师：同学们好，今天我们来学习高二化学选择性必修二《物质结构与性质》第一章第一节原子结构第四课时。
本节课的学习目标有三个：一是掌握泡利原理、洪特规则、能量最低原理，能依据这三条规则书写轨道表示式，熟知核外电子排布的表示方式；二是掌握1 - 36号元素的核外电子轨道表示式；三是能根据核外电子的表示方法推导出对应的原子或离子。
前面的学习中，我们依据构造原理，用原子结构示意图、电子排布式分别表示电子在能层和能级中的填充。那么核外电子在原子轨道中按照什么规律排布？又该如何表示呢？本节课我们就来解决这些问题。
我们可以用方框表示原子轨道，用箭头表示电子，这种表述电子排布的图示叫做轨道表示式，也叫电子排布图。比如氧的基态原子的轨道表达式如下，在轨道表达式中，既可以用方框，也可以用圆圈表示原子轨道。能量相同的原子轨道称为简并轨道，用方框相连。箭头表示一种自旋状态的电子，上下箭头表示电子不同的自旋方向，上下箭头成对出现称为电子对，单个出现称单电子，或称未成对电子。在氧原子中有三个电子对，有两个单电子。箭头同向的单电子称自旋平行，如基态氧原子有两个自旋平行的2P能级电子。通常应在方框下或上方标记能级符号，有时画出的能级上下错落，以表达能量高低的不同。
下面请同学们写出基态氢原子可能的轨道表达式。基态氢原子电子排布式是1S1 ，只有1S一个原子轨道，轨道上有一个电子，电子自旋方向可以是顺时针或逆时针，所以有两个答案。
下面请同学们写出基态氦原子可能的轨道表达式。基态氦原子的电子排布式是1S2 ，只有一个1S轨道，但有两个电子。同学们可能画出在同一个轨道里，两个电子方向画成自旋相反与自旋平行的两个答案。我们应该选择同一个轨道电子自旋相反的这个答案。1925年，基于光谱事实，泡利正式提出在一个原子轨道里最多只能容纳两个电子，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，也称为泡利不相容原理。泡利原理的另一个表述是同一个原子中不能有两个或两个以上的电子处于完全相同的运动状态。核外电子的运动状态包括空间运动状态和电子自旋。把电子在原子核外的一个空间状态称为原子轨道，根据泡利不相容原理的另一个表述，同一个原子中不能有两个或两个以上的电子处于完全相同的运动状态，也就是说，原子中有多少个电子就会有多少种运动状态。在氧原子中有5个原子轨道，所以应该有5种空间运动状态。共有8个电子，所以有8种电子的运动状态。
请写出基态锂、铍、硼的轨道表达式。书写基态硼原子的轨道表示式时要注意，虽然2P能级上只有一个轨道填充了电子，但是能量相同的原子轨道即简并轨道的方框是相连的。无论是否填满，都应该画齐全该简并轨道的方框。
请同学们写出基态碳原子可能的轨道表示式。基态碳原子的电子排布式是1S2 、2S2 、2P2 ，2p能级上有三个简并轨道要填充两个电子，有如下四种填充方法：将两个电子填在同一轨道，自旋相反或自旋平行，或是填充在不同轨道，自旋相反或自旋平行。由泡利原理可以排除掉填在同一个轨道且自旋平行的轨道表达式。正确的基态碳原子的轨道表示式应为第三个。在简并轨道上填充电子需分占不同轨道且自旋平行。1925年，洪特在诠释复杂的原子光谱时得出了判断基态原子光谱项三条经验规则。后人归并简化为一条：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。必须注意，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。
下面请同学们写出7 - 24号元素原子的轨道表示式。在填到基态铬原子时，1S、2S、2P、3S能级的原子轨道上是填满的，3d和4S的能级轨道都是单电子，应该是3d?4S1 ，而不是3d?4S2 。这是为什么呢？由洪特规则的特例，电子排布时，当能量相同的简并轨道处于半满、全满或全空时，整个原子的能量较低，原子处于相对稳定的状态。因此，基态铬原子如果价层电子排布是3d?4S2 ，则3d原子轨道上有4个单电子，一个空轨道。如果将4S的一个电子填充到3d的原子轨道上，那么3d能级的简并轨道为半充满，铬原子处于相对稳定的状态，所以基态铬原子价层电子排布是3d?4S1 。
请同学们写出29号元素铜的价层电子轨道表示式。根据洪特规则的特例，铜的3d的简并轨道全充满时比较稳定，所以轨道表示如大屏幕所示，价层电子排布为3d1?4S1 。
基态是指原子能量最低的状态，所以基态原子的电子排布式是能量最低的原子轨道组合。由此，人们得出一条原理，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。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。相邻能级能量相差很大时，电子填入能量低的能级即可使整个原子能量最低，如所有主族元素的基态原子；而当相邻能级能量相差不大时，有一到两个电子占据能量稍高的能级可能反而降低电子排斥能而使整个电子能量最低，如所有副族元素的基态原子。
总之，基态原子的核外电子排布遵循泡利原理、洪特规则和能量最低原理。
请同学们翻开书本第16页，完成下面的思考与讨论题。