1、第第 3 3 课时课时 泡利原理泡利原理、洪特规则洪特规则、能量最低原理能量最低原理 核心素养发展目标 1.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。2.能根据核外电子的表示方法，推导出对应的原子或离 子。 一一、原子核外电子的排布规则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) 8O 的轨道表示式如下： 根据上面回答下列问题： (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
2、的一对电子。 (3)单电子：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 对电子对，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 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1s22s22p63s23p63d54
3、s1， 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。 1为什么基态 K 和 Ca 的价电子是 4s1和 4s2，而不是 3d1和 3d2。 提示 根据构造原理，3d 能量大于 4s 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。 2下列有关碳原子的轨道表示式中，能量最低的是( ) A. B. C. D. 答案 D 解析 根据洪特规则，原子的核外电子在能量相同的轨
4、道上排布时，电子尽可能分占不同的 轨道且自旋状态相同， 这样整个原子的能量最低。 A 中 2p 轨道上两个电子挤在同一个轨道上， B、C 中两个轨道上电子的自旋状态相反，均与洪特规则相违背，只有 D 中的排布符合洪特 规则，能量最低。 3写出15P、25Mn 的轨道表示式，并按要求填空。 15P： ，有 6 对电子对，有 3 个单电子。 25Mn： ， 有 15 种空间运动状态，有 5 个单电子，属于半充满。 4下列原子或离子的电子排布式或轨道表示式正确的是_(填序号，下同)，违反能量 最 低 原 理 的 是 _ ， 违 反 洪 特 规 则 的 是 _ ， 违 反 泡 利 原 理 的 是 _。
5、 Ca2 ：1s22s22p63s23p6 F ：1s22s23p6 P： Fe：1s22s22p63s23p63d64s2 Mg2 ：1s22s22p6 C： 答案 解析 根据核外电子排布规律知中错误在于电子排满 2s 轨道后应排 2p 轨道，而不是 3p 轨道，正确的应为 1s22s22p6；中没有遵循洪特规则电子在同一能级的不同轨道上排布 时，应尽可能分占不同的轨道并且自旋状态相同，正确的应为；违反 泡利原理，正确的应为。 注意：书写轨道表示式时，常出现的错误及正确书写 二二、核外电子的表示方法核外电子的表示方法 电子排布式与轨道表示式的比较 电子排布式 含义 用数字在能级符号右上角标明
6、该能级上排布的电子数，这就是 电子排布式 意义 能直观反映出核外的电子层、能级及各能级上的电子数 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繁琐，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表示 意义 避免书写电子排布式过于繁琐 实例 K：Ar4s1 轨道表示式 含义 每个方框代表一个原子轨道，每个箭头代表一个电子 意义 能直观反映出电子的排布情况及电子的自旋状态 实例 Al： 1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( ) A. He B. C1s2 D. 答案 D 2按要求填空。 (1)
7、17Cl 的电子排布式：_。 (2)17Cl 的价电子排布式：_。 (3)17Cl 的电子式：_。 (4)17Cl 的价电子轨道表示式：_。 (5)17Cl 的原子结构示意图：_。 (6)第四周期中最外层只有 1 个电子的所有基态原子的简化电子排布式：_ _。 答案 (1)1s22s22p63s23p5 (2)3s23p5 (3) (4) (5) (6)Ar4s1、Ar3d54s1、Ar3d104s1 解析 (6)第四周期最外层只有 1 个电子的基态原子的最外层电子排布式为 4s1，此时 3s、3p 轨道应已填满， 3d 轨道可能全空、 半充满或全充满， 即其简化电子排布式为Ar4s1、 Ar
8、3d54s1、 Ar3d104s1。 3(1)氧元素基态原子核外未成对电子数为_个，第三周期中有两个成单电子的元素 符号_(填一种即可)，M 层上有 2 对成对电子的原子最外层共有_种不同运动状 态的电子。 (2)136 号元素原子中未成对电子数为 2 的元素符号及价电子排布式： _ _。 (3)某元素的原子序数为 33， 该元素原子的价电子排布式为_， 该元素原子核 外有_个能层，_个能级，_个原子轨道，有_个单电子。 答案 (1)2 Si(或 S) 6 (2)C：2s22p2，Si：3s23p2，Ge：4s24p2，O：2s22p4，S：3s23p4，Se：4s24p4，Ti：3d24s2
9、，Ni： 3d84s2 (3)4s24p3 4 8 18 3 解析 (1)O 原子核外有 8 个电子，其基态原子核外电子排布式为 1s22s22p4，故未成对电子数 是 2。第三周期中有两个未成对电子(单电子)的元素的价电子排布式为 3s23p2或 3s23p4，核外 电子数为 14 或 16，元素符号为 Si 或 S。M 层上有 2 对成对电子的原子的电子排布式为 1s22s22p63s23p4，最外层有 6 个电子，每个电子的运动状态不相同，所以共有 6 种不同运动状 态的电子。 (2)具有最外层为 p2、p4、3d2、3d8结构的原子有 2 个未成对电子。符合条件的元素价电子排 布式为
10、2s22p2、3s23p2、4s24p2、2s22p4、3s23p4、4s24p4、3d24s2、3d84s2，分别为 C、Si、Ge、 O、S、Se、Ti、Ni 元素。 (3)先利用能级顺序和排布规律排出其电子排布式：1s22s22p63s23p63d104s24p3，价电子排布式 为 4s24p3， 得出该元素原子核外有 8 个能级， 共 1131351318 个原子轨道(s： 1 个轨道；p：3 个轨道；d：5 个轨道)，3 个单电子。 熟记第四周期未成对电子数规律 未成对电子数及其占据的原子轨道 元素符号及价电子排布 1 4s K：4s1,Cu：3d104s1 3d Sc：3d14s2
11、 4p Ga：4s24p1，Br：4s24p5 2 3d Ti：3d24s2，Ni：3d84s2 4p Ge：4s24p2，Se：4s24p4 3 3d V：3d34s2，Co：3d74s2 4p As：4s24p3 4 3d Fe：3d64s2 5 3d Mn：3d54s2 6 3d 和 4s Cr：3d54s1 1下列原子的轨道表示式中，符合洪特规则的是( ) A. B. C. D. 答案 C 2下列有关化学用语中不能体现氮原子核外电子能量有差异的是( ) A. B. C. D1s22s22p3 答案 A 324Cr 原子处于基态时，价电子排布可用轨道表示式表示成，而 不是。下列说法中正确
12、的是( ) A这两种排布方式都符合能量最低原理 B这两种排布方式都符合泡利原理 C这两种排布方式都符合洪特规则 D这个实例说明洪特规则有时候和能量最低原理是矛盾的 答案 B 解析 洪特规则实际上是能量最低原理的一个特例，电子排布满足洪特规则，实际上是为了 更好地遵循能量最低原理，同一能级的不同原子轨道在全满(s2、p6和 d10)、半充满(s1、p3和 d5)和全空(s0、p0和 d0)状态时，体系能量较低，原子较稳定。 4下列关于硅原子的核外电子排布表示方法中，错误的是( ) A1s22s22p63s23p2 BNe3s23p2 C. D. 答案 C 解析 A、B 两项是电子排布式，C、D
13、两项是轨道表示式，其中 C 项违背了洪特规则，故错 误。 5在短周期元素中，元素的基态原子核外未成对电子数等于能层数的元素有 a 种，元素的基 态原子最外层电子数是未成对电子数 2 倍的元素有 b 种，则 ab 的值为( ) A1 B2 C3 D4 答案 B 解析 在短周期元素中，符合基态原子核外未成对电子数等于能层数的元素有第一周期的 H 元素；在第二周期，原子核外未成对电子数为 2 的元素，其核外电子轨道表示式为 (C 元素)或(O 元素)；在第三周期， 原子核外未成对电子数为 3 的元素，其最外层电子轨道表示式是(P 元 素)，符合条件的元素共 4 种，即 a4。符合基态原子最外层电子数
14、是未成对电子数 2 倍的 元素，其基态原子的最外层电子数是 2、4、6 或 8，若最外层电子数为 2，则是氦或第A 族 元素，这些元素原子的最外层电子排布式为 ns2，无未成对电子，不符合题意；若最外层电子 数为 4，则是第A 族元素，这些元素原子的最外层电子排布式为 ns2np2，其 p 能级上的 2 个电子为未成对电子，符合题意，因题目要求是短周期元素，故有 2 种；若最外层电子数为 6，则是第A 族元素，这些元素原子的最外层电子排布式为 ns2np4，其 p 能级上有 2 个未成 对电子，最外层电子数是未成对电子数的 3 倍，不符合题意；若最外层电子数为 8，则是 0 族元素，这些元素原
15、子的最外层电子排布式为 ns2np6，其 p 能级为全充满状态，无未成对电 子，因此不符合题意，总之，符合条件的元素共 2 种，即 b2。综上可知 ab 的值为 2。 6下列各组原子中，彼此化学性质一定相似的是( ) A原子核外 L 能层的未成对电子数与 M 能层的未成对电子数相等的原子 B原子核外 M 层上仅有两个电子的 X 原子与原子核外 N 层上仅有两个电子的 Y 原子 C2p 能级只有 1 个空轨道的 X 原子和 3p 能级只有 1 个空轨道的 Y 原子 D最外层都只有一个电子的 X、Y 原子 答案 C 解析 L 层(M 层)只有 1 个未成对电子的可能是 Li 或 F(Na 或 Cl)，L 层(M 层)有 2 个未成对 电子的可能是 C 或 O(Si 或 S)，A 项错误；B 项中 X 为 Mg，Y 可能为 Ca、Sc、Ti、V、Mn、 Fe、Co、Ni、Zn；C 项为 C()和 Si()；D 项中最 外层只有 1 个电子的原子有氢及碱金属，氢原子与碱金属原子化学性质不相似。