1.1.3泡利原理洪特规则能量最低原理-高二化学教学讲与练（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第3课时泡利原理、洪特规则、能量最低原理课程标准核心素养目标1.认识基态原子中核外电子排布遵循能量最低原理、泡利原理和洪特规则。2.能结合能量最低原理、泡利原理、洪特规则书写1～36元素基态原子的核外电子排布式和轨道表示式，并说明含义。1．宏观辨识与微观探析：能从原子微观层面理解原子的组成、结构等。能根据核外电子的三条规则熟知核外电子排布的表示方法，培养学生“宏观辨识和微观探析”的学科素养。2．科学精神与社会责任：根据核外电子的表示方法，推导出对应的原子或离子。，培养学生“科学探究与科学精神”的学科素养。一、原子核外电子的排布规则1．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，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)在轨道表示式中，用方框(也可用圆圈)表示原子轨道。O的轨道表示式如下：O(1)简并轨道：能量相同的原子轨道。(2)电子对：同一个原子轨道中，自旋方向相反的一对电子。(3)单电子(或未成对电子)：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：箭头同向的单电子称为自旋平行。(5)在氧原子中，有3个电子对，有2个单电子。(6)在氧原子中，有5种空间运动状态，有8种运动状态不同的电子。3．洪特规则(1)内容：基态原子中，填入简并轨道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，具有较低的能量和较大的稳定性。相对稳定的状态eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(全充满：p6、d10、f14,全空：p0、d0、f0,半充满：p3、d5、f7))如24Cr的电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s1，为半充满状态，易错写为1s22s22p63s23p63d44s2。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能量最低的原子轨道，使整个原子的能量最低。(2)因素：整个原子的能量由核电荷数、电子数和电子状态三个因素共同决定。二、核外电子的表示方法原子(离子)结构示意图含义将每个能层上的电子总数表示在原子核外的式子。实例电子排布式含义用数字在能级符号右上角标明该能级的电子数，这就是电子排布式。实例K：1s22s22p63s23p64s1简化电子排布式含义为了避免电子排布式书写过于复杂，可把内层电子达到稀有气体原子结构的部分，以相应稀有气体元素符号外加方括号来表示。实例K：[Ar]4s1价层电子排布式含义化学反应中可能发生电子变动的能级称为价电子层(简称价层)。主族元素原子的价层电子指最外层电子，价层电子排布即最外层电子排布；副族元素原子的价层电子除最外层电子外，还可包括次外层电子。实例Al：3s23p1轨道表示式含义每个方框代表一个原子轨道，每个箭头代表一种自旋状态的电子。实例Al电子式含义化学中常在元素符号周围用“·”或“×”来表示元素原子的最外层电子，相应的式子叫作电子式。实例探究一核外电子的排布探究1．下列轨道表示式中哪个是氧的基态原子？为什么？【提示】A根据洪特规则，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。2．为什么基态氦原子的电子排布式是1s2而不是1s12s1?【提示】氦原子核外有2个电子，根据能量最低原理和泡利原理，基态氦原子的2个电子以自旋相反的形式填充在能量最低的1s轨道中，且1s轨道和2s轨道能量相差较大，所以基态氦原子不会出现2个电子单独分占1s、2s轨道的情况。3．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能级的能量大于4s能级的能量，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。4．指出下列核外电子排布的轨道表示式的书写分别违背了什么原则？①2p轨道上有3个电子的原子：②2p轨道上有2个电子的原子：③基态P原子：1s22s22p63s23peq\o\al(2,x)3peq\o\al(1,z)④4s轨道上有2个电子的原子：⑤3d轨道上有8个电子的原子：【提示】①②③⑤违背了洪特规则，当电子排布在同一能级的不同轨道时，原子中的电子总是优先单独占据一个轨道，且自旋平行；④违背了泡利原理，一个原子轨道最多只能容纳2个电子，而且这2个电子的自旋相反。1．核外电子排布式与原子结构示意图、轨道表示式(电子排布图)的关系原子结构示意图→电子排布式→轨道表示式逐步细化核外电子的运动状态。2．核外电子的排布表示方法的常见误区(1)当出现d轨道时，虽然电子按ns、(n－1)d、np的顺序填充，但在书写电子排布式时，仍把(n－1)d放在ns前，如Fe：1s22s22p63s23p63d64s2正确，Fe：1s22s22p63s23p64s23d6错误。(2)在画基态原子的轨道表示式时，常出现以下错误：①(违反能量最低原理)；②(违反泡利原理)；③(违反洪特规则)；④(违反洪特规则)；⑤画轨道表示式时，不能省略空轨道。如C的轨道表示式应为，而不是。【例1】(2023·河南洛阳一中高二质检)下列叙述错误的是()A．若硫原子的轨道表示式为违反了泡利原理B．若第25号Mn元素的基态原子电子排布式为1s22s22p63s23p63d7，则违反了构造原理C．氮原子的轨道表示式为，符合洪特规则和泡利原理D．泡利原理、洪特规则、构造原理都是核外电子排布满足能量最低的条件【答案】A【解析】若硫原子的轨道表示式为，3p轨道电子排布违反了洪特规则，故A错误；第25号Mn元素的基态原子电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s2，若写成1s22s22p63s23p63d7，则违反了能量最低原理，故B正确；氮原子的轨道表示式为，符合洪特规则和泡利原理，故C正确；泡利原理、洪特规则、构造原理都是核外电子排布满足能量最低的条件，故D正确。1.(2023·辽宁大连八中高二期中)下列说法或有关化学用语的表达错误的是()A．s轨道的电子云轮廓图呈球形，p轨道的电子云轮廓图呈哑铃形B．24Cr的价层电子排布：3d54s1C．电子排布式(23V)1s22s22p63s23p63d5违反了洪特规则D.违反了泡利原理【答案】C【解析】s轨道的电子云轮廓图是球形对称的，在核外半径相同处任一方向上电子出现的概率相同，p轨道电子云轮廓图为哑铃形，故A正确；Cr核外有24个电子，根据构造原理书写Cr的价层电子排布：3d54s1，故B正确；电子排布式(23V)1s22s22p63s23p63d5中，由于4s轨道的能量小于3d，应该先排布4s轨道再排布3d轨道，正确的电子排布式为1s22s22p63s23p63d34s2，违反的是能量最低原理，故C错误；中1s轨道和2s轨道中容纳自旋平行的电子，违反了泡利原理，故D正确。1．（2023上·河北沧州一中高二期中）下列氮原子的轨道表示式中，能量由低到高的顺序是A．①③②④ B．①③④② C．④③②① D．②④③①【答案】A【解析】各能级轨道中电子能量：1s<2s<2p，能量较高的轨道中电子越多，该微粒能量越高，所以2p轨道上电子越多、1s轨道上电子越少，该微粒能量越高，根据图知能量由低到高的顺序是①<③<②<④，故选A。2．（2023下·西藏拉萨·高二统考期末）下列各原子或离子的电子排布式或电子排布图表示正确的是A．B．C．P：最外层电子排布图为

D．【答案】B【解析】A．，A错误；B．，B正确；C．P：最外层电子排布图为

时违背了洪特规则，C错误；D．，D错误；故选B。3．（2023上·长春市实验中学高二月考）在d轨道中电子排布成，而不排成

，其直接的根据是A．能量最低原理 B．泡利不相容原理C．原子轨道能量顺序 D．洪特规则【答案】D【解析】A．能量最低原理，电子先排在能量低的轨道，d轨道上的能量都一样，故A不符合题意；B．泡利不相容原理，同一个轨道中两个电子自旋方向相反，故B不符合题意；C．原子轨道能量顺序，先填能量低的轨道，再填能量高的轨道，d轨道能量相同，故C不符合题意；D．洪特规则，优先单独占据一个轨道，因此在d轨道中电子排布成

，而不排成

，故D符合题意。故选D。4．（2023上·湖南长沙·高二校联考）下列说法正确的是A．错误，违反了泡利不相容原理B．各能级最多容纳的电子数是该能级原子轨道数的二倍，支持这一结论的理论是构造原理C．的电子排布式违反了洪特规则D．电子排布式违反了泡利不相容原理【答案】C【解析】A．根据洪特规则：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，因此违反了洪特规则，故A错误；B．泡利原理是一个原子轨道中，最多只能容纳2个电子，它们自旋相反，因此各能级最多容纳的电子数是该能级原子轨道数的二倍，支持这一结论的理论是泡利原理，故B错误；C．根据洪特规则，6C的电子排布式，题给电子排布式违反了洪特规则，故C正确；D．电子排布式(22Ti)违反了能量最低原理，故D错误；故选C。5．（2023上·重庆沙坪坝·高二重庆八中月考）下列说法正确的是A．ppσ键电子云轮廓图B．基态铜原子的价层电子排布图：C．的离子结构示意图为：D．某原子核外电子排布式为，它违背了泡利原理【答案】D【解析】A．是ppπ键电子云模型，以“肩并肩”方式形成，呈镜像对称，ppσ键，原子轨道头碰头方式重叠，电子云图形为，故A错误；B．Cu元素为29号元素，原子核外有29个电子，所以核外电子排布式为：1s22s22p63s23p63d104s1，价层电子排布式为：3d104s1，电子排布图为：，故B错误；C．Fe3+离子核内质子数为26，核外各层上电子数分别为2、8、13，结构示意图为，故C错误；D．泡利原理是指每个轨道最多只能容纳两个自旋相反的电子，而ns2np7的np能级排布了7个电子，故违背了泡利原理，故D正确；故选D。6．（2023上·山东烟台·高二统考期末）下列说法正确的是A．CH4分子的球棍模型为B．铍原子最外层的电子云图为C．基态Fe原子的价电子轨道表示式为D．，该轨道表示式违背了泡利不相容原理【答案】C【解析】A．该模型为比例模型，A错误；B．铍原子最外层为s能级，为球形，B错误；C．铁为26号元素，基态铁原子的价电子层为3d64s2，轨道表示式为，C正确；D．该轨道式违背了洪特规则，2p能级电子应自旋方向相同，D错误；故选C。7．（2023下·陕西西安·高二月考期末）下列描述原子结构的化学用语正确的是A．碳原子结构示意图：B．基态铜原子()的价层电子排布式：C．氧原子核外能量最高的电子云的形状：D．碳原子核外电子的轨道表示式：【答案】C【解析】A．在原子结构示意图中，圆圈内的质子数应带“+”，则碳原子结构示意图为，A不正确；B．原子核外电子排布时，需遵循洪特规则，所以基态铜原子()的价层电子排布式不是，而是3d104s1，B不正确；C．氧原子的电子排布式为1s22s22p4，则核外能量最高的电子云为p电子云，形状为：，C正确；D．碳原子核外电子排布为1s22s22p2，轨道表示式为，D不正确；故选C。8．（2023上·四川遂宁·高二射洪中学月考）下面是第二周期部分元素基态原子的电子排布图，据此下列说法错误的是A．每个原子轨道里最多只能容纳2个电子B．电子排在同一能级时，总是优先单独占据一个轨道C．每个能层所具有的能级数等于能层的序数(n)D．N原子中有5种电子运动状态【答案】D【分析】观察题中四种元素的电子排布图，对原子轨道容纳的电子数做出判断，根据洪特规则，可知电子在同一能级的不同轨道时，优先占据一个轨道，任一能级总是从s轨道开始，能层数目即为轨道能级数。【解析】A．由题给的四种元素原子的电子排布图可知，在一个原子轨道里，最多能容纳2个电子，符合泡利原理，故A正确；B．电子排在同一能级的不同轨道时，总是优先单独占据一个轨道，符合洪特规则，故B正确；C．任意能层的能级总是从s能级开始，而且能级数等于该能层序数，故C正确；D．原子核外电子运动的能层、能级、轨道都代表电子的运动状态，即使在一个原子轨道的2个电子，其自旋状态相反，故N原子中有7种电子运动状态，故D错误；故选D。9．（2023·山东日照高二期中）下列有关核外电子排布的表述正确的是A．基态碳原子最外层电子排布图为B．基态铜原子的价层电子的轨道表示式为C．基态Se原子的简化电子排布式为[Ar]3d104s24p4D．的结构示意图为【答案】C【解析】A．基态碳原子的2s能级比2p能级能量低，先填满2s能级再填2p能级，则最外层电子排布图为，故A错误；B．基态铜原子的价层电子排布式为3d104s1，则基态铜原子的价层电子轨道表示式为，故B错误；C．Se是34号元素，则基态Se的简化电子排布式为，故C正确；D．的最外层电子数是8，故D错误。故选C。10．（2023·江西景德镇高二期中）下列Si原子的价层电子的电子排布图表示的状态中，能量最高的是A． B．C． D．【答案】D【解析】A．该项中的价层电子的电子排布图是基态Si原子的，A不符合题意；B．该项中的价层电子的电子排布图也是基态的，但是3p轨道的两个电子自旋状态不同，不符合洪特规则，B不符合题意；C．该项中的一个电子由3s轨道跃迁至3p轨道，D项中两个电子由3s轨道跃迁至3d轨道，故二者相比，C项表示的状态能量较低，C不符合题意；D．由C选项解析可知，D符合题意。故选D。11．（2023·四川成都七中高二期中）下列有关核外电子排布的表示不正确的是A．29Cu的电子排布式：1s22s22p63s23p63d104s1B．K的简化电子排布式：[Ar]4s1C．N原子的电子排布图为D．S原子的电子排布图为【答案】D【解析】A．Cu是29号元素，根据构造原理，可知基态Cu原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s1，A正确；B．K是19号元素，根据构造原理，可知基态K原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p64s1，则其简化电子排布式为[Ar]4s1，B正确：C．N是7号元素，根据构造原理可知基态N原子核外电子排布式为1s22s22p3，则其电子排布图为，C正确；D．原子核外电子总是尽可能成单排列，而且自旋方向相同，这种排布使原子能量最低，处于稳定状态。硫原子3p能级中有4个电子，其中的3个电子优先单独占据1个轨道，且自旋状态相同，然后第4个电子占据3p能级的第一个轨道，且自旋状态相反，则S原子的电子排布图应该为，D错误；故选D。12．（2023下·四川成都高二联考）下列说法正确的是A．6C的电子排布式1s22s22p，违反了泡利不相容原理B．价电子排布为5s25p1的元素位于第五周期第ⅠA族，是p区元素C．电子排布式（22Ti）1s22s22p63s23p10违反了洪特规则D．ns电子的能量一定高于(n1)p电子的能量【答案】D【解析】A．根据洪特规则知，2p轨道上的两个电子应排在不同轨道上，6C的电子排布式1s22s22py2违反了洪特规则，A错误；B．价电子排布为5s25p1的元素最外层电子数为3，电子层数是5，最后一个电子排在p轨道，所以该元素位于第五周期第ⅢA族，是p区元素，B错误；C．选项所给电子排布式中，3p能级有10个电子，根据泡利不相容原理知，3p轨道最多排6个电子，C错误；D．根据构造原理可知，能量由低到高的顺序为：1s2s2p3s3p4s3d4p5s4d5p6s4f5d6p7s等，则ns电子的能量一定高于(n1)p电子的能量，D正确；故选D。13．（2023下·湖北武汉·高二校联考期中）下列Li原子电子排布图表示的状态中，能量最低为A． B．C． D．【答案】D【解析】原子核外电子排布中，如果电子所占的轨道能级越高，该原子能量越高，电子排布能量低的是1s、2s能级，能量高的是2s、2p能级，所以A、D能量低于B、C；A中1s能级有1个电子，2s能级有2个电子，D中1s能级有2个电子，2s能级有1个电子，所以能量最低的是D，故选D。14．（2023·河北石家庄二中高二期中）下列原子的轨道表示式正确的是A． B．C． D．【答案】C【解析】A．2p轨道应各排布一个电子且自旋平行，A错误；B．2s轨道中两个电子的自旋状态应相反，B错误；C．所写轨道排布式正确；D．2s轨道中应排满两个电子后再排2p轨道，D错误；故选C。15．（2023·河南新乡高二期中）下列轨道表示式能表示基态硫原子最外层结构的是A． B． C． D．【答案】D【解析】基态硫原子最外层电子排布式为3s23p4，根据泡利原理和洪特规则，则其最外层结构为；故选D。16．（2023上·湖北荆州·高二沙市中学月考期末）下列有关化学用语的表述正确的是A．次氯酸的电子式为B．基态铜原子的价电子轨道表示式为C．基态Se原子的简化电子排布式为