1.1.3电子云与原子轨道2024-2025学年高二上学期化学人教版（2019）选择性必修2

第一章 原子结构与性质 第一节 原子结构 第3课时 电子云与原子轨道 教学目标: PART 01 PART 02 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。 通过认识原子结构及核外电子排布，辨识微观粒子的运动状态不同于宏观物体的运动状态。 1926年，量子力学推翻了玻尔的氢原子模型，指出一定空间运动状态的电子并不在玻尔假定的线性轨道上运行，而在核外空间各处都可能出现，但出现的概率不同，可以算出它们的概率密度分布。 一、电子云 2.氢原子的1s电子在原子核外出现的概率密度分布图 小点不是电子本身，小点是1s电子在原子核外出现的概率密度的形象描述。 小点越密，表明概率密度越大。 含义：用P表示电子在某处出现的概率，V表示该处的体积，则 称为概率密度，用ρ表示。 即： 1.概率密度 2.电子云:由于核外电子的概率密度分布看起来像一片云雾，因而被形 象地称为电子云 氢原子的电子云图 3. 电子云轮廓图 ①含义：表示电子云轮廓的形状，对核外电子的空间运动状态有一个形象化的简便描述。把电子在原子核外空间出现概率P=90%的空间圈出来。即为电子云轮廓图 电子云轮廓图的绘制过程 将出现概率90%的空间圈出来 你能发现什么规律？ 1、不同能级s电子的电子云形状一致，均为球形。 2、能层越高，s电子的电子云半径越大。 原因：由于电子能量依次增高，电子在离核更远的区域出现的概率增大，电子云越来越向更大的空间扩展 相同原子的s电子的电子云轮廓图 s电子云只有一种空间伸展方向。 y x z y x z y x z ①p电子云轮廓图是哑铃形，能层序数越大，p电子云半径越大。 Pz、Py、Px的电子云 ②无论2p、3p还是4p…..都有3个相互垂直的电子云(3种空间伸展方向)，分别称为Px、Py、Pz，右下标x、y、z分别是p电子云在直角坐标系里的取向。 ③同一能层中px、py、pz的能量相同。 1.定义:量子力学把电子在原子核外的一个空间运动状态称为一个 原子轨道。 二、原子轨道 2.表示:常用电子云轮廓图的形状和取向来表示原子轨道的形状 和取向。 s能级球形对称，只有一个原子轨道 p能级3个原子轨道 空间运动状态个数=原子轨道数 请填写下表，并预测d、f能级中的原子轨道数量。 能级 s p d f 最多可容纳电子数 2 6 10 14 原子轨道数 单轨道容纳电子数 1 3 5 7 2 2 2 2 能层 能级 原子轨道数 原子轨道名称 原子轨道的形状和取向 K 1s 1 1s 球形 —— L 2s 1 2s 球形 —— 2p 3 2px、2py、2pz 哑铃形 互相垂直 M 3s 1 3s 球形 —— 3p 3 3px、3py、3pz 哑铃形 互相垂直 3d 5 …… …… …… N 4s 1 4s 球形 —— 4p 3 4px、4py、4pz 哑铃形 互相垂直 4d 5 …… …… …... 4f 7 …… …… …… 3.不同能层的能级、原子轨道数、原子轨道名称以及形状和取向 原子轨道数与能层序数(n)的关系：原子轨道数目=n2。 1.s能级和p能级的原子轨道存在哪些方面的差异？ 提示　空间运动状态 、电子云形状、轨道数目、最多容纳电子数等不同。 2.不同能层中的s轨道和p轨道电子云轮廓分别相同吗？能量分别相同吗？ 提示　电子云轮廓相同(s轨道均为球形，p轨道均为哑铃形)；能量不同(能层序数越大，能量越高)。 【思考与讨论】 3.基态原子的核外电子填充在6个轨道的元素有几种？ 提示　s、p能级分别有1、3个原子轨道，按照构造原理，核外电子填充在6个轨道的元素为1s22s22p63s1(Na)和1s22s22p63s2(Mg)，共2种。 【例1】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能级的原子轨道呈球形，处在该轨道上的电子只能在球壳内运动 C．与s电子原子轨道相同，p电子原子轨道的平均半径也随能层的增大而增大 D．基态原子电子能量的高低顺序为E(1s)＜E(2s)＜E(2px)＜E(2py)＜E(2pz) 【解析】选C。电子云是处于一定空间运动状态的电子在原子核外空间的概率密度分布的形象化描述，故A错误；s能级的原子轨道呈球形，处在该轨道上的电子不只在球壳内运动，还在球壳外运动，只是在球壳外运动概率较小，故B错误；离原子核越远的电子，其能量越大，所以p原子轨道电子的平均半径随能层的增大而增大，故C正确；2px、2py、2pz轨道是3个不同的原子轨道，空间伸展方向不同，3个轨道上的电子的运动状态不同，但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D错误。 C 2．如图甲是氢原子的1s电子云图(即概率密度分布图)，图乙、丙分别表示s、p能级的电子云轮廓图。下列有关说法正确的是(　　) A.电子云图(即概率密度分布图)就是原子轨道图 B．3p2表示3p能级中有两个原子轨道 C．由图乙可知，s能级的电子云轮廓图呈圆形，有无数条对称轴 D．由图丙可知，p能级的原子轨道图呈哑铃形，且有3个伸展方向 【解析】选D。电子云轮廓图与电子云图不是同一个概念，而是我们常说的原子轨道图，A项错误；3p2表示3p能级中容纳了两个电子，B项错误；s能级的电子云轮廓图呈球形而不是圆形，C项错误；p能级的原子轨道图呈哑铃形，有px、py、pz三个伸展方向，并且互相垂直，D项正确。 3．下列说法中正确的是(　　) A．1s电子云呈球形，表示电子绕原子核做圆周运动 B．电子云图中的小黑点密度大，说明该原子核外空间电子数目多 C．3d3表示3d能级有3个轨道 D．ns能级的原子轨道图可表示为 【解析】选D。电子云表示电子在核外空间某处出现的机会，不代表电子的运动轨迹，故A错误；小黑点的疏密表示电子出现机会的多少，密则机会大，疏则机会小，故B错误；3d3表示3d能级有3个电子，故C错误；ns能级的电子云呈球形，所以可以用该图表示该能级的原子轨道，故D正确。 4.下列有关说法正确的是(　　) A．每个能层s能级的原子轨道的形状相同，能层序数越大，轨道半径越大，电子能量越高 B．原子核外电子云是核外电子运动后留下的痕迹 C．教材中说“核外电子的概率密度分布看起来像一片云雾，因而被形象地称作电子云”，这说明原子核外电子云是实际存在的 D．每个能层都有p能级，p能级都有3个原子轨道 【解析】选A。每个能层s能级的原子轨道的形状相同，能层序数越大，轨道半径越大，电子能量越高，故A正确；电子云表示的是电子在核外某处出现的概率，不是电子运动后留下的痕迹，故B错误；电子云是电子在核外运动的概率密度分布的形象化描述，实际不存在，故C错误；第一能层没有p能级，故D错误。 5．下列对核外电子运动状态的描述正确的是(　　) A．电子的运动与行星的运动相似，围绕原子核在固定的轨道上高速旋转 B．能层数为3时，有3s、3p、3d、3f四个轨道 C．氢原子中只有一个电子，故氢原子只有一个轨道 D．在同一能级上运动的电子，其运动状态肯定不同 【解析】选D。电子运动不是围绕原子核在固定的轨道上高速旋转，只是在某个区域出现的概率大些，故A错误；能层数为3时，只有3s、3p、3d轨道，故B错误；氢原子有多个轨道，只有一个轨道上有电子，其他轨道为空轨道，故C错误；同一能级上的同一轨道上最多排两个电子，两个电子的自旋方向不同，则其运动状态肯定不同，所以在同一能级上运动的电子，其运动状态肯定不同，故D正确。 小结：原子轨道的特点 1.s原子轨道是球形的，p原子轨道是纺锤形的 2.能层序数n越大，原子轨道的半径越大； 3.不同能层的同种能级的原子轨道形状相似，只是半径不同；相同能层的同种能级的原子轨道形状相似，半径相同，能量相同，方向不同 4. s能级只有一个原子轨道；p能级有3个原子轨道，互相垂直，可分别以px、py、pz表示，能量相等。如2px、2py、2pz轨道的能量相等。 3.基态原子的核外电子填充在6个轨道的元素有几种？填充在7个轨道中的元素有几种？ 提示　s、p能级分别有1、3个原子轨道，按照构造原理，核外电子填充在6个轨道的元素为1s22s22p63s1(Na)和1s22s22p63s2(Mg)，共2种；填充在7个轨道中的元素只有1s22s22p63s23p1(Al)一种元素。 1．记住2个形状： 球形——s电子云；哑铃形——p电子云。 2．掌握3个关系： 电子云形状——与能级相关； 电子云大小——与能层相关； 原子轨道数目——与伸展方向有关。 重点 $$