1.1.2 量子力学对原子核外电子运动状态的描述（课件PPT）-【新课程学案】2024-2025学年高中化学选择性必修2（鲁科版2019，单选）

量子力学对原子核外电子运动状态的描述 第二课时 1 目 录 01 02 新知探究(一)——原子轨道 新知探究(二)——原子轨道的图形描述与 电子云图 03 课时跟踪检测 01 新知探究(一)——原子轨道 1.电子层(n) (1)含义:习惯上,将量子数n所描述的电子运动状态称为电子层,也叫能层。 (2)表示方法 分层标准 电子离核的远近 n的取值 1 2 3 4 5 6 … 符号 K L M N O P … 能量 离核 2.能级 (1)含义:当n相同时,电子具有的能量也可能___同,即同一个电子层内的电子可处于不同能级。 不 (2)能级的表示 电子 层符号 K L M N O 能 级 符号 1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s 4p 4d 4f … 数目 1 2 3 4 … 能量 [微点拨]　每一电子层的能级总是从s能级开始,能级数等于该电子层的序数。 3.原子轨道 (1)含义:描述原子中单个电子的空间运动状态。 (2)数目:电子层为n的状态含有___个原子轨道,s、p、d、f能级上对应的原子轨道分别为__、__、__、__。 n2 1 3 5 7 4.自旋运动 (1)核外运动的电子还存在一种被称为“自旋”的量子化状态。 (2)处于同一原子轨道上的电子自旋状态只能有___种,分别用符号“↑”和“↓”表示。 两 [题点多维训练] 1.(2024·福州高级中学期中)下列各能层不包含d能级的是(　　) A.L B.M C.N D.O 解析:选A　从第三能层开始,出现d能级,K能层只有s能级,L能层只有s、p能级,都不包含d能级。 √ 2.(2024·昌宁县第一中学期末)下列叙述正确的是 (　　) A.各能层的原子轨道数按s、p、d、f的顺序分别为1、3、5、7 B.各能层的能级都是从s能级开始到f能级结束 C.钾的M层有8个电子,所以钾的M层有4个轨道 D.各能层含有的原子轨道数为2n2 √ 解析:各能层的原子轨道数按s、p、d、f的顺序分别为1、3、5、7,故A正确;各能层的能级都是从s能级开始,但不一定到f能级结束,第一能层只有s能级,第二能层只有s、p 2个能级,第三能层有s、p、d 3个能级,都不存在f能级,故B错误;钾的M能层共有8个轨道,其中3s上有1个轨道,3p上有3个轨道,3d上是空轨道,故C错误;各能层含有的原子轨道数为n2,各能层最多容纳的电子数为2n2,D错误。 √ 3.下列有关原子轨道的说法正确的是 (　　) A.在K能层中,有自旋相反的两条轨道 B.N能层中有4s、4p、4d、4f 4个能级,共16个轨道,可容纳32种运动状态的电子 C.基态原子电子能量顺序为E(1s)<E(2s)<E(2px)<E(2py)<E(2pz) D.3p能级上只有一个空轨道的原子和3p能级上有两个未成对电子的原子对应为同一元素 解析:选B　K层只有s能级,有1条轨道,故A错误;N能层中有4s、4p、4d、4f 4个能级,共16个轨道,每个轨道最多容纳2个电子,所以可容纳32种运动状态的电子,故B正确;2px、2py、2pz轨道是3个不同的原子轨道,同一能级上的原子轨道具有相同的能量,所以基态原子电子能量的高低顺序为E(1s)<E(2s)<E(2px)=E(2py)=E(2pz),故C错误;3p能级上只有一个空轨道的原子是Si,3p能级上有两个未成对电子的原子是Si或S,故D错误。 4.镓元素的原子结构示意图如图所示: (1)该元素的原子n=3的电子层上有　　个能级,这些能级的能量由高到低的顺序是　　　　　　　,该元素原子核外每一电子层上的s轨道的能量由高到低的顺序是　　　　　　　　。  解析:n=3时该电子层上有3个能级,分别为3s、3p、3d,这些能级的能量按照由高到低的顺序排列为3d、3p、3s;电子层数n越大,相同能级的原子轨道的能量越高,因此该原子的s轨道的能量由高到低的顺序是4s、3s、2s、1s。 3 3d、3p、3s 4s、3s、2s、1s (2)该元素的原子n=4的电子层上有　 个能级,　 个原子轨道。  解析:该元素的原子n=4的电子层,有s、p、d、f 4个能级,共有16个原子轨道。 4 16 (3)若电子在进入原子轨道时优先进入能量低的原子轨道,然后进入能量高的原子轨道,且每个原子轨道上最多容纳2个电子,那么在n=4的电子层上4p轨道上的电子为　个。  解析:在n=4的原子轨道上,电子先进入4s轨道,然后进入4p轨道,那么4p轨道上只有1个电子。 1 02 新知探究(二)——原子轨道的图形 描述与电子云图 1.原子轨道的图形描述 对象 原子中单个电子的______________ 意义 表示原子轨道的__________ 形状 s轨道呈______,具有球对称性;p轨道在空间的分布特点是分别相对于x、y、z轴对称,也就是说,p轨道在空间分别沿x、y、z轴的方向分布。如图: 空间运动状态 空间分布 球形 2.电子在核外的空间分布 (1)原子核外电子的运动特点 与对宏观物体运动的描述不同,对于质量非常小、运行速度极快且运动空间极小的微观粒子(如电子,其质量仅为9.1×10-31 kg)而言,人们不可能同时准确地测定它的______和_____,但能通过对波函数进行数学处理计算出电子在某个地方出现的_____。 位置 速度 概率 (2)电子云图 概念 描述电子在核外空间某处单位体积内的_____分布的图形 含义 通常用单位体积内小点的疏密程度来表示电子在原子核外某处单位体积内出现_____的大小 概率 概率 续表 形状 s能级的电子概率分布呈____形;p能级的电子概率沿x、y、z轴的方向分布,有___种空间伸展方向。 电子处在1s轨道及2p轨道上的电子云图如图1、图2所示: 球 3 续表 意义 电子云不仅表示电子在核外空间某处单位体积内出现的概率,同时说明量子力学中轨道的含义与玻尔轨道的含义完全不同,它既不是圆周轨道,也不是其他经典意义上的固定轨迹 应用化学 　 钋,化学符号为Po,原子序数是84,是已知最稀有的元素之一,在地壳中含量约为100万亿分之一,主要通过人工合成方式取得,钋单质是一种银白色金属,能在黑暗中发光。 1.钋元素原子的ns电子的电子云图上的小点较为稀疏的地方代表电子数目较少吗? 提示:电子云图中的小点的疏密程度代表电子在原子核外空间某处单位体积内出现概率的大小,其中小点稀疏的地方代表电子出现的概率低。 2.钋元素原子n=3的电子层的p能级上有3px、3py、3pz三个原子轨道。这三个p轨道电子云的形状是否相同?电子云在空间的伸展方向是否相同? 提示:钋元素原子n=3的三个p轨道电子云的形状相同,都是沿坐标轴方向分布;电子云在空间的伸展方向互相垂直。 [题点多维训练] 题点(一)　原子轨道的形象描述 1.如图是s能级和p能级的原子轨道示意图,下列说法正确的是(　　) A.s能级和p能级的原子轨道形状相同 B.每个p能级都有6个原子轨道 C.s能级的原子轨道的半径与电子层序数有关 D.不同电子层上的p轨道的大小和伸展方向均相等 解析:s轨道为球形,p轨道为沿x、y、z轴的方向分布,A项错误;每个p能级只有3个原子轨道,B项错误;电子层序数越小,s能级的原子轨道的半径越小,C项正确;不同电子层上的p能级的伸展方向相同,但是大小不同,D项错误。 √ 2. 玻尔理论、量子力学理论都是对核外电子运动状态的描述,根据对它们的理解,判断下列叙述正确的是 (　　) A.因为s轨道的形状是球形的,所以s电子做圆周运动 B.3px、3py、3pz的差异之处在于三者中电子(基态)的能量不同 C.在同一能级上运动的电子,其运动状态一定相同 D.原子轨道和电子云都是用来形象地描述电子的运动状态 √ 解析:s轨道是球形的,这是电子云图的形状,表示电子在核外空间某处单位体积内出现的概率大小,而不是电子在做圆周运动,A项错误;p能级有3个原子轨道,相同电子层上的p轨道能量相同,则E(3px)=E(3py)=E(3pz),B项错误;同一能级上的电子可处于不同轨道,处于同一轨道上的电子,可有不同的自旋状态,C项错误;原子轨道和电子云都可用来形象地描述电子的运动状态,D项正确。 题点(二)　电子云的理解 3.下列关于氢原子电子云图的说法正确的是(　　) A.点密度大,电子数目多 B.点密度大,单位体积内电子出现的机会小 C.电子云图是对电子运动无规律的描述 D.电子云图描述了电子运动的客观规律 解析:电子云图中的点不代表电子,只是利用其疏密表示电子在此区域出现概率的大小。电子运动的客观规律用图形表现就是电子云图。 √ 4.(2024·洛阳高二检测)观察2pz轨道电子云示意图(如图所示),下列说法错误的是 (　　) A.2pz轨道上的电子在空间某处单位体积内出现的 概率分布关于z轴对称 B.点密集的地方表明电子出现的概率大 C.电子先沿z轴正半轴运动,然后沿其负半轴运动 D.2pz轨道的形状为两个椭圆球 √ 解析:在图中,电子在空间某处单位体积内出现的概率分布关于z轴对称,A正确;电子云并不是电子的真实运动轨迹,C错误;2pz轨道电子云形状为两个椭圆球,D正确。 03 课时跟踪检测 1.以下能级符号正确的是 (　　) ①6s　②2d　③3f　④7p A.①② B.②③ C.③④ D.①④ 解析:能级数与电子层序数相同,即当n=2时,只有2s、2p能级,不能出现d能级,在n=3时也不会出现f能级。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 √ 2.下列能级中,所含原子轨道最多的是 (　　) A.6s B.4p C.3d D.7s 解析:6s能级只有1个原子轨道;4p能级有3个原子轨道;3d能级有5个原子轨道;7s能级有1个原子轨道。 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 14 √ 3.下列表述正确的是 (　　) A.能级一般指电子层 B.每个能层最多可容纳的电子数是2n2 C.同一能层中的不同能级的能量高低相同 D.不同能层中的s能级的能量高低相同 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 14 √ 解析:能层一般指电子层,故A错误;每个能层最多可容纳的电子数是2n2,故B正确;同一能层中的不同能级,能量按照s、p、d、f……的顺序升高,故C错误;不同能层中的s能级的能量不同,能层序数越大,s能级的能量越高,故D错误。 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 14 4.下列有关电子层和能级的叙述正确的是 (　　) A.M电子层有s、p共2个能级,最多能容纳8个电子 B.3d能级最多容纳5个电子,3f能级最多容纳7个电子 C.无论哪一电子层的s能级最多容纳的电子数均为2 D.任一电子层都有s、p能级,但不一定有d能级 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 14 √ 解析:A项,M电子层有s、p、d 3个能级,最多容纳18个电子;B项,3d能级最多容纳10个电子且不存在3f能级;D项,K电子层只有s能级,不含有p能级。 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 14 5.(2024·山东德州检测)下列说法正确的是 (　　) A.s轨道呈圆形,p轨道在空间沿坐标轴的方向分布 B.科学家们采用统计的方法来描述电子在原子核外某一区域出现的概率 C.电子云中小点的疏密表示电子的多少 D.f轨道有5个伸展方向 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 14 √ 解析:s轨道呈球形,A项错误;电子云中的小点不代表电子,小点的疏密程度表示电子在这一区域出现概率的大小,C项错误;f轨道有7个伸展方向,D项错误。 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 14 6.符号“2px”没有给出的信息是 (　　) A.能级 B.电子层 C.电子的自旋方向 D.电子云在空间的伸展方向 解析:2p表示原子核外第二电子层p能级轨道;其中p轨道有3个不同的伸展方向,可分别表示为px、py、pz,同一个原子轨道中最多含有2个自旋相反的电子,所以从符号“2px”中不能看出电子的自旋方向。 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 14 √ 7.图甲和图乙分别是1s电子的电子云图和原子轨道图。下列有关认识正确的是 (　　) A.图甲中的每个小点表示1个电子 B.图甲中的小点表示某一时刻电子在核外所处的位置 C.图乙表示1s电子只能在球体内出现 D.图乙表明1s轨道呈球形,有无数条对称轴 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 14 √ 解析:题图甲中每个小点并不代表一个电子,而是代表电子出现的概率大小,不是电子在核外所处的位置,故A、B错误;1s轨道呈球形,有无数条对称轴,故D正确。 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 14 8.第N能层所含能级数、原子轨道数和最多容纳电子数分别为 (　　) A.3、9、18 B.4、12、24 C.5、16、32 D.4、16、32 解析:每一能层包含的能级数目等于该能层的序数,每一能级所能容纳的最多电子数是其原子轨道数的2倍,则第N能层含有4个能级,16个原子轨道,最多容纳电子数为32个。 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 14 √ 9.下列有关电子云和原子轨道的说法正确的是 (　　) A.原子核外的电子像云雾一样笼罩在原子核周围,故称电子云 B.s轨道呈球形,处在该轨道上的电子只能在球壳内运动 C.p轨道与s轨道空间分布图形不同,在空间有两个伸展方向 D.与s电子原子轨道相同,p电子原子轨道的平均半径随电子层的增大而增大 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 14 √ 解析:电子云仅表示电子在某一空间区域内出现的概率,并非原子核被电子云雾所包裹,故A错误;原子轨道用来描述原子中单个电子的空间运动状态,它表明电子在这一区域内出现的概率大,在此区域外出现的概率小,故B错误;p轨道在空间有px、py、pz共3个伸展方向,故C错误。 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 14 10.(2024·石家庄高二期中)下列说法正确的是 (　　) A.任何一个电子层最多只有s、p、d、f四个能级 B.用n表示电子层数,每一电子层最多容纳的电子数为2n2 C.电子云图就是原子轨道的图形描述 D.电子的运动状态只能从电子层、能级、原子轨道3个方面进行描述 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 14 √ 解析:一个电子层的能级数等于电子层序数,一个电子层除有s、p、d、f四个能级外,可能还有其他能级存在,A项错误;电子云轮廓图是原子轨道的图形描述,即电子在原子核外空间出现概率为90%的空间轮廓,C项错误;电子的运动状态可从电子层、能级、原子轨道在空间的伸展方向、电子的自旋状态4个方面进行描述,D项错误。 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 14 11.(2024·邹城市第二中学月考)下列关于核外电子的运动状态的说法错误的是 (　　) A.核外电子是分层运动的 B.只有电子层、能级、电子云的空间伸展方向以及电子的自旋状态都确定时,电子运动状态才能被确定 C.只有电子层、能级、电子云的空间伸展方向以及电子的自旋状态都确定时,才能确定每一个电子层的最多轨道数 D.电子云的空间伸展方向与电子的能量大小无关 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 14 √ 解析:核外电子是分层运动的,因此是分层排布的,每个电子层又分若干个电子亚层,每个亚层中有一条或多条原子轨道,故A正确;电子的运动状态由电子层、电子亚层、电子云的伸展方向以及电子的自旋状态决定,所以在电子层、电子亚层、电子云的伸展方向以及电子的自旋状态确定时,电子的运动状态才能确定下来,故B正确; 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 14 第一能层有s能级共1个原子轨道,第二能层有s和p能级共有4个原子轨道,第三能层有s、p和d能级共有9个原子轨道,与电子层、电子亚层、电子云的伸展方向及电子的自旋无关,故C错误;离原子核越远的电子,其能量越大,例如p原子轨道电子的平均能量随能层的增大而增加,而电子云伸展方向与能量大小无关,故D正确。 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 14 12.填空。 (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:　 。  1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 14 1s 2s、2p 3s、3p、3d 4s、4p、4d、4f 1 3 5 7 (3)比较下列原子轨道的能量高低(填“<”“=”或“>”)。 ①4s　　　3s　　　2s　　　1s;  ②2px　　　2py　　　2pz;  ③4f　　　4d　　　4p　　　4s;  ④1s　　　2p　　　3d　　　4f;  ⑤2py　　　3py　　　4py。  1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 14 > > > = = > > > < < < < < 13.回答下列问题。 (1)在基态多电子原子中,关于核外电子能量的叙述错误的是_____ (填字母,下同)。   A.能量高的电子易失去 B.同一个电子层上的不同能级上的原子轨道,能量大小不同 C.p轨道电子能量一定高于s轨道电子能量 D.在离核近的区域内运动的电子能量低 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 14 C 解析:一般能量越高的电子在离核越远的区域内运动,越容易失去,A项正确;多电子原子的同一个电子层上的不同能级的能量大小顺序为Ens<Enp<End<Enf……B项正确;同一电子层中的p轨道电子能量一定比s轨道电子能量高,不同电子层中的p轨道电子能量不一定比s轨道电子能量高,C项不正确;一般离核越近,电子能量越低,D项正确。 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 14 (2)下列说法正确的是　　　　。   A.处在同一原子轨道上的电子运动状态完全相同 B.处在同一电子层上的电子(基态)能量一定相同 C.处在同一能级中的电子(基态)能量一定相同 解析:同一原子轨道上的电子自旋状态不同,A项不正确;电子的能量与电子层和能级有关,同一电子层不同能级上的电子的能量不同,B项不正确;处在同一能级中的电子(基态)能量相同,C项正确。 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 14 C (3)符号3px所代表的含义是　　　　。  A.3px轨道上有3个电子 B.n=3的电子层3px轨道有三个伸展方向 C.px电子云有3个伸展方向 D.n=3的电子层沿x轴方向伸展的p轨道 解析:3px中的3表示n=3的电子层,p轨道在空间分别沿x、y、z轴的方向分布,px表示沿x轴方向伸展的p轨道。 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 14 D 高阶思维训练 14.(1)已知A原子的最外层电子数是次外层电子数的2倍,则基态A原子中,电子占据的最高电子层符号为　 ,该电子层含有的能级数为　 ,该电子层含有　　个原子轨道。  解析: A原子的最外层电子数是次外层电子数的2倍,则A原子为C原子,核外有6个电子,基态C原子核外电子共占据2个电子层,电子占据的最高电子层为L层,L层含有的能级数为2。s能级有1个原子轨道,p能级有3个原子轨道,所以L电子层共有4个原子轨道。 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 14 L 2 4 (2)钴属于价格比较昂贵的金属,其原子结构示意图为 。若核外电子在进入原子轨道时优先进入能量低的原子轨道,后进入能量高的原子轨道,且每个原子轨道上最多容纳2个电子,预测n=3和n=4的电子层上各能级上的电子数目分别是多少?并指明理由。 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 14 电子层数 预测各能级上的电子数目 预测依据 3 s 由于同一电子层上的原子轨道的能量为ns<np<nd<nf p d 4 s 2 p d f 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 14 2 6 7 0 0 0 解析:由于同一电子层上的能量为ns<np<nd<nf,而核外电子在进入原子轨道时优先进入能量低的原子轨道后进入能量高的原子轨道。 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 14 $$