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第一章　原子结构与性质
第一节　原子结构
第3课时　泡利原理、洪特规则、
能量最低原理
一、电子自旋与泡利原理
1．电子的自旋
(1)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。
(2)电子自旋在空间有顺时针和逆时针两种取向，简称____________，常用上下箭头(↑和↓)表示自旋相反的电子。
自旋相反
2．泡利原理
1925年，泡利正式提出：在一个原子轨道里，最多只能容纳____个电子，它们的自旋________，这个原理被称为泡利原理(也称泡利不相容原理)。
2
相反
二、洪特规则
1．具体内容
基态原子中，填入简并轨道的电子总是先______分占，且自旋______，
称为洪特规则。例如，基态氧原子的最外层轨道表示式为____________。
单独
平行
2．电子排布的轨道表示式
(1)轨道表示式
轨道表示式(又称电子排布图)是表述电子排布的一种图式。例如，基
态氧原子的轨道表示式为__________________。
(2)表示方法
①在轨道表示式中，用方框(也可用圆圈)表示____________，能量______的原子轨道(简并轨道)的方框相连。
②箭头表示一种自旋状态的电子，“↑↓”称_________，“↑”或“↓”称_________(或称_______________)；箭头同向的单电子称____________。
③通常应在方框下方或上方标记______符号；有时画出的能级上下错落，以表达______高低不同。
原子轨道
相同
电子对
单电子
未成对电子
自旋平行
能级
能量
三、能量最低原理
1．具体内容
在构建基态原子时，电子将尽可能地占据能量______的原子轨道，使整个原子的能量______，这就是能量最低原理。
最低
最低
2．决定整个原子能量的因素
(1)整个原子的能量由____________、_________和____________三个因素共同决定。
(2)相邻能级能量相差很大时，电子填入_________的能级即可使整个原子能量______(如所有主族元素的基态原子)。
(3)当相邻能级能量相差不太大时，有__________电子占据能量______的能级可能反而降低了电子排斥能而使整个原子能量______(如所有副族元素的基态原子)。
核电荷数
电子数
电子状态
能量低
最低
1～2个
稍高
最低
◆拓展延伸
洪特规则的特例
(1)在简并轨道上电子排布处于全充满、半充满或全空状态时，原子具有较低的能量和较强的稳定性。
(2)相对稳定的状态如下：
例如，基态24Cr的电子排布式：
[Ar]3d54s1，基态29Cu的电子排布式：[Ar]3d104s1。
×
√
×
×
[问题设计]
(1)试分别写出基态碳、氮原子的轨道表示式。
(2)金(79Au)处于第六周期，与铜(29Cu)同族。试写出基态金原子的价层电子轨道表示式，并判断其原子核外电子运动状态的种类。
基态原子(或离子)核外电子排布的三原则
【例1】 在一个基态多电子原子中，下列说法正确的是 (　　)
A．电子的填充一定要遵循泡利原理和洪特规则
B．不可能有两个能量完全相同的电子
C．基态原子中M层上电子的能量不一定比L层上电子的能量高
D．如果某一基态原子2p能级上仅有2个电子，那么它们必然自旋相反
A
解析：
电子的填充一定要遵循能量最低原理、泡利原理和洪特规则，A正确；相同能层的同一能级电子能量相同，B错误；基态原子中M层上电子的能量一定比L层上电子的能量高，C错误；如果某一基态原子2p能级上仅有2个电子，那么它们应该自旋平行且占据不同的p轨道，D错误。
B
解析：
2.按要求完成填空：
(1)基态O2-核外电子排布式：______________________________。
(2)基态氯原子核外电子轨道表示式：________________________。
(3)基态Fe3+核外M能层电子轨道表示式：_________________。
(4)基态钒原子价层电子轨道表示式：___________________。
答案：(1)1s22s22p6
探究二　核外电子的运动状态及能量高低的判断
　　　　　　　　　　　　　
钠离子电池是一种嵌脱式电池，充电时钠离子从正极脱嵌移至负极，钠离子被还原成钠；放电时钠离子从负极进入正极，外电路中电子从负极进入正极。
[问题设计],(1)试写出基态钠原子的核外电子轨道表示式，并判断其核外电子运动状态的种类和空间运动状态的种类。
(2)下列锂原子的轨道表示式所表示的状态中，能量最低的是_______（填标号，下同），能量最高的是____________。
提示：D　C
1.判断电子运动状态的方法
(1)描述电子运动状态的“四要素”——能层、能级、原子轨道和自旋取向。
(2)在同一原子中，不可能存在运动状态完全相同的两个电子，故原子核外电子的运动状态种类＝核外电子总数。
2.根据轨道表示式判断原子的能量高低
(1)先判断原子是处于基态还是激发态，基态原子的能量低于激发态原子的能量。
(2)对于激发态原子，离核越远的轨道排布的电子越多，该原子具有的能量就越高。
(3)当原子中同一能级的不同原子轨道（简并轨道）排布相同数目电子时，该原子具有的能量相同。
【例2】 下列碳原子核外电子的轨道表示式所表示的状态中能量关系正确的是 (　　)
A.①＝②＝③＝④ B.③>④>①>②
C.④>③>①＝② D.②>①>④>③
D
解析：
③是基态碳原子，其能量最低；①、②、④都是激发态碳原子，其能量都高于③。①和②相比较，②中1s轨道未排布电子，其能量高于①；①和④相比较，①中2p轨道排布4个电子，④中2p轨道排布3个电子，故①的能量高于④，综上所述，能量由高到低的顺序是②＞①＞④＞③。
A
解析：
4.下列硅原子的价层电子轨道表示式表示的状态中，能量最高的是 (　　)
D
解析：
A项表示基态硅原子，B项不符合洪特规则，C、D项均表示激发态原子，其中D项3d轨道排布2个电子，其能量更高，选D。
1.以下对核外电子运动状况的描述正确的是 (　　)
A.同一原子中，2p、3p、4p能级的轨道依次增多
B.电子云图中的一个小黑点表示一个自由运动的电子
C.基态硅原子中所有电子占有9个原子轨道
D.在同一能级上运动的电子，其运动状态不可能相同
D　
解析：
解析：
C错误；一个原子中，没有电子层、电子亚层、电子云伸展方向和自旋方向完全相同的两个电子存在，所以在同一能级上运动的电子，其运动状态不可能相同，D正确。
2.某同学将磷原子的核外电子排布式写成1s22s22p63s13p4，违反了 (　　)
A.能量守恒定律 B.泡利原理
C.能量最低原理 D.洪特规则
C　
解析：
由能量最低原理可知，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，则核外电子排布式1s22s22p63s13p4违反了能量最低原理，正确的核外电子排布式为1s22s22p63s23p3。
3.下列说法正确的是 (　　)
A.基态氮原子的电子排布式为1s22s22p2p，违反了洪特规则
B.基态钛原子简化的电子排布式为[Ar]4s2
C.“纷纷灿烂如星陨”的烟花是某些金属元素的焰色试验，焰色试验属于化学变化
D.原子的电子排布式由1s22s22p33s1→1s22s22p4形成吸收光谱
A　
解析：
基态氮原子的电子排布式为1s22s22p2p2p，题中写法违反了洪特规则，A正确；钛原子的原子序数为22，简化的电子排布式为 [Ar]3d24s2，B错误；焰色试验是物质原子内部电子能级改变的结果，属于物理变化，C错误；由激发态到基态，释放光能，形成发射光谱，D错误。
4.下面是第二周期部分元素基态原子的核外电子轨道表示式，下列说法错误的是 (　　)
A.每个原子轨道里最多只能容纳2个电子
B.电子排在同一能级时，总是优先单独占据一个轨道
C.每个能层所具有的能级数等于该能层的序数
D.氮原子中有5种电子运动状态
D　
解析：
由题给的四种元素原子的轨道表示式可知，在一个原子轨道里，最多能容纳2个电子，它们的自旋相反，符合泡利原理，A正确；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，符合洪特规则，B正确；任意能层的能级总是从s能级开始，而且能级数等于该能层序数，C正确；原子核外电子运动的能层、能级、原子轨道都代表电子的运动状态，即使在一个原子轨道的2个电子，其自旋相反，故氮原子中有7种电子运动状态，D错误。
5.四种常见元素的性质或结构信息如表所示，试根据信息回答相关问题。
(1)A是______（填元素符号，下同），其基态原子的电子排布式为__________________。
(2)B是______，其基态原子的价层电子轨道表示式为___________。
(3)C是______，其基态原子核外存在______对自旋相反的电子。
(4)D是______，其基态原子核外有______种不同运动状态的电子。

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