高中化學(xué)選擇性必修二 1.1.3 泡利原理、洪特規(guī)則、能量最低原理教學(xué)設(shè)計下學(xué)期

1、原子結(jié)構(gòu)與性質(zhì)第一節(jié) 原子結(jié)構(gòu)1.1.3 泡利原理、洪特規(guī)則、能量最低原理本節(jié)從介紹原子的誕生，原子結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)歷程入手，首先介紹能層、能級的概念，在原子的基態(tài)與激發(fā)態(tài)概念的基礎(chǔ)上介紹電子的躍遷和光譜分析；然后給出構(gòu)造原理并根據(jù)構(gòu)造原理書寫原子的核外電子排布；根據(jù)電子云與原子軌道等概念，進(jìn)一步介紹核外電子的運(yùn)動狀態(tài)，并介紹了泡利原理、洪特規(guī)則、能量最低原理。本節(jié)內(nèi)容比較抽象 ，教學(xué)過程中應(yīng)注意培養(yǎng)學(xué)生的空間想象能力 、分析推理能力及抽象概括能力 。課程目標(biāo)學(xué)科素養(yǎng)1、知道原子核外電子的排布遵循泡利原理、洪特規(guī)則和能量最低原理。2、掌握136號元素的原子核外電子排布圖(或叫軌道表示式)。1. 證據(jù)

2、推理與模型認(rèn)知：原子核外電子的排布遵循泡利原理、洪特規(guī)則和能量最低原理，依此可以掌握136號元素的原子核外電子排布圖(或叫軌道表示式)教學(xué)重點(diǎn)：1、掌握泡利原理、洪特規(guī)則和能量最低原理2、掌握136號元素的原子核外電子排布圖教學(xué)難點(diǎn)：136號元素的原子核外電子排布圖多媒體調(diào)試、講義分發(fā)新課引入 只有1個最外層電子的堿金屬原子光譜為什么會在光譜里呈現(xiàn)雙線？為什么只有1個最外層電子的銀原子在外加電場里加速飛行通過一個不對稱磁場時會分成兩束？歸根結(jié)底，為什么一個原子軌道里能容納兩個電子？ 過渡原子光譜、構(gòu)造原理都無法解釋上述問題，帶著這個問題，我們進(jìn)入本節(jié)可的學(xué)習(xí)。講解量子力學(xué)告訴我們：ns能級各有

3、一個軌道，np能級各有3個軌道，nd能級各有5個軌道，nf能級各有7個軌道。每個能級最多可容納的電子數(shù): ns、np、nd、nf分別最多可容納的電子數(shù)2x1、2x3、2x5、2x7，由此可知，每個軌道里最多能容納2個電子，這2個電子容納在同一原子軌道，也就意味著它們的空間運(yùn)動狀態(tài)相同。為什么一個軌道允許容納兩個電子？板書1、泡利原理每個原子軌道里最多只能容納2個電子，且自旋狀態(tài)相反。講解沒有泡利原理，復(fù)雜的原子光譜無法得到解釋，以光譜為事實的構(gòu)建原理也無法建立。過渡依據(jù)泡利原理，每個軌道里最多容納的2個電子，且自旋方向相反，電子排布的軌道表示式可以表示同一原子軌道內(nèi)電子的運(yùn)動狀態(tài)。 學(xué)生活動閱

4、讀課本，回答下列問題：電子排布的軌道表示式的定義電子排布的軌道表示式（電子排布圖）：表示電子排布的一種圖式。H、O的基態(tài)原子的軌道表示式HO電子排布的軌道表示式的書寫方法用或代表一個原子軌道，能量相同的原子軌道（簡并軌道）的方框相連不同能級中的或要相互分開，同一能級中的或要相互連接整個電子排布圖中各能級的排列順序要與相應(yīng)的電子排布式一致通常在方框下方或者上方標(biāo)記能級符號箭頭表示一種自旋狀態(tài)的電子，一個箭頭表示一個電子，”稱電子對 ，“”或“”表示單電子，箭頭同向，自旋平行，箭頭相反，自旋相反電子排布式給出了基態(tài)原子核外電子在能層和能級中的排布，而電子排布圖還給出了電子在原子軌道中的自旋狀態(tài)概念

5、辨析：簡并軌道、單電子、電子對、自旋平行、自旋相反簡并軌道：能量相同的原子軌道單電子：“”或“”電子對：自旋平行：箭頭同向自旋相反：箭頭相反過渡 觀察O的電子排布圖，分析電子排布過程中還有什么規(guī)律？講解2、洪特規(guī)則(1)定義：基態(tài)原子中，填入簡并軌道的電子總是先單獨(dú)分占，且自旋平行。如：2p3的電子排布為，不能表示為或。(2) 洪特規(guī)則特例當(dāng)能量相同的原子軌道在全滿(p6、d10、f14)、半滿(p3、d5、f7)和全空(p0、d0、f0)狀態(tài)時，體系的能量最低，如：24Cr的電子排布式為1s22s22p63s23p63d54s1或Ar3d54s1。(3) 洪特規(guī)則適用范圍基態(tài)原子 基態(tài)離子

6、電子填入簡并軌道思考與討論下列軌道表示式中哪個是硼的基態(tài)原子？為什么？A. B.(2)下列軌道表示式中哪個是氧的基態(tài)原子？為什么？A B. C.講解上述均為基態(tài)原子軌道表示式，基態(tài)時能量處于最低狀態(tài)，所以基態(tài)原子的電子排布是能量最低的原子軌道組合。由此得到一個結(jié)論：在構(gòu)建基態(tài)原子時，電子盡可能地先占有能量低的軌道，然后進(jìn)入能量高的軌道，使整個原子的能量處于最低狀態(tài)。講解能量最低原理：在構(gòu)建基態(tài)原子時，電子盡可能地先占有能量低的軌道，然后進(jìn)入能量高的軌道，使整個原子的能量處于最低狀態(tài)電子排布式遵循構(gòu)造原理，基態(tài)原子電子排布式符合能量最低原理 思考與討論為什么基態(tài)氦原子的電子排布式時1s2而不是1

7、s12s1？遵循能量最低原理為什么基態(tài)氮原子的軌道表達(dá)式是 ，而不是？依據(jù)洪特規(guī)則為什么基態(tài)K和Ca的價電子是4s1和4s2，而不是3d1和3d2？遵循能量最低原理易錯誤區(qū)1.忽視能量最低原理如B：錯寫成2.忽略泡利原理如C：錯寫成3.忽略洪特規(guī)則如N：錯寫成或本節(jié)小結(jié)核外電子排布規(guī)則(1)能量最低原理：在構(gòu)建基態(tài)原子時，電子將盡可能地占據(jù)能量最低的原子軌道，使整個原子的能量最低。(2)泡利原理（填多少）：在一個原子軌道里，最多只能容納2個電子，且它們的自旋狀態(tài)相反。這兩個電子稱為電子對。(3)洪特規(guī)則（怎么填）：基態(tài)原子中，填入簡并軌道的電子總是先單獨(dú)分占，且自旋平行。(4)洪特規(guī)則的特例：

8、在能量相同的軌道(同一能級)上的電子排布處于全充滿(p6、d10、f14)、半充滿(p3、d5、f7)和全空狀態(tài)(p0、d0、f0)時，具有較低的能量和較高的穩(wěn)定性。如24Cr的價電子排布式為3d54s1(3d、4s能級均為半充滿)，易錯寫為3d44s2；29Cu的價電子排布式為3d104s1(3d全充滿、4s半充滿)，易錯寫為3d94s2。1.下列有關(guān)多電子原子的敘述中正確的是()A 在一個多電子原子中，不可能有兩個運(yùn)動狀態(tài)完全相同的電子B 在一個多電子原子中，不可能有兩個能量相同的電子C 在一個多電子原子中，N層上的電子能量肯定比M層上的電子能量高D 某個多電子原子的3p能級上僅有兩個電子

9、，它們的自旋狀態(tài)必須相反【答案】A【解析】填充在同一個能級的同一個軌道中的電子，能量相同，故B錯誤；根據(jù)構(gòu)造原理，3d軌道上電子的能量比4s軌道上的要高，故C錯誤；電子排布在同一能級的不同軌道時，總是優(yōu)先單獨(dú)占據(jù)一個軌道，而且自旋方向相同，故D錯誤。2.下列表達(dá)方式正確的是（）A Na的電子排布圖：B 硫離子的核外電子排布式：1s22s22p63s23p4C 碘化銨的電子式：D H2O的電子式：【答案】D【解析】A項違反泡利原理；B項硫離子的核外電子排布式應(yīng)為1s22s22p63s23p6；C項碘化銨的電子式應(yīng)為；只有D項正確。3.某原子核外電子排布式為1s22s22p3，下列說法正確的是()

10、A 該原子的核外電子排布圖為B 該原子核外有3種能量不同的電子C 該原子核外最外層電子占據(jù)3個原子軌道D 該原子核外最外層上有3種運(yùn)動狀態(tài)不同的電子【答案】B【解析】該電子排布圖違反洪特規(guī)則，正確的電子排布圖為，A項錯誤；該原子核外有3種能量不同的電子，分別為1s、2s、2p原子軌道上的電子，B項正確；該原子核外最外層電子數(shù)為5，占據(jù)2s、2p原子軌道，共4個原子軌道，C項錯誤；該原子核外最外層電子數(shù)為5，則最外層上有5種運(yùn)動狀態(tài)不同的電子，D項錯誤。4.下列化學(xué)用語的表達(dá)正確的是()A 原子核內(nèi)有10個中子的氧原子：OB 氯原子的結(jié)構(gòu)示意圖：C Fe3的最外層電子排布式：3s23p63d5D

11、 基態(tài)銅原子的價電子排布圖：【答案】C【解析】原子核內(nèi)有10個中子的氧原子應(yīng)表示為O，A錯誤；氯原子的結(jié)構(gòu)示意圖為，B錯誤；Fe的原子序數(shù)是26，故Fe3的最外層電子排布式為3s23p63d5，C正確；銅的原子序數(shù)是29，基態(tài)銅原子的價電子排布符合洪特規(guī)則的特例，價電子排布圖為，D錯誤。5.下列敘述正確的是()A Ar3d64s2是基態(tài)原子的電子排布式B 鉻原子的電子排布式是1s22s22p63s23p64s13d5C 銅原子的價電子排布式是3d94s2D 氮原子的電子排布圖是【答案】A【解析】B. 鉻原子的電子排布式是1s22s22p63s23p63d54s1，錯誤；C 銅原子的價電子排布式

12、是3d104s1，錯誤；D.違反洪特規(guī)則。6.下列有關(guān)化學(xué)用語的表述正確的是()A 次氯酸的電子式：B 基態(tài)銅原子的外圍電子排布圖：C Se的簡化電子排布式：Ar3d104s24p4D F的結(jié)構(gòu)示意圖：【答案】C【解析】次氯酸的電子式為，A項錯誤；書寫基態(tài)銅原子的外圍電子排布圖時，根據(jù)洪特規(guī)則的特例應(yīng)為，B項錯誤；F的最外層有8個電子，D項錯誤。7.下列有關(guān)原子的最外能層的電子排布圖正確的是()A 鈹原子： B 碳原子：C 氯原子： D 鋁原子：【答案】C【解析】A項，鈹原子的最外能層的電子排布圖為，錯誤；B項，2p能級上的電子排布違反洪特規(guī)則，錯誤；C項氯原子的最外能層的電子排布圖為，正確；

13、D項，根據(jù)能量最低原理，3s軌道的能量低于3p軌道，則電子先排滿3s軌道，才能排3p軌道，所以該電子排布違背了能量最低原理，錯誤。8.下列原子的價層電子排布圖正確的是()A BC D【答案】C【解析】A的2p軌道應(yīng)各排布一個電子且自旋狀態(tài)相同，B的2s軌道中兩個電子的自旋狀態(tài)應(yīng)相反，D的2s軌道中應(yīng)排滿兩個電子后再排2p軌道。9.下列基態(tài)原子的電子排布式中，其未成對電子數(shù)最多的是()A 1s22s22p63s23p63d64s2 B 1s22s22p63s23p64s1C 1s22s22p63s23p63d54s1 D 1s22s22p63s23p63d104s1【答案】C【解析】根據(jù)s、p、d能級原子軌道數(shù)目及洪特規(guī)則可知，A、B、C、D項原子的未成對電子數(shù)分別為4、1、6、1，C項正確。10.在核電荷數(shù)為26的元素Fe的原子核外3d、4s軌道內(nèi)，下列電子排布圖正確的是()A BC D【答案】C【解析】核電荷數(shù)為26的Fe基態(tài)原子核外電子排布式為1s22s22p63s23p63d64s2,3d能級有5個軌道，只有1個軌道排滿兩個電子，且自旋方向相反，其他4個軌道各排1個電子，4s軌道排滿2個電子，且自旋方向相反，即C項正確。核外電子排布遵循泡利原理、能量最低原理和洪特規(guī)則能量最低原理就是在不違背泡利原理的前提下，核外電子總是盡先占有能量最低