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1.1.3泡利原理、洪特规则、能量最低原理 学案(含答案)

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。