泡利基本知识和洪特规则
电子云原子轨道泡利原理洪特规则教案
电子云原子轨道泡利原理洪特规则教案
一、背景介绍
洪特规则认为，原子的各种性质可由原子电子轨道模型描述。
在原子
电子轨道模型中，原子电子被认为是分布在对称的球形电子云中的，而这
个球形电子云是由若干轨道组成的。
物理学家在探索原子各种性质的时候，不但需要考虑电子的位置，还需要考虑它们的运动性质。
根据洪特规则，
原子电子轨道应当是对称的，电子轨道等级也是按照具有其中一种固定的
顺序排列的。
洪特规则还包括拓扑规则，即描述每个电子层架构所允许的电子轨道
等级的最大和最小值。
拓扑规则指出，每一个电子层架的核心电子最多只
能有8个，而外层的电子可以有多达18个，这18个电子分为三个循环，
每个循环只能有最多6个电子。
二、洪特规则的本质
洪特规则的本质是描述原子电子轨道模型的一种抽象理论，可用来描
述原子各种性质的变化。
洪特规则可用来解释物质的属性，包括电子轨道
模型的结构，以及电子的构造和分布的性质。
它可以用来解释物质的化学
结构，电子能量失衡，熔点，沸点，等离子体结构等。
泡利不相容原理、洪特规则、构造原理
一、基态与激发态原子光谱1.基态与激发态处于最低能量的原子叫做基态原子(ground state atom)，基态是原子最基本的状态，是稳定的状态；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(excited atom)；激发态原子不稳定，电子又会跃迁到能量较低的能级，并释放能量；其转化关系如下：光(辐射)是电子释放能量的重要形式之一，在日常生活中，我们看到的许多可见光，如灯光、激光、焰火……都与原子核外电子发生跃迁释放能量有关；2.原子光谱atomic spectrum①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的吸收光谱或发射光谱，总称原子光谱；②发射光谱(emission spectrum)是暗色背景的明亮谱线，吸收光谱(absorption spectrum)则是明亮背景的暗色谱线，两者谱线一一对应(因为两个能级之间电子跃迁，吸收的能量和释放的能量相同)；※铯cesium，1860年发现，其光谱图中有特征的蓝光，在拉丁语里，铯的含意是天蓝色；※铷rubidium，1861年发现，其光谱图中有特征的红光，在拉丁语里，铷的含意是深红色；※氦helium，1868年分析太阳光谱发现的，来源于希腊文，原意是“太阳”；③原子光谱的应用不同元素产生不同的原子光谱，在现代化学中，常利用原子光谱上的特征谱线来鉴定元素，称为光谱分析(spectrum analysis)，历史上，利用光谱分析也曾发现了许多新元素；二、构造原理与电子排布式1.多电子原子核外电子的排布顺序在多电子原子中，电子在能级上的排布顺序是：电子最先排布在能量低的能级上，然后依次排布在能量较高的能级上；2.构造原理aufbau principle随着原子核电荷数的递增，绝大多数元素原子的核外电子是按照如图所示的能级顺序填充的，填满一个能量低的能级后，再填一个能量高的新能级，这种规律称为构造原理；3.能级交错现象energy level overlap phenomenon由构造原理可知，从第三能层开始各能级不完全遵循能层顺序，产生了能级交错排列，即产生“能级交错”现象；【产生原因：钻穿效应、屏蔽效应】【H原子由于核外只有一个电子，没有屏蔽效应，不存在能级交错，所以能级的能量高低只取决于主量子数；对于3d、4s、4p，显然3d小于4s等于4p】4.电子排布electronic configuration①根据构造原理可表示出一些元素原子的电子排布式，先按能量由低到高的顺序依次写出能级符号，再用数字在能级符号右上角表明各能级上排布的电子数，这就是原子的电子排布式；【在书写电子排布式时，能层低的能级要写在左边，不能按填充顺序写，例如钪Sc的电子排布式为：1s22s22p63s23p63d14s2，而不能按照填充顺序先写4s2后写3d1】②电子排布式的简化写法为了避免电子排布式过于繁琐，可以把内层电子达到稀有气体元素原子结构的部分以相应的稀有气体元素符号外加方括号表示，例如：K的电子排布式可表示为：[Ar]4s1，其中[Ar]叫1三、泡利原理、洪特规则、能量最低原理1.电子自旋与泡利原理spin of the electron & Pauli exclusion principle①电子自旋spin of the electron量子力学告诉我们，电子除了空间运动状态外，还有一种状态叫做自旋；电子自旋可比喻成地球的自转；电子的自旋有顺时针和逆时针两种相反的状态，常用上下箭头“↑”“↓”表示；【电子自旋(spin of the electron)是电子的基本性质之一，属于量子物理学科，电子自旋先由实验上发现，然后才由狄拉克(Dirac)方程从理论上导出的】【自旋量子数(spin quantum number)是描述电子自旋运动的量子数，自旋磁量子数用m s表示，即↑代表正方向自旋电子，↓代表逆方向自旋电子】②泡利原理Pauli exclusion principle1925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(通常称为电子对)，而且它们的自旋状态相反，称为泡利原理(也称泡利不相容原理)；Pauli，1900--1958 Dirac，1902--1984 Hund，1896--19972.电子排布图原子核外电子排布可利用电子排布图来表示，这是用方框(或圆圈)和箭头表明核外电子排布的另一种方法，也叫轨道表示式；每一个方框表示一个轨道，能量相同的轨道连在一起，与电子排布式相比，它具有轨道上自旋方向和成键时电子变化明晰的特点，但是稍微麻烦些，书写时先写元素符号，再根据能量最低原理、泡利原理、洪特规则等书写，例如：3.洪特规则Hund rule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；洪特规则不仅适用于基态原子，也适用于基态离子；【洪特规则特例】在等价轨道(同一能级)上的电子排布为全充满(p6、d10、f14)、半充满(p3、d5、f7)和全空(p0、d0、f0)状态时，具有较低的能量和较大的稳定性，可以理解为洪特规则特例；例如：铬(24Cr)：[Ar]3d54s1正确，[Ar]3d44s2错误；铜(29Cu)：[Ar]3d104s1正确，[Ar]3d94s2错误；4.能量最低原理lowest energy principle①基态是能量最低的状态，基态原子的电子排布式能量最低的原子轨道组合；②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lowest energy principle；③多电子原子的核外电子要先占据能量低的能层，在能量低的能层中又优先占据能量低的能级，然后再依次进入能量较高的能层，这样使整个原子处于最低的能量状态，原子轨道能量的高低依据构造原理来判断；5.补充：26Fe：1s2 2s2sp6 3s23p63d6 4s2①电子的运动状态=电子数；(26)②电子的空间运动状态=电子所占的轨道数；(15)③电子的运动范围=能层数；(4)④电子的能量=能级数；(7)。
第3课时 泡利原理、洪特规则、能量最低原理
第3课时泡利原理、洪特规则、能量最低原理[素养发展目标]1．能从原子微观层面理解原子的组成、结构等；能根据核外电子排布的表示方法，推导出对应的原子或离子。
2．结合原子核外电子排布规律，深层次地理解基态原子的核外电子排布所遵循的三大规则，建立观点、证据和结论之间的逻辑关系。
知识点基态原子核外电子排布的三大规则1．电子自旋与泡利原理(1)自旋：微观粒子普遍存在的一种如同电荷、质量一样的内在属性。
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。
(2)泡利原理(也称泡利不相容原理)：在一个原子轨道里，最多只能容纳2个电子，它们的自旋相反。
2．电子排布的轨道表示式(电子排布图)(1)书写规则①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；②箭头表示一种自旋状态的电子，“↑↓”称电子对，“↑”或“↓”称单电子(或未成对电子)，箭头同向的单电子称自旋平行；③在方框下方或上方标记能级符号，有时画出的能级上下错落，以表达能量高低不同。
(2)示例如基态Al原子的轨道表示式如下：3．洪特规则(1)含义：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。
(2)注意：①洪特规则不仅适用于基态原子，也适用于基态离子；②洪特规则是针对电子填入简并轨道而言的，并不适用于电子填入能量不同的轨道。
4．能量最低原理(1)含义：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。
(2)整个原子能量的决定因素：核电荷数、电子数和电子状态。
(3)所有主族元素的基态原子：相邻能级能量相差很大，电子填入能量低的能级即可使整个原子能量最低。
(4)所有副族元素的基态原子：相邻能级能量相差不太大，有1～2个电子占据能量稍高的能级可能反而降低了电子排斥能而使整个原子能量最低。
1．基态铝原子的核外电子的运动状态共有几种？空间运动状态共有几种？提示：13种；7种。
4泡利原理和洪特规则
一、泡利原理（泡利不相容原理）
在一个原子轨道里，最多只能容纳2个电子，而且它们的自旋状态相反，这个原理由泡利首先提出，称为泡利原理，
因此我们知道为什么ns,np,nd,nf能级容纳的电子数最多为1、3、5、7的2倍。
二、洪特规则:
当电子排布在同一能级的不同轨道时，基态原子中的电子总是优先单独占据一个轨道，而且自旋状态相同，这个规则是由洪特首先提出的，称为洪特规则。
洪特规则的特例：对于同一个能级，当电子排布为充满（p6、d10、f14）、半充满（p3、d5、f7）、全空时(p0、d0、f0)时，是比较稳定的。
如24Cr [Ar]3d54s1、29Cu [Ar]3d104s1.
三、电子排布图（轨道表示式）
用方框表示原子轨道，用箭头表示电子
练习1~20号电子排布图
练习：课后习题5、8
小结：基态原子的电子排布遵循能量最低原理，泡利原理和洪特规则，另外要注意原子结构示意图，电子排布式，电子排布图的区别。
例1.表示一个原子在第三电子层上有10个电子可以写成
A.310B.3d10
C.3s23p63d2D. 3s23p64s2
C.它可与H2生成液态化合物
D.其电子排布图为：
1s 2s 2p 3s 3p
例4．按所示格式填写下表有序号的表格：
原子序数
电子排布式
价层电子排布
周期
族
17
①
②
③
④
⑤
1s22s22p6
⑥
⑦
⑧
⑨
⑩
3d54s1
泡利原理和洪特原则内容
拉泡利原理和洪特原则是一种重要而强大的科学原理，是现代物理学和化学领域的基础。
拉泡利原理是指在受物理影响的情况下，一系列邻近分子和原子之间会存在相互作用力，从而影响化学反应结果。
洪特原则则指对于每一对近似相对移动的电子，保守系统的动能和势能总是等值的。
拉泡利原理的发现是物理学家尼古拉·拉泡利博士的功劳，他是18第一家建立原子结构理论的物理学家，徒步攀登了物质这座大山的一座座高峰。
他通过研究当一个化学元素被物理影响时，其原子结构会随之改变，而其他原子和分子则会受到相应的变化和影响。
他指出，一些有机分子结构的变化是由于原子间的相互作用力引起的，而这种相互作用力被称为拉泡利力。
他的理论不仅提供了解释有机分子结构的工具，同时也更客观地解释了化学反应的原因。
洪特原则的发现是英国科学家兼医学家艾格尼斯·洪特博士的功劳，他是20世纪初著名的物理学家和化学家，拥有海量的学术论文和专著。
他曾在19第一张《物理学原理》中提出，在所有可能状态下，正反电子在相对移动时，动能和势能永远是等值的，因此存在着一个统一的原理——洪特原则，用于解释物理学和化学领域的不同现象。
以上是拉泡利原理和洪特原则的内容，它们是科学领域有重要意义的原理，是经典物理学和化学理论体系的基石。
这些原理不仅决定着原子结构的变化，更是激发了许多国际重大科学领域的研究，如星系大爆炸理论、量子物理学等，为物理学和化学学科的发展做出了重要贡献。
泡利原理、洪特规则、能量最低原理课件高中化学选择性必修二
洪特规则 请写出基态 O 的基态原子电子排布式和轨道表示式。
O 1s22s2 2p4 ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓
1s 2s
2p
↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑ ↓
1s 2s
2p
↑↓ ↑↓ ↑↑ ↑ ↑
1s 2s
2p
↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑ ↑
1s 2s
2p
洪特规则
请书写Cr的电子排布式 24Cr：1s22s22p63s23p63d54s1
A．C的轨道表示式： ↑↓ ↑↓ ↑↓
1s 2s
2p
违背洪特规则
B．Ca的电子排布式：1s22s22p63s23p63d2
违背能量最低原理
C ． Br－的电子排布式：[Ar]3d104s24p6
D ． N的轨道表示式： ↑↓ ↑↑ ↑ ↑ ↑
1s 2s
2p
违背泡利原理
对点练习
2.基态原子的4s能级中只有1个电子的元素共有( C )
1s 2s
2p
↑↓ ↑↓ ↑↑ ↑ ↑
1s 2s
2p
↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑ ↓
？1s 2s
2p
↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑ ↑
1s 2s
2p
洪特规则 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。
-----洪特规则
1.适用于基态原子，也适用于基态离子； 2.是针对电子填入简并轨道而言的，并不适用于电子填 入能量不同的轨道。
A．1种
B．2种
C．3种
D．8种
对点练习
3.下列叙述正确的是( B )
3d14s2
A．可能存在基态核外电子排布为1s22s22p63s23p64s24p1的原子
B．在氢原子的电子云图中，小黑点的疏密程度表示电子在该区域出现的概率密度
高中化学新人教版选择性必修二1.1.3电子云与原子轨道泡利原理洪特规则能量最低原理(57张)
核外电子排布常见错误
(1)在写基态原子的电子排布式时，常出现以下错误：
①
(违反能量最低原理)
② (违反泡利原理)
③
(违反洪特规则)
(2)当出现 d 轨道时虽然电子按 ns、(n－1)d、np 的顺序填充，但在书写电子排布 式时，仍把(n－1)d 放在 ns 前，即将能层低的能级写在前面，而不能按填充顺序 写，如 Fe：1s22s22p63s23p63d64s2。 (3)注意比较原子核外电子排布式、简化电子排布式、价电子排布式的区别与联系。 如 Cu 的电子排布式：1s22s22p63s23p63d104s1；简化电子排布式：[Ar] 3d104s1；价 电子排布式：3d104s1。
【自主探索】 (1)电子云中的一个小黑点表示一个电子。( × ) 提示：小黑点的疏密表示概率密度大小。 (2)所有原子的电子云均为球形。( × ) 提示：只有s能级中电子的电子云为球形。
二、原子轨道 量子力学把电子在原子核外的一个_空__间__运__动__状__态__称为一个原子轨道。因此常 用电子云轮廓图的形状和取向来表示原子轨道的形状和取向。
失最外层电子，所以 Mn2＋的价电子排布为 3d5，电子排布图为
，D 正确。
【母题追问】(1)电子排布式的书写顺序＝电子排布顺序吗？为什么？ 提示：电子排布式的书写顺序≠电子排布顺序。 电子进入能级的顺序是按构造原理中能级的能量递增的顺序，而电子排布式的 书写规则是按能层的顺序，能层中的能级按s、p、d、f的顺序排布。
(2)(情境应用)d 能级轨道呈梅花形，在空间坐标轴中形状如下图：
d 能级共有几个轨道？最早出现 d 能级的是哪个能层？ 提示：d 能级有 5 个轨道，M 能层最早出现 d 能级。
(3)4f 能级有 7 个轨道，则其电子云在空中有几种伸展方向？ 提示：7 种。
2020高中化学人教版选修三教学课件：1-1-3 泡利原理和洪特规则(共37张)
时，基态原子中的电子总是优先单独占据一个轨道，且自旋状态
相同)，若 3p 能级上有 4 个电子，则排布成
。
[答案]
泡利原理和洪特规则 洪特规则 不
正确，因为 3p 能级上只有 3 个轨道
(1)绝大多数原子的电子排布式只要遵循构造原理就能符合 能量最低原理。
(2)Cr、Cu、Ag、Au 等少数原子的电子排布式虽不遵循构 造原理，但符合能量最低原理。
，因为这违背了________。如果 3p 能级
上有 4 个电子，有人认为可以排布为
，你认为是否正确，说明理由_____________。
[解析] 若 3p 能级上有 3 个电子，则它们应排布为
，
不能排布为
，因为这违背了泡利原理(一个轨道最多只
能容纳 2 个电子)和洪特规则(当电子排布在同一能级的不同轨道
3．电子云是处于一定空间运动状态的电子在原子核外空间 出现的概率。 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。s 电子云呈 球 形，p 电 子云呈 哑铃 形。
[要点梳理] 1．基态原子的核外电子排布规则 (1)能量最低原理 原子核外电子的排布遵循构造原理，按轨道能量 最低 ， 依次排列，使整个原子的能量处于 最低 状态。
(3)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。
(4)每个原子轨道只能容纳 2 个电子，而且这两个电子的自旋 状态必须相反。
[知识脉络]
原子核外电子排布能量最低原理 遵循的原理和规则泡洪利特原规理则
原子符号 电子式 表示原子结构的原子结构示意图 重要化学用语 电子排布式 简化电子排布式 电子排布图轨道表示式