第一章第一节原子结构第4课时-泡利原理、洪特规则、能量最低原理课件(共21张PPT)2022-2023学年下学期高二化学人教版（2019）选择性必修2

(共21张PPT)
第一章 原子结构与性质
第一节 原子结构
学习
目标
第4课时
泡利原理、洪特规则、能量最低原理
PART
01
PART
02
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。
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。学会书写1~36号元素基态原子核外电子排布的轨道表示式。
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表示一个轨道里最多只能容纳2个电子
各能级最多容纳电子:
ns:2 np:6 nd: 10 nf : 14
各能级的原子轨道数:
ns:1 np:3 nd: 5 nf : 7
×2
×2
×2
×2
五、泡利原理、洪特规则、能量最低原理
这2个电子容纳在同一个原子轨道里，也就意味着他们的空间运动状态是相同的。
核外电子有几个原子轨道，即就有几种空间运动状态。
“2”—
思考1：每个原子轨道最多只能容纳几个电子？
思考2：当电子排在同一个能级内时，有什么规律？
1个原子轨道里最多只能容纳2个电子，且自旋方向相反(↑和↓)—泡利原理
当电子排布在同一能级的不同轨道时，总是优先单独占据一个轨道，而且自旋方向相同。 —洪特规则
观察下图，这些图称为原子的电子排布图。
五、泡利原理、洪特规则、能量最低原理
思考：为什么一个原子轨道里能容纳2个电子？
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。
①电子自旋的取向：
②符号表示：
↑和↓表示自旋相反的电子
顺时针和逆时针两种取向（简称自旋相反）
注：
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。
电子能量与能层、能级有关，电子的空间运动状态与原子轨道有关，
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。
一个原子中不可能存在运动状态完全相同的2个电子
五、泡利原理、洪特规则、能量最低原理
1、电子自旋与泡利原理
（1）电子自旋
2
相反
五、泡利原理、洪特规则、能量最低原理
（2）泡利原理
1、电子自旋与泡利原理
在一个原子轨道里，最多只能容纳 个电子，它们的自旋 ，这个原理被称为泡利原理（也称泡利不相容原理）常用上下箭头(↑和↓)表示自旋相反的电子。
如：
2s2


回答一个轨道“填多少”电子的问题
（1）轨道表示式：（又称电子排布图）是表述电子排布的一种图式。
如Al原子电子排布图：
五、泡利原理、洪特规则、能量最低原理
2、电子排布的轨道表示式
(2)在轨道表示式中，用方框（或圆圈）表示原子轨道，能量相同的原子轨道（简并轨道）的方框相连，不同能级中的□要相互分开，在方框下方或上方标记能级符号。
（3）一个箭头表示一种自旋状态的电子，“↓↑”称为电子对 ，“↑”或“↓”表示单电子（或称未成对电子），箭头同向的单电子称自旋平行。
O的轨道表示式如图：8O：　
回答下列问题：
(1)简并轨道： 。
(2)电子对： 。
(3)单电子(或未成对电子)：____________________________________
能量相同的原子轨道
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
(4)自旋平行： 。
(5)在氧原子中，有 个电子对，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。
箭头同向的单电子称为自旋平行
3
2
5
8
五、泡利原理、洪特规则、能量最低原理
2、电子排布的轨道表达式
练习1.请画出铝原子的轨道表示式:
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
思考：下列基态碳原子的轨道表示式哪个是正确的？
① C
1s
↑↓
↑↓
↑↓
2s
2p
② C
1s
↑↑
↑↓
↑↓
2s
2p
2p
③ C
↑
1s
↑
↑↓
↑↓
2s
2p
④ C
↓
1s
↑
↑↓
↑↓
2s
③
五、泡利原理、洪特规则、能量最低原理
2、电子排布的轨道表达式
为什么？
当电子排布在同一能级的不同轨道时，总是优先单独占据一个轨道，而且自旋状态相同。
回答简并轨道的电子“怎么填”的问题
(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。
(能量相同的原子轨道)
（自旋方向相同）
如：2p3的电子排布图
√
X
X
五、泡利原理、洪特规则、能量最低原理
3、洪特规则
(2)洪特规则特例(洪特规则的补充）
当能量相同的原子轨道处于全满、半满和全空状态时，具有__ 的能量和 较大的稳定性。
较低
回答简并轨道的电子“怎么填”的问题
五、泡利原理、洪特规则、能量最低原理
3、洪特规则
Cr：1s22s22p63s23p63d44s2
Cu：1s22s22p63s23p63d94s2
Cr：1s22s22p63s23p63d54s1
Cu：1s22s22p63s23p63d104s1
√
√
★注意：洪特规则不仅适用于基态原子，也适用于基态离子。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。
→24Cr、29Cu、47Ag、79Au等原子不符合构造原理,但符合洪特规则(特例),也符合能量最低原理.
(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
五、泡利原理、洪特规则、能量最低原理
4、能量最低原理
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)。
总之，基态原子的核外电子排布均遵循泡利原理，洪特规则和能量最低原理。
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑
↑
↑
↑
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
五、泡利原理、洪特规则、能量最低原理
(1)核外电子排布所遵循的规律
①能量最低原理: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:在一个原子轨道里,最多只能容纳2个电子且自旋相反。
③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。
基态原子核外电子排布的规则
(2)构造原理中的“能级交错”现象。
从构造原理示意图可以看出,从第三能层就会出现能级交错现象,这是因为3d能级的能量高于4s能级。按能量最低原理,电子在进入核外电子层时,不是排完3p就排3d,而是先排4s,排完4s才排3d。由于能级交错,在次外层未达最大容量之前,已出现了最外层,而且最外层未达最大容量时,又进行次外层电子的填充,所以原子最外层和次外层电子数常常达不到最大容量。
五、泡利原理、洪特规则、能量最低原理
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
——七图式
S：
原子核外电子排布遵循的原理和规则
原子核外电子排布的表示式
能量最低原则
泡利不相容原理
洪特规则
电子排布式、价电子排布式
电子排布图
原子结构示意图
全满、半满、全空相对稳定
[小结]
五、泡利原理、洪特规则、能量最低原理
应用体验
1.下列化学用语的表达正确的是( )
A.原子核内有10个中子的氧原子：
B.氯原子的结构示意图：
C.Fe3＋的最外层电子排布式：3s23p63d5
D.基态铜原子的价层电子轨道表示式：
C
五、泡利原理、洪特规则、能量最低原理
2.按要求完成下列填空：
(1)11Na的电子排布式为____________；
(2)20Ca的最外层电子排布式为____；
(3)35Br－的离子结构示意图为__________；
(4)8O的轨道表示式为__________________________；
(5)9F的最外层轨道表示式为____________________。
1s22s22p63s1
4s2
五、泡利原理、洪特规则、能量最低原理
3. 下列叙述正确的是(　　)
A.[Ar]3d64s2是基态铁原子的电子排布
B.铬原子的电子排布式:1s22s22p63s23p64s13d5
C.铜原子的外围电子排布式是3d94s2
D.氮原子的电子排布图是
A　　　
[解析] B项,书写电子排布式,不能按填充顺序书写,而应按照能层从左到右书写;
C项,d轨道应是全充满时稳定;
D项违反了洪特规则。
五、泡利原理、洪特规则、能量最低原理
4.下列关于硅原子的核外电子排布表示方法中,错误的是(　　)
A.1s22s22p63s23p2 B.[Ne]3s23p2
C. D.
[解析] A、B两项是电子排布式,C、D两项是电子排布图,
其中C项违背了洪特规则,故错误。
C
五、泡利原理、洪特规则、能量最低原理
5.在多电子原子中，决定轨道能量的因素是( )
①能层　②能级　③电子云的伸展方向　④电子自旋状态
A.①②　　B.①④　　C.②③　　D.③④
A
6.下列微粒中，最外层未成对电子数最多的是( )
A.S　　B.As　　C.Mn　　D.Fe3＋
D
五、泡利原理、洪特规则、能量最低原理