1、第第3课时课时 泡利原理泡利原理、洪特规则、能量最低原理、洪特规则、能量最低原理 知道原子核外电子排布的知道原子核外电子排布的“两原理一规则两原理一规则”，会会 正确书写原子的电子排布式和电子排布图正确书写原子的电子排布式和电子排布图。 目标定位 1泡利原理泡利原理 在任何一个原子里，不可能有运动状态完全相同的两个电子。在任何一个原子里，不可能有运动状态完全相同的两个电子。 一个轨道最多只能容纳一个轨道最多只能容纳_个电子，而且自旋方向个电子，而且自旋方向 _。 2洪特规则洪特规则 当电子排布在同一能级的不同轨道时当电子排布在同一能级的不同轨道时(即能量相同的轨道即能量相同的轨道)，总，总 是
2、是 占据一个轨道，而且自旋方向占据一个轨道，而且自旋方向_。 两两 相反相反 尽可能分别尽可能分别 相同相同 自主学习 一、一、泡利原理、洪特规则泡利原理、洪特规则与与能量能量最低最低原理原理 3.能量最低原理能量最低原理 原子核外的电子应优先排布在原子核外的电子应优先排布在 的能级里的能级里，然后由然后由 里到外里到外，依次排布在依次排布在 的能级里的能级里。能级的能量高能级的能量高 低顺序如构造原理所示低顺序如构造原理所示(对于对于136号元素来说号元素来说，应重点掌握和应重点掌握和 记忆记忆“1s 4p”这一顺序这一顺序)。 能量最低能量最低 能量逐渐升高能量逐渐升高 2s2p3s3p4
3、s3d 1泡利原理泡利原理 每个原子轨道中最多只能容纳每个原子轨道中最多只能容纳 2 个电子， 通常称为电子对。 量个电子， 通常称为电子对。 量 子力学告诉我们， 电子除了空间运动状态外， 还有一种状态叫做自子力学告诉我们， 电子除了空间运动状态外， 还有一种状态叫做自 旋。 电子自旋可比喻成地球的自转。 电子的自旋有顺时针和逆时针旋。 电子自旋可比喻成地球的自转。 电子的自旋有顺时针和逆时针 两种相反的状态， 常用上下箭头两种相反的状态， 常用上下箭头“”“”“”“”表示， 在一个原子轨表示， 在一个原子轨 道里，最多只能容纳道里，最多只能容纳 2 个电子，而且它们的自旋状态相反，这个原个
4、电子，而且它们的自旋状态相反，这个原 理由泡利首先提出，称为泡利原理。如：理由泡利首先提出，称为泡利原理。如：2s 轨道上的电子排布表轨道上的电子排布表 示为示为 ，不能表示为，不能表示为 。 探究探究一一 原子核外电子的排布规律原子核外电子的排布规律 互动探究 在基态原子在基态原子中，每个电子层含有中，每个电子层含有n2 n为能层为能层 序数序数 个原子轨道，每个原子轨道最多能容纳个原子轨道，每个原子轨道最多能容纳2个个 电子，则每个电子层中最多能容纳电子，则每个电子层中最多能容纳2n2个电子。个电子。 特别提醒特别提醒 2洪特规则洪特规则 当电子排布在同一能级的不同轨道时， 基态原子中的电
5、子总是当电子排布在同一能级的不同轨道时， 基态原子中的电子总是 优先单独占据一个轨道， 而且自旋状态相同， 这个规则是由洪特首优先单独占据一个轨道， 而且自旋状态相同， 这个规则是由洪特首 先提出的，称为洪特规则。这样整个原子的能量最低。如：先提出的，称为洪特规则。这样整个原子的能量最低。如： 2p3 正确；正确； 2p3 错误；错误； 2p3 错误；错误； 2p4 正确。正确。 3洪特规则的特例洪特规则的特例 在等价轨道在等价轨道(同一能级同一能级)上的电子排布为全充满上的电子排布为全充满(p6、d10、f14)、 半充满半充满(p3、d5、f7)和全空和全空(p0、d0、f0)状态时，具有
6、较低的能量和状态时，具有较低的能量和 较大的稳定性，可以理解为洪特规则的特例。例如：较大的稳定性，可以理解为洪特规则的特例。例如： 铬铬(24Cr)：1s22s22p63s23p63d54s1，正确；，正确； 1s22s22p63s23p63d44s2，错误。，错误。 铜铜(29Cu)：1s22s22p63s23p63d104s1，正确；，正确； 1s22s22p63s23p63d94s2，错误。，错误。 4能量最低原理能量最低原理 原子核外电子先占有能量低的轨道，然后再依次进原子核外电子先占有能量低的轨道，然后再依次进 入能量较高的轨道，这样使整个原子处于最低的能量状入能量较高的轨道，这样使
7、整个原子处于最低的能量状 态，原子轨道能量的高低依据构造原理来判断。态，原子轨道能量的高低依据构造原理来判断。 在多电子原子中，各能级的能量高低次序为：在多电子原子中，各能级的能量高低次序为： 1s2s2p3s3p4s3d4p5s4d5p6s4f5d6p 若第四周期的某元素原子最外层仅有若第四周期的某元素原子最外层仅有 1 个电子， 则该元素可能个电子， 则该元素可能 为何种元素？原子序数各为多少？并写出相应的电子排布式。为何种元素？原子序数各为多少？并写出相应的电子排布式。 【点拨】【点拨】 该元素处于第四周期且最外层仅有该元素处于第四周期且最外层仅有 1 个电子， 则其个电子， 则其 最外
8、层电子排布式为最外层电子排布式为 4s1，此时，此时 3s 和和 3p 应已填满，应已填满，3d 轨道可能全轨道可能全 空、半充满或全充满，即其电子排布式分别为：空、半充满或全充满，即其电子排布式分别为： Ar4s1、Ar3d54s1、Ar3d104s1。 学后反思学后反思 【例【例 1】 下列原子的外围电子排布中，哪一种状态是原子的下列原子的外围电子排布中，哪一种状态是原子的 正确核外电子排布图，试说明理由。正确核外电子排布图，试说明理由。 (1)氮原子：氮原子： A. B. 典例精讲典例精讲 (2)钠原子：钠原子：A.3s1 B3p1 (3)铬原子：铬原子：A.3d54s1 B3d44s2
9、 (4)碳原子：碳原子： A. B. 【提示】【提示】 在表示原子核外电子排布时，在表示原子核外电子排布时，要综合考虑能量最要综合考虑能量最 低原理、泡利原理和洪特规则，不能顾此失彼。具体方法可采取低原理、泡利原理和洪特规则，不能顾此失彼。具体方法可采取 排除法，先用其中的一条规则去排除，再利用剩余两条规则去分排除法，先用其中的一条规则去排除，再利用剩余两条规则去分 析，便可得出正确答案。析，便可得出正确答案。 【解析】【解析】 本题考查的是核外电子排布所遵循的原理方面的本题考查的是核外电子排布所遵循的原理方面的 知识。根据洪特规则，电子在能量相同的各个轨道上排布时尽可知识。根据洪特规则，电子
10、在能量相同的各个轨道上排布时尽可 能分占不同的原子轨道，且自旋方向相同，故能分占不同的原子轨道，且自旋方向相同，故(1)中中B项正确，项正确，(4) 中中B项正确；根据能量最低原理，核外电子先占有能量低的轨项正确；根据能量最低原理，核外电子先占有能量低的轨 道，再占有能量高的原子轨道，道，再占有能量高的原子轨道，(2)中中A项正确，项正确，(3)中中A项中项中d5为为 半充满状态，为相对稳定状态，半充满状态，为相对稳定状态，B项不是，所以项不是，所以A项正确。项正确。 【答案】【答案】 (1)B A中原子的外围电子排布违反了洪特规则中原子的外围电子排布违反了洪特规则 (2)A B中原子的外围电
11、子排布违反了能量最低原理中原子的外围电子排布违反了能量最低原理 (3)A B原原 子的外围电子排布违反了能量最低原理子的外围电子排布违反了能量最低原理 (4)B A原子外围电子排原子外围电子排 布违反了洪特规则布违反了洪特规则 下列原子或离子的电子排布式正确的是下列原子或离子的电子排布式正确的是_， 违反能量最， 违反能量最 低原理的是低原理的是_， 违反洪特规则的是， 违反洪特规则的是_， 违反泡利原理， 违反泡利原理 的是的是_。 Ca2 ： ：1s22s22p63s23p6 F ： ：1s22s23p6 P： 跟踪训练跟踪训练1 Cr：1s22s22p63s23p63d44s2 Fe：1
12、s22s22p63s23p63d64s2 Mg2 ： ：1s22s22p6 O： 解析：解析：正确。根据核外电子排布规律正确。根据核外电子排布规律中错在电子排完中错在电子排完2s 轨道后应排轨道后应排2p轨道而不是轨道而不是3p轨道，正确的应为轨道，正确的应为1s22s22p6；中没中没 有遵循洪特规则有遵循洪特规则电子在能量相同的轨道上排布时，应尽可能电子在能量相同的轨道上排布时，应尽可能 分占不同的轨道并且自旋状态相同，故分占不同的轨道并且自旋状态相同，故3p能级的电子排布图应能级的电子排布图应 为：为：；中忽略了能量相同的原子轨道在半充满状态时，体中忽略了能量相同的原子轨道在半充满状态时
13、，体 系的能量较低，原子较稳定，正确的应为：系的能量较低，原子较稳定，正确的应为： 1s22s22p63s23p63d54s1。和和正确，正确，违反泡利原理，正确的应违反泡利原理，正确的应 为为。 答案：答案： 探究探究二二 原子的核外电子排布的表示方法原子的核外电子排布的表示方法 1 五种表示核外电子排布的方法中，电子排五种表示核外电子排布的方法中，电子排 布图最能反映电子的排布情况；布图最能反映电子的排布情况； 2 要注意五种核外电子排布方法的联系，特要注意五种核外电子排布方法的联系，特 别是与比较熟悉的原子结构示意图去相互印证；别是与比较熟悉的原子结构示意图去相互印证； 3 电子排布式在
14、书写时特别注意如电子排布式在书写时特别注意如Cr、Cu 等符合洪特规则特例的元素。等符合洪特规则特例的元素。 特别提醒特别提醒 【例【例 2】 五种元素原子的电子层结构如下：五种元素原子的电子层结构如下： A1s22s22p63s23p63d54s2 B1s22s22p63s2 C1s22s22p6 D1s22s22p63s23p2 EAr4s1 典例精讲典例精讲 请回答：请回答： (1)_元素是稀有气体，含未成对电子数最多的元素是元素是稀有气体，含未成对电子数最多的元素是 _。 (2)A的元素符号是的元素符号是_，其核外电子共有，其核外电子共有_种运种运 动状态。动状态。 (3)D元素的核外
15、电子排布图为元素的核外电子排布图为_。 【提示】【提示】 根据电子在原子轨道中的排布特征分析可知：能根据电子在原子轨道中的排布特征分析可知：能 量相同的原子轨道，其空间伸展方向不同，同一原子轨道中的电量相同的原子轨道，其空间伸展方向不同，同一原子轨道中的电 子的自旋方向相反，故同一原子中各电子的运动状态不同。子的自旋方向相反，故同一原子中各电子的运动状态不同。 【解析】【解析】 由原子的电子排布式可知，由原子的电子排布式可知，AE 元素分别为元素分别为 Mn、 Mg、Ne、Si、K，其中，其中 A、D、E 元素的原子轨道中排布有未成对元素的原子轨道中排布有未成对 电 子 ， 其 未 成 对 电
16、 子 排 布 图 分 别 为 ：电 子 ， 其 未 成 对 电 子 排 布 图 分 别 为 ： A.， D.，E，故，故 A 中含未成对电子数最多。任何多电子原中含未成对电子数最多。任何多电子原 子中不会存在两个运动状态完全相同的电子，即子中不会存在两个运动状态完全相同的电子，即 A 中共有中共有 25 种运种运 动状态不同的电子。动状态不同的电子。 【答案】【答案】 (1)C(Ne) A(Mn) (2)Mn 25 (3) 以下表示氦原子结构的化学用语中， 对电子运动状态描述最详以下表示氦原子结构的化学用语中， 对电子运动状态描述最详 尽的是尽的是( ) A B. C1s2 D. 跟踪训练跟踪
17、训练2 解析：解析：A项只能表示最外层电子数；项只能表示最外层电子数；B项只表示核外的电子分项只表示核外的电子分 层排布情况；层排布情况；C项具体到各能级的电子数；而项具体到各能级的电子数；而D项包含了能层、能项包含了能层、能 级以及轨道内电子的自旋状态，故选项级以及轨道内电子的自旋状态，故选项D符合题意。符合题意。 答案：答案：D 1未成对电子存在的原因未成对电子存在的原因 原子核外电子排布时，如果同一个能级上各个轨道原子核外电子排布时，如果同一个能级上各个轨道 不能都排满时，会遵循洪特规则，即尽可能分占不同的不能都排满时，会遵循洪特规则，即尽可能分占不同的 原子轨道，这样能量最低，原子最稳
18、定。所以此时有些原子轨道，这样能量最低，原子最稳定。所以此时有些 原子轨道上只存在原子轨道上只存在 1 个电子， 该电子被称为未成对电子。个电子， 该电子被称为未成对电子。 探究探究三三 基态原子中未成对电子的判断方法基态原子中未成对电子的判断方法 2一般规律一般规律 (1)在元素周期表中有如下一般规律：第在元素周期表中有如下一般规律：第A、A、A族三族三 个主族元素的基态原子核外存在着个主族元素的基态原子核外存在着1个未成对电子，第个未成对电子，第A、A 族两个主族元素的基态原子核外存在着族两个主族元素的基态原子核外存在着2个未成个未成对电子，第对电子，第A族族 元素的基态原子核外存在着元素
19、的基态原子核外存在着3个未成对的个未成对的p电子，而第电子，而第A和和0族元族元 素都不存在未成对电子。素都不存在未成对电子。 (2)副族和第副族和第族元素可通过核外电子排布式进行判断，其中族元素可通过核外电子排布式进行判断，其中 特别要注意的是铬和铜两种元素，铬的基态原子存在着特别要注意的是铬和铜两种元素，铬的基态原子存在着6个未成对个未成对 电子，而不是电子，而不是4个。铜的基态原子存在着个。铜的基态原子存在着1个未成对个未成对s电子而不是电子而不是d 电子。电子。 3核外电子排布的特点核外电子排布的特点 原子核外电子按能量相近排布在不同的能层，各能层又按能原子核外电子按能量相近排布在不同
20、的能层，各能层又按能 量不同排布在不同的能级，每个能级中又分为能量相同的不同轨量不同排布在不同的能级，每个能级中又分为能量相同的不同轨 道，每个轨道中最多填充道，每个轨道中最多填充2个自旋状态不同的电子，即在任何一个个自旋状态不同的电子，即在任何一个 原子中找不到两个完全相同的电子。原子中找不到两个完全相同的电子。 136 号元素核外电子排布的特殊号元素核外电子排布的特殊 (1)最外层只有最外层只有 1 个未成对电子的元素：第个未成对电子的元素：第A 族族(ns1：H、Li、Na、 K)，第，第A 族族(ns2np1：B、Al、Ga)，第，第A 族族(ns2np5：F、Cl、Br)， 第第B
21、族族nd10(n1)s1：Cu、Ag、Au；最外层有；最外层有 2 个未成对电子的元个未成对电子的元 素：第素：第A 族族(ns2np2：C、Si、Ge)，第，第A 族族(ns2np4：O、S、Se)； 最外层有最外层有 3 个未成对电子的元素，第个未成对电子的元素，第A 族族(ns2np3：N、P、As)。 特别提醒特别提醒 (2)核外电子排布中，未成对电子数最多的元素：核外电子排布中，未成对电子数最多的元素：Cr(3d54s1， 共有共有 6 个未成对电子个未成对电子)。 【例【例 3】 已知已知 X、Y 和和 Z 三种元素的原子序数之和等于三种元素的原子序数之和等于 42。 X 元素原子
22、的元素原子的 4p 轨道上有轨道上有 3 个未成对电子，个未成对电子，Y 元素原子的最外层元素原子的最外层 2p 轨道上有轨道上有 2 个未成对电子。个未成对电子。X 跟跟 Y 可形成化合物可形成化合物 X2Y3，Z 元素元素 可以形成负一价离子。请回答下列问题：可以形成负一价离子。请回答下列问题： 典例精讲典例精讲 (1)X 元素原子基态时的电子排布式为元素原子基态时的电子排布式为_，该元素的符，该元素的符 号是号是_。 (2)Y 元素原子的最外层电子的轨道表示式为元素原子的最外层电子的轨道表示式为_，该元，该元 素的名称是素的名称是_。 (3)已知化合物已知化合物 X2Y3在稀硫酸溶液中可
23、被金属锌还原为在稀硫酸溶液中可被金属锌还原为 XZ3， 产物还有产物还有 ZnSO4和和 H2O，该反应的化学方程式是，该反应的化学方程式是_。 【提示】【提示】 熟练应用未成对电子的一般规律和特殊性熟练应用未成对电子的一般规律和特殊性 【解析】【解析】 (1)X元素原子的元素原子的4p轨道上有轨道上有3个未成对电子，则个未成对电子，则X 是第四周期是第四周期A族元素，其电子排布式为族元素，其电子排布式为 1s22s22p63s23p63d104s24p3，即，即X为为As。 (2)Y元素原子的最外层元素原子的最外层2p轨道上有轨道上有2个未成对电子，且个未成对电子，且As跟跟Y 可形成化合物
24、可形成化合物As2Y3，可推知，可推知Y为为O；又因为；又因为X、Y和和Z三种元素的三种元素的 原子序数之和等于原子序数之和等于42，可，可得得Z为为H。 (3)X2Y3为为As2O3，XZ3为为AsH3，As2O3与稀硫酸和与稀硫酸和Zn反应的化反应的化 学方程式为学方程式为As2O36Zn6H2SO4=2AsH36ZnSO4 3H2O。 【答案】【答案】 (1)1s22s22p63s23p63d104s24p3 As (2) 氧氧 (3)As2O36Zn6H2SO4=2AsH36ZnSO43H2O 人们常将在同一原子轨道上运动的，自旋方向相反的人们常将在同一原子轨道上运动的，自旋方向相反的
25、 2 个电个电 子，称为子，称为“电子对电子对”；将在同一原子轨道上运动的单个电子，称为；将在同一原子轨道上运动的单个电子，称为 “未成对电子未成对电子”。以下有关主族元素原子的。以下有关主族元素原子的“未成对电子未成对电子”的说的说 法，错误的是法，错误的是( ) 跟踪训练跟踪训练3 A核外电子数为奇数的基态原子，其原子轨道中一定含有核外电子数为奇数的基态原子，其原子轨道中一定含有 “未成对电子未成对电子” B核外电子数为偶数的基态原子，其原子轨道中一定不含核外电子数为偶数的基态原子，其原子轨道中一定不含 “未成对电子未成对电子” C核外电子数为偶数的基态原子，其原子轨道中可能含有核外电子数
26、为偶数的基态原子，其原子轨道中可能含有 “未成对电子未成对电子” D核外电子数为奇数的基态原子，其原子轨道中可能不含核外电子数为奇数的基态原子，其原子轨道中可能不含 “未成对电子未成对电子” 解析：解析：本题考查核外电子排布的轨道表示式。洪特规则指出本题考查核外电子排布的轨道表示式。洪特规则指出 电子在等价轨道上排布时，应尽可能分电子在等价轨道上排布时，应尽可能分占不同的轨道且自旋方向占不同的轨道且自旋方向 相同，这就会造成相同，这就会造成“未成对电子未成对电子”。当核外电子为奇数时，一定。当核外电子为奇数时，一定 有有“未成对电子未成对电子”，故，故D错误；当核外电子为偶数时，会出现不错误；当核外电子为偶数时，会出现不 同情况，如同情况，如8O：，有，有“未成对电子未成对电子”；10Ne：，没，没 有有“未成对电子未成对电子”，故，故B错误。错误。 答案：答案：BD 学习小结