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第4課時(shí) 泡利原理、洪特規(guī)則、能量最低原理
人教版（2019） 選擇性必修2
第一章 原子結(jié)構(gòu)與性質(zhì)
第一節(jié) 原子結(jié)構(gòu)
回顧
能級(jí) 1s 2s 2p 3s 3p 3d ......
各能級(jí)軌道數(shù) 1 1 3 1 3 5 ......
各能層軌道數(shù) 1 4 9 ......
最多容納電子數(shù) 2 8 18 ......
提出問(wèn)題：為什么每個(gè)軌道最多能容納兩個(gè)電子呢？同一軌道中的兩個(gè)電子的狀態(tài)是否完全相同呢？
資料卡片-電子自旋
鈉原子光譜實(shí)驗(yàn)
斯特恩-蓋拉赫實(shí)驗(yàn)
提出猜想 ：軌道中的單電子可能存在兩種不同的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)
1925年：“電子自旋”概念的提出
只有1個(gè)最外層電子的堿金屬原子光譜會(huì)在光譜里呈現(xiàn)雙線
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(chēng)磁場(chǎng)時(shí)會(huì)分成兩束
電子自旋
一. 泡利原理
電子除空間運(yùn)動(dòng)狀態(tài)外，還有一種狀態(tài)叫自旋。電子自旋在空間有順時(shí)針和逆時(shí)針兩種取向，簡(jiǎn)稱(chēng)自旋相反。
在一個(gè)原子軌道里，最多只能容納2個(gè)電子，它們自旋相反。
補(bǔ)充說(shuō)明
自旋是微觀粒子普遍存在的一種如電荷、質(zhì)量一樣的內(nèi)在屬性
電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)由能層、能級(jí)、原子軌道和自旋狀態(tài)四個(gè)方面共同決定；電子能量與能層、能級(jí)有關(guān)，電子運(yùn)動(dòng)的空間范圍與原子軌道有關(guān)
一個(gè)原子中不可能存在運(yùn)動(dòng)狀態(tài)完全相同的2個(gè)電子
核外電子在原子軌道中的排布規(guī)律I——泡利原理
思考
一. 泡利原理
核外電子在原子軌道中的排布應(yīng)該如何表示？
軌道表示式
（又稱(chēng)電子排布圖）
如基態(tài)Al原子軌道表示式：
Al 1s22s22p63s23p1
基態(tài)Al原子的電子排布式：
Al 1s22s22p63s23p1
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，而軌道表示式還給出了電子在原子軌道中的自旋狀態(tài)。
基態(tài)Al原子的電子排布式：
原子軌道
“↑↓”代表自旋相反的電子對(duì)
能量相同的原子軌道（簡(jiǎn)并軌道）
單電子
（未成對(duì)電子）
能級(jí)符號(hào)
練一練
一. 泡利原理
請(qǐng)寫(xiě)出Li、Be、B 的軌道表示式
Li
Be
B
1s
2s
↑
↑↓
1s
2s
2p
1s
2s
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑
請(qǐng)寫(xiě)出基態(tài)碳原子可能的軌道表示式
練一練
C
↑↓
1s
2s
↑↓
①
C
↑↓
1s
2s
↑↓
↑↑
②
C
↑↓
1s
2s
↑↓
↑
③
C
↑↓
1s
2s
↑↓
↑
④
↑↓
2p
2p
2p
2p
↑
↓
思考：哪一種軌道表示式正確表達(dá)了基態(tài)碳原子核外電子的排布呢？
×
二. 洪特規(guī)則
核外電子在原子軌道中的排布規(guī)律Ⅱ——洪特規(guī)則
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
1925年，洪特根據(jù)多電子原子的原子光譜正式提出洪特規(guī)則：
C
↑↓
1s
2s
↑↓
①
C
↑↓
1s
2s
↑↓
↑↑
②
C
↑↓
1s
2s
↑↓
↑
③
C
↑↓
1s
2s
↑↓
↑
④
↑↓
2p
2p
2p
2p
↑
↓
√
課堂練習(xí)
請(qǐng)寫(xiě)出7-24號(hào)元素原子的軌道表示式
練一練
N
↑↓
1s
2s
2p
↑↓
↑
↑
↑
O
↑↓
1s
2s
↑↓
↑
↑
2p
F
↑↓
1s
2s
↑↓
↑
2p
↑↓
↑↓
↑↓
Ne
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
1s
2s
2p
↑↓
Na
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
1s
2s
2p
↑↓
↑
3s
Mg
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
1s
2s
2p
↑↓
3s
↑↓
請(qǐng)寫(xiě)出7-24號(hào)元素原子的軌道表示式
練一練
Al
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
1s
2s
2p
↑↓
3s
↑↓
3p
↑
Si
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
1s
2s
2p
↑↓
3s
↑↓
3p
↑
P
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
1s
2s
2p
↑↓
3s
↑↓
3p
↑
↑
↑
↑
S
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
1s
2s
2p
↑↓
3s
↑↓
3p
↑
↑
請(qǐng)寫(xiě)出7-24號(hào)元素原子的軌道表示式
練一練
↑↓
Cl
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
1s
2s
2p
↑↓
3s
↑↓
3p
↑
↑↓
↑↓
Ar
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
1s
2s
2p
↑↓
3s
↑↓
3p
↑↓
↑↓
↑↓
課堂練習(xí)
請(qǐng)寫(xiě)出7-24號(hào)元素原子的軌道表示式
練一練
K
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
1s
2s
2p
↑↓
3s
↑↓
3p
↑↓
↑↓
↑↓
4s
↑
Ca
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
1s
2s
2p
↑↓
3s
↑↓
3p
↑↓
↑↓
↑↓
4s
↑↓
課堂練習(xí)
請(qǐng)寫(xiě)出7-24號(hào)元素原子的軌道表示式
練一練
Sc
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
1s
2s
2p
↑↓
3s
↑↓
3p
↑↓
↑↓
↑↓
4s
↑↓
3d
↑
Ti
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
1s
2s
2p
↑↓
3s
↑↓
3p
↑↓
↑↓
↑↓
4s
↑↓
3d
↑
↑
V
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
1s
2s
2p
↑↓
3s
↑↓
3p
↑↓
↑↓
↑↓
4s
↑↓
3d
↑
↑
↑
課堂練習(xí)
Cr
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
1s
2s
2p
↑↓
3s
↑↓
3p
↑↓
↑↓
↑↓
4s
↑↓
3d
↑
↑
↑
請(qǐng)寫(xiě)出7-24號(hào)元素原子的軌道表示式
練一練
↑
Cr
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
1s
2s
2p
↑↓
3s
↑↓
3p
↑↓
↑↓
↑↓
4s
3d
↑
↑
↑
↑
↑
↑
思考：哪一種軌道表示式正確表達(dá)了基態(tài)鉻原子核外電子的排布呢？
核外電子在原子軌道中的排布規(guī)律
洪特規(guī)則特例：
簡(jiǎn)并軌道全充滿(mǎn)、半充滿(mǎn)或全空狀態(tài)是能量較低的穩(wěn)定狀態(tài)。
4s
↑↓
3d
↑
↑
↑
↑
4s
3d
↑
↑
↑
↑
↑
↑
Cr
Cr
只有一組全滿(mǎn)的簡(jiǎn)并軌道
有兩組半滿(mǎn)的簡(jiǎn)并軌道
二. 洪特規(guī)則
√
請(qǐng)寫(xiě)出29Cu的價(jià)層電子的軌道表示式
練一練
29Cu的價(jià)層電子的排布式 3d104s1
4s
3d
↑
Cu
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
核外電子在原子軌道中的排布規(guī)律Ⅲ——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，使原子的整體能量最低。
補(bǔ)充說(shuō)明：
整個(gè)原子的能量由核電荷數(shù)、電子數(shù)和電子狀態(tài)三個(gè)因素共同決定
三. 能量最低原理
核外電子在原子軌道中的排布規(guī)律Ⅲ——能量最低原理
① 相鄰能級(jí)能量相差很大時(shí)，電子填入能量較低的能級(jí)可使原子能量最低。如所有主族元素的基態(tài)原子。
三. 能量最低原理
② 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)可能反而降低電子的排斥能，進(jìn)而使原子整體能量最低。如所有副族元素的基態(tài)原子。
三. 能量最低原理
觀察思考
觀察以下幾種元素的基態(tài)原子的價(jià)電子排布并分析：是否符合構(gòu)造原理及洪特規(guī)則特例？如何理解這些排布方式？
雖然以上四種元素的基態(tài)原子價(jià)層電子排布既不遵守構(gòu)造原理，也不能用洪特規(guī)則特例來(lái)解釋。但根據(jù)客觀事實(shí)，以上排布是符合能量最低原理的。
Nb: 4d45s1 Ru:4d75s1
Rh:4d85s1 W:5d46s2
鈮
釕
銠
鎢
核外電子在原子軌道中的排布規(guī)律
① 泡利原理 (填多少)
② 洪特規(guī)則、洪特規(guī)則特例 (怎么填)
③ 能量最低原理
小結(jié)
思考與討論
（1）為什么基態(tài)氦原子的電子排布是1s2而不是1s12s1
（2）為什么基態(tài)氮原子的軌道表示式是 而不是 ？
（3）為什么基態(tài)K和Ca的價(jià)電子是4s1和4s2而不是3d1和3d2？
不滿(mǎn)足能量最低原理
不滿(mǎn)足洪特規(guī)則
不滿(mǎn)足構(gòu)造原理
總結(jié)
原子核外電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和排布規(guī)律
核外電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)
核外電子的排布規(guī)律
核外電子排布表示方法
能量的量子化
能層
能級(jí)
原子軌道
電子自旋
原子結(jié)構(gòu)示意圖
構(gòu)造原理
電子排布式
泡利原理
洪特規(guī)則
能量最低原理
軌道表示式
洪特規(guī)則特例
課堂練習(xí)
練一練
1．在d軌道中電子排布成 ，而不排布成 ，其直接根據(jù)是（ ）
A．能量最低原理 B．泡利不相容原理
C．原子軌道能級(jí)圖 D．洪特規(guī)則
課堂練習(xí)
2. 以下原子屬于基態(tài)原子的是（ ）
3.下列有關(guān)鋰原子軌道表示式表示的狀態(tài)中，能量最低的是(　　)，
能量最高的是（ ）
課堂練習(xí)
A. B.
C. D.
↑
1s
2s
2p
↑↓
1s
2s
2p
↑↓
↑
↑
1s
2s
2p
↑↓
↑↓
1s
2s
2p
↑
4.下列電子排布式或軌道表示式正確的是(　　)
A．C的軌道表示式：
B．Ca的電子排布式：1s22s22p63s23p63d2
C．N的軌道表示式：
D．Br－的電子排布式：[Ar]3d104s24p6
5. 軌道表示式可以表示原子或離子的核外電子排布。請(qǐng)根據(jù)基態(tài)Fe的軌道表示式，寫(xiě)出Fe2+、Fe3+的軌道表示式。
Fe
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
1s
2s
2p
↑↓
3s
↑↓
3p
↑↓
↑↓
↑↓
4s
3d
↑
↑
↑
↑
↑↓
↑↓
Fe2+ :
Fe3+ :
答案：1. D 2. C 3. D ; C 4. D
Fe2+
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
1s
2s
2p
↑↓
3s
↑↓
3p
↑↓
↑↓
↑↓
3d
↑
↑
↑
↑
↑↓
Fe3+
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
1s
2s
2p
↑↓
3s
↑↓
3p
↑↓
↑↓
↑↓
3d
↑
↑
↑
↑
↑
5.

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