课件3：1.1.3 泡利原理、洪特规则、能量最低原理

(2)副族和第Ⅷ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6个未成对 电子，而不是4个。铜的基态原子存在着1个未成对s电子而不是d 电子。
3．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 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2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。
2p3
正确；
2p3
错误；
2p3
错误；
2p4
正确。
3．洪特规则的特例 在等价轨道(同一能级)上的电子排布为全充满(p6、d10、f14)、 半充满(p3、d5、f7)和全空(p0、d0、f0)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： 铬(24Cr)：1s22s22p63s23p63d54s1，正确； 1s22s22p63s23p63d44s2，错误。 铜(29Cu)：1s22s22p63s23p63d104s1，正确； 1s22s22p63s23p63d94s2，错误。
【答案】 (1)B A中原子的外围电子排布违反了洪特规则 (2)A B中原子的外围电子排布违反了能量最低原理 (3)A B原 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 布违反了洪特规则
跟踪训练1
下列原子或离子的电子排布式正确的是________，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________。
(3)X2Y3为As2O3，XZ3为AsH3，As2O3与稀硫酸和Zn反应的化 学方程式为As2O3＋6Zn＋6H2SO4===2AsH3↑＋6ZnSO4＋ 3H2O。
【答案】 (1)1s22s22p63s23p63d104s24p3 As
(2)
氧
(3)As2O3＋6Zn＋6H2SO4===2AsH3↑＋6ZnSO4＋3H2O
(2)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)。
典例精讲
【例 3】 已知 X、Y 和 Z 三种元素的原子序数之和等于 42。 X 元素原子的 4p 轨道上有 3 个未成对电子，Y 元素原子的最外层 2p 轨道上有 2 个未成对电子。X 跟 Y 可形成化合物 X2Y3，Z 元素 可以形成负一价离子。请回答下列问题：
【提示】 熟练应用未成对电子的一般规律和特殊性
【解析】 (1)X元素原子的4p轨道上有3个未成对电子，则X 是第四周期ⅤA族元，其电子排布式为 1s22s22p63s23p63d104s24p3，即X为As。
(2)Y元素原子的最外层2p轨道上有2个未成对电子，且As跟Y 可形成化合物As2Y3，可推知Y为O；又因为X、Y和Z三种元素的 原子序数之和等于42，可得Z为H。
第3课时 泡利原理、洪特规则、能量最低原理
目标定位
知道原子核外电子排布的“两原理一规则”，会 正确书写原子的电子排布式和电子排布图。
自主学习
一、泡利原理、洪特规则与能量最低原理
1．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。
一 个 轨 道 最 多 只 能 容 纳 _______两_____ 个 电 子 ， 而 且 自 旋 方 向 ___相__反___。
C．核外电子数为偶数的基态原子，其原子轨道中可能含有 “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 “未成对电子”
解析：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，应尽可能分占不同的轨道且自旋方向
相同，这就会造成“未成对电子”。当核外电子为奇数时，一定
特别提醒
在基态原子中，每个电子层含有n2n为能层 序数个原子轨道，每个原子轨道最多能容纳2个 电子，则每个电子层中最多能容纳2n2个电子。
2．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
先提出的，称为洪特规则。这样整个原子的能量最低。如：
4．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 入能量较高的轨道，这样使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。
在多电子原子中，各能级的能量高低次序为： 1s<2s<2p<3s<3p<4s<3d<4p<5s<4d<5p<6s<4f<5d<6p……
学后反思
请回答： (1)________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________，其核外电子共有________种运 动状态。 (3)D元素的核外电子排布图为________。
【提示】 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 子的自旋方向相反，故同一原子中各电子的运动状态不同。
特别提醒
1～36 号元素核外电子排布的特殊 (1)最外层只有 1 个未成对电子的元素：第ⅠA 族(ns1：H、Li、Na、 K)，第ⅢA 族(ns2np1：B、Al、Ga)，第ⅦA 族(ns2np5：F、Cl、Br)， 第ⅠB 族[nd10(n＋1)s1：Cu、Ag、Au]；最外层有 2 个未成对电子的元 素：第ⅣA 族(ns2np2：C、Si、Ge)，第ⅥA 族(ns2np4：O、S、Se)； 最外层有 3 个未成对电子的元素，第ⅤA 族(ns2np3：N、P、As)。
动状态不同的电子。
【答案】 (1)C(Ne) A(Mn) (2)Mn 25 (3)
跟踪训练2
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．
B.
C．1s2
D.
解析：A项只能表示最外层电子数；B项只表示核外的电子分 层排布情况；C项具体到各能级的电子数；而D项包含了能层、能 级以及轨道内电子的自旋状态，故选项D符合题意。
2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；
3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。
典例精讲
【例 2】 五种元素原子的电子层结构如下： A．1s22s22p63s23p63d54s2 B．1s22s22p63s2 C．1s22s22p6 D．1s22s22p63s23p2 E．[Ar]4s1
有“未成对电子”，故D错误；当核外电子为偶数时，会出现不
同情况，如8O：
，有“未成对电子”；10Ne：
有“未成对电子”，故B错误。
，没
答案：BD
学习小结
本节内容结束
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【解析】 由原子的电子排布式可知，A～E 元素分别为 Mn、 Mg、Ne、Si、K，其中 A、D、E 元素的原子轨道中排布有未成对
电 子 ， 其 未 成 对 电 子 排 布 图 分 别 为 ： A.
，
D.
，E ，故 A 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 A 中共有 25 种运
互动探究
探究一 原子核外电子的排布规律 1．泡利原理 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 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 两种相反的状态，常用上下箭头“↓”“↑”表示，在一个原子轨 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 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 示为 ↓ ↑ ，不能表示为 ↑ ↑ 。
【解析】 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 能分占不同的原子轨道，且自旋方向相同，故(1)中B项正确，(4) 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 道，再占有能量高的原子轨道，(2)中A项正确，(3)中A项中d5为 半充满状态，为相对稳定状态，B项不是，所以A项正确。
答案：D
探究三 基态原子中未成对电子的判断方法
1．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 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，原子最稳定。所以此时有些 原子轨道上只存在 1 个电子，该电子被称为未成对电子。
2．一般规律 (1)在元素周期表中有如下一般规律：第ⅠA、ⅢA、ⅦA族三 个主族元素的基态原子核外存在着1个未成对电子，第ⅣA、ⅥA 族两个主族元素的基态原子核外存在着2个未成对电子，第ⅤA族 元素的基态原子核外存在着3个未成对的p电子，而第ⅡA和0族元 素都不存在未成对电子。
跟踪训练3
人们常将在同一原子轨道上运动的，自旋方向相反的 2 个电 子，称为“电子对”；将在同一原子轨道上运动的单个电子，称为 “未成对电子”。以下有关主族元素原子的“未成对电子”的说 法，错误的是( )
A．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”
B．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”
为：
；④中忽略了能量相同的原子轨道在半充满状态时，体
系的能量较低，原子较稳定，正确的应为：
1s22s22p63s23p63d54s1。⑤和⑥正确，⑦违反泡利原理，正确的应
为
。
答案：①⑤⑥ ② ③④ ⑦
探究二 原子的核外电子排布的表示方法
特别提醒
1五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；
①Ca2＋：1s22s22p63s23p6 ②F－：1s22s23p6
③P：
④Cr：1s22s22p63s23p63d44s2 ⑤Fe：1s22s22p63s23p63d64s2 ⑥Mg2＋：1s22s22p6
⑦O：
解析：①正确。根据核外电子排布规律②中错在电子排完2s 轨道后应排2p轨道而不是3p轨道，正确的应为1s22s22p6；③中没 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 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
典例精讲
【例 1】 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。
(1)氮原子：
A.
B.
(2)钠原子：A.3s1 B．3p1 (3)铬原子：A.3d54s1 B．3d44s2 (4)碳原子：
A.
B.
【提示】 在表示原子核外电子排布时，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 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。
2．洪特规则 当电子排布在同一能级的不同轨道时(即能量相同的轨道)，总
是 尽可能分别 占据一个轨道，而且自旋方向_相___同____。
3.能量最低原理 原子核外的电子应优先排布在 能量最低 的 能 级 里 ， 然 后 由 里到外，依次排布在能量逐渐升高 的能级里。能级的能量高 低顺序如构造原理所示(对于1～36号元素来说，应重点掌握和 记忆“1s→ 2s→2p→3s→3p→4s→3d →4p”这一顺序)。
(1)X 元素原子基态时的电子排布式为________，该元素的符 号是________。
(2)Y 元素原子的最外层电子的轨道表示式为________，该元 素的名称是________。
(3)已知化合物 X2Y3 在稀硫酸溶液中可被金属锌还原为 XZ3， 产物还有 ZnSO4 和 H2O，该反应的化学方程式是________。
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 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】 该元素处于第四周期且最外层仅有 1 个电子，则其 最外层电子排布式为 4s1，此时 3s 和 3p 应已填满，3d 轨道可能全 空、半充满或全充满，即其电子排布式分别为：
[Ar]4s1、[Ar]3d54s1、[Ar]3d104s1。