1.1.4泡利原理、洪特规则、能量最低原理 课件 2022-2023学年高二化学人教版（2019）选择性必修2（21张ppt）

(共21张PPT)
1.4 泡利原理、洪特规则、
能量最低原理
第一章 原子结构与性质
能层数 K L M N O P Q n
能级数 1 2 3 4 5 6 7
轨道数 1 4 9 16 25 36 49
最多容纳电子数 2 8 18 32 50 72 98
2个电子容纳在同一个轨道里，它们的空间运动状态是相同的。
【思考】为什么每个原子轨道中最多可容纳2个电子？
这2个电子的运动状态又是什么样呢？
n
n2
2n2
旧知回顾
1、电子自旋
(1)定义：
电子除空间运动状态外，还有一种状态叫做自旋。
(2)两种取向及表示方法：
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。
一、电子自旋与泡利原理
（3）注意：
①自旋是微观粒子普遍存在的一种如同电荷、质量一样的内在属性。
②能层、能级、原子轨道和自旋状态四个方面共同决定电子的运动状态，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。
③一个原子中不可能存在运动状态完全相同的2个电子。
一、电子自旋与泡利原理
2、泡利原理
在一个原子轨道里，最多只能容纳2个电子，它们的自旋相反，这个原理被称为泡利原理（也称泡利不相容原理）。
轨道表示式(又称电子排布图)是表述电子排布的一种图式。
1、表示方法：
（1）
（2）各轨道按照离核由近到远，从左到右依次排列。
有时画出的能级上下错落，以表达能量高低不同。
（3）箭头表示一种自旋状态的电子，“ ↑↓”称为电子对，“ ↑”或“↓”称为单电子（或称未成对电子）。箭头同向的单电子称自旋平行。
二、电子排布的轨道表示式-电子排布的另一种方式
↑↓
1s 2s 2p
↑↓
↑↓
↑
↑
O
H
↑
1s
方框/圆圈：表示___________
简并轨道（能量相同的轨道）：方框相连
方框的下方写：__________
箭头：______________
原子轨道
能级符号
自旋状态的电子
2、电子排布图中各符号数字的意义：
二、电子排布的轨道表示式-电子排布的另一种方式
铝原子外层有 个电子对，有 个单电子。
电子有 种空间运动状态，有 种运动状态不同的电子。
13
1
7
6
【注意】①电子的空间运动状态指的是原子轨道；
②一个原子中不可能存在运动状态完全相同的2个电子。
1、请写出基态C原子可能的轨道表示式。
② C
1s
↑↑
↑↓
↑↓
2s
2p
① C
1s
↑↓
↑↓
↑↓
2s
2p
2p
③ C
↑
1s
↑
↑↓
↑↓
2s
2p
④ C
↓
1s
↑
↑↓
↑↓
2s
√
1、内容：基态原子中，填入简并轨道的电子总是先单独分占，且自旋平行(单电子自旋方向相同)。
（2）洪特规则是针对电子填入简并轨道而言的, 并不适用于电子填入能量不同的轨道。
怎么填？
×
×
√
三、洪特规则
（1）洪特规则不仅适用于基态原子，也适用于基态离子；
2、注意事项：
2p3的电子排布图
1、下列轨道表示式中，哪个是硼的基态原子 ？为什么？
2、下列轨道表示式中，哪个是氧的基态原子 ？为什么？
【A】；根据泡利原理，在一个原子轨道里，最多只能容纳两个电子，它们自旋相反。
【A】；洪特规则，基态原子中，填入简并轨道的电子总是先单独分占，且自旋平行。
思考与讨论P16
【试一试】
写出Cr的电子排布式，并画出3d、4s的电子排布图。
Cr：1s22s22p63s23p63d54s1
3d
↑
↑ ↑ ↑ ↑ ↑
4s
（1）有少数元素的基态原子Cr、Cu的电子排布对于构造原理有1个电子的偏差。
（2）因为能量相同的原子轨道在全充满、半充满、 全空状态时，体系的能量较低，原子较稳定。
2、洪特规则特例
三、洪特规则
（光谱实验发现）
3d 4s
↑↓
Cr
↑
↑
↑
↑
3d 4s
↑
Cr
↑
↑
↑
↑
↑
半充满状态
√
3d 4s
↑↓
↑↓
↑
↑↓
↑↓
↑↓
Cu
全充满状态
√
3d 4s
↑↓
↑
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
Cu
1、内容：在构建基态原子时，电子将尽可能占据能量最低的原子轨道,使整个原子的能量最低，这就是能量最低原理。
2、能级的能量高低顺序：如构造原理所示(对于1～36号元素来说，应重点掌握和记忆“1s→2s→2p→3s→3p→4s→3d→4p”这一顺序)。
3、整个原子的能量：
由核电荷数、电子数和电子状态三个因素共同决定。
相邻能级能量相差很大时，例如钾电子填入能量低的4s能级可使整个原子能量最低。
四、能量最低原理
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑
↑
↑
↑
洪特规则
泡利原理
能量最低原理
1s
2s
2p
3p
3d
3s
4s
铁原子的电子排布图
四、能量最低原理
（1）为什么基态氦原子的电子排布是1s2而不是1s12s1？
（2）为什么基态氮原子的电子轨道表示式是 ,而不是 ？
（3）为什么基态K原子和Ca原子的价电子排布是4s1和4s2，而不是3d1和3d2 ？
泡利原理和能量最低原理
洪特规则和能量最低原理
能量最低原理
思考与讨论P16
泡利原理、洪特规则
能量最低原理
洪特规则
泡利原理
在一个原子轨道里：最多只能容纳______个电子，它们的自旋________
2
相反
基态原子：填入__________的电子总是____________，且__________。
简并轨道
先单独分占
自旋平行
构造原理：1s→2s→2p→3s→3p→4s→3d→4p
专题：原子核外电子排布的表示方法
原子(离子)结构示意图 意义 将每个能层上的电子总数表示在原子核外的式子
实例
电子 排布式 意义 用数字在能级符号右上角标明该能级上排布的电子数
实例 Al：1s22s22p63s23p1
简化 电子 排布式 意义 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结构的部分以相应稀有气体的元素符号外加方括号表示
实例 Al：[Ne] 3s23p1
价电子 排布式 意义 主族元素的价层电子指最外层电子,价层电子排布式即外围电子排布式,副族元素还包括次外层的d电子及次次外层的f电子
实例 Al：3s23p1；
Cu：3d104s1
轨道 表示式（电子排布图） 意义 每个方框代表一个原子轨道,每个箭头代表一个电子
实例 Al
专题：原子核外电子排布的表示方法
表示方法
原子结构示意图
电子式
电子排布式
简化电子排布式
价电子排布式
电子排布图
价电子排布图
以硫(S)为举例
S：1s22s22p63s23p4
[Ne]3s23p4
S：3s23p4
基态原子核外电子排布的表示方法
S：
——七图式
2、按要求填空。
(1)17Cl的电子排布式：__________________________。
(2)17Cl的价电子排布式：_________________________。
(3)17Cl－的电子式：___________。
1、以下表示氦原子结构的化学用语中，对电子运动状态描述最详尽的是( ) A. B. C.1s2 D.
1s22s22p63s23p5
3s23p5
D
(4)17Cl的价电子轨道表示式：__________________。
(5)17Cl的原子结构示意图：________。
(6)第四周期中最外层只有1个电子的所有基态原子的简化电子排布式：______________________________。
[Ar]4s1、[Ar]3d54s1、[Ar]3d104s1
↑↓
Li
Be
B
C
↑↓
1s
2s
↑↓
↑
↑↓
↑↓
1s
2s
↑
↑↓
↑↓
1s
2s
↑
↑
2p
N
O
↑↓
↑↓
↑
↑
↑
1s
2s
2p
↑↓
↑↓
1s
2s
↑
↑
↑
↓
2p
F
Ne
↑
↑
↑
↓
↓
↑↓
1s
2s
2p
↑↓
↑↓
1s
2s
2p
↑
↑
↑
↓
↓
↓
↑↓
3、写岀第二、三周期元素原子的电子排布图
1s
2s
2p
量子力学的发展
19世纪末，经典力学和经典电动力学在描述微观系统时的不足越来越明显。量子力学是在20世纪初由马克斯·普朗克、尼尔斯·玻尔、沃纳·海森堡、埃尔温·薛定谔、沃尔夫冈·泡利、路易·德布罗意、马克斯·玻恩、恩里科·费米、保罗·狄拉克、阿尔伯特·爱因斯坦、康普顿等一大批物理学家共同创立的。
第一排：欧文·朗缪尔、马克斯·普朗克、玛丽·居里、亨得里克·洛仑兹、阿尔伯特·爱因斯坦、保罗·朗之万、Ch.
E. Guye、C.T.R.威尔逊、O.W.里查森
第二排：彼得·德拜、马丁·努森、威廉·劳伦斯·布拉格、Hendrik Anthony
Kramers、保罗·狄拉克、亚瑟·康普顿、路易·德布罗意、马克斯·波恩、尼尔斯·玻尔
第三排：奥古斯特·皮卡尔德、E. Henriot、保罗·埃伦费斯特、Ed. Herzen、Théophile de
Donder、欧文·薛定谔、E. Verschaffelt、沃尔夫冈·泡利、沃纳·海森堡、R.H.福勒、里昂·布里渊
1927年 第五届索尔维会议
课外拓展
学习目标
认识基态原子中核外电子的排布遵循能量最低原理、泡利原理和洪特规则等。
核心素养
1.通过认识原子结构及核外电子排布，辨识微观粒子的运动状态不同于宏观物体的运动状态。(宏观辨识与微观探析)
2.结合原子核外电子排布规律及核外电子排布的原则建立观点、结论和证据之间的逻辑关系。(证据推理与模型认知)