能量最低原理 泡利原理洪特规则

轨道数目 1
3
5
7
三、核外电子排布
1．泡利原理 在一个原子轨道里最多只能容纳____2____个电子，而且自 旋状态____相__反__，用__“_↑_↓_”___表示。
2．洪特规则；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，而且自旋状态____相__同______。
·化学
·选修③
路漫漫其修远兮 吾将上下而求索
第一章 原子结构与性质
第一章
第一节 原子结构
第2课时 能量最低原理 泡利原理 洪特规则
1 情境呈现 激趣入 题
2 自主探究 新知预习
5 课堂达标 夯实基础
3 预习自测 初试牛刀
6 视点拓展 专家博客
4 课堂探究 疑难解惑
7
课时作业
情境呈现 激趣入题
二、电子云与原子轨道 1．电子云 (1)概念：电子云是处于一定空间运动状态的电子在原子核 外空间的_概__率__密__度___分布的形象化描述。小黑点越密，表示概 率密度__越__大____。由于核外电子的概率密度分布看起来像一片 云雾，因而被形象地称为_电__子__云___。
(2)电子云的形状： s电子云呈____球____形
如氮原子、氟原子的电子排布图：
↑↑↑
↑↓ ↑↓ ↑
3．电子排布图：用方框表示原子轨道，用不同方向的箭 头表示自旋状态不同的电子的式子。
如氮原子的电子排布图是_____________________。
预习自测 初试牛刀
1．思考辨析： 导学号 09440040 (1)电子跃迁时只吸收能量。( ) (2)处于激发态的原子都遵循能量最低原理、泡利原理和洪 特规则。( ) (3) 电 子 云 图 中 的 小 黑 点 密 度 的 大 小 表 示 电 子 的 多 少 。 () (4)任意能层上的 s 轨道电子云都是球形的。( )
3．洪特规则：原子核外电子在能量相同的各个轨道上排 布时，电子尽可能分占不同的原子轨道，且自旋状态相同， 这样整个原子的能量最低。
比如C：最外层的p能级上有三个轨道 写出基态C原子的最外层p能级上两个电子的可能排布：
p有3个轨道，而碳原子2p能层上只有两个电子，电子应 优先分占，而不是挤入一个轨道，C原子最外层p能级上两个 电子的排布应如①所示，这就是洪特规则。
半充满时比
有
空轨道时要稳定，出现该种情况的元素一般位于过渡元素
区。还需要补充说明的是电子排布的构造原理是概括了大量
实验事实后提出的一般结论。因此，绝大多数原子的核外电
子排布与原理一致。但有些过渡元素会出现特殊情况，构造
原理还有待于进一步发展完善。
下列原子的最外层电子的电子排布图中，哪一 种状态的能量较低？ 导学号 09440046
(5)
正确地描述了核外电子运动状
态且能据此确定电子能级。( )
答案：(1)× (2)× (3)× (4)√ (5)×
2．下列说法正确的是 导学号 09440041 ( ) A．自然界中的所有原子都处于基态 B．同一原子处于激发态时的能量一定高于基态时的能量 C．无论原子种类是否相同，基态原子的能量总是低于激 发态原子的能量 D．激发态原子的能量较高，极易失去电子，表现出较强 的还原性
霓虹灯为什么能够发出五颜六色的光 霓虹灯之所以能够发出五颜六色的光，其原因与氢原子光 谱形成的原因基本相同。对霓虹灯而言，灯管中装载的气体不 同，在高电压的激发下发出的光的颜色就不同。例如，氖灯的 灯管中充入的气体是氖气，通电后在电场作用下，放电管里的 氖原子中的电子吸收能量后跃迁到能量较高的轨道，但处在能 量较高轨道上的电子会很快地以光的形式辐射能量而跃迁回能 量较低的轨道，所发出的光的波长恰好位于可见光区域中的红 色波段，所以我们看到的是红色光。类似地，在通电后氩气发 蓝色光，氦气发粉红色光，水银蒸气发蓝色光，等等。
2．泡利原理：每个原子轨道上最多只能容纳两个自旋状
态相反的电子。如2s轨道上的电子排布为
，不能表示为
。 比如氦原子有两个电子，按能量最低原则，这两个电子 都应当排布在1s原子轨道上。显然，这两个电子在1s轨道上的 分布可能是下列两种状态之一：↑↑(自旋相同)或↑↓(自旋 相反)。泡利通过总结诸多光谱实验事实确定，基态氦原子的 电子排布是↑↓，这就是电子在原子轨道上排布要遵循的原 则——泡利不相容原理。
6．如图是 s 能级和 p 能级的原子轨道图，试回答问题： 导学号 09440045
s 电子的原子轨道呈________形，每个 s 能级有________ 个原子轨道；p 电子的原子轨道呈________形，每个 p 能级有 ________个原子轨道。
答案：球 1 哑铃 3
解析：ns能级各有1个轨道，np能级各有3个轨道，s电子 的原子轨道都是球形的，p电子的原子轨道都是哑铃形的，每 个p能级有3个原子轨道，它们相互垂直，分别以px、py、pz表 示。
提示：①虽然电子排布是遵循构造原理的，但书写时应按 照电子层的顺序排列。如铁原子的电子排布式是 1s22s22p63s23p63d64s2，而不宜写作1s22s22p63s23p64s23d6。
答案：B 解析：处于最低能量的原子称为基态原子。电子由较低能 级向较高能级跃迁，叫激发。激发态原子的能量只是比原来基 态原子的能量高。如果电子仅在内层激发，电子未获得足够的 能量，不会失去。
3．下列表达正确的是 导学号 09440042 ( ) A．1s22p1属于基态 B．1s22s22p63s23p63d54s2属于激发态 C．1s22s22p63d1属于激发态 D．1s22s22p63s1属于基态 答案：C 解析：根据构造原理写出来的原子处于基态。当基态原子 的电子吸收能量后，电子会跃迁到较高能级，变成激发态原 子。A项，电子从2s能级跃迁到2p能级，属于激发态；B项属 于 基 态 ； C 项 ， 电 子 从 3s 能 级 跃 迁 3d 能 级 ， 属 于 激 发 态 ， D 项，电子从3s能级跃迁到3p能级，属于激发态。
自主探究 新知预习
一、基态与激发态、光谱 1．能量最低原理 现代物质结构理论证实，原子中的电子排布遵循构__造__原__理__ 能使整个原子的能量处于__最__低____状态Hale Waihona Puke Baidu简称能量最低原理。 2．基态原子与激发态原子
最低能量
吸收 释放
较高
能量
3．光谱与光谱分析 (1)原子光谱：不同元素的原子发生跃迁时会吸收或释放不 同的光，可以用光谱仪摄取各种元素的电子__吸__收____光谱或 __发__射____光谱，总称原子光谱。 (2)光谱分析：现代化学中，常利用原子光谱上的_特__征__谱__线_ 来鉴定元素，称为光谱分析。
答案：(1)B (2)A (3)A (4)A
点评：在书写基态原子的电子排布图时，常出现以下几 种错误：
●变式训练 1．请指出下列元素原子的电子排布式或电子排布图各违
背了哪一规律，并更正。 导学号 09440047 (1)C：1s22s22p2x2p0y 2p0z 。 (2)Sc：1s22s22p63s23p63d3。 (3)Ti：1s22s22p53s23p10。 (4)F－：1s22s23p6。 (5)Cr：1s22s22p63s23p63d44s2。
(2)简化的电子排布式 电子排布式中的内层电子排布可用相应的稀有气体的元素 符号加方括号来表示，以简化电子排布式。以稀有气体的元素 符号外加方括号表示的部分称为“原子实”。如钙的电子排布 式 为 1s22s22p63s23p64s2 ， 其 简 化 的 电 子 排 布 式 可 以 表 示 为 [Ar]4s2。
A．原子核外的电子像云雾一样笼罩在原子核周围，故称 电子云
B．s能级的原子轨道呈球形，处在该轨道上的电子只能 在球壳内运动
C．p能级的原子轨道呈哑铃形，随着能层的增加，p能级 原子轨道也在增多
D．与s电子原子轨道相同，p电子原子轨道的平均半径随 能层的增大而增大
答案：D
解析：电子云是对电子运动的形象化描述，它仅表示电子 在某一区域内出现的概率，并非原子核真被电子云雾所包围， 故选项A错误；原子轨道是电子出现的概率约为90%的空间轮 廓，它表明电子在这一区域内出现的机会大，在此区域外出现 的机会少，故选项B错误；无论能层序数n怎样变化，每个p能 级都是3个原子轨道且相互垂直，故选项C错误；由于按1p、 2p、3p…的顺序，电子的能量依次增大，电子在离核更远的区 域出现的概率逐渐增大，电子云越来越向更大的空间扩展、原 子轨道的平均半径逐渐增大。
提示：为什么某些原子核外电子排布违背构造原理？
根据构造原理，在书写少数元素如Cu、Ag、Au、Cr等基态原 子的电子排布式时会有1个电子的偏差。如Cr： 1s22s22p63s23p63d54s1(非3d44s2)，Cu： 1s22s22p63s23p63d104s1(非3d94s2)。对于这一现象，洪特通过分 析光谱实验的结果指出：能量相同的原子轨道在全充满(如 s2、p6和d10等)、半充满(如s1、p3和d5等)以及全空(如s0、p0和 d0等)状态时体系的能量较低，原子较稳定。如Cr：
答案：(1)洪特规则 C：1s22s22p1x2p1y2p0z (2)能量最低原理 Sc：1s22s22p63s23p63d14s2 (3)泡利原理 Ti：1s22s22p63s23p63d24s2 (4)能量最低原理 F－：1s22s22p6 (5)洪特规则 Cr：1s22s22p63s23p63d54s1
4．下如关于硅原子的核外电子排布表示式中，错误的是
导学号 09440043 ( )
A．1s22s22p63s23p2
B．[Ne]3s23p2
C．
D．
答案：C
解析：A和B两项都是电子排布式，C和D两项都是电子排
布图，其中C项违背了洪特规则。
5．下列有关电子云和原子轨道的说法正确的是 导学号 09440044 ( )
p电子云呈__哑__铃____形
2．原子轨道 (1)原子轨道：通常把电子云轮廓图中电子出现的概率约为 __9_0_%____的空间圈出来，这种电子云轮廓图称为原子轨道。每 一个原子轨道表示电子在原子核外的__一__个____空间运动状态。 (2)能级与原子轨道数目关系
能级符号 ns np nd nf
课堂探究 疑难解惑
核外电子排布遵循的规律
1.能量最低原理：原子核外电子总是优先占有能量低的轨 道，然后依次进入能量高的轨道，这样使整个原子处于能量最 低的状态。
这个原则是比较抽象的，如果我们打个这样的比方就可以 理解了，也易于记忆了。把地球比作原子核，把能力高的大 雁、老鹰等鸟比作能量高的电子，把能力低的麻雀、小燕子等 鸟比作能量低的电子。能力高的鸟常在离地面较高的天空飞 翔，能力低的鸟常在离地面很低的地方活动。
解析：从电子排布遵循的原则入手，看是否符合能量最 低原理、泡利原理、洪特规则及其特例。
描述核外电子排布的化学用语
1.电子排布式 (1)定义：用核外电子分布的原子轨道(能级)及各原子轨道 ( 能 级 ) 上 的 电 子 数 来 表 示 电 子 排 布 的 式 子 。 如 1s22s22p4 、 1s22s22p63s23p63d64s2分别是O、Fe原子的电子排布式。 以铝原子为例，电子排布式中各符号、数字的意义为：
(3)外围电子排布式 在原子的核外电子排布式中，省去“原子实”后剩下的部 分称为外围电子排布式，也叫价电子排布。如氯、铜原子的电 子 排 布 式 分 别 为 1s22s22p63s23p5 、 1s22s22p63s23p63d104s1 ， 用 “原子实”的形式分别表示为[Ne]3s23p5、[Ar]3d104s1，其外围 电子排布式分别为3s23p5、3d104s1。
(1)氮原子： (2)钠原子：A.3s1 B．3p1 (3)铬原子：A.3d54s1 B．3d44s2
(4)碳原子：
解析：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，且自旋状态相同，故(1)选B，(4) 选A；据能量最低原理，核外电子先占有能量低的轨道，再占 有能量高的轨道，(2)中由于s轨道能量低于p轨道，故选A；(3) 中A：d5为半充满状态，为相对稳定的状态，B不是，所以选 A。