【高中化学】原子结构(泡利原理、洪特规则、能量最低原理)课件 高二化学人教版(2019)选择性必修2
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选修二
第一章 原子结构与性质 第一节 原子结构
第4课时 泡利原理、洪特规则、 能量最低原理
原子结构
核外电子的运动状态
能层
能级
原子轨道 1.原子轨道内的电子运动 状态是怎样的呢？
微观辨析
核外电子的排布规律 2n2，
2.原子轨道内的电子排布 规律是怎样的呢？
模型建构
核外电子排布表示方法 原子结构示意图 电子排布式
一、泡利原理
电子自旋 电子除空间运动状态外，还有一种状态叫自旋。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。
核外电子在原子轨道中的排布规律I——泡利原理 在一个原子轨道里，最多只能容纳2个电子，它们自旋相反。
补充说明
➢ 电子的运动状态由能层、能级、原子轨道和自旋状态四个 方面共同决定；电子能量与能层、能级有关，电子运动的 空间范围与原子轨道有关，电子自身的运动状态就是自旋
相对稳定的状态 全空：p0、d0、f0
半充满：p3、d5、f7
三. 能量最低原理
核外电子在原子轨道中的排布规律Ⅲ——能量最低原理 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，使原子的整体 能量最低。
补①充说相明邻能级能量相差很大时，电子填入能量较低的能级可使原子
能量最低。如所有主族元素的基态原子。
3.原子轨道内的电子排布 如何表征？
宏观表征
资料卡片-电子自旋
钠原子光谱实验
斯特恩-盖拉赫实验
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
只有1个最外层电子的银原子在外加电 场里加速飞行通过一个不对称磁场时会
分成两束
提出猜想 ：轨道中的单电子可能存在两种不同的运动状态
1925年：“电子自旋”概念的提出
位移、能量 不可同时测定
不可确定
北京时间10月4日下午，2022年诺贝尔物理学奖 被授予科学家阿兰·阿斯佩(Alain Aspect)，约翰·弗 朗西斯·克劳泽(John F. Clauser)和安东·塞林格 (Anton Zeilinger)，以表彰他们为纠缠光子实验、 证明违反贝尔不等式和开创性的量子信息科学所作出 的贡献。
思考与讨论
总结
原子核外电子的运动状态和排布规律
核外电子的运动状态
能层
能
量
能级
的
量 子
原子轨道
化 电子自旋
核外电子的排布规律
核外电子排布表示方法 原子结构示意图 电子排布式
轨道表示式
宏观、微观运动的不同
质量 速度 位移 能量
轨迹
宏观物体 很大
较慢
可测 可测
可描述 画图或函数描述
微观粒子 很小
很快（接近光速）
Cr：1s22s22p63s23p63d44s2 Cr：1s22s22p63s23p63d54s1
Cu：1s22s22p63s23p63d94s2 Cu：1s22s22p63s23p63d104s1
洪特规则特例：简并轨道全充满、半充满或全空状态是能量较低的稳定状态。
全充满：p6、d10、f14
核外电子的排布规律
➢ 自旋是微观粒子普遍存在的一种如电荷、质量一样的内在属性
核外电子的运动状态
能层
能级
原子轨道 电子自旋
核外电子的排布规律
一、泡利原理
思考 核外电子在原子轨道中的排布应该如何表示？
基态Al原子的电子排布式：
轨道表示式（又称电子排布图）
Al 1s22s22p63s23p1
电子排布式给出了基态原
子核外电子在能层和能级
整个②原当子相的邻能能量级由能量核差电别荷不数大、时电，有子1数-2和个电电子子填状入态能三量个稍因高素的能共级同决定
可能反而降低电子的排斥能，进而使原子整体能量最低。如所有副 族元素的基态原子。
课堂练习
例4.下列微粒中，最外层未成对电子数最多的是（D ）
A. S
B. As
C. Mn
D. Fe3＋
(2)最外层有2个未成对电子的元素
ⅣA族(ns2np2：C、Si、Ge)； ⅥA族(ns2np4：O、S、Se)。
(3)最外层有3个未成对电子的元素
ⅤA族(ns2np3：N、P、As)。
(4)核外电子排布中，未成对电子数最多的元素
Cr(3d54s1，共有6个未成对电子)。
Al 1s22s22p63s23p1
电子对
单电子(未成对电子)
中的排布，而轨道表示式
能级符号
还给出了电子在原子轨道 中的自旋状态。
核外电子排布表示方法
பைடு நூலகம்
原子轨道 简并轨道：能量相同的原子轨道
轨道表示式
例1.根据铝原子的轨道表示式，回答以下问题
铝原子外层有 6 个电子对，有 1 个单电子。 电子有 7 种空间运动状态，有 13 种运动状态不同的电子。
X
√
二、洪特规则
O 1s22s22p4
对比
核外电子在原子轨道中的排布规律I——泡利原理 在一个原子轨道里，最多只能容纳2个电子，它们自旋相反。 核外电子在原子轨道中的排布规律Ⅱ——洪特规则 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
不同轨道中，电子如何排布呢？
二、洪特规则
例3.请写出Cr、Cu 的电子排布式
解析
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。
思考与讨论
例5 (1)最外层只有1个未成对电子的元素
ⅠA族(ns1：H、Li、Na、K)；
ⅢA族(ns2np1：B、Al、Ga)；
ⅦA族(ns2np5：F、Cl、Br)；
Cr(3d54s1)、Cu(3d104s1)。
例2.下列基态碳原子的轨道表示式哪个是正确的？
①B
1s 2s
2p
② Si
1s 2s
2p
③O
1s 2s
2p
④P
1s 2s
2p
二、洪特规则
核外电子在原子轨道中的排布规律Ⅱ——洪特规则
1925年，洪特根据多电子原子的原子光谱正式提出 洪特规则： 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
X
第一章 原子结构与性质 第一节 原子结构
第4课时 泡利原理、洪特规则、 能量最低原理
原子结构
核外电子的运动状态
能层
能级
原子轨道 1.原子轨道内的电子运动 状态是怎样的呢？
微观辨析
核外电子的排布规律 2n2，
2.原子轨道内的电子排布 规律是怎样的呢？
模型建构
核外电子排布表示方法 原子结构示意图 电子排布式
一、泡利原理
电子自旋 电子除空间运动状态外，还有一种状态叫自旋。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。
核外电子在原子轨道中的排布规律I——泡利原理 在一个原子轨道里，最多只能容纳2个电子，它们自旋相反。
补充说明
➢ 电子的运动状态由能层、能级、原子轨道和自旋状态四个 方面共同决定；电子能量与能层、能级有关，电子运动的 空间范围与原子轨道有关，电子自身的运动状态就是自旋
相对稳定的状态 全空：p0、d0、f0
半充满：p3、d5、f7
三. 能量最低原理
核外电子在原子轨道中的排布规律Ⅲ——能量最低原理 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，使原子的整体 能量最低。
补①充说相明邻能级能量相差很大时，电子填入能量较低的能级可使原子
能量最低。如所有主族元素的基态原子。
3.原子轨道内的电子排布 如何表征？
宏观表征
资料卡片-电子自旋
钠原子光谱实验
斯特恩-盖拉赫实验
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
只有1个最外层电子的银原子在外加电 场里加速飞行通过一个不对称磁场时会
分成两束
提出猜想 ：轨道中的单电子可能存在两种不同的运动状态
1925年：“电子自旋”概念的提出
位移、能量 不可同时测定
不可确定
北京时间10月4日下午，2022年诺贝尔物理学奖 被授予科学家阿兰·阿斯佩(Alain Aspect)，约翰·弗 朗西斯·克劳泽(John F. Clauser)和安东·塞林格 (Anton Zeilinger)，以表彰他们为纠缠光子实验、 证明违反贝尔不等式和开创性的量子信息科学所作出 的贡献。
思考与讨论
总结
原子核外电子的运动状态和排布规律
核外电子的运动状态
能层
能
量
能级
的
量 子
原子轨道
化 电子自旋
核外电子的排布规律
核外电子排布表示方法 原子结构示意图 电子排布式
轨道表示式
宏观、微观运动的不同
质量 速度 位移 能量
轨迹
宏观物体 很大
较慢
可测 可测
可描述 画图或函数描述
微观粒子 很小
很快（接近光速）
Cr：1s22s22p63s23p63d44s2 Cr：1s22s22p63s23p63d54s1
Cu：1s22s22p63s23p63d94s2 Cu：1s22s22p63s23p63d104s1
洪特规则特例：简并轨道全充满、半充满或全空状态是能量较低的稳定状态。
全充满：p6、d10、f14
核外电子的排布规律
➢ 自旋是微观粒子普遍存在的一种如电荷、质量一样的内在属性
核外电子的运动状态
能层
能级
原子轨道 电子自旋
核外电子的排布规律
一、泡利原理
思考 核外电子在原子轨道中的排布应该如何表示？
基态Al原子的电子排布式：
轨道表示式（又称电子排布图）
Al 1s22s22p63s23p1
电子排布式给出了基态原
子核外电子在能层和能级
整个②原当子相的邻能能量级由能量核差电别荷不数大、时电，有子1数-2和个电电子子填状入态能三量个稍因高素的能共级同决定
可能反而降低电子的排斥能，进而使原子整体能量最低。如所有副 族元素的基态原子。
课堂练习
例4.下列微粒中，最外层未成对电子数最多的是（D ）
A. S
B. As
C. Mn
D. Fe3＋
(2)最外层有2个未成对电子的元素
ⅣA族(ns2np2：C、Si、Ge)； ⅥA族(ns2np4：O、S、Se)。
(3)最外层有3个未成对电子的元素
ⅤA族(ns2np3：N、P、As)。
(4)核外电子排布中，未成对电子数最多的元素
Cr(3d54s1，共有6个未成对电子)。
Al 1s22s22p63s23p1
电子对
单电子(未成对电子)
中的排布，而轨道表示式
能级符号
还给出了电子在原子轨道 中的自旋状态。
核外电子排布表示方法
பைடு நூலகம்
原子轨道 简并轨道：能量相同的原子轨道
轨道表示式
例1.根据铝原子的轨道表示式，回答以下问题
铝原子外层有 6 个电子对，有 1 个单电子。 电子有 7 种空间运动状态，有 13 种运动状态不同的电子。
X
√
二、洪特规则
O 1s22s22p4
对比
核外电子在原子轨道中的排布规律I——泡利原理 在一个原子轨道里，最多只能容纳2个电子，它们自旋相反。 核外电子在原子轨道中的排布规律Ⅱ——洪特规则 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
不同轨道中，电子如何排布呢？
二、洪特规则
例3.请写出Cr、Cu 的电子排布式
解析
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。
思考与讨论
例5 (1)最外层只有1个未成对电子的元素
ⅠA族(ns1：H、Li、Na、K)；
ⅢA族(ns2np1：B、Al、Ga)；
ⅦA族(ns2np5：F、Cl、Br)；
Cr(3d54s1)、Cu(3d104s1)。
例2.下列基态碳原子的轨道表示式哪个是正确的？
①B
1s 2s
2p
② Si
1s 2s
2p
③O
1s 2s
2p
④P
1s 2s
2p
二、洪特规则
核外电子在原子轨道中的排布规律Ⅱ——洪特规则
1925年，洪特根据多电子原子的原子光谱正式提出 洪特规则： 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
X