1、2022 高中化学新教材同步讲义资料 第第 3 课时课时泡利原理、洪特规则、能量最低原理泡利原理、洪特规则、能量最低原理 核心素养发展目标1.能从原子微观层面理解原子的组成、结构等。能根据核外电子的三条规则熟 知核外电子排布的表示方法。2.能根据核外电子的表示方法，推导出对应的原子或离子。 一、原子核外电子的排布规则一、原子核外电子的排布规则 1泡利原理 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，常用上下箭头(和)表示自旋相反 的电子。 2电子排布的轨道表示式(电子排布图) 8O 的轨道表示式如下： 根据上面回答下列问题： (1)简并轨道：能量相同的原子轨道。 (2)电子对：
2、同一个原子轨道中，自旋方向相反的一对电子。 (3)单电子：一个原子轨道中若只有一个电子，则该电子称为单电子。 (4)自旋平行：箭头同向的单电子称为自旋平行。 (5)在氧原子中，有 3 对电子对，有 2 个单电子。 (6)在氧原子中，有 5 种空间运动状态，有 8 种运动状态不同的电子。 3洪特规则 (1)内容：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)特例 在简并轨道上的电子排布处于全充满、半充满和全空状态时，具有较低的能量和较大的稳定性。 相对稳定的状态 全充满：p6、d10、f14 全空：p0、d0、f0 半充满：p3、d5、f7 如24Cr 的电子排布式为 1s2
3、2s22p63s23p63d54s1，为半充满状态，易错写为 1s22s22p63s23p63d44s2。 4能量最低原理 (1)内容：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)因素：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为什么基态 K 和 Ca 的价电子是 4s1和 4s2，而不是 3d1和 3d2。 提示根据构造原理，3d 能量大于 4s 能量，所以依据能量最低原理，电子填入能量低的能级可使整 2022 高中化学新教材同步讲义资料 个原子的能量最低。 2下列有关碳原子的轨道表示式中，能量最低的是() A. B. C. D
4、. 答案D 解析根据洪特规则，原子的核外电子在能量相同的轨道上排布时，电子尽可能分占不同的轨道且自 旋状态相同，这样整个原子的能量最低。A 中 2p 轨道上两个电子挤在同一个轨道上，B、C 中两个轨道上 电子的自旋状态相反，均与洪特规则相违背，只有 D 中的排布符合洪特规则，能量最低。 3写出15P、25Mn 的轨道表示式，并按要求填空。 15P：，有 6 对电子对，有 3 个单电子。 25Mn：，有 15 种 空间运动状态，有 5 个单电子，属于半充满。 4下列原子或离子的电子排布式或轨道表示式正确的是_(填序号，下同)，违反能量最低原理 的是_，违反洪特规则的是_，违反泡利原理的是_。 C
5、a2 ：1s22s22p63s23p6 F ：1s22s23p6 P： Fe：1s22s22p63s23p63d64s2 Mg2 ：1s22s22p6 C： 答案 解析根据核外电子排布规律知中错误在于电子排满 2s 轨道后应排 2p 轨道， 而不是 3p 轨道， 正确 的应为 1s22s22p6；中没有遵循洪特规则电子在同一能级的不同轨道上排布时，应尽可能分占不同的 轨 道 并 且 自 旋 状 态 相 同 ， 正 确 的 应 为； 违 反 泡 利 原 理 ， 正 确 的 应 为 。 2022 高中化学新教材同步讲义资料 注意：书写轨道表示式时，常出现的错误及正确书写 二、核外电子的表示方法二、
6、核外电子的表示方法 电子排布式与轨道表示式的比较 电子排 布式 含 义 用数字在能级符号右上角标明该能级上排布的电子数，这 就是电子排布式 意 义 能直观反映出核外的电子层、能级及各能级上的电子数 实 例 K：1s22s22p63s23p64s1 简化电 子排布式 含 义 为了避免电子排布式书写过于繁琐，把内层电子达到稀有 气体原子结构的部分以相应稀有气体元素符号外加方括号表示 意 义 避免书写电子排布式过于繁琐 实 例 K：Ar4s1 轨道表 示式 含 义 每个方框代表一个原子轨道，每个箭头代表一个电子 意 义 能直观反映出电子的排布情况及电子的自旋状态 实 例Al： 2022 高中化学新教
7、材同步讲义资料 1以下表示氦原子结构的化学用语中，对电子运动状态描述最详尽的是() A. He B. C1s2D. 答案D 2按要求填空。 (1)17Cl 的电子排布式：_。 (2)17Cl 的价电子排布式：_。 (3)17Cl 的电子式：_。 (4)17Cl 的价电子轨道表示式：_。 (5)17Cl 的原子结构示意图：_。 (6)第四周期中最外层只有 1 个电子的所有基态原子的简化电子排布式：_ _。 答案(1)1s22s22p63s23p5(2)3s23p5(3)(4) (5)(6)Ar4s1、Ar3d54s1、Ar3d104s1 解析(6)第四周期最外层只有 1 个电子的基态原子的最外层
8、电子排布式为 4s1，此时 3s、3p 轨道应已 填满，3d 轨道可能全空、半充满或全充满，即其简化电子排布式为Ar4s1、Ar3d54s1、Ar3d104s1。 3(1)氧元素基态原子核外未成对电子数为_个，第三周期中有两个成单电子的元素符号 _(填一种即可)，M 层上有 2 对成对电子的原子最外层共有_种不同运动状态的电子。 (2)136 号元素原子中未成对电子数为 2 的元素符号及价电子排布式：_ _。 (3)某元素的原子序数为 33，该元素原子的价电子排布式为_，该元素原子核外有 _个能层，_个能级，_个原子轨道，有_个单电子。 答案(1)2Si(或 S)6 (2)C：2s22p2，S
9、i：3s23p2，Ge：4s24p2，O：2s22p4，S：3s23p4，Se：4s24p4，Ti：3d24s2，Ni：3d84s2 (3)4s24p348183 解析(1)O 原子核外有 8 个电子，其基态原子核外电子排布式为 1s22s22p4，故未成对电子数是 2。第 三周期中有两个未成对电子(单电子)的元素的价电子排布式为 3s23p2或 3s23p4，核外电子数为 14 或 16，元 素符号为 Si 或 S。M 层上有 2 对成对电子的原子的电子排布式为 1s22s22p63s23p4，最外层有 6 个电子，每 个电子的运动状态不相同，所以共有 6 种不同运动状态的电子。 (2)具有
10、最外层为 p2、 p4、 3d2、 3d8结构的原子有 2 个未成对电子。 符合条件的元素价电子排布式为 2s22p2、 3s23p2、4s24p2、2s22p4、3s23p4、4s24p4、3d24s2、3d84s2，分别为 C、Si、Ge、O、S、Se、Ti、Ni 元素。 (3)先利用能级顺序和排布规律排出其电子排布式：1s22s22p63s23p63d104s24p3，价电子排布式为 4s24p3， 2022 高中化学新教材同步讲义资料 得出该元素原子核外有 8 个能级， 共 1131351318 个原子轨道(s：1 个轨道；p： 3 个轨道； d：5 个轨道)，3 个单电子。 熟记第四
11、周期未成对电子数规律 未成对电子数及其占据的原子轨 道 元素符号及价电子排 布 1 4sK：4s1,Cu：3d104s1 3dSc：3d14s2 4pGa： 4s24p1， Br： 4s24p5 2 3dTi： 3d24s2， Ni： 3d84s2 4pGe： 4s24p2， Se： 4s24p4 3 3dV： 3d34s2， Co： 3d74s2 4pAs：4s24p3 43dFe：3d64s2 53dMn：3d54s2 63d 和 4sCr：3d54s1 1下列原子的轨道表示式中，符合洪特规则的是() A. B. C. D. 答案C 2下列有关化学用语中不能体现氮原子核外电子能量有差异的是
12、() A. B. C. 2022 高中化学新教材同步讲义资料 D1s22s22p3 答案A 324Cr 原子处于基态时，价电子排布可用轨道表示式表示成，而不是 。下列说法中正确的是() A这两种排布方式都符合能量最低原理 B这两种排布方式都符合泡利原理 C这两种排布方式都符合洪特规则 D这个实例说明洪特规则有时候和能量最低原理是矛盾的 答案B 解析洪特规则实际上是能量最低原理的一个特例，电子排布满足洪特规则，实际上是为了更好地遵 循能量最低原理，同一能级的不同原子轨道在全满(s2、p6和 d10)、半充满(s1、p3和 d5)和全空(s0、p0和 d0) 状态时，体系能量较低，原子较稳定。 4
13、下列关于硅原子的核外电子排布表示方法中，错误的是() A1s22s22p63s23p2 BNe3s23p2 C. D. 答案C 解析A、B 两项是电子排布式，C、D 两项是轨道表示式，其中 C 项违背了洪特规则，故错误。 5在短周期元素中，元素的基态原子核外未成对电子数等于能层数的元素有 a 种，元素的基态原子 最外层电子数是未成对电子数 2 倍的元素有 b 种，则 ab 的值为() A1B2C3D4 答案B 解析在短周期元素中，符合基态原子核外未成对电子数等于能层数的元素有第一周期的 H 元素；在 第二周期，原子核外未成对电子数为 2 的元素，其核外电子轨道表示式为(C 元素)或(O 元素)
14、；在第三周期，原子核外未成对电子数为 3 的元素，其最外层 电子轨道表示式是(P 元素)，符合条件的元素共 4 种，即 a4。符合基态原子最外层 电子数是未成对电子数 2 倍的元素，其基态原子的最外层电子数是 2、4、6 或 8，若最外层电子数为 2， 则是氦或第A 族元素，这些元素原子的最外层电子排布式为 ns2，无未成对电子，不符合题意；若最外 2022 高中化学新教材同步讲义资料 层电子数为 4，则是第A 族元素，这些元素原子的最外层电子排布式为 ns2np2，其 p 能级上的 2 个电子 为未成对电子，符合题意，因题目要求是短周期元素，故有 2 种；若最外层电子数为 6，则是第A 族元
15、 素，这些元素原子的最外层电子排布式为 ns2np4，其 p 能级上有 2 个未成对电子，最外层电子数是未成对 电子数的 3 倍，不符合题意；若最外层电子数为 8，则是 0 族元素，这些元素原子的最外层电子排布式为 ns2np6，其 p 能级为全充满状态，无未成对电子，因此不符合题意，总之，符合条件的元素共 2 种，即 b 2。综上可知 ab 的值为 2。 6下列各组原子中，彼此化学性质一定相似的是() A原子核外 L 能层的未成对电子数与 M 能层的未成对电子数相等的原子 B原子核外 M 层上仅有两个电子的 X 原子与原子核外 N 层上仅有两个电子的 Y 原子 C2p 能级只有 1 个空轨道
16、的 X 原子和 3p 能级只有 1 个空轨道的 Y 原子 D最外层都只有一个电子的 X、Y 原子 答案C 解析L 层(M 层)只有 1 个未成对电子的可能是 Li 或 F(Na 或 Cl)，L 层(M 层)有 2 个未成对电子的可 能是 C 或 O(Si 或 S)，A 项错误；B 项中 X 为 Mg，Y 可能为 Ca、Sc、Ti、V、Mn、Fe、Co、Ni、Zn；C 项为 C()和 Si()； D 项中最外层只有 1 个电子的原子有氢及碱 金属，氢原子与碱金属原子化学性质不相似。 题组一核外电子排布式与轨道表示式 1下列叙述正确的是() A可能存在基态核外电子排布为 1s22s22p63s23
17、p64s24p1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 C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，而且自旋方向相反 D1 个原子轨道里最多只能容纳 2 个电子，而且自旋方向相同 答案B 解析A 中原子的核外电子排布应该为 1s22s22p63s23p63d14s2；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，而且自旋方向相同；一个原子轨道里最多只能容纳 2 个电子，且自旋方向相 反，所以 A、C、D 错误。 2下列各基态原子的核外电子排布式表示正确的是() A钠原子：1s22s22p7 2022 高中化学新教材同步讲
18、义资料 B铜原子：1s22s22p63s23p63d94s2 C铁原子：1s22s22p63s23p63d8 D氪原子：1s22s22p63s23p63d104s24p6 答案D 解析违背了泡利原理，应该是 1s22s22p63s1，A 错误；等价轨道在全空、半满、全满时是稳定状态， 应该是 1s22s22p63s23p63d104s1，B 错误；违背了能量最低原理，应该是 1s22s22p63s23p63d64s2，C 错误。 3下列电子排布式或轨道表示式正确的是() AC 的轨道表示式： BCa 的电子排布式：1s22s22p63s23p63d2 CN 的轨道表示式： DBr 的电子排布式
19、：Ar3d104s24p6 答案D 4已知铬的核电荷数为 24，以下是一些同学绘制的基态铬原子核外电子的轨道表示式，其中最能准 确表示基态铬原子核外电子运动状态的是() 答案D 5在核电荷数为 26 的元素 Fe 的原子核外 3d、4s 轨道内，下列轨道表示式正确的是() A. B. C. D. 答案C 题组二核外电子排布规则的应用 6下列微粒中，最外层未成对电子数最多的是() 2022 高中化学新教材同步讲义资料 ASBAsCMnDFe3 答案D 解析各微粒的未成对电子数分别为：S：2 个，As：3 个，Mn：5 个，Fe3 ：5 个，但 Mn 的最外层 电子排布式为 4s2。 7下列表达式
20、错误的是 () A甲烷的电子式： B氮原子的 L 层电子的轨道表示式： C碳-12 原子：126C DS2 的核外电子排布式：1s22s22p63s23p4 答案D 8基态原子的 4s 能级中只有 1 个电子的元素共有() A1 种B2 种C3 种D8 种 答案C 解析基态原子 4s 能级中只有 1 个电子的元素有：K、Cr、Cu。 9A 原子的结构示意图为，则 X、Y 及该原子 3d 能级上的电子数不可能的组合是() A18、8、0B20、8、0 C25、13、5D30、18、10 答案A 10具有如下电子层结构的原子，其相应元素一定属于同一主族的是() A3p 轨道上有 2 个未成对电子的
21、原子和 4p 轨道上有 2 个未成对电子的原子 B3p 轨道上只有 1 个空轨道的原子和 4p 轨道上只有 1 个空轨道的原子 C最外层电子排布式为 1s2的原子和最外层电子排布式为 2s22p6的原子 D最外层电子排布式为 1s2的原子和最外层电子排布式为 2s2的原子 答案B 解析p 轨道有 3 个原子轨道，最多可以容纳 6 个电子，根据电子排布的泡利不相容原理和洪特规则， 当 p 轨道上有 2 个电子或 4 个电子时，p 轨道上有 2 个未成对电子，所以可能是第A 族元素，也可能是 第A 族元素，故 A 不符合题意；p 轨道上有 1 个空轨道，说明另外两个轨道各容纳了 1 个电子，加上
22、s 轨道上的 2 个电子，最外层是 4 个电子，属于第A 族元素，故 B 符合题意；最外层电子排布式为 1s2和 2s22p6的原子，二者都是稀有气体元素，但不属于主族元素，故 C 错误；最外层电子排布式为 1s2的原子 为 He，位于 0 族，而最外层电子排布为 2s2的原子是 Be，属于第A 族元素，故 D 错误。 2022 高中化学新教材同步讲义资料 11下表列出了核电荷数为 2125 的元素的最高正化合价，回答下列问题： 元素名称钪钛钒铬锰 元素符号 S c T i V C r M n 核电荷数 2 1 2 2 2 3 2 4 2 5 最高正化 合价 3 4 5 6 7 (1)写出下列
23、元素基态原子的核外电子排布式： Sc_；Ti_；V_；Cr_； Mn_。 (2)对比上述五种元素原子的核外电子排布式与元素的最高正化合价，你发现的规律是 _，出现这一现象的原因是_。 答案(1)1s22s22p63s23p63d14s2(或Ar3d14s2) 1s22s22p63s23p63d24s2(或Ar3d24s2) 1s22s22p63s23p63d34s2(或Ar3d34s2) 1s22s22p63s23p63d54s1(或Ar3d54s1) 1s22s22p63s23p63d54s2(或Ar3d54s2) (2)五种元素的最高正化合价等于各元素基态原子的最高能层 s 电子和次高能层
24、 d 电子数目之和能级 交错使得 d 电子也参与了化学反应 12A、B、C、D、E 代表 5 种元素。请填空： (1)A 元素基态原子的最外层有 3 个未成对电子， 次外层有 2 个电子， 该原子的轨道表示式为_。 (2)B 元素的负一价离子与 C 元素的正一价离子的电子排布式都与氩原子相同，B 元素的符号为 _，C 的离子结构示意图为_。 (3)D 元素的正三价离子的 3d 能级为半充满，D 的元素符号为_，其基态原子的电子排布式为 _。 (4)E元素基态原子的M层全充满， N层没有成对电子， 只有一个未成对电子， E的元素符号为_， 其价电子轨道表示式为_。 答案(1) (2)Cl (3)
25、Fe1s22s22p63s23p63d64s2(或Ar3d64s2) (4)Cu 2022 高中化学新教材同步讲义资料 解析(1)根据 A 元素基态原子的最外层有 3 个未成对电子， 次外层有 2 个电子， 可知该元素的基态原 子有 2 个能层，共有 7 个电子，是 N 元素，其原子轨道表示式为 。(2)B 元素的负一价离子与 C 元素的正一价离子的电子排布式与氩原子 相同，即都有 18 个电子，则 B 元素为 Cl，C 元素为 K，K 的结构示意图为 。(3)D 元素的正三价离 子的 3d 能级为半充满，则原子的价电子排布式为 3d64s2，即为 26 号 Fe 元素，其基态电子排布式为 1
26、s22s22p63s23p63d64s2。(4)由 E 元素基态原子的 M 层全充满，N 层没有成对电子，只有 1 个未成对电子， 可知其价电子排布式为3d104s1， 所以E为Cu元素， 其价电子轨道表示式为。 13有 A、B、C、D 四种短周期主族元素，它们的原子序数依次增大，其中 A 元素原子核外仅有一 个非空原子轨道，也是宇宙中最丰富的元素；B 元素原子核外 p 电子数比 s 电子数少 1；C 为金属元素且 原子核外 p 电子数和 s 电子数相等；D 元素的原子核外所有 p 轨道为全充满或半充满状态。 (1)写出四种元素的元素符号：A_，B_，C_，D_。 (2)写出 C、D 两种元素
27、基态原子的轨道表示式： C：_。 D：_。 (3)B 元素的单质的电子式为_，其简单氢化物的电子式为_。 答案(1)HNMgP (2) (3) 解析A 是宇宙中最丰富的元素，且原子核外仅有一个非空原子轨道，则 A 为氢；B 元素原子的核外 电子排布式为 1s22s22p3，则 B 为氮；C 元素原子的核外电子排布式为 1s22s22p63s2，则 C 为镁；D 元素原 子的核外电子排布式为 1s22s22p63s23p3，则 D 为磷。 14已知 A 原子中只含 1 个电子；B 原子的 3p 轨道上得到 1 个电子后不容纳外来电子；C 原子的 2p 轨道上有 1 个电子的自旋方向与其他电子的自
28、旋方向相反；D 原子的第三电子层上有 8 个电子，第四电子 层上只有 1 个电子；E 原子的价电子排布式为 3s23p6。 (1)按要求书写下列图式。 B 原子的结构示意图：_。 C 原子的轨道表示式：_。 D 原子的核外电子排布式：_。 B 离子的电子式：_。 2022 高中化学新教材同步讲义资料 (2)写出由 A、B、C、D 中的三种元素组成的化合物的化学式：_ _(至少写出 5 种)。 (3)写出由上述元素组成的物质制得 A 的单质的化学方程式： _、 _(至 少写出 2 个)。 (4) 写 出 E 的 元 素 符 号 ： _ ， 要 证 明 太 阳 中 含 有 E 元 素 ， 可 采
29、用 的 方 法 是 _。 答案(1) 1s22s22p63s23p64s1(或Ar4s1) (2)KOH、KClO、KClO3、HClO、HClO3(其他合理答案也可) (3)2H2O= 电解 2H2O22K2H2O=2KOHH2(其他合理答案也可) (4)Ar对太阳光进行光谱分析 解析由题意可知，A 为 H，B 为 Cl，C 为 O，D 为 K，E 为 Ar。 (2)由 H、Cl、O、K 中的三种元素组成的化合物可以是酸，如 HClO、HClO2、HClO3、HClO4；也可 以是碱，如 KOH；还可以是盐，如 KClO、KClO2、KClO3、KClO4等。 (3)A 的单质为 H2，可以通过电解水、电解 KOH 溶液或 K 和水反应等方法来制取。 (4)对太阳光进行光谱分析，便可确定太阳中所含元素的种类。
