1.1 原子结构 第4课时 课件（共35页） -2023-2024学年高二上学期化学人教版（2019）选择性必修2

(共35张PPT)
第一章
第二节 原子结构与元素的性质
0
第4课时：泡利原理、洪特规则
能层 K L M N O
能级 1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s 4p 4d 4f 5s 5p ...
最多电子数 2 2 6 2 6 10 2 6 10 14 2 6
原子轨道数 1 1 3 1 3 5 1 3 5 7 1 3
想一想：每个原子轨道最多只能容纳 个电子
2
两个电子容纳在一个轨道里，也就意味着，它们的空间运动状态是相同的。为什么每个原子轨道中最多可容纳两个电子？这两个电子的运动状态有差异吗？
斯特恩-盖拉赫实验
在斯特恩-盖拉赫实验中发现了银原子束经过不均匀磁场，产生了偏转，并最终在屏幕垂直方向上，形成了两个上下对称的非连续分布。至此，所有的粒子从理论上就都有了——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。
电子自旋
1925 年，泡利正式提出，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(泡利不相容原理)。
物理史上最嚣张的论文——1页
1925年，两个物理研究生，竟然搞出了电子自旋的概念，认为契合了天才泡利的预测，于是就整出了1页的论文。没想到的是，这个理论竟然违背了爱因斯坦相对论，其速度居然达到了光速10倍，偏偏还是对的！他们分别叫，乌仑贝克和高斯密特。
(左乌伦贝克，右古德斯米特，拍摄时间约为 1928 年)
1927年10月，第五届索尔维会议，泡利是年龄最小的顶级科学家
电子除了空间运动状态外，还存在一种运动状态叫__________。
自旋
1. 电子自旋和泡利原理
1）自旋
电子自旋在空间有________________两种取向，简称___________。
自旋相反
常用上下箭头（ “↑”“↓” ）表示
顺时针和逆时针
泡利原理、洪特规则、能量最低原理
②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。
③一个原子中不可能存在运动状态完全相同的2个电子
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。
注意：
电子除了空间运动状态外，还存在一种运动状态叫__________。
自旋
1.电子自旋和泡利原理
1）自旋
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
泡利原理、洪特规则、能量最低原理
填多少
2）泡利原理
这个原理被称为泡利原理（也称泡利不相容原理）。
如2s2的电子排布图为 ,不能表示为 。
H 1s1
O 1s22s22p4
H
原子轨道
简并轨道：能量相同的原子轨道
电子对
单电子(未成对电子)
自旋平行
能级符号
轨道表示式（电子排布图）：是表述电子排布的一种图示。
2.电子排布的轨道表示式
泡利原理、洪特规则、能量最低原理
(1)用□或〇代表一个原子轨道，能量相同的原子轨道（简并轨道）的方框相连。不同能级中的□要相互分开。
(2)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。
(4)通常在方框下方或上方标记能级符号。
(3)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（或称未成对电子），箭头同向的单电子称自旋平行。
H
H 1s1
O 1s22s22p4
(5)有时画出的能级上下错落，以表达能量高低不同。
2.电子排布的轨道表示式
泡利原理、洪特规则、能量最低原理
Li
1s
↑↓
↑
2s
Be
1s
↑↓
↑↓
2s
B
1s
↑
↑↓
↑↓
2s
2p
请写出Li、Be、B的轨道表示式。
课堂练习
“先打单，再成双”
“打单要平行，成双要相反”
同一个原子轨道
只有一个电子
2
1
B
1s
↑
↑↓
↑↓
2s
2p
电子对
自旋方向相反的一对电子
单电子
B 原子中: 有 对电子对，有 个单电子。
2.电子排布的轨道表示式
泡利原理、洪特规则、能量最低原理
自旋平行
箭头同向的单电子称为自旋平行
简并轨道
能量相同的原子轨道
有 种空间运动状态，有 种运动状态不同的电子。
3
5
B
1s
↑
↑↓
↑↓
2s
2p
轨道数
电子数
2.电子排布的轨道表示式
泡利原理、洪特规则、能量最低原理
练一练：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
2.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.（2009-上海）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. He B． C．1s2 D．
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。
(能量相同的原子轨道)
（自旋方向相同）
2p3的电子排布图
√
泡利原理、洪特规则、能量最低原理
3.洪特规则
C ：1s2 2s22p2
√
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。
↑↓
Li
Be
B
C
↑↓
1s
2s
↑↓
↑
↑↓
↑↓
1s
2s
↑
2p
↑↓
↑↓
1s
2s
↑
↑
2p
1s
2s
N
O
↑↓
↑↓
1s
2s
↑
↑
↑
2p
↑↓
↑↓
1s
2s
↑
↑
↑
↓
2p
F
Ne
↑
↑
↑
↓
↓
↑↓
1s
2s
2p
↑↓
↑↓
1s
2s
2p
↑
↑
↑
↓
↓
↓
↑↓
第二周期元素原子的电子排布图（即轨道表示式）
洪特规则特例*
光谱实验发现
能量相同的简并轨道在______、_____和_______条件时，体系能量较低，原子较稳定。
全满
半满
全空
3d 4s
↑
Cr
↑
↑
↑
↑
↑
半充满状态
怎么填
泡利原理、洪特规则、能量最低原理
3.洪特规则
3d 4s
↑↓
↑↓
↑
↑↓
↑↓
↑↓
全充满状态
Cu
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。
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。
自然界的普适规律
泡利原理、洪特规则、能量最低原理
4.能量最低原理
能量最低原理的补充：
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。
内容：
因素：
铁原子的电子排布图
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑
↑
↑
↑
洪特规则
泡利原理
能量最低原理
1s
2s
2p
3p
3d
3s
4s
结论：基态原子的核外电子排布遵循泡利原理、洪特规则和能量最低原理。
违背任意一个，能量就不是最低，就不是基态。
【思考与讨论】 课本P16
（1）为什么基态氦原子的电子排布是1s2而不是1s12s1
（3）为什么基态Sc的价层电子排布是3d14s2，而不是4s3？
不满足能量最低原理
不满足洪特规则
不满足泡利原理
（2）为什么基态氮原子的轨道表示式是 ，而不是
？
【练一练】写出15P、25Mn的轨道表示式，并按要求填空。
15P：
，
有 对电子对，有 个单电子。
25Mn：
________________________________________________________________，
有 种空间运动状态，有 个单电子，属于半充满。
6
3
15
5
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 (轨道表示式）
价电子排布图
以硫(S)为举例
S：1s22s22p63s23p4
[Ne]3s23p4
S：3s23p4
归纳一：基态原子核外电子排布的表示方法
S：
——七图式
（1）有1个未成对电子：
（2）有2个未成对电子：
（3）有3个未成对电子：
（4）有4个未成对电子：
（5）有5个未成对电子：
（6）有6个未成对电子：
归纳二：1-36号元素中，原子核外未成对电子数与价电子排布之间的关系
ns1、ns2np1、ns2np5、3d14s2、3d104s1
ns2np2、ns2np4、3d24s2、3d84s2
ⅠA族(ns1：H、Li、Na、K)； ⅢA族(ns2np1：B、Al、Ga)；
ⅦA族(ns2np5：F、Cl、Br)； Sc、Cu。
ⅣA族(ns2np2：C、Si、Ge)； ⅥA族(ns2np4：O、S、Se)。Ti、Ni
ⅤA族(ns2np3：N、P、As)，V、Co。
Fe
Mn
Cr
ns2np3、3d34s2、3d74s2
3d64s2
3d54s2
3d54s1
练一练：在前四周期元素中，基态原子中未成对电子与其所在周期数相同的元素有几种？( )
A. 6种 B. 5种 C. 4种 D. 3种
B
H C O P Fe
核外电子运动的基本特征
能层
能级
轨道
自旋
公转
自转
大范围
小范围
归纳三：基态原子核外电子运动状态的描述
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
第一节
原子的结构与性质
第4课时
电子排布的轨道表示式(电子排布图)
核外电子在原子轨道中的排布规律
电子排布式与轨道表示式的比较
排布规律一：泡利原理
排布规律二：洪特规则
排布规律三：能量最低原理
简并轨道
电子对
单电子
自旋平行
用方框表示原子轨道，在方框的下方用能级符号表示轨道所属能级
课堂小结
1.下列原子的轨道表示式中，符合洪特规则的是( )
A. B.
C. D.
C
2.下列有关化学用语中不能体现氮原子核外电子能量有差异的是( )
A. B.
C. D.1s22s22p3
A
课堂练习
3.24Cr原子处于基态时，价电子排布可用轨道表示式表示成
，而不是 。
下列说法中正确的是( )
A.这两种排布方式都符合能量最低原理
B.这两种排布方式都符合泡利原理
C.这两种排布方式都符合洪特规则
D.这个实例说明洪特规则有时候和能量最低原理是矛盾的
B
课堂练习
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.
C
5.在短周期元素中，元素的基态原子核外未成对电子数等于能层数的元素有a种，元素的基态原子最外层电子数是未成对电子数2倍的元素有b种，则a∶b的值为( )
A.1 B.2 C.3 D.4
B
课堂练习
6.下列各组原子中，彼此化学性质一定相似的是( )
A.原子核外L能层的未成对电子数与M能层的未成对电子数相等的原子
B.原子核外M层上仅有两个电子的X原子与原子核外N层上仅有两个电子
的Y原子
C.2p能级只有1个空轨道的X原子和3p能级只有1个空轨道的Y原子
D.最外层都只有一个电子的X、Y原子
C
课堂练习
7.(1)氧元素基态原子核外未成对电子数为____个，第三周期中有两个成单电子的元素符号________(填一种即可)，M层上有2对成对电子的原子最外层共有___种不同运动状态的电子。
2
Si(或S)
6
(2)1～36号元素原子中未成对电子数为2的元素符号及价电子排布式：____________________________________________________________________________________________________________________________________
C：2s22p2，Si：3s23p2，Ge：4s24p2，O：2s22p4，S：3s23p4，Se：4s24p4，
Ti：3d24s2，Ni：3d84s2
(3)某元素的原子序数为33，该元素原子的价电子排布式为______，该元素原子核外有___个能层，___个能级，___个原子轨道，有___个单电子。
4s24p3
4
8
18
3
课堂练习
8.下列原子或离子的电子排布式或轨道表示式正确的是________(填序号，下同)，违反能量最低原理的是____，违反洪特规则的是____，违反泡利原理的是____。
①Ca2＋：1s22s22p63s23p6
②F－：1s22s23p6
③P：
④Fe：1s22s22p63s23p63d64s2
⑤Mg2＋：1s22s22p6
⑥C：
①④⑤
⑥
②
③
课堂练习
THANKS
谢谢聆听