人教版高中化学选择性必修二 1.1.3 泡利原理、洪特规则、能量最低原理 教案
文档属性
| 名称 | 人教版高中化学选择性必修二 1.1.3 泡利原理、洪特规则、能量最低原理 教案 |  | |
| 格式 | docx | ||
| 文件大小 | 189.9KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 化学 | ||
| 更新时间 | 2023-06-20 15:37:59 | ||
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文档简介
原子结构与性质
第一节 原子结构
1.1.3 泡利原理、洪特规则、能量最低原理
【教材分析】
本节从介绍原子的诞生，原子结构的发现历程入手，首先介绍能层、能级的概念，在原子的基态与激发态概念的基础上介绍电子的跃迁和光谱分析；然后给出构造原理并根据构造原理书写原子的核外电子排布；根据电子云与原子轨道等概念，进一步介绍核外电子的运动状态，并介绍了泡利原理、洪特规则、能量最低原理。本节内容比较抽象 ，教学过程中应注意培养学生的空间想象能力 、分析推理能力及抽象概括能力 。
【课程目标】
课程目标 学科素养
1、知道原子核外电子的排布遵循泡利原理、洪特规则和能量最低原理。 2、掌握1～36号元素的原子核外电子排布图(或叫轨道表示式)。 1. 证据推理与模型认知：原子核外电子的排布遵循泡利原理、洪特规则和能量最低原理，依此可以掌握1～36号元素的原子核外电子排布图(或叫轨道表示式)
【教学重难点】
教学重点：
1、掌握泡利原理、洪特规则和能量最低原理
2、掌握1～36号元素的原子核外电子排布图
教学难点：
1～36号元素的原子核外电子排布图
【教学过程】
[旧知回顾]
[思考交流]
为什么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？
[新课引入]
只有1个最外层电子的钠原子光谱为什么会在光谱里呈现双线？为什么只有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？归根结底，为什么一个原子轨道里能容纳两个电子？
[过渡］原子光谱、构造原理都无法解释上述问题，带着这个问题，我们进入本节可的学习。
[讲解］量子力学告诉我们：ns能级各有一个轨道，np能级各有3个轨道，nd能级各有5个轨道，nf能级各有7个轨道。每个能级最多可容纳的电子数: ns、np、nd、nf……分别最多可容纳的电子数2x1、2x3、2x5、2x7……，由此可知，每个轨道里最多能容纳2个电子，这2个电子容纳在同一原子轨道，也就意味着它们的空间运动状态相同。为什么一个轨道允许容纳两个电子？那么这两个电子的运动状态有什么差异呢？
[答疑解惑]
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。
任务一：电子自旋 泡利原理
[讲解]
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。
[讲解]
1、泡利原理
每个原子轨道里最多只能容纳2个电子，且自旋状态相反。
没有泡利原理，复杂的原子光谱无法得到解释，以光谱为事实的构建原理也无法建立。
[过渡]
依据泡利原理，每个轨道里最多容纳的2个电子，且自旋方向相反，电子排布的轨道表示式可以表示同一原子轨道内电子的运动状态。
[学生活动]
阅读课本，回答下列问题：
电子排布的轨道表示式的定义
电子排布的轨道表示式（电子排布图）：表示电子排布的一种图式。
Na的基态原子的轨道表示式
1s22s22p63s1
电子排布的轨道表示式的书写方法
用□或○代表一个原子轨道，能量相同的原子轨道（简并轨道）的方框相连
不同能级中的□或○要相互分开，同一能级中的□或○要相互连接
整个电子排布图中各能级的排列顺序要与相应的电子排布式一致
通常在方框下方或者上方标记能级符号
箭头表示一种自旋状态的电子，一个箭头表示一个电子，↓↑”称电子对 ，“↓”或“↑”表示单电子，箭头同向，自旋平行，箭头相反，自旋相反
电子排布式给出了基态原子核外电子在能层和能级中的排布，而电子排布图还给出了电子在原子轨道中的自旋状态
概念辨析：简并轨道、单电子、电子对、自旋平行、自旋相反
简并轨道：能量相同的原子轨道
单电子：“↓”或“↑”
电子对：↓↑
自旋平行：箭头同向
自旋相反：箭头相反
[课堂练习]
1、请写出Li、Be、B的轨道表示式。
[过渡]
2、请写出基态碳原子可能的轨道表示式，判断哪个是正确的。
[讲解]
2、洪特规则
(1)定义：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。
如：2p3的电子排布为，不能表示为或。
(2) 洪特规则适用范围
基态原子 基态离子 电子填入简并轨道
[思考与讨论]
3、请写出24、29号元素原子的电子排布式。
[讲解]
（3）洪特规则特例
有少数元素的基态原子的电子排布对于构造原理有1个电子的偏差。
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。
[课堂练习]
2、下列轨道表示式中哪个是硼的基态原子？为什么？
A. B.
3、下列轨道表示式中哪个是氧的基态原子？为什么？
A． B. C.
[讲解]
上述均为基态原子轨道表示式，基态时能量处于最低状态，所以基态原子的电子排布是能量最低的原子轨道组合。由此得到一个结论：在构建基态原子时，电子尽可能地先占有能量低的轨道，然后进入能量高的轨道，使整个原子的能量处于最低状态。
[讲解]
能量最低原理：在构建基态原子时，电子尽可能地先占有能量低的轨道，然后进入能量高的轨道，使整个原子的能量处于最低状态
电子排布式遵循构造原理，基态原子电子排布式符合能量最低原理
实际上，整个原子的能量是由核电荷数、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，电子填入能量低的能级即可使整个原子能量最低；但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。
[思考与讨论]
为什么基态氦原子的电子排布式时1s2而不是1s12s1？
遵循能量最低原理
为什么基态氮原子的轨道表达式是 ，而不是？
依据洪特规则
为什么基态K和Ca的价电子是4s1和4s2，而不是3d1和3d2？
遵循能量最低原理
[课堂练习]
[归纳小结]
原子结构示意图 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，这就是电子排布式
实例 K 1s22s22p63s23p64s1
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 K：[Ar]4s1
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
实例 Al：3s23p1
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
[本节小结]
核外电子排布规则
(1)能量最低原理：在构建基态原子时，电子将尽可能地占据能量最低的原子轨道，使整个原子的能量最低。
(2)泡利原理（填多少）：在一个原子轨道里，最多只能容纳2个电子，且它们的自旋状态相反。这两个电子称为电子对。
(3)洪特规则（怎么填）：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。
(4)洪特规则的特例：在能量相同的轨道(同一能级)上的电子排布处于全充满(p6、d10、f14)、半充满(p3、d5、f7)和全空状态(p0、d0、f0)时，具有较低的能量和较高的稳定性。如24Cr的价电子排布式为3d54s1(3d、4s能级均为半充满)，易错写为3d44s2；29Cu的价电子排布式为3d104s1(3d全充满、4s半充满)，易错写为3d94s2。
第一节 原子结构
1.1.3 泡利原理、洪特规则、能量最低原理
【教材分析】
本节从介绍原子的诞生，原子结构的发现历程入手，首先介绍能层、能级的概念，在原子的基态与激发态概念的基础上介绍电子的跃迁和光谱分析；然后给出构造原理并根据构造原理书写原子的核外电子排布；根据电子云与原子轨道等概念，进一步介绍核外电子的运动状态，并介绍了泡利原理、洪特规则、能量最低原理。本节内容比较抽象 ，教学过程中应注意培养学生的空间想象能力 、分析推理能力及抽象概括能力 。
【课程目标】
课程目标 学科素养
1、知道原子核外电子的排布遵循泡利原理、洪特规则和能量最低原理。 2、掌握1～36号元素的原子核外电子排布图(或叫轨道表示式)。 1. 证据推理与模型认知：原子核外电子的排布遵循泡利原理、洪特规则和能量最低原理，依此可以掌握1～36号元素的原子核外电子排布图(或叫轨道表示式)
【教学重难点】
教学重点：
1、掌握泡利原理、洪特规则和能量最低原理
2、掌握1～36号元素的原子核外电子排布图
教学难点：
1～36号元素的原子核外电子排布图
【教学过程】
[旧知回顾]
[思考交流]
为什么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？
[新课引入]
只有1个最外层电子的钠原子光谱为什么会在光谱里呈现双线？为什么只有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？归根结底，为什么一个原子轨道里能容纳两个电子？
[过渡］原子光谱、构造原理都无法解释上述问题，带着这个问题，我们进入本节可的学习。
[讲解］量子力学告诉我们：ns能级各有一个轨道，np能级各有3个轨道，nd能级各有5个轨道，nf能级各有7个轨道。每个能级最多可容纳的电子数: ns、np、nd、nf……分别最多可容纳的电子数2x1、2x3、2x5、2x7……，由此可知，每个轨道里最多能容纳2个电子，这2个电子容纳在同一原子轨道，也就意味着它们的空间运动状态相同。为什么一个轨道允许容纳两个电子？那么这两个电子的运动状态有什么差异呢？
[答疑解惑]
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。
任务一：电子自旋 泡利原理
[讲解]
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。
[讲解]
1、泡利原理
每个原子轨道里最多只能容纳2个电子，且自旋状态相反。
没有泡利原理，复杂的原子光谱无法得到解释，以光谱为事实的构建原理也无法建立。
[过渡]
依据泡利原理，每个轨道里最多容纳的2个电子，且自旋方向相反，电子排布的轨道表示式可以表示同一原子轨道内电子的运动状态。
[学生活动]
阅读课本，回答下列问题：
电子排布的轨道表示式的定义
电子排布的轨道表示式（电子排布图）：表示电子排布的一种图式。
Na的基态原子的轨道表示式
1s22s22p63s1
电子排布的轨道表示式的书写方法
用□或○代表一个原子轨道，能量相同的原子轨道（简并轨道）的方框相连
不同能级中的□或○要相互分开，同一能级中的□或○要相互连接
整个电子排布图中各能级的排列顺序要与相应的电子排布式一致
通常在方框下方或者上方标记能级符号
箭头表示一种自旋状态的电子，一个箭头表示一个电子，↓↑”称电子对 ，“↓”或“↑”表示单电子，箭头同向，自旋平行，箭头相反，自旋相反
电子排布式给出了基态原子核外电子在能层和能级中的排布，而电子排布图还给出了电子在原子轨道中的自旋状态
概念辨析：简并轨道、单电子、电子对、自旋平行、自旋相反
简并轨道：能量相同的原子轨道
单电子：“↓”或“↑”
电子对：↓↑
自旋平行：箭头同向
自旋相反：箭头相反
[课堂练习]
1、请写出Li、Be、B的轨道表示式。
[过渡]
2、请写出基态碳原子可能的轨道表示式，判断哪个是正确的。
[讲解]
2、洪特规则
(1)定义：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。
如：2p3的电子排布为，不能表示为或。
(2) 洪特规则适用范围
基态原子 基态离子 电子填入简并轨道
[思考与讨论]
3、请写出24、29号元素原子的电子排布式。
[讲解]
（3）洪特规则特例
有少数元素的基态原子的电子排布对于构造原理有1个电子的偏差。
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。
[课堂练习]
2、下列轨道表示式中哪个是硼的基态原子？为什么？
A. B.
3、下列轨道表示式中哪个是氧的基态原子？为什么？
A． B. C.
[讲解]
上述均为基态原子轨道表示式，基态时能量处于最低状态，所以基态原子的电子排布是能量最低的原子轨道组合。由此得到一个结论：在构建基态原子时，电子尽可能地先占有能量低的轨道，然后进入能量高的轨道，使整个原子的能量处于最低状态。
[讲解]
能量最低原理：在构建基态原子时，电子尽可能地先占有能量低的轨道，然后进入能量高的轨道，使整个原子的能量处于最低状态
电子排布式遵循构造原理，基态原子电子排布式符合能量最低原理
实际上，整个原子的能量是由核电荷数、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，电子填入能量低的能级即可使整个原子能量最低；但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。
[思考与讨论]
为什么基态氦原子的电子排布式时1s2而不是1s12s1？
遵循能量最低原理
为什么基态氮原子的轨道表达式是 ，而不是？
依据洪特规则
为什么基态K和Ca的价电子是4s1和4s2，而不是3d1和3d2？
遵循能量最低原理
[课堂练习]
[归纳小结]
原子结构示意图 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，这就是电子排布式
实例 K 1s22s22p63s23p64s1
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 K：[Ar]4s1
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
实例 Al：3s23p1
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
[本节小结]
核外电子排布规则
(1)能量最低原理：在构建基态原子时，电子将尽可能地占据能量最低的原子轨道，使整个原子的能量最低。
(2)泡利原理（填多少）：在一个原子轨道里，最多只能容纳2个电子，且它们的自旋状态相反。这两个电子称为电子对。
(3)洪特规则（怎么填）：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。
(4)洪特规则的特例：在能量相同的轨道(同一能级)上的电子排布处于全充满(p6、d10、f14)、半充满(p3、d5、f7)和全空状态(p0、d0、f0)时，具有较低的能量和较高的稳定性。如24Cr的价电子排布式为3d54s1(3d、4s能级均为半充满)，易错写为3d44s2；29Cu的价电子排布式为3d104s1(3d全充满、4s半充满)，易错写为3d94s2。