高中化学选择性必修二 1.1.3 泡利原理、洪特规则、能量最低原理教学设计下学期

第一章　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

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 。

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

多媒体调试、讲义分发

[新课引入]

只有1个最外层电子的碱金属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？

[板书]

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。

[讲解]

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：

1、   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。

2、   H、O的基态原子的轨道表示式

H

O

3、   电子排布的轨道表示式的书写方法

(1)      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

(2)      不同能级中的□或○要相互分开，同一能级中的□或○要相互连接

(3)      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)      通常在方框下方或者上方标记能级符号

(5)      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

(6)      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

4、   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

[过渡]

观察O的电子排布图，分析电子排布过程中还有什么规律？

[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) 洪特规则特例

当能量相同的原子轨道在全满(p6、d10、f14)、半满(p3、d5、f7)和全空(p0、d0、f0)状态时，体系的能量最低，如：24Cr的电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s1或[Ar]3d54s1。

(3) 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]

(1)    下列轨道表示式中哪个是硼的基态原子？为什么？

A.                                     B.

(2)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

[思考与讨论]

(1)    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

(2)    为什么基态氮原子的轨道表达式是 ，而不是？

依据洪特规则

(3)    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

[易错误区]

1.忽视能量最低原理

如B：错写成

2.忽略泡利原理

如C：错写成

3.忽略洪特规则

如N：错写成或

[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。

1.下列有关多电子原子的叙述中正确的是(　　)

A． 在一个多电子原子中，不可能有两个运动状态完全相同的电子

B． 在一个多电子原子中，不可能有两个能量相同的电子

C． 在一个多电子原子中，N层上的电子能量肯定比M层上的电子能量高

D． 某个多电子原子的3p能级上仅有两个电子，它们的自旋状态必须相反

【答案】A

【解析】填充在同一个能级的同一个轨道中的电子，能量相同，故B错误；根据构造原理，3d轨道上电子的能量比4s轨道上的要高，故C错误；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，故D错误。

2.下列表达方式正确的是（　　）

A． Na＋的电子排布图：

B． 硫离子的核外电子排布式：1s22s22p63s23p4

C． 碘化铵的电子式：

D． H2O的电子式：

【答案】D

【解析】A项违反泡利原理；B项硫离子的核外电子排布式应为1s22s22p63s23p6；C项碘化铵的电子式应为；只有D项正确。

3.某原子核外电子排布式为1s22s22p3，下列说法正确的是(　　)

A． 该原子的核外电子排布图为

B． 该原子核外有3种能量不同的电子

C． 该原子核外最外层电子占据3个原子轨道

D． 该原子核外最外层上有3种运动状态不同的电子

【答案】B

【解析】该电子排布图违反洪特规则，正确的电子排布图为，A项错误；该原子核外有3种能量不同的电子，分别为1s、2s、2p原子轨道上的电子，B项正确；该原子核外最外层电子数为5，占据2s、2p原子轨道，共4个原子轨道，C项错误；该原子核外最外层电子数为5，则最外层上有5种运动状态不同的电子，D项错误。

4.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：O

B． 氯原子的结构示意图：

C． Fe3＋的最外层电子排布式：3s23p63d5

D． 基态铜原子的价电子排布图：

【答案】C

【解析】原子核内有10个中子的氧原子应表示为O，A错误；氯原子的结构示意图为，B错误；Fe的原子序数是26，故Fe3＋的最外层电子排布式为3s23p63d5，C正确；铜的原子序数是29，基态铜原子的价电子排布符合洪特规则的特例，价电子排布图为

，D错误。

5.下列叙述正确的是(　　)

A． [Ar]3d64s2是基态原子的电子排布式

B． 铬原子的电子排布式是1s22s22p63s23p64s13d5

C． 铜原子的价电子排布式是3d94s2

D． 氮原子的电子排布图是

【答案】A

【解析】B. 铬原子的电子排布式是1s22s22p63s23p63d54s1，错误；C． 铜原子的价电子排布式是3d104s1，错误；D.违反洪特规则。

6.下列有关化学用语的表述正确的是(　　)

A． 次氯酸的电子式：

B． 基态铜原子的外围电子排布图：

C． Se的简化电子排布式：[Ar]3d104s24p4

D． F－的结构示意图：

【答案】C

【解析】次氯酸的电子式为，A项错误；书写基态铜原子的外围电子排布图时，根据洪特规则的特例应为，B项错误；F－的最外层有8个电子，D项错误。

7.下列有关原子的最外能层的电子排布图正确的是(　　)

A． 铍原子：                               B． 碳原子：

C． 氯原子：                 D． 铝原子：

【答案】C

【解析】A项，铍原子的最外能层的电子排布图为，错误；B项，2p能级上的电子排布违反洪特规则，错误；C项氯原子的最外能层的电子排布图为，正确；D项，根据能量最低原理，3s轨道的能量低于3p轨道，则电子先排满3s轨道，才能排3p轨道，所以该电子排布违背了能量最低原理，错误。

8.下列原子的价层电子排布图正确的是(　　)

A．                     B．

C．                    D．

【答案】C

【解析】A的2p轨道应各排布一个电子且自旋状态相同，B的2s轨道中两个电子的自旋状态应相反，D的2s轨道中应排满两个电子后再排2p轨道。

9.下列基态原子的电子排布式中，其未成对电子数最多的是(　　)

A． 1s22s22p63s23p63d64s2                   B． 1s22s22p63s23p64s1

C． 1s22s22p63s23p63d54s1                   D． 1s22s22p63s23p63d104s1

【答案】C

【解析】根据s、p、d能级原子轨道数目及洪特规则可知，A、B、C、D项原子的未成对电子数分别为4、1、6、1，C项正确。

10.在核电荷数为26的元素Fe的原子核外3d、4s轨道内，下列电子排布图正确的是(　　)

A．         B．

C．        D．

【答案】C

【解析】核电荷数为26的Fe基态原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2,3d能级有5个轨道，只有1个轨道排满两个电子，且自旋方向相反，其他4个轨道各排1个电子，4s轨道排满2个电子，且自旋方向相反，即C项正确。

核外电子排布遵循泡利原理、能量最低原理和洪特规则．能量最低原理就是在不违背泡利原理的前提下，核外电子总是尽先占有能量最低的轨道，只有当能量最低的轨道占满后，电子才依次进入能量较高的轨道，也就是尽可能使体系能量最低．洪特规则是在等价轨道(相同电子层、电子亚层上的各个轨道)上排布的电子将尽可能分占不同的轨道，且自旋方向相同．后来量子力学证明，电子这样排布可使能量最低，所以洪特规则可以包括在能量最低原理中，作为能量最低原理的一个补充。通过本节课的学习，提升学生对原子核外电子排布的认识，准确shuxie 1～36号元素的原子核外电子排布图，进而提升学生微观辨析的能力。