《原子结构 第3课时》示范公开课教学设计【化学人教版高中选择性必修2

第一节 原子结构

第3课时

◆ 教学目标

知道泡利原理和洪特规则，能书写1~36号元素的基态原子的轨道表示式。

知道基态原子的核外电子排布遵循泡利原理，洪特规则。

教学重难点

1. 泡利原理、洪特规则。

2. 1~36号元素的基态原子的轨道表示式的书写。

◆ 教学过程

一、新课导入

【提问】第n能层最大可容纳电子数为2n，轨道总数为n，由此我们可以猜测出什么结论？

22

【讲解】每个轨道最多可容纳的电子数为2。

【提问】有什么实验证据支持这种猜想呢？这背后蕴含着怎样的一般性原理呢？

【讲解】在今天的课程学习中我们将通过光谱证据、原子在磁场中的运动规律来探索。

二、讲授新课

一、电子自旋与泡利原理

【提问】1.什么是自旋？自旋相反和自旋平行一般怎样表示？

【讲解】电子除空间运动状态外，还有一种状态叫自旋。它是一种微观粒子普遍存在的内在

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↑和↓表示自旋相

反的电子。

2.泡利不相容原理

原理表述：在一个原子轨道里，最多只能容纳2个电子，他们的自旋相反。

泡利原理是核外电子在轨道上排布必须遵循的原则

【提问】泡利不相容解决了哪些科学问题？

【讲解】①只有1个最外层电子的碱金属原子光谱为什么会在光谱里呈双线

②只有1个最外层电子的Ag原子飞行通过一个不对称磁场时会分为两束

二、电子排布的轨道表示式

1.明确轨道表示式的要求：

1 / 5

【提问】轨道表示式如何表达轨道？如何表示简并轨道？如何表示单电子？

如何表示成对电子？如何表示轨道所对应的能级？

【讲解】在轨道表示式中，用方框表示原子轨道

能量相同的原子轨道的方框相连

能量相同的原子轨道也称为简并轨道

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。

通常在方框下方或上方标记能级符号。

2.示例介绍

（1）以H和He的轨道表示式为例进行介绍，让学生进行模仿书写练习：

【课堂练习】例1. 依据示例写出3-7号元素基态原子的轨道表示式。

（2）分享展示学生书写成果，针对他们的书写结果重点讨论C、N的轨道表示式，可能会

出现几种情况。

【提问】C和N在2p能级的电子出现了至少3种排布方式，这三种方式的能量相同么？

哪种的能量最低？

能量最低的排布有规律可循么？

这种规律可以推广到其他元素的基态原子么？

三、洪特规则

2 / 5

【讲解】1. 洪特规则的表述：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。

补充说明：洪特规则是洪特在诠释复杂原子光谱时，依据大量实验数据归纳出的经验规则。

强化学生的实验证据意识。

2. 洪特规则的运用

【提问】按照洪特规则，C、N基态原子的轨道表示式分别应为什么？

【讲解】对洪特规则中简并轨道的说明：

在轨道表示式中，简并轨道不做进一步区分；简并轨道上的电子自旋平行即可，即单电子全

部用用向下的箭头表示也可以。

3. 适用情形辨析

【提问】有同学认为，按照洪特规则，C基态原子的轨道表示式应该为

请评价他的观点。

【讲解】洪特规则是针对电子填入简并轨道时如何“分占轨道”和“选择何种自旋状态”的

情况，并不适用于电子填入能量不同的轨道。

电子填入轨道顺序由构造原理确定。

【课堂练习】

例2.下列轨道表示式中哪个是氟的基态原子，为什么？

答案 A

解析

A表示的是氟的基态原子。B中同一个轨道里电子自旋平行，违反了泡利不相容原理，不存

在这种电子排布。

例3. 下列轨道表示式中哪个是氧的基态原子，为什么？

3 / 5

答案 A

解析

A表示的是氧的基态原子。B中2p轨道的电子违反了洪特规则中的自旋平行，C中2p轨道

的电子违反了洪特规则中的优先分占简并轨道。

深度思考：

【提问】（1）在从小到大书写1-20号元素的轨道表示式中，第一个需要用到泡利不相容原

理的原子所对应的元素的元素符号是？

【讲解】He

分析思路：在同一个轨道中填入两个电子时就需要满足泡利原理，让两个电子自旋相反，故

第一个需要用泡利原理的应该是在最低能级1s中填入两个电子，该元素为氦

【提问】（2）在从小到大书写1-20号元素的轨道表示式中，第一个需要用到洪特规则的原

子所对应的元素的元素符号是？

【讲解】C

分析思路：洪特规则是针对简并轨道的，按照构造原理，第一组简并轨道是2p能级，2p上

只有1个电子不涉及分占轨道和自旋平行问题，故2p上至少有2个电子。此时电子构型为

1s2s2p

222

，6个电子对应6号元素碳

【提问】（3）在1-20号元素的基态原子的轨道表示式中，单电子数量最多的的原子所对应

的元素的元素符号是？

【讲解】N和P

分析思路：单电子数量最多，一定是单电子占满了一组简并轨道中全部轨道，在1-20号元

素中填充的简并轨道有2p和3p，他们应满足2p和3p，结合构造原理可知，两个原子的电

33

子构型分别为1s和1s，二者分别是7电子和15电子，故对应氮和磷。

22322623

2s2p2s2p3s3p

【提问】（4）在1-20号元素的基态原子的轨道表示式中，哪些不涉及洪特规则？

【讲解】H、He、Li、Be、B、F、Ne、Na、Mg、Al、Cl、Ar、K、Ca

4 / 5

分析思路：不涉及洪特规则可以分为三类

①电子填入轨道不是简并轨道，如H、He、Li、Be这类

②电子填入简并轨道但是只有1个单电子，如B、Al、F、Cl这类

③电子填入简并轨道无单电子，如Ne、Ar这类

三、课堂小结

1.构造原理解决了电子填入轨道顺序的问题，但是无法详细指出电子在不同轨道上的排布

状态，轨道容纳电子数量的问题。

2.泡利原理指出了每个轨道所能容纳的最大电子数

3.洪特规则指出了电子填入简并轨道时遵循的规则

基于上述3条规律，我们就可以用轨道表示式更精细的表达核外电子排布及每个能级中电

子的运动状态。

5 / 5