（新教材適用）2023-2024學(xué)年高中化學(xué)第1章原子結(jié)構(gòu)與性質(zhì)第1節(jié)原子結(jié)構(gòu)第3課時(shí)泡利原理洪特規(guī)則能量最低原理學(xué)案新人教版選擇性必修2

第3課時(shí)泡利原理、洪特規(guī)則、能量最低原理核心素養(yǎng)發(fā)展目標(biāo)1．能從原子微觀層面理解原子的組成、結(jié)構(gòu)等。能根據(jù)核外電子的三條規(guī)則熟知核外電子排布的表示方法。2．能根據(jù)核外電子的表示方法，推導(dǎo)出對(duì)應(yīng)的原子或離子。原子核外電子的排布規(guī)則1．泡利原理在一個(gè)原子軌道里，最多只能容納_2__個(gè)電子，它們的自旋_相反__，常用上下箭頭(↑和↓)表示自旋相反的電子。2．電子排布的軌道表示式(電子排布圖)在軌道表示式中，用方框(也可用圓圈)表示原子軌道。O的軌道表示式如下：。回答下列問題：(1)簡(jiǎn)并軌道：_能量相同的原子軌道__。(2)電子對(duì)：_同一個(gè)原子軌道中，自旋方向相反的一對(duì)電子__。(3)單電子(或未成對(duì)電子)：_一個(gè)原子軌道中若只有一個(gè)電子，則該電子稱為單電子__。(4)自旋平行：_箭頭同向的單電子稱為自旋平行__。(5)在氧原子中，有_3__個(gè)電子對(duì)，有_2__個(gè)單電子。(6)在氧原子中，有_5__種空間運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，有_8__種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不同的電子。3．洪特規(guī)則(1)內(nèi)容：基態(tài)原子中，填入_簡(jiǎn)并軌道__的電子總是先單獨(dú)分占，且自旋平行。(2)特例在簡(jiǎn)并軌道上的電子排布處于全充滿、半充滿和全空狀態(tài)時(shí)，具有_較低__的能量和_較大__的穩(wěn)定性。相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(全充滿：p6、d10、f14,全空：p0、d0、f0,半充滿：p3、d5、f7))如24Cr的電子排布式為_1s22s22p63s23p63d54s1__，為半充滿狀態(tài)，易錯(cuò)寫為1s22s22p63s23p63d44s2。4．能量最低原理(1)內(nèi)容：在構(gòu)建基態(tài)原子時(shí)，電子將盡可能地占據(jù)_能量最低__的原子軌道，使整個(gè)原子的能量最低。(2)因素：整個(gè)原子的能量由_核電荷數(shù)__、_電子數(shù)__和_電子狀態(tài)__三個(gè)因素共同決定。深度思考1．下列軌道表示式中哪個(gè)是氧的基態(tài)原子(A)提示：根據(jù)洪特規(guī)則，基態(tài)原子中，填入簡(jiǎn)并軌道的電子總是先單獨(dú)分占，且自旋平行。2．為什么基態(tài)氦原子的電子排布式是1s2而不是1s12s1?提示：氦原子核外有2個(gè)電子，根據(jù)能量最低原理和泡利原理，基態(tài)氦原子的2個(gè)電子以自旋相反的形式填充在能量最低的1s軌道中，且1s軌道和2s軌道能量相差較大，所以基態(tài)氦原子不會(huì)出現(xiàn)2個(gè)電子單獨(dú)分占1s、2s軌道的情況。3．為什么基態(tài)K和Ca的價(jià)層電子是4s1和4s2，則不是3d1和3d2?提示：根據(jù)構(gòu)造原理，3d能級(jí)的能量大于4s能級(jí)的能量，所以依據(jù)能量最低原理，電子填入能量低的能級(jí)可使整個(gè)原子的能量最低。4．指出下列核外電子排布的軌道表示式的書寫分別違背了什么原則？①2p軌道上有3個(gè)電子的原子：②2p軌道上有2個(gè)電子的原子：③基態(tài)P原子：1s22s22p63s23peq\o\al(2,x)3peq\o\al(1,z)④4s軌道上有2個(gè)電子的原子：⑤3d軌道上有8個(gè)電子的原子：提示：①②③⑤違背了洪特規(guī)則，當(dāng)電子排布在同一能級(jí)的不同軌道時(shí)，原子中的電子總是優(yōu)先單獨(dú)占據(jù)一個(gè)軌道，且自旋平行；④違背了泡利原理，一個(gè)原子軌道最多只能容納2個(gè)電子，而且這2個(gè)電子的自旋相反。注意：書寫軌道表示式時(shí)，常出現(xiàn)的錯(cuò)誤及正確書寫正誤判斷1．當(dāng)電子排布在同一能級(jí)的不同軌道時(shí)，電子總是先占滿1個(gè)軌道，然后再占據(jù)其他原子軌道。(×)2．eq\o\al(12,6)C的電子排布式1s22s22peq\o\al(2,x)違反了洪特規(guī)則。(√)3．違背了泡利原理。(×)4．Al原子核外有1個(gè)未成對(duì)電子。(√)5．每個(gè)電子層上最多容納2n2個(gè)電子是由泡利不相容原理決定的。(√)應(yīng)用體驗(yàn)1．下列有關(guān)氮原子的軌道表示式中違反洪特規(guī)則的是(B)A.B.C.D.解析：中，電子先排布在能量最低的軌道，然后依次進(jìn)入能量較高的軌道，并且遵循洪特規(guī)則，A不符合題意；中，電子雖然占據(jù)2p能級(jí)中的3個(gè)軌道，但自旋方向不完全相同，違反了洪特規(guī)則，B符合題意；中，電子沒有排滿1s、2s軌道，就進(jìn)入2p軌道，違反了能量最低原理，但沒有違反洪特規(guī)則，C不符合題意；中，電子沒有排滿2s軌道，就進(jìn)入2p軌道，只違反能量最低原理，D不符合題意。故選B。2．下列說法錯(cuò)誤的是(A)A．氮原子的軌道表示式：B．K＋核外電子排布式1s22s22p63s23p6C．L層的p軌道上有一個(gè)空軌道和M層的p軌道上有一個(gè)空軌道的元素在同一族D．2p、4p能級(jí)的軌道數(shù)相等解析：氮原子的電子排布式為1s22s22p3，軌道表示式：，A錯(cuò)誤；K的電子排布式為1s22s22p63s23p64s1，則K＋電子排布式1s22s22p63s23p6，B正確；L層的p軌道上有一個(gè)空軌道的原子，其價(jià)電子排布式為2s22p2，M層的p軌道上有一個(gè)空軌道的元素，其價(jià)電子排布式為3s23p2，則兩種元素都在第ⅣA族，C正確；2p、4p能級(jí)的軌道數(shù)都為3個(gè)，D正確。故選A。3．下列對(duì)電子排布式或電子排布圖書寫的評(píng)價(jià)正確的是(C)選項(xiàng)化學(xué)用語(yǔ)評(píng)價(jià)AO原子：錯(cuò)誤；違反泡利不相容原理BN原子：錯(cuò)誤；違反洪特規(guī)則CCa原子：1s22s22p63s23p63d2錯(cuò)誤；違反能量最低原理D26Fe3＋：1s22s22p63s23p63d6正確解析：電子應(yīng)先單獨(dú)占據(jù)軌道，違反了洪特規(guī)則，不符合題意，A錯(cuò)誤；相同軌道中的兩個(gè)電子運(yùn)動(dòng)方向相反，違反了泡利不相容原理，不符合題意，B錯(cuò)誤；Ca原子的電子排布式：1s22s22p63s23p64s2，違反能量最低原理，符合題意，C正確；Fe3＋的電子排布式26Fe3＋：1s22s22p63s23p63d5，評(píng)價(jià)錯(cuò)誤，D錯(cuò)誤。故選C。能量最低原理表述的是“整個(gè)原子處于能量最低狀態(tài)”，而不是說電子填充到能量最低的軌道中去，泡利原理和洪特規(guī)則都使“整個(gè)原子處于能量最低狀態(tài)”，如24Cr原子的電子排布式：1s22s22p63s23p63d54s1不是3d44s2。(1)絕大多數(shù)原子的電子排布式只要遵循構(gòu)造原理就能符合能量最低原理。(2)Cr、Cu、Ag、Au等少數(shù)原子的電子排布式雖不遵循構(gòu)造原理，但符合能量最低原理。(3)具有相同能量，自旋方向不同的電子，其運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不相同，即某多電子原子中不可能存在2個(gè)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)完全相同的電子。1．下列各項(xiàng)敘述錯(cuò)誤的是(A)A．如果硫原子軌道表示式為，則違反了泡利原理B．如果25號(hào)Mn元素的基態(tài)電子排布式為1s22s22p63s23p63d7，則違反了構(gòu)造原理C．氮原子的軌道表示式為，符合洪特規(guī)則和泡利原理D．泡利原理、洪特規(guī)則、構(gòu)造原理都是對(duì)核外電子排布滿足能量最低的要求解析：所畫的軌道表示式中3p能級(jí)，在等價(jià)軌道(相同電子層、電子亞層上的各個(gè)軌道)上排布的電子將盡可能分占不同的軌道，且自旋方向相同，違背了洪特規(guī)則，故A錯(cuò)誤；因?yàn)?s軌道能量比3d軌道能量還低，所以25號(hào)Mn元素的基態(tài)電子排布式為1s22s22p63s23p63d7違反了能量最低原理，應(yīng)該為1s22s22p63s23p63d54s2，故B正確；氮原子的軌道表示式為，符合洪特規(guī)則和泡利原理，故C正確；泡利原理、洪特規(guī)則、構(gòu)造原理都是對(duì)核外電子排布滿足能量最低的要求，故D正確。2．下列氮原子的電子排布圖中，屬于激發(fā)態(tài)，且能量最高的是(D)解析：A為基態(tài)原子的電子排布圖，能量最低，與基態(tài)原子相比有更多電子躍遷到能量更高的軌道，則該激發(fā)態(tài)原子的能量最高，故選D。3．下列說法中不正確的是(B)A．電子在3px與3pz軌道上的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不相同B．1s22s12peq\o\al(0,x)2peq\o\al(1,y)2peq\o\al(1,z)違背了洪特規(guī)則，是激發(fā)態(tài)原子的電子排布式C．原子結(jié)構(gòu)示意圖為的原子，核外電子云有兩種不同形狀D．基態(tài)Ni原子的價(jià)電子排布圖為解析：3px與3pz軌道上的電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不相同，A正確；1s22s12peq\o\al(0,x)2peq\o\al(1,y)2peq\o\al(1,z)是違背了能量最低原理，B錯(cuò)誤；原子結(jié)構(gòu)示意圖為的原子的核外電子排布式為1s22s22p4，只有s、p兩種能級(jí)，故只有兩種不同形狀的電子云，C正確；符合基態(tài)Ni原子的價(jià)電子排布，D正確。4．下列硼原子軌道表示式表示的狀態(tài)中，能量最高的是(A)解析：原子核外電子排布中，如果電子所占的軌道能級(jí)越高，該原子能量越高，根據(jù)圖知，電子排布能量較高的是2s、2p能級(jí)，則能量最高的是2p軌道，有3個(gè)電子，C和A相比，C符合洪特規(guī)則能量更低，所以能量最高的是A。故選A。5．已知錳的核電荷數(shù)為25，以下是一些同學(xué)繪制的基態(tài)錳原子核外電子的軌道表示式，其中最能準(zhǔn)確表示基態(tài)錳原子核外電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的是(D)解析：錳是25號(hào)元素，其原子核外有25個(gè)電子，A違反洪特規(guī)則，故A錯(cuò)誤；B違反泡利原理，故B錯(cuò)誤；C違反洪特規(guī)則，故C錯(cuò)誤；D符合泡利原理和洪特規(guī)則，故D正確。6．KH2PO4晶體具有優(yōu)異的非線性光學(xué)性能。我國(guó)科學(xué)工作者制備的超大KH2PO4晶體已應(yīng)用于大功率固體激光器，填補(bǔ)了國(guó)家戰(zhàn)略空白?；卮鹣铝袉栴}：(1)在KH2PO4的四種組成元素各自所能形成的簡(jiǎn)單離子中，核外電子排布相同的是K＋、P3－(填離子符號(hào))。(2)原子中運(yùn)動(dòng)的電子有兩種相反的自旋狀態(tài)，若一種自旋狀態(tài)用＋eq\f(1,2)表示，與之相反的用－eq\f(1,2)表示，稱為電子的自旋磁量子數(shù)。對(duì)于基態(tài)的磷原子，其價(jià)電