高二化学（人教版）教学课件选择性必修二第一章第一节第3课时泡利原理洪特规则能量最低原理

泡利原理、洪特规则、能量最低原理第3课时目录新知探究电子排布的原理、规则和轨道表示式命题热点核外电子排布的各种表征及运动状态的描述课时跟踪检测电子排布的原理、规则和轨道表示式新知探究导学设计

1.回顾每个能级最多可容纳的电子数,回答下列问题:能级nsnpndnf原子轨道数1357最多容纳的电子数261014(1)每个轨道最多容纳多少个电子?提示:2(2)容纳在同一原子轨道里的电子空间运动状态是否相同?为什么?提示:相同。一个空间运动状态称为一个原子轨道,所以同一原子轨道里的电子空间运动状态相同。2.阅读材料。材料一:1922年,在斯特恩⁃盖拉赫实验中发现了银原子束经过不均匀磁场,产生了偏转,并最终在屏幕垂直方向上,形成了两个上下对称的非连续分布。如图:材料二:在进行原子光谱实验时发现,只有1个最外层电子的碱金属原子光谱会在光谱里呈现双线。根据以上两则材料思考,轨道中的单电子运动状态是否只有一种?提示:轨道中的单电子可能存在两种不同的运动状态。系统融通知能1.电子自旋与泡利原理(1)电子自旋①电子除空间运动状态外,还有一种状态叫做自旋。②电子自旋在空间有顺时针和逆时针两种取向,简称自旋相反。③常用上下箭头(↑和↓)表示一种自旋相反的电子。(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,这个原理称为泡利原理(也称泡利不相容原理)。2.电子排布的轨道表示式(电子排布图)(1)原子轨道表示:用方框(也可用圆圈)表示原子轨道,能量相同的原子轨道(简并轨道)的方框相连。(2)电子表示:箭头表示一种自旋状态的电子,“↑↓”称电子对,“↑”或“↓”称单电子(或称未成对电子),箭头同向的单电子称自旋平行。(3)在方框下方或上方标记能级符号例如硅的基态原子的轨道表示式中各符号、数字的意义:3.洪特规则(1)概念: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,称为洪特规则。(2)适用范围:不仅适用于基态原子,也适用于基态离子。4.能量最低原理(1)概念: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。(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。(3)电子填充与原子能量的关系①相邻能级能量相差很大时,电子填入能量低的能级即可使整个原子能量最低(如所有主族元素的基态原子)。②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(如所有副族元素的基态原子)。[微点拨]

基态原子的核外电子排布遵循泡利原理、洪特规则和能量最低原理。1.下列轨道表示式能表示基态硫原子最外层结构的是(

)题点多维训练√解析:原子核外电子优先占据能量最低的轨道,然后依次进入能量高的轨道,这样使整个原子处于能量最低的状态,A中3s轨道没有排满就排3p轨道了,违背了能量最低原理;B、C违背了洪特规则,电子总是优先单独分占,且自旋平行。2．为什么基态氦原子的电子排布是1s2而不是1s12s1?__________________________________________________________________________________________________________________________________。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

洪特规则洪特规则洪特规则泡利原理洪特规则4．A、B、C、D、E、F均为36号以前的元素。请完成下列空白：(1)A元素基态原子的最外层有2个未成对电子，次外层有2个电子，其元素符号为________。解析：A元素基态原子的最外层有2个未成对电子，次外层有2个电子，其次外层为K层，最外层电子排布式为2s22p2或2s22p4，故A是C或O。C或O(2)B元素的原子最外层电子排布式为nsnnpn＋1，其元素符号为________。解析：B元素的原子最外层电子排布式为nsnnpn＋1，s轨道最多填充两个电子，故n＝2，B元素原子的最外层电子排布式为2s22p3，B元素是N。N(3)C元素基态的正三价离子的3d轨道为半充满(即有5个电子)，其元素符号为__________，其基态原子的电子排布式为______________________________。解析：C元素原子失去2个4s电子和1个3d电子后变成＋3价离子，其基态原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2，即26号元素铁。Fe1s22s22p63s23p63d64s2或[Ar]3d64s2(4)D元素基态原子的M层全充满；N层没有成对电子，只有一个未成对电子。D的元素符号为________，其基态原子的价层电子的轨道表示式为________________。解析：根据题意，首先写出电子排布式：1s22s22p63s23p63d104s1，该元素为29号元素Cu。Cu(5)E、F元素的基态原子都只有一个未成对电子；它们相互作用形成的离子的电子层结构相同，并且最高能级的电子对数等于其最高能层的电子层数。E、F的元素符号分别为_______________。解析：E、F元素的基态原子都只有一个未成对电子；它们相互作用形成的离子的电子层结构相同，且最高能级电子对数等于其最高能层的电子层数，符合条件的元素是K和Cl、Li和H。K和Cl、Li和H|思维建模|

1.主族和0族元素基态原子的未成对电子数主族序数ⅠAⅡAⅢAⅣAⅤAⅥAⅦA0族价电子排布式ns1ns2ns2np1ns2np2ns2np3ns2np4ns2np5ns2np6未成对电子数101232102.元素周期表中21~30号元素基态原子的未成对电子数族序数ⅢBⅣBⅤBⅥBⅦB元素21Sc22Ti23V24Cr25Mn价层电子排布3d14s23d24s23d34s23d54s13d54s2未成对电子数12365族序数ⅧⅠBⅡB元素26Fe27Co28Ni29Cu30Zn价层电子排布3d64s23d74s23d84s23d104s13d104s2未成对电子数43210续表命题热点核外电子排布的各种表征及运动状态的描述原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示例Na:

O2-:电子排布式含义用数字在能级符号右上角标明该能级上排布的电子数示例O:1s22s22p4

Al:1s22s22p63s23p11.原子核外电子排布的表示方法简化电子排布式含义把内层电子排布达到稀有气体结构的部分用稀有气体的元素符号外加方括号表示示例O:[He]2s22p4

Al:[Ne]3s23p1轨道表示式(或电子排布图)含义每个方框表示一个原子轨道,每个箭头代表一个电子示例Cl:

续表2.电子空间运动状态和运动状态电子在核外的一个空间运动状态称为一个轨道,同一个原子中不存在两个运动状态完全相同的电子。(1)一个原子中电子占据多少个原子轨道,电子就有多少种空间运动状态。(2)原子核外一共有多少个电子,电子就有多少种运动状态。题点多维训练

√

2.钛(Ti)是一种机械强度大、容易加工的耐高温金属,常用于制造合金。下列有关22Ti的化学用语错误的是(

)A.原子结构示意图:B.简化电子排布式:[Ar]3d24s2C.轨道表示式:

D.电子排布式:1s22s22p63s23p63d24s2√解析:Ti为22号元素,其原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d24s2,因此原子结构示意图为

,故A、D项正确;Ti的简化电子排布式为[Ar]3d24s2,故B项正确;根据洪特规则可知,3d轨道电子排布图应为

,故C项错误。3.(2024·长沙高二联考)以下关于铁元素的相关说法正确的是(

)A.Fe3+的电子有23种空间运动状态B.Fe的价电子轨道表示式为

C.Fe的26个电子在原子轨道中做圆周运动D.铁与盐酸反应时失去的都是3d电子√解析:Fe的原子序数为26,Fe原子失去4s能级上的2个电子和3d能级的1个电子形成Fe3+,则Fe3+的电子排布式为1s22s22p63s23p63d5,Fe3+占有原子轨道数为14,有14种空间运动状态的电子,A错误;Fe的价电子排布式是3d64s2,轨道表示式为

,B正确;Fe的26个电子在各自轨道中做绕核运动,半径不确定,不是圆周运动,C错误;铁与盐酸反应时失去的都是4s电子,D错误。4．按要求完成下列填空。(1)Na的电子排布式为______________。(2)Ca的最外层电子排布式为_____。(3)Br的结构示意图为________。(4)O的电子排布图为_______________。(5)Ni2＋的3d能级电子排布图为_____________。1s22s22p63s1

4s2解析:Na:1s22s22p63s1;Ca:1s22s22p63s23p64s2,其最外层电子排布式为4s2;35Br的结构示意图为

;O的电子排布式为1s22s22p4,其电子排布图为

;Ni2+的3d能级电子排布为3d8,其3d能级电子排布图为

。5.下表是几种元素基态原子中电子状态,填写表格。元素基态原子电子排布式电子运动状态数目电子空间运动状态数目6C

17Cl

24Cr

26Fe

1s22s22p21s22s22p63s23p51s22s22p63s23p63d54s11s22s22p63s23p63d64s26172426491515课时跟踪检测123456789101112131415√1.下列说法正确的是(

)A.s电子云是在空间各个方向上伸展程度相同的对称形状B.p电子云是平面“8”字形的C.2p能级有一个未成对电子的基态原子的电子排布式一定为1s22s22p5D.2d能级包含5个原子轨道,最多容纳10个电子123456789101112131415解析:p电子云形状是哑铃形,不是平面“8”字形,B项错;2p能级有一个未成对电子的原子有B或F两种元素,C项错;L层没有d能级,D项错。156789101112131415234√2.下列有关表述正确的是(

)A.

可表示单核10电子粒子基态时的电子排布图B.

错误,违背了泡利不相容原理C.

表示基态N原子的价层电子排布图D.

表示处于激发态B原子的电子排布图156789101112131415234解析:图中共有10个电子,且为Ne原子的基态时电子排布图,因而可表示单核10电子粒子基态时的电子排布图,A项正确;泡利不相容原理是指一个原子轨道最多容纳2个电子,而且自旋方向相反,图中各轨道并不违背泡利原理,而是违背洪特规则,B项错误;N原子价层电子排布为2s22p3,C项错误;

表示基态B原子的电子排布图,D项错误。156789101112131415234√

156789101112131415234

156789101112131415234√

156789101112131415234

156789101112131415234√5.下列化学用语不正确的是(

)A.基态铬的价电子排布式:3d54s1B.基态钴原子的简化电子排布式:[Ar]3d74s2C.氧原子核外电子轨道表示式:

D.Ca2+电子排布式:1s22s22p63s23p6156789101112131415234解析:基态铬原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s1,则基态铬原子的价电子排布式为3d54s1,故A正确;基态钴原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d74s2,故基态钴原子的简化电子排布式为[Ar]3d74s2,故B正确;O为8号元素,2s轨道的两个电子的自旋方向应该相反,故C错误;基态钙原子的电子排布式为1s22s22p63s23p64s2,则Ca2+电子排布式为1s22s22p63s23p6,故D正确。156789101112131415234√6.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.该原子核外有3种运动状态不同的电子156789101112131415234解析:A项,该电子排布图违反洪特规则,正确的电子排布图为

,错误;B项,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,正确;C项,该原子核外最外层电子数为5,占据2s、2p能级,共4个原子轨道,错误;D项,该原子有7种运动状态不同的电子,错误。156789101112131415234√7.下列说法不正确的是(

)A.基态原子的核外电子填充在6个轨道中的元素有两种B.碳原子的核外电子轨道表示式:C.基态钾离子(K+),电子占据的最高能级共有3个原子轨道,其形状是哑铃形D.基态铜原子的电子占有5种能量不同的原子轨道156789101112131415234解析:原子核外电子填充在6个轨道上的元素可能的电子排布式为1s22s22p63s1或1s22s22p63s2,所以有两种元素,故A正确;碳原子有6个电子,它的核外电子轨道表示式:

,故B正确;基态钾离子(K+)的电子排布式为1s22s22p63s23p6,电子占据的最高能级共有3个原子轨道,其形状是哑铃形,故C正确;基态铜原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s1,电子占有7种能量不同的原子轨道,故D错误。156789101112131415234√8.目前,低压甲醇铜基催化剂的主要组分是CuO、ZnO和Al2O3,下列氧原子电子排布图表示的状态中,能量最高的是(

)156789101112131415234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,轨道能量:

1s<2s<2p<3s,电子占据2p、3s轨道能量最高,则能量最高的是D。156789101112131415234√9.下列C原子电子排布图表示的状态中能量关系正确的是(

)

A.①=②=③=④

B.③>④>①>②C.④>③>①=②

D.②>①>④>③解析:电子能量为1s<2s<2p,则2p轨道上电子越多,1s、2s轨道上电子越少,其能量越高,则能量由高到低的顺序是②>①>④>③。156789101112131415234√10.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.1s22s22p63s23p63d64s2B.1s22s22p63s23p64s1C.1s22s22p63s23p63d54s1D.1s22s22p63s23p63d104s1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项符合题意。15678910111213141523411.若某元素原子处于能量最低状态时,价层电子排布为3d14s2,则下列说法正确的是(

)A.该元素原子处于能量最低状态时,原子中共有3个未成对电子B.该元素原子最外层有3个电子C.该元素原子的M层共有10个电子D.该元素原子核外共有4个电子层√156789101112131415234解析:若某元素原子处于能量最低状态时,价层电子排布为3d14s2,则该元素是Sc,则该元素原子处于能量最低状态时,原子中共有1个未成对电子,选项A错误;该元素原子最外层共有2个电子,选项B错误;该元素原子的M能层共有9个电子,选项C错误;该元素原子核外共有4个能层,即K、L、M、N,选项D正确。15678910111213141523412．(2024·天津高二期中)回答下列问题。(1)基态Ge原子的核外电子排布式为______________，有________个未成对电子。解析：Ge是32号元素，与碳元素是同一主族的元素，在元素周期表中位于第四周期ⅣA族；基态Ge原子的核外电子排布式为[Ar]3d104s24p2。[Ar]3d104s24p2

2156789101112131415234(2)某原子的基态电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s2，该元素的电子有_________种空间运动状态。解析：某原子的基态电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s2，核外有25个电子，分占15个原子轨道，电子有15种空间运动状态。15156789101112131415234(3)Fe3＋的价电子轨道表示式为______________，Fe3＋比Fe2＋稳定性更强，原因是____________________________________________。解析：Fe3+的价电子排布式为3d5,轨道表示式为

;Fe3+比Fe2+的稳定性更强,从结构上分析原因是:Fe2+的价电子排布式为3d6,Fe3+的价电子排布式为3d5;Fe3+的3d轨道是半充满、处于稳定结构。Fe3+的价层电子排布式为3d5,为半满结构,更加稳定156789101112131415234(4)基态K原子中，核外电子占据最高能层的符号是____，占据该能层电子的电子云轮廓图形状为______。解析：基态K原子的价电子排布式为4s1,核外电子占据最高能层的符号是N,占据该能层电子的电子云轮廓图形状为球形。N球形156789101112131415234

电子云

2156789101112131415234(2)Cu的基态原子最外层有_____个电子。解析:Cu元素位于第四周期第ⅠB族,基态原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s1,最外层有1个电子。1156789101112131415234(3)钒(23V)元素广泛用于催化及钢铁工业。钒在元素周期表中的位置为__________________，其价层电子的轨道表示式为_________________。解析:钒在元素周期表中的位置为第四周期第ⅤB族,其价层电子排布为3d34s2,根据洪特规则和泡利原理,价层电子的轨道表示式为

。第四周期第ⅤB族156789101112131415234(4)Na位于元素周期表第________周期第________族；S的基态原子核外有_____个未成对电子。解析:Na元素位于元素周期表第三周期第ⅠA族;S原子的轨道表示式为

,基态原子核外有2个未成对电子。三

ⅠA

2156789101112131415234

1s22s22p63s23p63d10或[Ar]3d10156789101112131415234(6)基态Fe原子有______个未成对电子，Fe3＋的电子排布式为__________________________。解析:基态Fe原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2,所以有4个未成对电子,失去2个4s电子、1个3d电子形成Fe3+,其电子排布式为1s22s22p63s23p63d5。(7)31Ga基态原子的核外电子排布式是_____________________________________。4

1s22s22p63s23p63d5或[Ar]3d51s22s22p63s23p63d104s24p1或[Ar]3d104s24p1156789101112131415234(8)基态Mn2＋的核外电子排布式为__________________________。解析:Mn的核外电子数为25,基态Mn2+的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d5或[Ar]3d5。1s22s22p63s23p63d5或[Ar]3d5(9)Se原子序数为_____，其核外M层电子的排布式为__________。解析:Se位于第四周期,与S的原子序数相差18,故其原子序数为34;其核外M层有18个电子,故M层的电子排布式为3s23p63d10。343s23p63d10156789101112131415234(10)可正确表示原子轨道的是______。A．2sB．2dC．3pz

D．3f解析:L能层只有2s、2p能级,M能层只有3s、3p、3d能级,故选A、C。

AC156789101112131415234√高阶思维训练14.R、Q、X、Y、Z是原子序数依次增大的前四周期元素。这些基态原子中,R的电子只有一种自旋取向,Q的s能级电子总数比p能级的多1个,X的价层电子排布式为

nsnnp2n,Y的核外电子填充在8个轨道中,Z有4个未成对电子。下列说法不正确的是(

)A.Z3+比Z2+稳定B.Q基态原子有5种空间运动状态的电子C.由R、Q、X三种元素形成的化合物的水溶液均显酸性D.Y与Q、Z与X均能形成原子个数比为3∶4的化合物156789101112131415234解析:R、Q、X、Y、Z是原子序数依次增大的前四周期元素,基态原子中,R的电子只有一种自旋取向,则R为H;Q的s能级电子总数比p能级多1,则Q的电子排布式为1s22s22p3,Q为N;X的价层电子排布式为2s22p4,则X为O;Y的核外电子填充在8个原子轨道中,则Y的电子排布式为1s22s22p63s23p2,则Y为Si;Z有4个未成对电子,价层电子排布为3d64s2,则Z为Fe。Fe3+的价层电子排布为3d5,处于半满状态;而Fe2+的价层电子排布为3d6,则Fe3+比Fe2+稳定,A正确。Q为N,基态原子核外有5种空间运动