cl這類
③電子填入簡并軌道無單電子，如Ne、Ar這類
三、課堂小結
1.構造原理解決了電子填入軌道順序的問題，但是無法詳細指出電子在不同軌道上的排布狀態，軌道容納電子數量的問題。
2.泡利原理指出了每個軌道所能容納的最大電子數
3.洪特規則指出了電子填入簡并軌道時遵循的規則
基于上述3條規律，我們就可以用軌道表示式更精細的表達核外電子排布及每個能級中電子的運動狀態。

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