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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
和能量最低原理
人教版 化学 2019选择性必修2
知道泡利原理和洪特规则，能书写1 36号元素的基态原子的轨道表示式。
理解能量最低原理，知道基态原子的核外电子排布遵循泡利原理、洪特规则和能量最低原理，能解释一些元素的基态原子的核外电子排布不遵循构造原理的原因。
学习目标
温故而知新
铁元素有两种常见的离子存在形态：Fe2+、Fe3+。它们的核外电子排布存在怎样的差异呢？
向FeCl3溶液中滴入KSCN溶液
向FeCl2溶液中滴入KSCN溶液
Fe ：1s22s22p63s23p63d64s2
Fe2+：1s22s22p63s23p63d6
Fe3+：1s22s22p63s23p63d5
思考与交流
为什么每个原子轨道中最多可容纳两个电子？
能层 K L M N …
能级 1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s 4p 4d 4f …
能级数 1 2 3 4 …
各能级 轨道数 1 1 3 1 3 5 1 3 5 7 …
各能层 轨道数 1 4 9 16 …
最多容纳 电子数 2 8 18 32 …
斯特恩-盖拉赫实验
在实验中发现了银原子束经过不均匀磁场，产生了偏转，并最终在屏幕垂直方向上，形成了两个上下对称的非连续分布。至此，所有的粒子从理论上就都有了——自旋。
1. 电子自旋与泡利原理
1925年，两个荷兰年轻人提出：电子除空间运动状态外，还有一种状态叫做自旋。
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，常用上下箭头（“↑”和“↓”）表示自旋相反的电子。
自旋是微观粒子普遍存在的一种如同电荷、质量一样的内在属性。
一、核外电子排布规律——泡利原理、洪特规则、能量最低原理
1925年，泡利正式提出：在一个原子轨道里，最多只能容纳2个电子，它们自旋相反，这个原理被称为泡利原理（也称泡利不相容原理）。
思考: 一个原子中能否存在运动状态完全相同的2个电子？
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，不存在运动状态完全相同的2个电子。
2. 电子排布的轨道表示式（电子排布图）
轨道表示式（又称电子排布图）是表述电子排布的一种图式。用方框（也可用圆圈）表示原子轨道，能量相同的原子轨道（简并轨道）的方框相连，箭头（↑↓）表示一种自旋状态电子。
↑↓
↑↓
↑↓
↑
↑
↑↓
1s
↑↓
↑↓
↑
↑
1s22s22p4
O
2s
2p
1s
2s
2p
原子轨道
能级符号
自旋状态的电子
电子对
单电子
自旋平行
简并轨道
电子排布图
1s22s22p63s1
Na
能级上下错落表达能量的高低
H
1s1
He
1s2
↑
1s
↓
1s
H
或
H
↑↓
1s
↑↑
1s
↓↓
1s
He
↑↓
↑↓
↑
↑↓
↑↓
↑↓
1s
2s
2p
3s
Na
思考与讨论
请同学们尝试书写6、7、9号元素的基态原子的电子排布式和轨道表示式。
1s22s22p2
C
1s22s22p3
N
1s22s22p5
F
↑↓
↑↓
↑
↑
↑↓
↑↓
↑
↑
↑
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑
1s
2s
2p
1s
2s
2p
1s
2s
2p
↑↓
↑
↓
↑
↑↓
↑
↑↓
2p
2p
2p
哪种排布结果更符合实际呢？
3. 洪特规则
弗里德里希·洪特
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，称为洪特规则。
52%
45%
70%
2p3的电子排布为
不能为
2p4的电子排布为
不能为
↑↓ ↑ ↓
↑↓ ↑↓
2p
使用范围
2. 洪特规则适用于电子填入简并轨道，并不适用于电子填入能量不同的轨道
1. 洪特规则不仅适用于基态原子，也适用于基态离子
思考与讨论
请同学们尝试书写6、7、9号元素的基态原子的电子排布式和轨道表示式。
↑↓
↑↓
↑
↑
1s22s22p2
C
↑↓
↑↓
↑
↑
↑
1s22s22p3
N
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑
1s22s22p5
F
1s
2s
2p
1s
2s
2p
1s
2s
2p
↑↓
↑
↓
↑
↑↓
↑
↑↓
2p
2p
2p
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。
相对稳定的状态
全充满： p6、d10、f14
半充满：p3、d5、f7
全空： p0、d0、f0
24Cr
↑
4s
↑
↑
↑
3d
↑
↑
↑↓
4s
↑
↑
↑
3d
↑
4s
3d
29Cu
↑
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
4s
↑↓
↑↓
↑↓
3d
↑↓
↑
只有一组全满的简并轨道
有两组半满的简并轨道
只有一组全满的简并轨道
有一组全满、一组半满的简并轨道
不满足能量最低原理
不满足洪特规则
不满足泡利原理
思考与讨论
1. 下列轨道表示式中哪个是硼的基态原子？为什么？
2. 下列轨道表示式中哪个是氧的基态原子？为什么？
↑↓
↑↓
↑
↑↑
↓↓
↑
1s
2s
2p
1s
2s
2p
A.
B.
↑↓
↑↓
↑↓
↑
↑
↑↓
↑↓
↑↓
↓
↑
1s
2s
2p
1s
2s
2p
A.
B.
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
1s
2s
2p
C.
↑↓
↑↓
↑↓
↓
↓
1s
2s
2p
D.
思考与讨论
请同学们尝试书写13 18号元素的基态原子的轨道表示式。
↑↓
↑
↑↓
↑
↑
3s
3p
3s
3p
Al
Si
↑↓
↑
↑
↑
3s
3p
P
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
1s
2s
2p
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
1s
2s
2p
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
1s
2s
2p
↑↓
↑↓
↑
↑
3s
3p
S
↑↓
↑↓
↑↓
↑
3s
3p
Cl
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
3s
3p
Ar
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
1s
2s
2p
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
1s
2s
2p
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
1s
2s
2p
4. 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，使整个原子的能量最低，这就是能量最低原理。
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)相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。
(2)当相邻能级能量差别不大时，有1-2个电子填入能量稍高的能级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。
整个原子的能量是由____________、____________和 ___________三个因素共同决定。
当相邻能级能量相差很大时，电子填入能量低的能级即可使整个原子能量最低；而当相邻能级能量相差不太大时，1 2个电子占据能量稍高的能级可能反而降低了电子之间的相互排斥而使整个原子的能量最低。
总之，基态原子的核外电子排布遵循________________、______________和_____________原理。
核电荷数
电子数
电子状态
泡利原理
洪特规则
能量最低
核外电子排布规律
【小结】
原子结构
自旋相反、自旋平行
核外电子排布图
泡利原理
洪特规则特例
核外电子排布规律
电子对、单电子
能量最低原理
洪特规则
原子轨道、能级符号、简并轨道
【本节小结】
感谢聆听

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