第一節(jié)原子結(jié)構(gòu)3、泡利原理、洪特規(guī)則、能量最低原理第一章

原子結(jié)構(gòu)與性質(zhì)衡陽市八中高二化學備課組

何燁第一節(jié)原子結(jié)構(gòu)第三課時電子云和原子軌道，泡利原理、洪特規(guī)則、能量最低原理第一章原子結(jié)構(gòu)與性質(zhì)1.知道電子的運動狀態(tài)(空間分布及能量)，可通過電子云模型和原子軌道來描述。2.

認識基態(tài)原子中核外電子的排布遵循能量最低原理、泡利不相容原理和洪特規(guī)則等。不同能層的能級、原子軌道及電子云輪廓圖能層能級原子軌道數(shù)原子軌道名稱電子云輪廓圖的性質(zhì)與取向形狀取向K1s11s球形L2s12s球形2p32px、2py、2pz啞鈴形相互垂直M3s13s球形3p33px、3py、3pz啞鈴形相互垂直3d5………………4923N4s14s球形4p34px、4py、4pz啞鈴形相互垂直4d5………………4f7………………416微觀粒子可視化2：1s~2p原子軌道的疊加【知識回顧】根據(jù)已學的知識，填寫下表：能級spdf原子軌道數(shù)單軌道容納電子數(shù)最多可容納電子數(shù)135722222610142個電子容納在一個軌道里，也就意味著，它們的空間運動狀態(tài)相同。為什么一個軌道允許容納兩個電子呢？它們的運動狀態(tài)又有什么差異呢？鈉原子光譜實驗氫原子光譜實驗1925年，兩位荷蘭年青人烏倫貝克和哥德斯密根據(jù)實驗事實提出假設(shè)：電子除了空間運動狀態(tài)外，還存在一種運動狀態(tài)叫自旋。1.什么是電子自旋

電子自旋在空間有順時針和逆時針兩種取向，簡稱自旋相反，常用上下箭頭(“↑”“↓”)表示自旋相反的電子。2.什么是泡利原理(1925年)？在一個原子軌道里，最多只能容納2個電子，它們的自旋相反，這個原理被稱為泡利原理（也稱泡利不相容原理）。一、電子自旋和泡利原理注意：①自旋是微觀粒子普遍存在的一種如同電荷、質(zhì)量一樣的內(nèi)在屬性。②能層、能級、原子軌道和自旋狀態(tài)四個方面共同決定電子的運動狀態(tài)，電子能量與能層、能級有關(guān)，電子運動的空間范圍與原子軌道有關(guān)，一個原子中不可能存在運動狀態(tài)完全相同的2個電子。

（4）應(yīng)用：課本P15資料卡片鈉原子光譜泡利原理、構(gòu)造原理、物質(zhì)的磁性、研究物質(zhì)的性質(zhì)等斯特恩-蓋拉赫實驗電子自旋

電子自旋概念的提出解決了原子結(jié)構(gòu)理論發(fā)展中的一系列困惑。例如，只有1個最外層電子的堿金屬原子光譜為什么會在光譜里呈現(xiàn)雙線？為什么只有1個最外層電子的銀原子在外加電場里加速飛行通過一個不對稱磁場時會分成兩束？歸根結(jié)底，為什么一個原子軌道里能容納兩個電子？沒有泡利原理，復(fù)雜的原子光譜無法得到詮釋，以光譜事實為基礎(chǔ)的構(gòu)造原理也無法建立。電子自旋可以幫助我們理解物質(zhì)的磁性本質(zhì)。電子自旋有許多重要應(yīng)用，如電子自旋共振(ESR

）技術(shù)能研究物質(zhì)的諸多性質(zhì)。3：電子排布的軌道表達式軌道表示式（又稱電子排布圖）是表述電子排布的一種圖式

用方框（也可用圓圈）表示原子軌道，能量相同的原子軌道（簡并軌道）的方框相連，箭頭（↑↓）表示一種自旋狀態(tài)電子。如：氫和氧的基態(tài)原子電子排布式、軌道表示式為①概念②表示方法：1s2s2pH↑↓↑O1s↑↓↑↑H1s1O1s22s22p4原子軌道簡并軌道：能量相同的原子軌道能級符號電子對↑↓單電子：未成對電子自旋平行（1）軌道表示式是表述電子排布的一種圖式?！?s

2s

2p↑↓↑↓↑↑OH如氫和氧的基態(tài)原子的軌道表示式如下：↑1s(2)在軌道表示式中，用方框（或圓圈）表示原子軌道，能量相同的原子軌道（簡并軌道）的方框相連，在方框的上方或下方用能級符號表示軌道所屬能級。(3)各軌道按照離核由近到遠，從左到右依次排列。注意：(4)箭頭表示一種自旋狀態(tài)的電子，“↑↓”稱為電子對，“↑”或“↓”稱為單電子（或稱未成對電子）。箭頭同向的單電子稱自旋平行，如基態(tài)氧原子有2個自旋平行的2p電子。(5)有時畫出的能級上下錯落，以表達能量高低不同。如鈉的基態(tài)原子的軌道表示式如下：↑↓1s↑↓↑↓↑↓↑↓Na2s2p↑3s課堂練習1：請畫出鋁原子的軌道表示式鋁原子外層有

個電子對，有

個單電子。電子有

種空間運動狀態(tài)，有

種運動狀態(tài)不同的電子。13176注意：①電子的空間運動狀態(tài)指的是原子軌道

②一個原子中不可能存在運動狀態(tài)完全相同的2個電子課堂練習2：下列基態(tài)碳原子軌道表示式正確的是（)。②C1s↑↑↑↓↑↓2s2p①C1s↑↓↑↓↑↓2s2p↑2p③C1s↑↑↓↑↓

2s2p④C↓1s↑↑↓↑↓

2s二、洪特規(guī)則

1925年洪特在詮釋復(fù)雜原子光譜時，得出了判斷基態(tài)原子光譜的經(jīng)驗規(guī)則：基態(tài)原子中，填入簡并軌道的電子總是優(yōu)先以自旋平行的方式分別占據(jù)不同軌道。例如，下列氧的基態(tài)原子最處層軌道表示式，哪一個正確？↑↓↑↓↑↓2s2p↑↓↑↓↑↓2s2p↑↓↑↑↑↓2s2p

★注意：洪特規(guī)則不僅適用于基態(tài)原子，也適用于基態(tài)離子。洪特規(guī)則適用于電子填入簡并軌道，并不適用于電子填入能量不同的軌道?！陶n堂練習2：下列基態(tài)碳原子軌道表示式正確的是（)。②C1s↑↑↑↓↑↓2s2p①C1s↑↓↑↓↑↓2s2p↑2p③C1s↑↑↓↑↓

2s2p④C↓1s↑↑↓↑↓

2s③課堂練習3：下列為N原子的價層電子軌道表示式中，符合洪特規(guī)則的是（）A. B.C. D.C1.下軌道表示式中，哪個是硼的基態(tài)原子？為什么？2.下列軌道表示式中，哪個是氧的基態(tài)原子？為什么？A，在一個原子軌道里，最多只能容納兩個電子，且它們自旋相反。B，基態(tài)原子中，填入簡并軌道的電子總是先單獨分占，且自旋平行。1s2s2p

A.↑↑↓↑↓B.↑↑↑↓↓1s2s2p

1s2s2p

A.↑↓↑↓↑↓B.↑↑↑↓↑↓C.↑↓↑↓↑↓1s2s2p

1s2s2p

思考與討論3d4sCr無半空軌道，只有一個全滿軌道有一組半滿的簡并軌道和一個半空軌道3.請寫出Cr、Cu元素原子的簡化電子排布式及價層電子軌道表示式。Cu

[Ar]3d104s1Cr[Ar]3d54s1Cu↑↑↑↑↑↓3d4sCr↑↑↑↑↑↑↑↓↑↓↑↓↑↓↑↓↑3d4s有一個半空軌道思考與討論

有少數(shù)元素的基態(tài)原子的電子排布對于構(gòu)造原理有1個電子的偏差。因為能量相同的原子軌道在全充滿、半充滿、全空狀態(tài)時，體系的能量較低，原子較穩(wěn)定。相對穩(wěn)定的狀態(tài)全充滿：p6、d10、f14半充滿:

p3、d5、f7全空:p0、d0、f0洪特規(guī)則特例：

24Cr和29Cu電子排布式和價層電子排布圖如下：29Cu1s22s22p63s23p63d104s124Cr1s22s22p63s23p63d54s1

基態(tài)是能量最低的狀態(tài)。在構(gòu)建基態(tài)原子時，電子將盡可能地占據(jù)能量最低的原子軌道，使整個原子的能量最低，這就是能量最低原理。3.相鄰能級能量相差很大時，電子填入能量低的能級即可使整個原子能量最低；但當相鄰能級能量差別不大時，有1～2個電子填入能量稍高的能級可能反而降低電子排斥能，進而使原子整體能量最低。例如所有副族元素的基態(tài)原子。2.實際上，整個原子的能量是由核電荷數(shù)、電子數(shù)和電子狀態(tài)三個因素共同決定。(四)什么是能量最低原理1.能量最低原理：總之，基態(tài)原子的核外電子排布遵循泡利原理，洪特規(guī)則和能量最低原理?！匀唤绲钠者m規(guī)律三：能量最低原理在構(gòu)建基態(tài)原子時，電子將盡可能地占據(jù)能量最低的原子軌道，使整個原子的能量最低，這就是能量最低原理。①概念②因素整個原子的能量由核電荷數(shù)、電子數(shù)和電子狀態(tài)三個因素共同決定。a：相鄰能級能量相差很大時，電子填入能量較低的能級可使原子能量最低。如所有主族元素的基態(tài)原子。b：當相鄰能級能量差別不大時，有1-2個電子填入能量稍高的能級可能反而降低電子的排斥能，進而使原子整體能量最低。如所有副族元素的基態(tài)原子。總之，基態(tài)原子的核外電子排布遵循泡利原理，洪特規(guī)則和能量最低原理。1.為什么基態(tài)氦原子的電子排布是1s2而不是1s12s1？2.為什么基態(tài)氮原子的電子軌道表示式是，而不是？3.為什么基態(tài)Sc的價電子排布是3d14s2，而不是4s3？后者不符合能量最低原理后都不符合洪特規(guī)則思考與討論1s2s2p

↑↑↑↑↓↑↓1s2s2p

↑↓↑↑↓↑↓后者不符合泡利原理4.為什么基態(tài)K和Ca的價電子是4s1和4s2而不是3d1和3d2？后者不滿足構(gòu)造原理鐵原子的電子排布圖↑↓↑↓↑↓↑↓↑↓↑↓↑↓↑↓↑↓↑↓↑↓↑↑↑↑洪特規(guī)則泡利原理能量最低原理1s2s2p3p3d3s4s結(jié)論：基態(tài)原子的核外電子排布遵循泡利原理、洪特規(guī)則和能量最低原理。違背任意一個，能量就不是最低，就不是基態(tài)。原子結(jié)構(gòu)示意圖意義實例

電子排布式意義實例簡化電子排布式意義實例原子結(jié)構(gòu)的表征方法小結(jié)1:重難點知識顯性化將每個能層上的電子總數(shù)表示在原子核外的式子用數(shù)字在能級符號右上角標明該能級上排布的電子數(shù)，這就是電子排布式K

1s22s22p63s23p64s1為了避免電子排布式書寫過于繁瑣，把內(nèi)層電子達到稀有氣體結(jié)構(gòu)的部分以相應(yīng)稀有氣體的元素符號外加方括號表示Ni：[Ar]3d84s2價電子排布式意義實例電子排布圖意義實例對電子運動狀態(tài)描述最詳盡主族元素的價層電子指最外層電子，價層電子排布式即外圍電子排布式Mn：3d54s2每個方框代表一個原子軌道，每個箭頭代表一個電子↑↓↑↓↑↓↑↓↑↓↑↓↑1s

2s2p3s3p

Al小結(jié)2:本節(jié)知識結(jié)構(gòu)化實驗事實核外電子的運動狀態(tài)核外電子的填充規(guī)律表征方法線狀原子光譜能量量子化能層能級原子軌道電子自旋原子結(jié)構(gòu)示意圖構(gòu)造原理電子排布式分層排布泡利原理、洪特規(guī)則、能量最低原理軌道表示式理論模型直觀化證據(jù)推理解釋模型認知課堂練習5：若將

6C原子的電子排布式寫成1s22s22px2，它違背了(

)A．能量守恒定律 B．能量最低原理C．泡利原理 D．洪特規(guī)則D課堂練習6：下列敘述正確的是(

)A.[Ar]3d64s2是基態(tài)鐵原子的電子排布B.鉻原子的電子排布式:1s22s22p63s23p64s13d5C.銅原子的外圍電子排布式是3d94s2D.氮原子的電子排布圖是A