化学人教版（2019）选择性必修2 第一章第一节第4课时泡利原理洪特规则能量最低原理（28张）

(共28张PPT)
第4课时 泡利原理、洪特规则、能量最低原理
人教版（2019） 选择性必修2
第一章 原子结构与性质
第一节 原子结构
回顾
能级 1s 2s 2p 3s 3p 3d ......
各能级轨道数 1 1 3 1 3 5 ......
各能层轨道数 1 4 9 ......
最多容纳电子数 2 8 18 ......
提出问题：为什么每个轨道最多能容纳两个电子呢？同一轨道中的两个电子的状态是否完全相同呢？
资料卡片-电子自旋
钠原子光谱实验
斯特恩-盖拉赫实验
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
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
电子自旋
一. 泡利原理
电子除空间运动状态外，还有一种状态叫自旋。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。
在一个原子轨道里，最多只能容纳2个电子，它们自旋相反。
补充说明
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
核外电子在原子轨道中的排布规律I——泡利原理
思考
一. 泡利原理
核外电子在原子轨道中的排布应该如何表示？
轨道表示式
（又称电子排布图）
如基态Al原子轨道表示式：
Al 1s22s22p63s23p1
基态Al原子的电子排布式：
Al 1s22s22p63s23p1
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，而轨道表示式还给出了电子在原子轨道中的自旋状态。
基态Al原子的电子排布式：
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
练一练
一. 泡利原理
请写出Li、Be、B 的轨道表示式
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
练一练
C
↑↓
1s
2s
↑↓
①
C
↑↓
1s
2s
↑↓
↑↑
②
C
↑↓
1s
2s
↑↓
↑
③
C
↑↓
1s
2s
↑↓
↑
④
↑↓
2p
2p
2p
2p
↑
↓
思考：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？
×
二. 洪特规则
核外电子在原子轨道中的排布规律Ⅱ——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
1925年，洪特根据多电子原子的原子光谱正式提出洪特规则：
C
↑↓
1s
2s
↑↓
①
C
↑↓
1s
2s
↑↓
↑↑
②
C
↑↓
1s
2s
↑↓
↑
③
C
↑↓
1s
2s
↑↓
↑
④
↑↓
2p
2p
2p
2p
↑
↓
√
课堂练习
请写出7-24号元素原子的轨道表示式
练一练
N
↑↓
1s
2s
2p
↑↓
↑
↑
↑
O
↑↓
1s
2s
↑↓
↑
↑
2p
F
↑↓
1s
2s
↑↓
↑
2p
↑↓
↑↓
↑↓
Ne
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
1s
2s
2p
↑↓
Na
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
1s
2s
2p
↑↓
↑
3s
Mg
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
1s
2s
2p
↑↓
3s
↑↓
请写出7-24号元素原子的轨道表示式
练一练
Al
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
1s
2s
2p
↑↓
3s
↑↓
3p
↑
Si
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
1s
2s
2p
↑↓
3s
↑↓
3p
↑
P
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
1s
2s
2p
↑↓
3s
↑↓
3p
↑
↑
↑
↑
S
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
1s
2s
2p
↑↓
3s
↑↓
3p
↑
↑
请写出7-24号元素原子的轨道表示式
练一练
↑↓
Cl
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
1s
2s
2p
↑↓
3s
↑↓
3p
↑
↑↓
↑↓
Ar
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
1s
2s
2p
↑↓
3s
↑↓
3p
↑↓
↑↓
↑↓
课堂练习
请写出7-24号元素原子的轨道表示式
练一练
K
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
1s
2s
2p
↑↓
3s
↑↓
3p
↑↓
↑↓
↑↓
4s
↑
Ca
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
1s
2s
2p
↑↓
3s
↑↓
3p
↑↓
↑↓
↑↓
4s
↑↓
课堂练习
请写出7-24号元素原子的轨道表示式
练一练
Sc
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
1s
2s
2p
↑↓
3s
↑↓
3p
↑↓
↑↓
↑↓
4s
↑↓
3d
↑
Ti
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
1s
2s
2p
↑↓
3s
↑↓
3p
↑↓
↑↓
↑↓
4s
↑↓
3d
↑
↑
V
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
1s
2s
2p
↑↓
3s
↑↓
3p
↑↓
↑↓
↑↓
4s
↑↓
3d
↑
↑
↑
课堂练习
Cr
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
1s
2s
2p
↑↓
3s
↑↓
3p
↑↓
↑↓
↑↓
4s
↑↓
3d
↑
↑
↑
请写出7-24号元素原子的轨道表示式
练一练
↑
Cr
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
1s
2s
2p
↑↓
3s
↑↓
3p
↑↓
↑↓
↑↓
4s
3d
↑
↑
↑
↑
↑
↑
思考：哪一种轨道表示式正确表达了基态铬原子核外电子的排布呢？
核外电子在原子轨道中的排布规律
洪特规则特例：
简并轨道全充满、半充满或全空状态是能量较低的稳定状态。
4s
↑↓
3d
↑
↑
↑
↑
4s
3d
↑
↑
↑
↑
↑
↑
Cr
Cr
只有一组全满的简并轨道
有两组半满的简并轨道
二. 洪特规则
√
请写出29Cu的价层电子的轨道表示式
练一练
29Cu的价层电子的排布式 3d104s1
4s
3d
↑
Cu
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
核外电子在原子轨道中的排布规律Ⅲ——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，使原子的整体能量最低。
补充说明：
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
三. 能量最低原理
核外电子在原子轨道中的排布规律Ⅲ——能量最低原理
① 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。
三. 能量最低原理
② 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的排斥能，进而使原子整体能量最低。如所有副族元素的基态原子。
三. 能量最低原理
观察思考
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
核外电子在原子轨道中的排布规律
① 泡利原理 (填多少)
② 洪特规则、洪特规则特例 (怎么填)
③ 能量最低原理
小结
思考与讨论
（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轨道表示式是 而不是 ？
（3）为什么基态K和Ca的价电子是4s1和4s2而不是3d1和3d2？
不满足能量最低原理
不满足洪特规则
不满足构造原理
总结
原子核外电子的运动状态和排布规律
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
课堂练习
练一练
1．在d轨道中电子排布成 ，而不排布成 ，其直接根据是（ ）
A．能量最低原理 B．泡利不相容原理
C．原子轨道能级图 D．洪特规则
课堂练习
2. 以下原子属于基态原子的是（ ）
3.下列有关锂原子轨道表示式表示的状态中，能量最低的是(　　)，
能量最高的是（ ）
课堂练习
A. B.
C. D.
↑
1s
2s
2p
↑↓
1s
2s
2p
↑↓
↑
↑
1s
2s
2p
↑↓
↑↓
1s
2s
2p
↑
4.下列电子排布式或轨道表示式正确的是(　　)
A．C的轨道表示式：
B．Ca的电子排布式：1s22s22p63s23p63d2
C．N的轨道表示式：
D．Br－的电子排布式：[Ar]3d104s24p6
5. 轨道表示式可以表示原子或离子的核外电子排布。请根据基态Fe的轨道表示式，写出Fe2+、Fe3+的轨道表示式。
Fe
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
1s
2s
2p
↑↓
3s
↑↓
3p
↑↓
↑↓
↑↓
4s
3d
↑
↑
↑
↑
↑↓
↑↓
Fe2+ :
Fe3+ :
答案：1. D 2. C 3. D ; C 4. D
Fe2+
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
1s
2s
2p
↑↓
3s
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3p
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↑↓
3d
↑
↑
↑
↑
↑↓
Fe3+
↑↓
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↑↓
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1s
2s
2p
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3s
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3p
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↑↓
3d
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↑
↑
↑
5.