人教版 (2019)选择性必修2第一节 原子结构教案配套ppt课件

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第3课时　泡利原理、洪特规则、能量最低原理
了解泡利原理、洪特规则、能量最低原理，知道原子核外电子排布遵循的规则。
1．宏观辨识与微观探析：通过认识原子结构及核外电子排布，辨识微观粒子运动状态不同于宏观物体运动状态。2．证据推理与模型认知：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、证据和结论之间的逻辑关系。
课前篇 · 自主学习固基础
1．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________，常用上下箭头(↑和↓)表示自旋相反的电子。
2．电子排布的轨道表示式(电子排布图)O：
(1)简并轨道：_________________________________。(2)电子对：_____________________________________。(3)单电子：_______________________________________________________。
同一个原子轨道中，自旋相反的一对电子　
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________对电子对，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。
3．洪特规则(1)内容：基态原子中，填入___________的电子总是先单独分占，且自旋平行。(2)特例在简并轨道上的电子排布处于全充满、半充满和全空状态时，具有________的能量和________的稳定性。
全充满：p6、d10、f14相对稳定的状态 全空：p0、d0、f0 半充满：p3、d5、f7
如24Cr的电子排布式为________________________，3d能级为半充满状态，易错写为1s22s22p63s23p63d44s2。
1s22s22p63s23p63d54s1
4．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。
1．为什么基态K和Ca的价层电子是4s1和4s2，而不是3d1和3d2。________________________________________________________________________________________________________________________________________________
提示：根据构造原理，3d能量大于4s能量，所以依据能量最低原理，电子填入能量低的能级可使整个原子的能量最低。
2．下列有关碳原子的轨道表示式中，能量最低的是(　　)
解析：根据洪特规则，原子的核外电子在能量相同的轨道上排布时，电子尽可能分占不同的轨道且自旋平行，这样整个原子的能量最低。A中2p轨道上两个电子挤在一个轨道中，B、C中两个2p轨道上的电子自旋相反，均与洪特规则相违背，只有D中的排布符合洪特规则，能量最低。
3．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，属于半充满状态。
课堂篇 · 重点难点要突破
某同学在学习了电子排布的轨道表示式后，画出了下列四种基态氧原子最外层轨道表示式：
① ②③ ④
1．判断上述四种基态氧原子轨道表示式的正误，并说明理由。
提示：①错误；理由是违背了洪特规则。 ②错误；理由是违背了洪特规则。 ③正确；理由是符合泡利原理、洪特规则和 能量最低原理。 ④错误；理由是违背了能量最低原理。
2．下列轨道表示式中哪个是硼的基态原子？为什么？
提示：A表示的是硼的基态原子；因为B中s轨道中的两个电子的自旋方向相同，违背了泡利原理。
3．为什么基态氦原子的电子排布是1s2而不是1s12s1?
提示：2s能级的能量高于1s能级，电子应首先占据能量最低的原子轨道，从而使整个基态原子的能量最低，因此氦的电子排布式是1s2，而不是1s12s1。
1．泡利原理(1) 电子的自旋状态电子除空间运动状态外，还有一种状态叫做自旋。电子自旋可以比喻成地球的自转。电子自旋在空间有顺时针和逆时针两种取向，常用方向相反的箭头“↑”和“↓”表示自旋相反的电子。
(2) 泡利原理在一个原子轨道里，最多只能容纳2个电子，它们的自旋相反，这一原理被称为泡利原理。
2．轨道表示式(又称电子排布图)(1)轨道表示式中各符号、数字的意义(以铝原子为例)
(2) 在轨道表示式中也可以用圆圈表示一个原子轨道，如Na： 。
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，这个规则称为洪特规则。如碳原子的轨道表示式是 ，而不是 或 。
4．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，这就是能量最低原理。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。主族元素的基态原子，由于相邻能级能量相差很大，电子填入能量低的能级即可使整个原子能量最低；而副族元素的基态原子，相邻能级能量相差不太大时，有1～2个电子占据能量稍高的能级可能反而降低了电子排斥能而使整个原子能量最低。
[典例]　以下核外电子的表示方法中，能表示该原子处于能量最低状态的是(　　)A．N： 　　　　 B．F： C．Fe：[Ar]3d54s2 D．Cu：3d104s
解析：A选项不符合洪特规则，2p轨道上的3个电子应分别占据三个轨道；B选项为F－的电子排布图，而不是F原子的电子排布图；C选项中Fe是26号元素，基态原子核外电子排布式应表示为[Ar]3d64s2；D选项符合洪特规则，原子处于能量最低状态。
1．下列几种表示电子排布的方法中正确的是(　　) A．32Ge原子的电子排布式：4s24p2 B．28Ni原子的电子排布式：1s22s22p63s23p63d94s1 C．O原子的电子排布图： D．29Cu＋的价层电子排布式：3d94s1
解析：Ge原子的电子排布式：1s22s22p63s23p63d104s24p2，A错误；Ni原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d84s2，B错误；C项符合洪特规则和泡利原理，正确；能层高的电子先失去，即先失去4s电子，后失去3d电子，Cu＋的价层电子排布式为3d10，D错误。
2．下列基态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－：1s22s23p6③P： ④Cr：1s22s22p63s23p63d44s2⑤Fe：1s22s22p63s23p63d64s2⑥Mg2＋：1s22s22p6　⑦C：
解析：根据原子核外电子排布规律，②中电子排满2s轨道后应排入2p轨道而不是3p轨道，违反能量最低原理，正确的应为1s22s22p6。③中没有遵循洪特规则——电子在同一能级的不同轨道上排布时，应优先占据不同轨道并且自旋平行，正确的应为 。
④中忽略了能量相同的原子轨道在半充满状态时，体系的能量较低，原子较稳定，违反了洪特规则的特例，正确的应为1s22s22p63s23p63d54s1。⑦违反泡利原理和洪特规则，正确的电子排布图应为 。
演习篇 · 学业测试速达标
1．下列轨道表示式能表示基态硫原子最外层电子排布图的是(　　) A. B. C. D.
解析：基态硫原子的电子排布式为1s22s22p63s23p4，其最外层电子排布图为
2．3d能级上最多只能排布10个电子依据的规律是(　　)A．洪特规则B．泡利原理C．能量最低原理和洪特规则D．能量最低原理和泡利原理
解析：基态原子一个原子轨道里，最多只能容纳2个电子，而且它们的自旋相反，称为泡利原理，因此在3d能级上最多只能排布10个电子，依据的规律是泡利原理，B项正确。
3．(双选)下列基态原子或离子的相关电子排布图正确的是(　　 )A．Fe3＋的价层电子： B．Cr原子的价层电子： C．N原子的电子： D．S2－的L层电子：
解析：Fe3＋的价层电子排布式为3d5，轨道表示式为 ，故A正确；铬原子的价层电子排布式为3d54s1，轨道表示式为 ，故B错误；电子优先单独占据1个轨道，且自旋平行，N原子核外有7个电子，分2层排布，原子的轨道表示式为 ，故C错误；S2－的L层电子排布式为2s22p6，轨道表示式为 ，故D正确。
4．某主族元素的原子，M层上有一个半充满的能级，该原子的质子数(　　) A．只能是7 B．只能是15 C．是11或13 D．是11或15
解析：根据题意知该基态原子的核外电子排布式为1s22s22p63s1或1s22s22p63s23p3，所以该原子的质子数为11或15。
5．最外层电子排布式为3s23p3的原子，其核外电子占有的轨道数为(　　)A．4　　 　　B．7　　 　　C．8　 　　　D．9
解析：最外层电子排布式为3s23p3的原子，核外电子排布为1s22s22p63s23p3，则核外电子占有的轨道分别为1s、2s、2p、3s、3p，其中2p、3p各有3个轨道，共9个。
6．由各元素组成的化合物Fe­-Sm­-As­-F­-O是一种重要的铁系超导材料。下列说法正确的是(　　)A．F的核外电子排布式是1s22s22p7B．Fe3＋的d轨道表示式 违背了泡利原理C．铍原子最外层的电子云轮廓图： D．Cu基态的价层电子排布图：
解析：氟原子核外电子数为9，核外电子排布式为1s22s22p5，故A错误；Fe3＋价层电子排布式为3d5，故价层电子轨道表示式为 ，选项中轨道表示式违背了洪特规则，故B错误；铍原子最外层为s能级，s能级的电子云轮廓图为球形，故C错误；Cu原子核外有29个电子，其价层电子排布式为3d104s1，所以其价层电子排布图为 ，故D正确。