高中 化学 选择性必修2 物质结构与性质 第一章 原子结构与性质《 第一节 第3课时 泡利原理、洪特规则、能量最低原理》课件

第3课时泡利原理、洪特规则、能量最低原理

第一章第一节原子结构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号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。课程标准任务一核外电子的排布规则1任务二原子核外电子排布的表示2随堂演练3内容索引课时测评4任务一核外电子的排布规则问题1：某同学写出碳原子的基态轨道表示式为

，是否正确？若不正确，违背了什么原则？提示：问题1：不正确；违背了泡利原理和洪特规则。问题2：写出基态碳原子的轨道表示式并据此判断基态碳原子核外有多少种运动状态的电子？有多少种空间运动状态的电子？有几个未成对电子？与碳同周期的元素中未成对电子数最多的是哪种？提示：

6；4；2；N。问题探究问题3：查阅元素周期表可知，基态Cr原子的价层电子排布式为3d54s1，而不是3d44s2，为什么？提示：能量相同的原子轨道在全充满、半充满、全空时，体系能量较低。问题4：试写出基态铜原子的核外电子排布式和价层电子排布图。提示：[Ar]3d104s1，

。1．电子自旋与泡利原理(1)电子自旋：自旋是电子的内在属性，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，常用上下箭头(↑和↓)表示自旋相反的电子。(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______，这个原理称为泡利原理。新知构建相反2．洪特规则(1)内容：基态原子中，填入简并轨道(能量相同的原子轨道)的电子总是先单独分占，且自旋______，称为洪特规则。(2)特例：在简并轨道上的电子排布处于________、________和全空状态时，具有较低的能量和较大的稳定性。相对稳定的状态如：Cr的电子排布式为___________，而不是[Ar]3d44s2。平行全充满半充满[Ar]3d54s13．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__________的原子轨道，使整个原子的能量最低。(2)影响原子能量的因素：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。能量最低1．正误判断，错误的说明原因。(1)当电子排布在同一能级的不同轨道时，总是优先单独占据一个轨道，而且自旋方向相反。答案：错误，当电子排布在同一能级的不同轨道时，总是优先单独占据一个轨道，且自旋方向相同。(2)1个原子轨道里最多容纳2个电子，且自旋方向相同。答案：错误，根据泡利原理，1个原子轨道里最多容纳2个电子，且自旋方向相反。应用评价(3)如果硫原子核外电子排布图为

，则违反了泡利原理。答案：错误，如果硫原子核外电子排布图为

，则违反了洪特规则。(4)如果25号Mn元素的基态原子电子排布式为1s22s22p63s23p63d7，则违反了能量最低原理。答案：正确。(5)氮原子的核外电子排布图为

，符合洪特规则和泡利原理。答案：正确。2．(1)下列是一些原子的2p能级和3d能级电子排布的情况。试判断，违背了泡利原理的是____(填序号，下同)，违背了洪特规则的是________。③②④⑥同一轨道中不应有自旋状态相同的电子，③违背了泡利原理；②中单电子自旋状态应相同，④中5个电子应分占5个轨道，⑥中单电子自旋状态应相同，所以②④⑥违背了洪特规则。(2)某元素的激发态(不稳定状态)原子的电子排布式为1s22s22p63s13p33d2，则该元素基态原子的电子排布式为________________；其最高价氧化物对应水化物的化学式是________。1s22s22p63s23p4H2SO43s、3p能级的能量小于3d，激发态为1s22s22p63s13p33d2，则基态应为1s22s22p63s23p4。此原子核外电子数为16，其质子数也为16，该元素为硫元素，其最高价氧化物对应水化物的化学式是H2SO4。(3)现有下列多电子原子的原子轨道：①2s

②3d

③3s

④4p

⑤3p轨道能量由低到高排列的顺序是____________(填序号)。①③⑤②④返回任务二原子核外电子排布的表示原子核外电子排布的多种表达方式：按要求完成下列填空：问题1：11Na的电子排布式为_____________；问题2：20Ca的最外层电子排布式为_____；问题3：35Br－的离子结构示意图为_______；问题4：8O的轨道表示式为_________________；问题5：9F的最外层轨道表示式为____________。情境探究1s22s22p63s14s211Na的电子排布式：1s22s22p63s1；20Ca的电子排布式：1s22s22p63s23p64s2，其最外层电子排布式为4s2；35Br－的离子结构示意图为

；8O的电子排布式为1s22s22p4，其轨道表示式为

；9F的电子排布式为1s22s22p5，其最外层轨道表示式为

。归纳总结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，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：[Ar]4s1归纳总结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．正误判断，错误的说明原因。(1)原子核内有10个中子的氧原子：

O。答案：错误，原子核内有10个中子的氧原子的质量数为10＋8＝18，应该表示为

O。(2)氯原子的结构示意图：

。答案：错误，氯原子核外电子总数为17，则氯原子的结构示意图为

。(3)Fe3＋的最外层电子排布式：3s23p63d5。答案：正确。应用评价(4)基态铜原子的价层电子轨道表示式：

。答案：错误，Cu是29号元素，其原子核外有29个电子，基态原子价层电子排布式为3d104s1，图示中3d和4s能级电子数目不符，基态铜原子的价层电子轨道表示式为

。2．下列轨道表示式中，能正确表示元素X的原子处于最低能量状态的是若元素X的原子处于最低能量状态，则其核外电子排布符合能量最低原理、泡利原理和洪特规则。A、B项违背洪特规则，C项表示元素的原子处于激发态，违背能量最低原理。√返回随堂演练1．(2023·四川广元高二校考期中)下列基态原子的电子排布图中，违反了泡利原理的是√A.2p轨道电子排布违背洪特规则，不符合题意；B.2s轨道电子排布违背泡利不相容原理，即同一个轨道中，两个电子应自旋相反，符合题意；C.电子排布遵循能量最低原理、泡利原理和洪特规则，不符合题意；D.2s轨道没有填充满，违背能量最低原理，不符合题意；选B。2．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√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；故答案选D。3．在d轨道中电子排布成

，而不排布成

，最直接的根据是A．能量最低原理

B．泡利不相容原理C．洪特规则特例

D．洪特规则√能量最低原理就是指核外电子总是尽可能先占能量最低的轨道，只有当能量最低轨道被占满后，电子才依次进入能量较高轨道，与题意不符合，A项错误；泡利不相容原理指的是在原子中不能容纳运动状态完全相同的电子，与题意不符合，B项错误；洪特规则特例指的是全满或半满更稳定，与题意不符，C项错误；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，且自旋状态相同，称为洪特规则，根据题干知，4个电子占据不同的轨道且自旋方向相同，所以其根据是洪特规则，D项正确；答案选D。4．近期我国科研工作者研究的金属—氮—碳优异电催化CO2还原催化剂取得新进展。回答下列问题：(1)14C可用于考古，其中子数为_______，该基态原子价层电子轨道表示式为____________。14C的质子数是6，质量数为14，中子数＝质量数－质子数＝14－6＝8，该基态原子价层电子轨道表示式为

；8(2)研究发现钴—氮—碳优异电催化CO2还原催化剂活性最高，金属钴的核外电子排布式为__________________________________；基态Co未成对电子数为____。钴是27号元素，金属钴的核外电子排布式为

3d74s2或1s22s22p63s23p63d74s2；基态Co的3d轨道有3个轨道存在未成对电子，故未成对电子数为3；3(3)基态N原子中，电子占据的最高能层符号为____，该能层具有的原子轨道数为____，电子数为____。基态N原子价层电子排布式为2s22p3，可知电子占据的最高能层符号为L，该能层具有的原子轨道数为4，电子数为5。L45返回课时测评题点一泡利原理、洪特规则、能量最低原理的应用1．下列对电子排布式或轨道表示式书写的评价错误的是√选项电子排布式或轨道表示式评价ABr－的电子排布式：[Ar]3d104s24p6错误；违反能量最低原理BO原子的轨道表示式：

错误；违反洪特规则CK原子的电子排布式：1s22s22p63s23p63d1错误；违反能量最低原理DF原子的轨道表示式：

错误；违反泡利不相容原理Br－的电子排布式：[Ar]3d104s24p6，正确，评价错误，故A错误；电子应先充满同能级的轨道，违反了洪特规则，评价正确，故B正确；K原子的电子排布式：1s22s22p63s23p64s1，违反能量最低原理，评价正确，故C正确；泡利不相容原理：每个原子轨道上最多只能容纳2个自旋状态相反的电子，违反泡利不相容原理，评价正确，故D正确；故选A。2．下列各微粒的电子排布式或价层电子排布图不符合能量最低原理的是A．Fe2＋

1s22s22p63s23p63d6B．S

1s22s22p63s24p4C．FD．Na＋√Fe2＋核外电子数为24，由能量最低原理，可知核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d6，故A符合能量最低原理；S的核外电子排布式应为1s22s22p63s23p4，故B不符合能量最低原理；F原子最外电子层为第二电子层，有7个电子，价层电子排布式为2s22p5，由能量最低原理、泡利原理与洪特规则可知，价层电子排布图为

，故C符合能量最低原理；Na＋最外电子层为第二电子层，有8个电子，价层电子排布式为2s22p6，由能量最低原理、泡利原理与洪特规则可知，Na＋价层电子排布图为

，故D符合能量最低原理。3．若将基态6C的电子排布式写成1s22s22p，它违背了A．能量守恒原理

B．泡利原理C．能量最低原理

D．洪特规则√题点二电子排布式的书写与应用4．下列基态原子或离子的核外电子排布式或轨道表示式错误的是A．Na＋：1s22s22p63s1B．F：1s22s22p5C．N3－：D．Ar：1s22s22p63s23p6√基态Na＋的核外电子排布式应为1s22s22p6，A项错误。5．(2023·山西运城高二统考期中)人们对原子结构的认识为元素周期律找到了理论依据。下列关于原子结构的说法正确的是A．光是电子跃迁吸收能量的重要形式B．基态Cr原子的电子排布式

3d54s1遵循构造原理C．轨道表示式

违背了洪特规则D．某种基态原子中可能存在运动状态完全相同的电子√光是电子跃迁释放能量的重要形式，A错误；根据构造原理，电子应优先填充4s能级，然后填充3d能级，基态Cr原子的电子排布式

3d54s1中，4s能级还未填满，不遵循构造原理，B错误；

违背了洪特规则，应为

，C正确；电子填充在不同的能层，能层又分不同的能级，同一能级又有不同的原子轨道，每个轨道中最多可以填充两个电子，自旋相反，在一个基态多电子的原子中，不可能有两个运动状态完全相同的电子，D错误；故选C。题点三轨道表示式的书写与应用6．下列硼原子轨道表示式表示的状态中，能量最高的是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，根据题图知，电子排布能量较高的是2s、2p能级，能量最高的是2p能级，有3个电子，C和A相比，C符合洪特规则能量较低，所以能量最高的是A。√7.以下核外电子的表示方法中，能表示该微粒处于能量最低状态的是A.N：B.F-：C.Fe：[Ar]3d54s2D.Cu：3d94s2√N：

不符合洪特规则，2p轨道上的3个电子应占据三个轨道时能量最低，选项A错误；F－：

为氟离子的电子排布图，且处于能量最低状态，选项B正确；Fe是26号元素，而非25号元素，电子排布式为[Ar]3d64s2，选项C错误；Cu：3d94s2为铜原子的激发态，不能表示该微粒处于能量最低状态，能量最低状态应为3d104s1，选项D错误；答案选B。题点四未成对电子的判断和应用8.下列微粒中，最外层未成对电子数最多的是A．S B．AsC．Mn D．Fe3＋√各微粒的未成对电子数分别为S：2个，As：3个，Mn：5个，Fe3＋：5个，但Mn的最外层电子排布式为4s2，故D符合题意。9.在前四周期元素中，基态原子有3个未成对电子的元素种数为A．3 B．4C．5 D．6√在前四周期元素中，基态原子有3个未成对电子的元素分别为N、P、As、V、Co，共5种元素。10.基态原子的4s能级中只有1个电子的元素共有A．1种 B．2种

C．3种 D．8种基态原子4s能级中只有1个电子的元素有：K、Cr、Cu。√11.(2023·山东济宁高二统考期中)某基态原子的核外电子排布式为3d104s24p4，下列说法中错误的是A．该元素原子核外共有34个运动状态不同的电子B.该元素原子价层电子排布式为3d104s24p4C.该元素原子核外电子有18种空间运动状态D.该元素原子核外有8种能量不同的电子√根据泡利不相容原理，一个原子中不可能存在运动状态完全相同的两个电子，原子核外有多少个电子，就有多少种运动状态。该元素是硒，硒原子有34个电子，原子核外应该有34个运动状态不同的电子，A正确；主族元素原子的价层电子是最外层电子，硒原子的价层电子排布式应该为4s24p4，B错误；量子力学将核外电子的一种空间运动状态叫做一个原子轨道，基态硒原子的核外电子共占据了18个原子轨道，其核外电子有18种空间运动状态，C正确；决定电子能量的因素是能层和能级，原子核外电子占据了多少个能级，其能量就有多少种。基态硒原子的核外电子占据的能级有1s、2s、2p、3s、3p、3d、4s和4p，所以，该原子核外有8种能量不同的电子，D正确；故选B。12.下表列出了核电荷数为21～25的元素的最高正化合价，回答下列问题：元素名称钪钛钒铬锰元素符号ScTiVCrMn核电荷数2122232425最高正化合价＋3＋4＋5＋6＋7(1)写出下列元素基态原子的核外电子排布式：Sc：________________________________；Ti：________________________________；V：_________________________________；Cr：_________________________________；Mn：________________________________。1s22s22p63s23p63d14s2(或[Ar]3d14s2)1s22s22p63s23p63d24s2(或[Ar]3d24s2)1s22s22p63s23p63d34s2(或[Ar]3d34s2)1s22s22p63s23p63d54s1(或[Ar]3d54s1)1s22s22p63s23p63d54s2(或[Ar]3d54s2)元素名称钪钛钒铬锰元素符号ScTiVCrMn核电荷数2122232425最高正化合价＋3＋4＋5＋6＋7(2)对比上述五种元素原子的核外电子排布式与元素的最高正化合价，你发现的规律是__________________________________________________________________________________，出现这一现象的原因是_____________________________________。

五种元素的最高正化合价等于各元素基态原子的最高能层s电子和次高能层d电子数目之和能级交错使得d电子也参与了化学反应元素名称钪钛钒铬锰元素符号ScTiVCrMn核电荷数2122232425最高正化合价＋3＋4＋5＋6＋713.有A、B、C、D四种短周期主族元素，它们的原子序数依次增大，其中A元素原子核外仅有一个非空原子轨道，也是宇宙中最丰富的元素；B元素原子核外p电子数比s电子数少1；C为金属元素且原子核外p电子数和s电子数相等；D元素的原子核外所有p轨道为全充满或半充满状态。(1)写出四种元素的元素符号：A：______，B：_______，C：_______，D：_____。HNMgP(2)写出C、D两种元素基态原子的轨道表示式：C：_________________。D：________________________。(3)B元素的单质的电子式为________，其简单氢化物的电子式为______。A是宇宙中最丰富的元素，且原子核外仅有一个非空原子轨道，则A为氢元素；B元素基态原子的核外电子排布式为1s22s22p3，则B为氮元素；C元素基态原子的核外电子排布式为1s22s22p63s2，则C为镁元素；D元素基态原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p3，则D为磷元素。14.已知A原子中只含1个电子；B原子的3p轨道上得到1个电子后不容纳外来电子；C原子的2p轨道上有1个电子的自旋状态与其他电子的自旋状态相反；D原子的第三能层上有8个电子，第四能层上只有1个电子；E原子的价层电子排布式为3s23p6。(1)按要求书写下列图式：①B的原子结构示意图：________。②C原子的轨道表示式：_____________。③D原子的核外电子排布式：____________________________。④B离子的电子式：_________。1s22s22p63s23p64s1(或[Ar]4s1)(2)写出由A、B、C、D中的三种元素组成的化合物的化学式：___________________________________________________________(至少写出5种)。由题意可知，A为H，B为Cl，C为O，D为K，E为Ar。(2)由H、Cl、O、K中的三种元素组成的化合物可以是酸，如HClO、HClO2、HClO3、HClO4；也可以是碱，如KOH；还可以是盐，如KClO、KClO2、KClO3、KClO4等。KClO、KClO3、HClO、HClO3(其他合理答案也可)KOH、(3)写出由上述元素组成的物质制得A单质的化学方程式：_______________________________________________________________(至少写出2个)。由题意可知，A为H，B为Cl，C为O，D为K，E为Ar。

(3)A的单质为H2，可以通过电解水、电解KOH溶液或K和水反应等方法来制取。O2↑、2K＋2H2O===2KOH＋H2↑(其他合理答案也可)(4)写出E的元素符号：________，要证明太阳光中含有E元素，可采用的方法是_________________________。由题意可知，A为H，B为Cl，C为O，D为K，E为Ar。

(4)对太阳光进行光谱分析，便可确定太阳光中所含元素的种类。Ar对太阳光进行光谱分析15.完成下列问题。(1)①基态Cu原子有____种不同能级的电子。基态Cu原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s1，有7种不同能级的电子；7②N原子中最高能级的电子的电子云轮廓图为__________。N原子中最高能级的电子处于2p能级，电子云轮廓图为哑铃形；哑铃形③在空气中FeO稳定性小于Fe2O3，从电子排布的角度分析，其主要原因是_________________________________________________________________________________________________。根据价层电子排布，Fe2＋价层电子排布式为3d6，而Fe3＋的价层电子排布式为3d5，为半充满稳定结构，故FeO稳定性小于Fe2O3。Fe2＋价层电子排布式为3d6，而Fe3＋的价层电子排布式为3d5，为半充满稳定结构，故FeO稳定性小于Fe2O3(2)元素X位于第四周期，其基态原子有4个未成对电子，基态X2＋的价层电子排布式是_____；X3＋的价层电子排布式