第1章 第1节 第2课时 量子力学对原子核外电子运动状态的描述（Word教参）-【优化指导】2024-2025学年新教材高中化学选择性必修2（鲁科版2019）

第2课时　量子力学对原子核外电子运动状态的描述 课程内容标准 知道电子的运动状态(空间分布及能量)可通过原子轨道和电子云模型来描述。 1．原子轨道 (1)电子层：量子力学理论将n所描述的电子运动状态称为电子层。n 的取值为正整数1、2、3、4、5、6等，对应的符号分别为K、L、M、N、O、P等。一般而言，n值越大，电子离核的平均距离越远，电子具有的能量越高。 (2)能级：当n相同时，电子具有的能量也可能不同，即同一个电子层内的电子可处于不同能级。当n＝x时，有x个能级，分别用符号s、p、d、f等表示。例如，n＝2时，有2个能级，符号分别为s、p。 [提醒]　存在外磁场时，处于同一能级的电子的空间运动状态的能量不同，所以当有外磁场时，氢原子或多原子光谱中的一条谱线就可能分裂为多条 (3)原子轨道： ①概念：原子中的单个电子的空间运动状态。 ②n值所对应的能级和原子轨道的情况： 电子层或量子数n 能级种类 原子轨道 取值 符号 符号 符号 数目 1 K s 1s 1 2 L s 2s 1 p 2px、2py、2pz 3 3 M s 3s 1 p 3px、3py、3pz 3 d 5 4 N s 4s 1 p 4px、4py、4pz 3 d 5 f 7 (4)自旋运动状态 处于同一原子轨道上的电子自旋运动状态只有2种，分别用符号“↑”和“↓”表示。 [提醒]　“自旋”并不意味着电子像地球那样绕轴“自转”，它的实质仍在探索之中 2．原子轨道的图形描述 (1)描述对象：原子中单个电子的空间运动状态。 (2)表示方法：将原子轨道的空间分布在直角坐标系中表示出来。 (3)图形形状 s轨道为球形，具有球对称性；p轨道为哑铃形，并分别相对于x、y、z轴对称，可表示为px、py、pz。 3．电子在核外的空间分布 (1)概念：描述电子在空间单位体积内出现的概率大小的图形称为电子云图。 (2)方法：用单位体积内小点的疏密程度来表示电子在原子核外单位体积内出现概率的大小。 1．巧判断(对的打“√”，错的打“×”) (1)不同电子层，s能级能量相同。(×) (2)s轨道在三维空间的图形为球形。(√) (3)电子云中的小黑点代表一个电子。(×) (4)s电子云的形状为圆形。(×) 2．下列关于电子云的说法中，正确的是(　　) A．电子云表示电子在原子核外运动的轨迹 B．电子云表示电子在核外单位体积的空间出现的概率大小 C．电子云界面图中的小黑点越密表示该核外空间的电子越多 D．钠原子的1s、2s、3s电子云半径相同 B　[电子云表示电子在核外单位体积的空间出现的概率大小，不是表示电子运动的轨迹，A错误，B正确；电子云界面图中的小黑点越密表示电子在该区域出现的机会越大，C错误；钠原子的1s、2s、3s电子云半径逐渐增大，D错误。] 3．(1)用符号填写电子层所含能级种类： K层：________；L层：________；M层：________；N层：________。 (2)用数字填写能级所含原子轨道数目： s：__________；p：________；d：__________；f：________。 答案　 (1)1s　2s、2p　3s、3p、3d　4s、4p、4d、4f　　 (2)1　3　5　7 学习任务一　认识理解电子层、能级、原子轨道 1．每个电子层上的能级数目与电子层序数n有什么关系？是不是每个电子层上都有s、p、d、f能级？ 提示　电子层上的能级数目＝电子层序数n，因此并不是所有的电子层都有s、p、d、f能级。 2．总结每个电子层(n表示)最多容纳的电子数是多少？ 提示　K层有1个轨道，每个轨道最多容纳2个电子，所以K层最多容纳2个电子；L层有4个轨道，最多容纳8个电子；同理，M层最多容纳18个电子；N层最多容纳32个电子，以此类推，每层最多容纳的电子数为2n2个。 3．在同一电子层的同一能级上运动的电子，其运动状态相同吗？ 提示　不相同，同一能级上运动的电子所处的轨道不一定相同，即使是同一原子轨道，电子的自旋运动状态有2种，运动状态也不同，故同一原子的各电子的运动状态都不同。 1．电子层、能级、原子轨道之间的关系 (1)一个原子轨道上最多容纳2个电子，且运动状态不同。 (2)任一电子层的能级总是从s能级开始，而且能级数＝电子层数。 (3)每个电子层(n)中，原子轨道总数为n2个，核外电子的运动状态共有2n2种。 2．不同原子轨道能量大小关系 (1)相同电子层不同能级的原子轨道能量：ns<np<nd<nf。 (2)不同电子层中同一能级的原子轨道能量：1s<2s<3s<4s,2p<3p<4p。 (3)相同电子层和相同能级的各原子轨道能量相等，例如：2px＝2py＝2pz。 [提醒]　(1)原子核外电子的能量取决于电子层和能级。 (2)一般离核越近的电子具有的能量越低 1．下列各电子层中不包含d能级的是(　　) A．N电子层　　　　 B．M电子层 C．L电子层 D．O电子层 C　[第1电子层只有1个能级(1s)，第2电子层有2个能级(2s和2p)，第3电子层有3个能级(3s、3p和3d)，依次类推。前两个电子层没有d能级，从第3电子层才开始出现d能级。] 2．下列叙述正确的是(　　) A．各电子层的原子轨道数按s、p、d的顺序分别为1、3、5 B．各电子层的能级都是从s能级开始到f能级结束 C．各电子层含有的能级数为n－1 D．各电子层含有的原子轨道数为2n2 A　[各能级的原子轨道数取决于原子轨道在空间的分布情况，s、p、d能级分别含有1、3、5个原子轨道，A正确；各电子层的能级都是从s能级开始，但能级数等于电子层数，不一定到f能级结束，B、C不正确；各电子层含有的原子轨道数为n2个，D不正确。] 学习任务二　认识理解电子云、原子轨道 下面是电子在1s轨道、2py轨道的电子云图，思考并回答下列问题： 　 1．电子云图中的小黑点的含义是什么？小黑点的密度表示什么？ 提示　小黑点是电子在原子核外出现的概率密度的形象表述。小黑点密度越大，表明概率密度越大。 2．电子在原子核外出现的概率有什么规律？ 提示　离核越近，电子出现的概率越大，电子云越密集。如2s电子云比1s电子云疏散。 3．不同电子层的同种能级的原子轨道形状是否完全相同？ 提示　不同电子层的同种能级的原子轨道形状相似，但是原子轨道的半径不同，能级序数n越大，电子的能量越大，原子轨道的半径越大。例如1s、2s、3s轨道均为球形，原子轨道半径：r(1s)<r(2s)<r(3s)。 1．正确认识电子云 (1)电子云图表示电子在核外空间出现概率密度的相对大小。电子云图中小黑点密度越大，表示电子出现的概率密度越大。 (2)电子云图中的小黑点并不代表电子，小黑点的数目也不代表电子真实出现的次数。 (3)由氢原子的1s电子在原子核外出现的概率密度分布图可知，在离原子核越近的空间电子出现的概率越大；电子云的外围形状具有不规则性。 2．原子轨道与电子层序数的关系 (1)不同电子层的同种能级的原子轨道形状相同，只是半径不同。电子层序数n越大，原子轨道的半径越大。如： 同一原子的s电子的电子云轮廓图 (2)s能级只有1个原子轨道。p能级有3个原子轨道，它们互相垂直，分别以px、py、pz表示。在同一能层中px、py、pz的能量相同。 (3)原子轨道数与能层序数(n)的关系：原子轨道数目＝n2。 1．下列说法正确的是(　　) A．各电子层含有的能级数为n－1 B．电子云图中的小黑点表示某一时刻，电子在核外所处的位置 C．所有原子任一能层的s电子云图都是球形，但球的半径大小不同 D．在同一能级上运动的电子，其运动状态相同 C　[各电子层中能级数等于其所处的能层数，例如当n＝1时，它有1s能级， A错误；小黑点表示空间各电子出现的几率，即某一时刻电子在核外某处出现的几率大小， B错误；所有原子任一能层的s电子云轮廓图都是球形，能层越大，球的半径越大， C正确；在同一能级上运动的电子，能量相同，但空间取向不同、自旋方向不同，核外电子没有运动状态相同的电子， D错误。] 2．回答下列问题： (1)n＝2的电子层有______个能级，______种形状不同的电子云，有______个原子轨道，最多容纳______个电子。 (2)用相应的符号描述n＝2的所有的原子轨道________________。 (3)可正确表示原子轨道的是________(填字母)。 A．2s　　 B．2d　　 C．3p　　 D．3f (4)基态Cl－核外电子的运动状态共________种。 (5)基态Si原子中，电子占据的最高电子层符号为______，该电子层具有的原子轨道数为________，电子数为______。 (6)符号2px的意义是______________________________________________。 解析　(1)第2电子层有2s、2p两个能级，有s、p两种形状不同的电子云，有2s、2px、2py、2pz 4个原子轨道，每个轨道最多容纳2个电子，所以n＝2的电子层最多容纳8个电子。 (2)n＝2的原子轨道为2s、2px、2py、2pz。 (3)L电子层只有2s、2p能级，M电子层只有3s、3p、3d能级，3px、3py、3pz才可表示原子轨道，故选A。 (4)Cl－有18个电子，每个电子运动状态不同，共18种运动状态。 (5)根据核外电子排布规律，能量高的在离核远的电子层运动，基态Si原子有K、L、M三个电子层，电子占据的最高电子层为M层。该层有1个3s轨道、3个3p轨道和5个3d轨道共9个轨道，Si原子M层有4个电子。 答案　(1)2　2　4　8　(2)2s、2px、2py、2pz　(3)A　(4)18　(5)M　9　4　(6)2px表示主量子数n为2，角量子数l为1，沿x轴方向伸展的p轨道 [规律总结]　每个电子运动状态不同，原子有多少个电子就有多少种运动状态 在进行原子光谱实验时，钠原子中处于N电子层的电子跃迁到M电子层时，会产生多条谱线。钠原子的部分光谱如图所示： (1)利用原子轨道的相关知识解释钠原子中处于N电子层的电子跃迁到M电子层时，为什么会产生多条谱线？ 提示　M电子层中含有s、p、d能级，三个能级分别含有1、3、5个原子轨道；N电子层中含有s、p、d、f能级，四个能级分别含有1、3、5、7个原子轨道。不同能级能量不同，所以电子从N电子层中的不同原子轨道跃迁到M电子层中不同能级的原子轨道，释放的能量不同，会得到多条谱线。 (2)钠原子中处于1s、2s、3s中的电子能量是否相同？1s、2s、3s原子轨道的形状是否完全相同？ 提示　钠原子中处于1s、2s、3s中的电子能量不相同，1s最低，3s最高。1s、2s、3s原子轨道的形状均为球形，但半径不同。 　 原子轨道：同一电子层，不同能级其原子轨道形状不同，数目不同；不同电子层，同种能级其原子轨道形状相似，半径不同，能量不同。 学科网（北京）股份有限公司 $$