第3課時(shí)泡利原理、洪特規(guī)則、能量最低原理[核心素養(yǎng)發(fā)展目標(biāo)]1.理解并掌握基態(tài)原子核外電子的排布規(guī)則。2.能根據(jù)核外電子的排布規(guī)則熟知核外電子排布的表示方法。一、原子核外電子的排布規(guī)則1.電子自旋與泡利原理(1)電子自旋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。電子自旋在空間有順時(shí)針和逆時(shí)針兩種取向，簡稱自旋相反，常用上下箭頭(↑和↓)表示自旋相反的電子。(2)泡利原理在一個(gè)原子軌道里，最多只容納2個(gè)電子，它們的自旋相反。注意(1)能層、能級(jí)、原子軌道和自旋狀態(tài)共同決定電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。故在同一原子中，不可能存在兩個(gè)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)完全相同的電子，即核外電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)數(shù)=電子數(shù)。(2)核外電子的一個(gè)空間運(yùn)動(dòng)狀態(tài)稱為一個(gè)軌道，故電子的空間運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不考慮自旋，即核外電子的空間運(yùn)動(dòng)狀態(tài)數(shù)=原子軌道數(shù)。2.電子排布的軌道表示式(1)軌道表示的含義軌道表示式(又稱電子排布圖)是表述電子排布的一種圖式，如氫和氟的基態(tài)原子的軌道表示式如下：；(2)軌道表示式中各部分代表的意義(以Si原子為例)：不同能層及能級(jí)中的□要分開，同一能層的相同能級(jí)中的□要相連。有時(shí)畫出的能級(jí)上下錯(cuò)落，以表達(dá)能量高低不同。由軌道表示式可知：在Si原子中有6個(gè)電子對，2個(gè)單電子，核外電子有8種空間運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，有14種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。3.洪特規(guī)則(1)內(nèi)容：基態(tài)原子中，填入簡并軌道的電子總是先單獨(dú)分占，且自旋平行。如基態(tài)碳原子的軌道表示式是，而不是或。(2)特例在簡并軌道上的電子排布處于全充滿、半充滿和全空狀態(tài)時(shí)，具有較低的能量和較強(qiáng)的穩(wěn)定性。相對穩(wěn)定的狀態(tài)全充滿如24Cr的電子排布式為1s22s22p63s23p63d54s1，為半充滿狀態(tài)，不能錯(cuò)寫為1s22s22p63s23p63d44s2。4.能量最低原理(1)內(nèi)容：在構(gòu)建基態(tài)原子時(shí)，電子將盡可能地占據(jù)能量最低的原子軌道，使整個(gè)原子的能量最低。(2)原子能量的影響因素基態(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。它們并不是孤立的，而是相互聯(lián)系、相互制約的。思考并回答下列問題。(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)氮原子的軌道表示式是，而不是？(3)為什么基態(tài)Sc的價(jià)層電子排布是3d14s2，而不是4s3？(4)判斷下列電子排布式或軌道表示式是否正確，錯(cuò)誤的指出違背了什么原則并改正。①硼原子的軌道表示式：②氧原子的軌道表示式：③鉀原子的電子排布式：1s22s22p63s23p63d1提示(1)原子的能量越低越穩(wěn)定，2s能級(jí)中的電子能量高于1s能級(jí)中的電子能量，基態(tài)原子的核外電子排布必須遵循能量最低原理，故基態(tài)氦原子的電子排布式是1s2。(2)根據(jù)泡利原理和洪特規(guī)則可知，基態(tài)氮原子2s軌道里的2個(gè)電子應(yīng)自旋相反，其核外電子在排滿2s軌道后，余下的3個(gè)電子將以自旋平行的方式分別占據(jù)2p能級(jí)的3個(gè)簡并軌道。(3)根據(jù)構(gòu)造原理，電子在排滿3p軌道后，剩余的電子先填充到4s軌道，當(dāng)4s軌道排滿后，電子再填入3d軌道，且根據(jù)泡利原理，在一個(gè)原子軌道里，最多只能容納2個(gè)電子，所以基態(tài)Sc原子的價(jià)層電子排布式是3d14s2。(4)①錯(cuò)誤。違背了泡利原理，正確的寫法為。②錯(cuò)誤。違背了洪特規(guī)則，正確的寫法為。③錯(cuò)誤。違背了能量最低原理，正確的寫法為1s22s22p63s23p64s1。1.下列軌道表示式能表示基態(tài)硫原子最外層結(jié)構(gòu)的是()A.B.C.D.答案D解析原子核外電子優(yōu)先占據(jù)能量最低的軌道，然后依次進(jìn)入能量高的軌道，這樣使整個(gè)原子處于能量最低的狀態(tài)，A中3s軌道沒有排滿就排3p軌道了，違背了能量最低原理；B、C違背了洪特規(guī)則，電子總是優(yōu)先單獨(dú)分占，且自旋平行。2.(2024·山東棗莊第三中學(xué)月考)下列說法正確的是()A.基態(tài)6C的電子排布式為1s22s22pxB.基態(tài)22Ti的軌道表示式：C.電子排布式21Sc：1s22s22p63s23p63d24s1違背了能量最低原理D.基態(tài)23V的電子排布式為1s22s22p63s23p63d34s2，違反了洪特規(guī)則答案C解析基態(tài)6C最后2個(gè)電子應(yīng)以自旋狀態(tài)相同的方式分布在兩個(gè)不同的2p軌道上，1s22s22px2違背了洪特規(guī)則，A錯(cuò)誤；基態(tài)22Ti的軌道表示式為，B錯(cuò)誤；21Sc原子的最后3個(gè)電子應(yīng)先排滿4s軌道，再排3d軌道，為1s22s22p63s23p63d14s2，1s22s22p63s23p63d24s1違背了能量最低原理，C正確；基態(tài)23V的電子排布式為1s22s22p63s23p63d34s2，符合核外電子排布規(guī)律，D錯(cuò)誤。3.(1)Mn元素與O元素中，基態(tài)原子核外未成對電子數(shù)較多的是。

(2)基態(tài)Cu原子的價(jià)層電子軌道表示式為

。

(3)Fe3+的價(jià)層電子軌道表示式為，其核外電子有種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，種空間運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。

答案(1)Mn(2)(3)2314二、核外電子的表示方法意義示例原子(離子)結(jié)構(gòu)示意圖能直觀地反映核內(nèi)的質(zhì)子數(shù)和核外的能層數(shù)及各能層上的電子數(shù)Al：S2-：電子式能直觀地反映元素原子的最外層電子數(shù)硫原子：·S··硫離子：[··電子排布式能直觀地反映核外電子的能層、能級(jí)和各能級(jí)上的電子數(shù)S：1s22s22p63s23p4Fe2+：1s22s22p63s23p63d6簡化電子排布式避免電子排布式書寫過于復(fù)雜S：[Ne]3s23p4Fe2+：[Ar]3d6價(jià)層電子排布式能直觀地反映基態(tài)原子的能層數(shù)、參與成鍵的電子數(shù)以及最外層電子數(shù)注意：主族元素原子的價(jià)層電子即最外層電子，而副族則不是S：3s23p4Fe2+：3d6軌道表示式(電子排布圖)能直觀地反映電子的分布情況及電子的自旋狀態(tài)S：Fe2+：1.(2024·河北衡水測試)鈦(Ti)是一種機(jī)械強(qiáng)度大、容易加工的耐高溫金屬，常用于制造合金。下列有關(guān)22Ti的化學(xué)用語錯(cuò)誤的是()A.Ti原子的結(jié)構(gòu)示意圖：B.基態(tài)Ti原子的簡化電子排布式：[Ar]3d24s2C.基態(tài)Ti原子的價(jià)層電子軌道表示式：D.基態(tài)Ti原子的核外電子排布式：1s22s22p63s23p63d24s2答案C解析Ti原子的價(jià)層電子軌道表示式為，C項(xiàng)錯(cuò)誤。2.(2024·廣東江門期末)火藥燃燒涉及的主要反應(yīng)為S+2KNO3+3CK2S+3CO2↑+N2↑。下列說法正確的是()A.基態(tài)碳原子可能存在運(yùn)動(dòng)狀態(tài)完全相同的電子B.基態(tài)N原子2p能級(jí)電子軌道表示式：C.基態(tài)氧原子的軌道表示式寫成違背了泡利原理D.鉀原子的價(jià)層電子排布式：3p64s1答案B解析一個(gè)基態(tài)多電子的原子中，不可能有兩個(gè)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)完全相同的電子，A錯(cuò)誤；N是7號(hào)元素，基態(tài)N原子2p能級(jí)電子軌道表示式為，B正確；違背了洪特規(guī)則，C錯(cuò)誤；鉀為19號(hào)元素，鉀原子的價(jià)層電子排布式為4s1，D錯(cuò)誤。課時(shí)對點(diǎn)練[分值：100分][1~8題，每小題5分]題組一核外電子排布式與軌道表示式1.(2024·北京西城區(qū)高二期末)下列化學(xué)用語正確的是()A.氯離子的結(jié)構(gòu)示意圖：B.水的電子式：C.基態(tài)鉻原子(Cr)的價(jià)層電子排布式：3d54s1D.基態(tài)氮原子的軌道表示式：答案C解析水是共價(jià)化合物，H、O原子間共用1對電子對，水的電子式為，故B錯(cuò)誤；基態(tài)鉻原子的電子排布式為1s22s22p63s23p63d54s1，其價(jià)層電子排布式為3d54s1，故C正確；基態(tài)氮原子的電子排布式為1s22s22p3，其軌道表示式為，故D錯(cuò)誤。2.下列原子結(jié)構(gòu)相關(guān)內(nèi)容表述正確的是()A.3px、3py、3pz軌道能量不相同B.原子核外電子只能在電子云輪廓內(nèi)運(yùn)動(dòng)C.軌道表示式違背了泡利原理D.電子由3s能級(jí)躍遷至3p能級(jí)時(shí)，可以用光譜儀攝取其吸收光譜答案D解析3px、3py、3pz軌道處于同一能級(jí)，能量相同，A錯(cuò)誤；電子云是電子在核外空間的概率密度分布的形象化描述，原子核外電子不只能在電子云輪廓內(nèi)運(yùn)動(dòng)，在輪廓外也有，只是概率小，B錯(cuò)誤；圖中違背了洪特規(guī)則，C錯(cuò)誤；3s能級(jí)能量小于3p能級(jí)，電子由3s能級(jí)躍遷至3p能級(jí)時(shí)會(huì)吸收特定頻率的光，可以用光譜儀攝取其吸收光譜，D正確。3.下列表示基態(tài)鈉原子的式子中能反映能級(jí)差別和電子自旋狀態(tài)的是()A.B.11C.1s22s22p63s1D.答案D題組二核外電子排布規(guī)則的應(yīng)用4.下列對電子排布式或軌道表示式書寫的評價(jià)錯(cuò)誤的是()選項(xiàng)電子排布式或軌道表示式評價(jià)ABr-的電子排布式：[Ar]3d104s24p6錯(cuò)誤；違反能量最低原理B基態(tài)O原子的軌道表示式：錯(cuò)誤；違反洪特規(guī)則C基態(tài)K原子的電子排布式：1s22s22p63s23p63d1錯(cuò)誤；違反能量最低原理D基態(tài)F原子的軌道表示式：錯(cuò)誤；違反泡利原理答案A5.(2024·長沙雅禮中學(xué)高二月考)下列關(guān)于鐵元素的說法正確的是()A.Fe3+的電子有23種空間運(yùn)動(dòng)狀態(tài)B.基態(tài)Fe原子的價(jià)層電子軌道表示式為C.Fe的26個(gè)電子在原子軌道中做圓周運(yùn)動(dòng)D.鐵與鹽酸反應(yīng)時(shí)失去的都是3d電子答案B解析基態(tài)Fe3+的電子排布式為1s22s22p63s23p63d5，電子占有軌道數(shù)為14，有14種空間運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的電子，A錯(cuò)誤；基態(tài)Fe原子的價(jià)層電子排布式是3d64s2，軌道表示式為，B正確；鐵與鹽酸反應(yīng)時(shí)失去的都是4s電子，D錯(cuò)誤。6.(2024·銀川一中高二期末)氮的化合物種類繁多，應(yīng)用廣泛，下列不同狀態(tài)的氮原子能量最低的是()A.B.C.D.答案A解析B項(xiàng)，1s軌道未填充滿，處于激發(fā)態(tài)，不符合題意；C項(xiàng)，2s軌道未填充滿，處于激發(fā)態(tài)，不符合題意；D項(xiàng)，1s和2s軌道均未填充滿，處于激發(fā)態(tài)，不符合題意。7.若某元素原子處于能量最低狀態(tài)時(shí)，價(jià)層電子排布為4d15s2，下列說法正確的是()A.該元素原子處于能量最低狀態(tài)時(shí)，原子中共有3個(gè)未成對電子B.該元素原子核外共有5個(gè)電子層C.該元素原子的M層共有8個(gè)電子D.該元素原子最外層有3個(gè)電子答案B解析由題意知，該元素原子的價(jià)層電子排布為4d15s2，則其基態(tài)原子的電子排布式為1s22s22p63s23p63d104s24p64d15s2。A項(xiàng)，該元素原子處于能量最低狀態(tài)時(shí)，原子中只有4d1中的1個(gè)未成對電子，錯(cuò)誤；B項(xiàng)，由核外電子排布式可知該元素原子有5個(gè)電子層，正確；C項(xiàng)，M層共有18個(gè)電子，錯(cuò)誤；D項(xiàng)，該元素原子最外層有2個(gè)電子，錯(cuò)誤。8.我國科學(xué)家以NiO?Al2O3/Pt為催化劑揭示了氨硼烷產(chǎn)生H2的機(jī)理。氨硼烷結(jié)構(gòu)如圖，下列說法正確的是()A.基態(tài)氧原子有1個(gè)未成對電子B.基態(tài)Ni原子價(jià)層電子排布式為3d94s1C.基態(tài)N原子的軌道表示式：D.氨硼烷中所有原子均達(dá)到8電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)答案C解析鎳元素的原子序數(shù)為28，基態(tài)鎳原子價(jià)層電子排布式為3d84s2，故B錯(cuò)誤；基態(tài)N原子的電子排布式為1s22s22p3，基態(tài)N原子的軌道表示式為，故C正確；由結(jié)構(gòu)示意圖可知，氨硼烷分子中氫原子未達(dá)到8電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，故D錯(cuò)誤。[9~13題，每小題6分]9.在多電子原子中，決定軌道能量的因素是()①能層②能級(jí)③電子云的伸展方向④電子自旋狀態(tài)A.①② B.①④ C.②③ D.③④答案A解析多電子原子中，在電子填充原子軌道時(shí)，形狀相同的原子軌道，能層序數(shù)越大，軌道的能量越高，如E(1s)<E(2s)<E(3s)<E(4s)；相同能層不同能級(jí)的原子軌道能量高低：E(ns)<E(np)<E(nd)<E(nf)；同一能級(jí)的原子軌道具有相同的能量，如E(npx)=E(npy)=E(npz)，因此軌道的能量是由能層和能級(jí)決定的，與電子云的伸展方向、電子自旋狀態(tài)無關(guān)，A正確。10.下列電子排布式或最外層電子軌道表示式不能表示基態(tài)粒子的是()A.K：1s22s22p63s23p63d1B.P：1s22s22p63s23p3C.F：D.Na+：答案A解析K是19號(hào)元素，基態(tài)原子核外電子排布式為1s22s22p63s23p64s1，選A。11.(2025·南充嘉陵一中月考)下列說法錯(cuò)誤的是()A.若基態(tài)氮原子電子排布式為1s22s22pxB.鈹原子的核外電子排布式為1s22s2，符合構(gòu)造原理C.若硅原子核外電子軌道表示式為，則違反了泡利原理D.若鎂元素的基態(tài)原子電子排布式為1s22s22p63s13p1，則違反了能量最低原理答案C解析基態(tài)氮原子電子排布式為1s22s22p3，依據(jù)泡利原理，一個(gè)原子軌道里最多容納2個(gè)電子，依據(jù)洪特規(guī)則，2p能級(jí)上的3個(gè)電子應(yīng)占據(jù)2p能級(jí)的3個(gè)軌道，所以1s22s22px3違反了泡利原理及洪特規(guī)則，故A正確；鈹元素原子序數(shù)為4，1s、2s能級(jí)均只有一個(gè)原子軌道，該排布式符合構(gòu)造原理，故B正確；根據(jù)洪特規(guī)則，填入簡并軌道的電子總是先單獨(dú)分占且自旋平行，該軌道表示式違反了洪特規(guī)則，故C錯(cuò)誤；鎂元素的基態(tài)原子電子排布式為1s22s22p63s2，若基態(tài)Mg原子電子排布式寫成1s22s22p63s13p1，則違反了能量最低原理，故12.(2024·鄭州期末)將含有未成對電子的物質(zhì)置于外磁場中，會(huì)使磁場強(qiáng)度增大，這樣的物質(zhì)稱為順磁性物質(zhì)。下列物質(zhì)中，不屬于順磁性物質(zhì)的是()A.Fe(OH)3 B.MgCl2C.CuSO4 D.FeCl2答案B解析Fe3+、Cu2+、Fe2+的價(jià)層電子排布式分別為3d5、3d9、3d6，都含有未成對電子，則Fe(OH)3、CuSO4、FeCl2均為順磁性物質(zhì)，A、C、D不符合題意；Mg2+、Cl-中不含未成對電子，MgCl2不屬于順磁性物質(zhì)，B符合題意。13.(2024·江西上饒期末)X、Y、Z、W、Q是原子序數(shù)依次增大的短周期主族元素。基態(tài)X、Z、Q原子均有兩個(gè)單電子，W簡單離子在同周期離子中半徑最小，Q與Z同主族。下列說法正確的是()A.X的最外層電子軌道表示式為B.Y、Z的一種同位素具有相同的中子數(shù)，軌道表示式都為C.基態(tài)Y3-的電子排布式：1s22s22p3D.元素W、Q的p電子總數(shù)均大于s電子總數(shù)答案D解析X、Y、Z、W、Q是原子序數(shù)依次增大的短周期主族元素。碳原子最外層電子軌道表示式為，A錯(cuò)誤；N、O的同位素具有相同的中子數(shù)，但質(zhì)子數(shù)不同，軌道表示式不同，B錯(cuò)誤；基態(tài)N3-的電子排布式為1s22s22p6，C錯(cuò)誤；Al、S原子電子排布式分別為1s22s22p63s23p1、1s22s22p63s23p4，p電子總數(shù)均大于s電子總數(shù)，D正確。14.(12分)下列原子或離子的電子排布式或軌道表示式中，正確的是(填序號(hào)，下同)，違反能量最低原理的是；違反洪特規(guī)則的是；違反泡利原理的是。

①Ca2+：1s22s22p63s23p6②F-：1s22s23p6③P：④Cr：1s22s22p63s23p63d44s2⑤Fe：1s22s22p63s23p63d64s2⑥Mg2+：1s22s22p6⑦C：答案①⑤⑥②④③⑦解析根據(jù)核外電子排布規(guī)律知，②中電子排滿2s能級(jí)后應(yīng)排2p能級(jí)，而不是3p能級(jí)，F(xiàn)-的電子排布式應(yīng)為1s22s22p6；③中沒有遵循洪特規(guī)則；④中忽略了能量相同的原子軌道在半充滿狀態(tài)時(shí)體系的能量較低，原子較穩(wěn)定，基態(tài)Cr原子