資源簡介

(共44張PPT)
第一章　
原子結構與性質
第一節　
原子結構
第3課時　
泡利原理、洪特規則、能量最低原理
[明確學習目標]
了解泡利原理、洪特規則、能量最低原理，知道原子核外電子排布遵循的規則。
[核心素養對接]
1．宏觀辨識與微觀探析：通過認識原子結構及核外電子排布，辨識微觀粒子運動狀態不同于宏觀物體運動狀態。
2．證據推理與模型認知：結合原子核外電子排布規律及核外電子排布的原則，建立觀點、證據和結論之間的邏輯關系。
課前篇
·
自主學習固基礎
[知識梳理]
1．泡利原理
在一個原子軌道里，最多只能容納________個電子，它們的自旋________，常用上下箭頭(↑和↓)表示自旋相反的電子。
2　
相反
2．電子排布的軌道表示式(電子排布圖)
O：
(1)簡并軌道：_________________________________。
(2)電子對：_____________________________________。
(3)單電子：______________________________________
_________________。
能量相同的原子軌道　
同一個原子軌道中，自旋相反的一對電子　
一個原子軌道中若只有一個電子，則該電子稱為單電子　
(4)自旋平行：_______________________________。
(5)在氧原子中，有________對電子對，有________個單電子。
(6)在氧原子中，有________種空間運動狀態，有________種運動狀態不同的電子。
箭頭同向的單電子　
3　
2
5　
8
3．洪特規則
(1)內容：基態原子中，填入___________的電子總是先單獨分占，且自旋平行。
(2)特例
在簡并軌道上的電子排布處于全充滿、半充滿和全空狀態時，具有________的能量和________的穩定性。
簡并軌道　
較低
較大
全充滿：p6、d10、f14
相對穩定的狀態 全空：p0、d0、f0
半充滿：p3、d5、f7
如24Cr的電子排布式為________________________，
3d能級為半充滿狀態，易錯寫為1s22s22p63s23p63d44s2。
1s22s22p63s23p63d54s1
4．能量最低原理
(1)內容：在構建基態原子時，電子將盡可能地占據__________的原子軌道，使整個原子的能量最低。
(2)因素：整個原子的能量由__________、__________和__________三個因素共同決定。
能量最低　
核電荷數　
電子數　
電子狀態
[自我排查]
1．為什么基態K和Ca的價層電子是4s1和4s2，而不是3d1和3d2。
________________________________________________________________________________________________________________________________________________
提示：根據構造原理，3d能量大于4s能量，所以依據能量最低原理，電子填入能量低的能級可使整個原子的能量最低。
2．下列有關碳原子的軌道表示式中，能量最低的是
(　　)
A.
B.
C.
D.
D
解析：根據洪特規則，原子的核外電子在能量相同的軌道上排布時，電子盡可能分占不同的軌道且自旋平行，這樣整個原子的能量最低。A中2p軌道上兩個電子擠在一個軌道中，B、C中兩個2p軌道上的電子自旋相反，均與洪特規則相違背，只有D中的排布符合洪特規則，能量最低。
3．寫出15P、25Mn的軌道表示式，并按要求填空。
15P：__________________________________________，
有________對電子對，有________個單電子。
25Mn：__________________________________________
___________________________，
有________種空間運動狀態，有________個單電子，屬于半充滿狀態。
6　
3
15　
5　
課堂篇
·
重點難點要突破
研習 泡利原理、洪特規則、能量最低原理
[探究活動]
某同學在學習了電子排布的軌道表示式后，畫出了下列四種基態氧原子最外層軌道表示式：
① ②
③ ④
[問題探討]
1．判斷上述四種基態氧原子軌道表示式的正誤，并說明理由。
提示：①錯誤；理由是違背了洪特規則。
②錯誤；理由是違背了洪特規則。
③正確；理由是符合泡利原理、洪特規則和
能量最低原理。
④錯誤；理由是違背了能量最低原理。
2．下列軌道表示式中哪個是硼的基態原子？為什么？
A.
B.
提示：A表示的是硼的基態原子；因為B中s軌道中的兩個電子的自旋方向相同，違背了泡利原理。
3．為什么基態氦原子的電子排布是1s2而不是1s12s1
提示：2s能級的能量高于1s能級，電子應首先占據能量最低的原子軌道，從而使整個基態原子的能量最低，因此氦的電子排布式是1s2，而不是1s12s1。
[重點講解]
1．泡利原理
(1) 電子的自旋狀態
電子除空間運動狀態外，還有一種狀態叫做自旋。電子自旋可以比喻成地球的自轉。電子自旋在空間有順時針和逆時針兩種取向，常用方向相反的箭頭“↑”和“↓”表示自旋相反的電子。
(2) 泡利原理
在一個原子軌道里，最多只能容納2個電子，它們的自旋相反，這一原理被稱為泡利原理。
2．軌道表示式(又稱電子排布圖)
(1)軌道表示式中各符號、數字的意義(以鋁原子為例)
(2) 在軌道表示式中也可以用圓圈表示一個原子軌道，
如Na： 。
3．洪特規則
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，這個規則稱為洪特規則。如碳原子的軌道表示
式是 ，而不是 或 。
4．能量最低原理
在構建基態原子時，電子將盡可能地占據能量最低的原子軌道，使整個原子的能量最低，這就是能量最低原理。
整個原子的能量由核電荷數、電子數和電子狀態三個因素共同決定。主族元素的基態原子，由于相鄰能級能量相差很大，電子填入能量低的能級即可使整個原子能量最低；而副族元素的基態原子，相鄰能級能量相差不太大時，有1～2個電子占據能量稍高的能級可能反而降低了電子排斥能而使整個原子能量最低。
[典例]　以下核外電子的表示方法中，能表示該原子處于能量最低狀態的是(　　)
A．N： 　　　　 B．F：
C．Fe：[Ar]3d54s2 D．Cu：3d104s
D
解析：A選項不符合洪特規則，2p軌道上的3個電子應分別占據三個軌道；B選項為F－的電子排布圖，而不是F原子的電子排布圖；C選項中Fe是26號元素，基態原子核外電子排布式應表示為[Ar]3d64s2；D選項符合洪特規則，原子處于能量最低狀態。
[舉一反三]
1．下列幾種表示電子排布的方法中正確的是(　　)
A．32Ge原子的電子排布式：4s24p2
B．28Ni原子的電子排布式：1s22s22p63s23p63d94s1
C．O原子的電子排布圖：
D．29Cu＋的價層電子排布式：3d94s1
C
解析：Ge原子的電子排布式：1s22s22p63s23p63d104s24p2，A錯誤；Ni原子的電子排布式為1s22s22p63s23p63d84s2，B錯誤；C項符合洪特規則和泡利原理，正確；能層高的電子先失去，即先失去4s電子，后失去3d電子，Cu＋的價層電子排布式為3d10，D錯誤。
2．下列基態原子或離子的電子排布式或軌道表示式正確的是_______(填序號，下同)，違反能量最低原理的是_____，違反洪特規則的是________，違反泡利原理的是________。
①Ca2＋：1s22s22p63s23p6　②F－：1s22s23p6
③P：
④Cr：1s22s22p63s23p63d44s2
⑤Fe：1s22s22p63s23p63d64s2
⑥Mg2＋：1s22s22p6　⑦C：
①⑤⑥　
②　
③④⑦　
⑦
解析：根據原子核外電子排布規律，②中電子排滿2s軌道后應排入2p軌道而不是3p軌道，違反能量最低原理，正確的應為1s22s22p6。
③中沒有遵循洪特規則——電子在同一能級的不同軌道上排布時，應優先占據不同軌道并且自旋平行，正確的應為 。
④中忽略了能量相同的原子軌道在半充滿狀態時，體系的能量較低，原子較穩定，違反了洪特規則的特例，正確的應為1s22s22p63s23p63d54s1。
⑦違反泡利原理和洪特規則，正確的電子排布圖應為
。
演習篇
·
學業測試速達標
1．下列軌道表示式能表示基態硫原子最外層電子排布圖的是(　　)
A. B.
C. D.
D
解析：基態硫原子的電子排布式為1s22s22p63s23p4，其最外層電子排布圖為
2．3d能級上最多只能排布10個電子依據的規律是
(　　)
A．洪特規則
B．泡利原理
C．能量最低原理和洪特規則
D．能量最低原理和泡利原理
B
解析：基態原子一個原子軌道里，最多只能容納2個電子，而且它們的自旋相反，稱為泡利原理，因此在3d能級上最多只能排布10個電子，依據的規律是泡利原理，B項正確。
3．(雙選)下列基態原子或離子的相關電子排布圖正確的是(　　 )
A．Fe3＋的價層電子：
B．Cr原子的價層電子：
C．N原子的電子：
D．S2－的L層電子：
AD
解析：Fe3＋的價層電子排布式為3d5，軌道表示式為
，故A正確；鉻原子的價層電子排布式為3d54s1，軌道表示式為 ，故B錯誤；電子優先單獨占據1個軌道，且自旋平行，N原子核外有7個電子，分2層排布，原子的軌道表示式為 ，故C錯誤；S2－的L層電子排布式為2s22p6，軌道表示式為 ，故D正確。
4．某主族元素的原子，M層上有一個半充滿的能級，該原子的質子數(　　)
A．只能是7 B．只能是15
C．是11或13 D．是11或15
D
解析：根據題意知該基態原子的核外電子排布式為1s22s22p63s1或1s22s22p63s23p3，所以該原子的質子數為11或15。
5．最外層電子排布式為3s23p3的原子，其核外電子占有的軌道數為(　　)
A．4　　 　　B．7　　 　　C．8　 　　　D．9
D
解析：最外層電子排布式為3s23p3的原子，核外電子排布為1s22s22p63s23p3，則核外電子占有的軌道分別為1s、2s、2p、3s、3p，其中2p、3p各有3個軌道，共9個。
6．由各元素組成的化合物Fe -Sm -As -F -O是一種重要的鐵系超導材料。下列說法正確的是(　　)
A．F的核外電子排布式是1s22s22p7
B．Fe3＋的d軌道表示式 違背了泡利原理
C．鈹原子最外層的電子云輪廓圖：
D．Cu基態的價層電子排布圖：
D
解析：氟原子核外電子數為9，核外電子排布式為1s22s22p5，故A錯誤；Fe3＋價層電子排布式為3d5，故價層電子軌道表示式為 ，選項中軌道表示式違背了洪特規則，故B錯誤；鈹原子最外層為s能級，s能級的電子云輪廓圖為球形，故C錯誤；Cu原子核外有29個電子，其價層電子排布式為3d104s1，所以其價層電子排布圖為 ，故D正確。
本課結束
This lesson is over
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