2022-2023学年高二化学人教版（2019）选择性必修21.1.4 泡利原理，洪特规则，能量最低原理 课件（27张PPT)

(共27张PPT)
泡利原理 洪特规则
能量最低原理
第4课时
01
03
04
核心素养发展目标
1.通过对“电子自旋”概念的认识，理解基态原子中核外电子排布规律的泡利不相容原理；2.能利用轨道表示式书写1～36号元素基态原子的核外电子排布的轨道表示式，并通过书写逐步认识洪特规则及其特例；3.能结合能量最低原理理解基态原子核外电子排布的构造原理、洪特规则及其特例等其它具有特殊价电子排布的现象。
每个原子轨道中最多可容纳两个电子，那么这两个电子的运动状态有什么差异呢？
钠原子光谱实验
斯特恩-盖拉赫实验（1921年）
只有1个最外层电子的碱金属原子光谱会在光谱里呈现双线
只有1个最外层电子的银原子在外加电场里加速飞行通过一个不对称磁场时会分成两束
提出猜想 ：轨道中的单电子可能存在两种不同的运动状态
1925年：“电子自旋”概念的提出
电子自旋
1925年，乌伦贝克和哥德斯密根据实验事实提出假设：
电子除了空间运动状态外，还存在一种运动状态叫自旋。
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（ “↑”“↓” ）表示自旋相反的电子。
在一个原子轨道里，最多只能容纳2个电子，它们自旋相反。
核外电子在原子轨道中的排布规律I——泡利原理
自旋是微观粒子普遍存在的一种如电荷、质量一样的内在属性
电子的运动状态由能层、能级、原子轨道和自旋状态四个方面共同决定；电子能量与能层、能级有关，电子运动的空间范围与原子轨道有关
一个原子中不可能存在运动状态完全相同的2个电子
注意
核外电子在原子轨道中的排布应该如何表示？
↑↓
1s 2s 2p 3s
↑↓
↑
↑↓
↑↓
↑↓
Na
1s22s22p63s1
Na
轨道表示式
（又称电子排布图）
原子轨道
“↑↓”代表自旋相反的电子对
能量相同的原子轨道（简并轨道）
单电子
（未成对电子）
能级符号
能量相同的原子轨道
(1)简并轨道： 。
(2)电子对： 。
(3)单电子： 。
(4)自旋平行： 。
(5)在氧原子中，有 对电子对，有 个单电子。
(6)在氧原子中，有 种空间运动状态，有 种运动状态不同的电子。
同一个原子轨道中，自旋方向相反的一对电子
一个原子轨道中若只有一个电子，则该电子称为单电子
箭头同向的单电子称为自旋平行
3
2
5
8
练一练
请写出H、He、Li、Be、B 的轨道表示式？
↑
1s
H
↓
1s
H
或
↑↓
1s
He
↑↑
1s
He
或
Li
Be
B
1s
2s
↑↓
1s
2s
2p
1s
2s
↑↓
↑↓
↑↓
↑
↑↓
↑
请写出基态碳原子可能的轨道表示式。
C
↑↓
1s
2s
↑↓
①
C
↑↓
1s
2s
↑↓
↑↑
②
C
↑↓
1s
2s
↑↓
↑
③
C
↑↓
1s
2s
↑↓
↑
④
↑↓
2p
2p
2p
2p
↑
↓
哪一种轨道表示式正确表达了基态碳原子核外电子的排布呢？
1925年，洪特根据多电子原子的原子光谱正式提出洪特规则：
基态原子中，填入简并轨道的电子总是优先以自旋平行的方式分别占据不同轨道。
核外电子在原子轨道中的排布规律II——洪特规则
√
肆
FOUR
eg:24Cr的电子排布式为 ，为半充满状态，易错写为1s22s22p63s23p63d44s2。
特例
在简并轨道上的电子排布处于全充满、半充满和全空状态时，具有_____的能量和 的稳定性。
较低
较大
1s22s22p63s23p63d54s1
练一练
请写出7～24号元素原子的轨道表示式。
1s
↑
↑↓
↑↓
↑
↑
2s
2p
N
1s
↑↓
↑↓
↑↓
↑
↑
2s
2p
O
1s
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑
2s
2p
F
1s
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
2s
2p
Ne
↑↓
1s 2s 2p 3s
↑↓
↑
↑↓
↑↓
↑↓
Na
↑↓
1s 2s 2p 3s
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
Mg
↑↓
1s 2s 2p 3s 3p
↑↓
↑↓
↑
↑↓
↑↓
↑↓
Al
↑↓
1s 2s 2p 3s 3p
↑↓
↑↓
↑
↑
↑↓
↑↓
↑↓
Si
↑↓
1s 2s 2p 3s 3p
↑↓
↑↓
↑
↑
↑
↑↓
↑↓
↑↓
P
↑↓
1s 2s 2p 3s 3p
↑↓
↑↓
↑↓
↑
↑
↑↓
↑↓
↑↓
S
↑↓
1s 2s 2p 3s 3p
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑
↑↓
↑↓
↑↓
Cl
↑↓
1s 2s 2p 3s 3p
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
Ar
↑↓
1s 2s 2p 3s 3p 4s
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
K
↑
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
Ca
↑↓
1s 2s 2p 3s 3p 4s
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑
↑↓
Sc
1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑
↑
↑
↑↓
V
1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s
1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
Cr
↑
↑
↑
↑
1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑
Cr
↑
↑
↑
↑
↑
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑
↑
↑↓
Ti
1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s
核外电子在原子轨道中的排布规律III——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 的原子轨道，使整个原子的能量最低。
(2)因素：整个原子的能量由 、 和 三个因素共同决定。
能量最低
核电荷数
电子数
电子状态
注： 相邻能级能量相差很大时，电子填入能量较低的能级可使原子能量最低。如所有主族元素的基态原子。
当相邻能级能量差别不大时，有1～2个电子填入能量稍高的能级可能反而降低电子排斥能，进而使原子整体能量最低。例如所有副族元素的基态原子。
观察以下几种元素的基态原子的价电子排布并分析：是否符合构造原理及洪特规则特例？如何理解这些排布方式？
虽然以上四种元素的基态原子价层电子排布既不遵守构造原理，也不能用洪特规则特例来解释。但根据客观事实，以上排布是符合能量最低原理的。
Nb: 4d45s1 Ru:4d75s1
Rh:4d85s1 W:5d46s2
铌
钌
铑
钨
思考
训练
二、核外电子的表示方法
二、核外电子的表示方法
二、核外电子的表示方法
1.轨道表示式可以表示原子或离子的核外电子排布。
请写出Fe2+、Fe3+的轨道表示式。
1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
Fe
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
Fe2+
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
Fe3+
↑↓
↑
↑
↑
↑
↑↓
↑
↑
↑
↑
↑
↑
↑
↑
↑
1s 2s 2p 3s 3p 3d
1s 2s 2p 3s 3p 3d
4s
4s
D
解析
C
解析
B
解析
D
解析
归纳总结
注意：书写轨道表示式时，常出现的错误及正确书写
核外电子的运动状态
核外电子的排布规律
核外电子排布表示方法
能量的量子化
能层
能级
原子轨道
电子自旋
原子结构示意图
构造原理
电子排布式
泡利原理
洪特规则
能量最低原理
轨道表示式
洪特规则特例
核外电子的表示方法
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
意义 能直观反映出核外的电子层、能级及各能级上的电子数
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
意义 避免书写电子排布式过于繁琐
实例 K：[Ar]4s1
轨道表 示式 含义 每个方框代表一个原子轨道，每个箭头代表一个电子
意义 能直观反映出电子的排布情况及电子的自旋状态
实例 Al：
熟记第四周期未成对电子数规律
未成对电子数及其占据的原子轨道 元素符号及价电子排布
1 4s K：4s1，Cu：3d104s1
3d Sc：3d14s2
4p Ga：4s24p1，Br：4s24p5
2 3d Ti：3d24s2，Ni：3d84s2
4p Ge：4s24p2，Se：4s24p4
3 3d V：3d34s2，Co：3d74s2
4p As：4s24p3
4 3d Fe：3d64s2
5 3d Mn：3d54s2
6 3d和4s Cr：3d54s1
解析
C
A
解析
B
解析
解析
B
D
解析