第1章 第1节 原子结构模型-【金版教程】2025-2026学年高中化学选择性必修2创新导学案教用word（鲁科版2019）

化学　选择性必修2 导学案 L 第1节　原子结构模型 核心素养 学业要求 1.能说明原子结构等模型建立的重要依据及推理过程。 2.能采用模型、符号等多种方式对物质结构进行综合表征。 3.能说明建构思维模型在人类认识原子结构过程中的重要作用 1.了解原子结构模型的演变历程、氢原子光谱的特点及玻尔原子结构模型的基本观点。 2.知道基态、激发态和原子光谱等概念，认识原子光谱分析的应用。 3.理解量子力学对核外电子运动状态的描述。 4.理解原子轨道和电子云的含义 一、原子结构模型的演变 1．1803年，英国化学家道尔顿提出原子论。 2．1904年，汤姆孙在发现电子的基础上提出原子结构的“葡萄干布丁”模型。 3．1911年，卢瑟福根据α粒子散射实验提出原子结构的核式模型。 4．1913年，玻尔根据原子光谱实验，建立起核外电子分层排布的原子结构模型。 5．20世纪20年代中期建立量子力学理论。 二、氢原子光谱和玻尔的原子结构模型 1．氢原子光谱是由具有特定波长、彼此分立的谱线组成的线状光谱。这与根据卢瑟福原子结构核式模型得到的推论是不一致的。 2．玻尔原子结构模型的基本观点 (1)原子中的电子在具有确定半径的圆周轨道上绕原子核运动，并且不辐射能量。 (2)在不同轨道上运动的电子具有不同的能量，而且能量值是不连续的，这称为能量“量子化”。轨道能量依n值(1、2、3、…)的增大而升高，n称为量子数。对氢原子而言，电子处于n＝1的轨道时能量最低，这种状态称为基态，能量高于基态能量的状态称为激发态。 (3)只有当电子从一个轨道跃迁到另一个轨道时，才会辐射或吸收能量，当辐射或吸收的能量以光的形式表现出来并被记录时，就形成了光谱。 三、量子力学对原子核外电子运动状态的描述 1．原子轨道 (1)量子力学理论仍然使用量子数n，习惯上，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越大，电子离核的平均距离越远，电子具有的能量越高。 (2)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。 (3)习惯上，人们用“原子轨道”来描述原子中单个电子的空间运动状态。电子层为n的状态，有n2个原子轨道。 n值所对应的能级和原子轨道的情况 电子层或量子数n 符号 能级 原子轨道 n＝1 K 1s 1s n＝2 L 2s、2p 2s、2px、2py、2pz n＝3 M 3s、3p、3d 3s、3px、3py、3pz、3d(包含5个原子轨道) n＝4 N 4s、4p、4d、4f 4s、4px、4py、4pz、4d(包含5个原子轨道) 4f(包含7个原子轨道) … … … … (4)核外运动的电子还存在一种被称为“自旋”的量子化状态，处于同一原子轨道上的电子自旋状态只能有两种，分别用符号“↑”和“↓”表示。 2．原子轨道的图形描述 原子轨道在量子力学中用波函数来表示，并可以将其以图形的方式在直角坐标系中呈现出来。s轨道在三维空间分布的图形为球形，该原子轨道具有球对称性；p轨道在三维空间分布的图形与s轨道明显不同，其空间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。 3．电子在核外的空间分布 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)而言，人们不可能同时准确地测定它的位置和速度，但是能通过对波函数进行数学处理计算出电子在什么地方出现的概率大，在什么地方出现的概率小。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概率的大小。这种形象地描述电子在核外空间某处单位体积内的概率分布的图形称为电子云图。 1．判断正误，正确的打“√”，错误的打“×”。 (1)氢原子光谱为线状光谱。(　　) (2)焰色试验与电子跃迁有关，属于化学变化。(　　) (3)玻尔原子结构模型能够成功地解释各种原子光谱。(　　) (4)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。(　　) (5)电子云图是用小点的疏密程度来表示电子在核外空间某处单位体积内出现概率大小的图形。(　　) 答案：(1)√　(2)×　(3)×　(4)×　(5)√ 解析：(3)玻尔原子结构模型能够成功地解释氢原子光谱。 (4)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。 2．描述电子在原子核外空间具有确定半径的轨道上绕核进行高速圆周运动的原子模型是(　　) A．玻尔电子分层排布模型 B．量子力学模型 C．汤姆孙“葡萄干布丁”模型 D．卢瑟福核式模型 答案：A 3．原子的吸收光谱是线状的而不是连续的，主要原因是(　　) A．原子中电子的能量高低 B．外界条件的影响 C．原子轨道的能量是量子化的 D．仪器设备的工作原理 答案：C 4．符号“2px”没有给出的信息是(　　) A．电子层 B．能级 C．轨道在直角坐标系里的伸展方向 D．电子的数目 答案：D 探究一　氢原子光谱和玻尔的原子结构模型 1．氢原子光谱是线状光谱 氢原子从一个轨道跃迁到另一个轨道时，吸收或释放一定的能量，就会吸收或释放一定波长的光，所以得到线状光谱。 2．玻尔的核外电子分层排布的原子结构模型成功地解释了氢原子光谱是线状光谱的实验事实。玻尔的重大贡献在于指出了原子光谱源自核外电子在能量不同的轨道之间的跃迁，而电子所处的轨道的能量是量子化的，电子跃迁吸收(或辐射)的能量也是量子化的。 [知识拓展]　光(辐射)是电子释放能量的重要形式之一。在日常生活中，我们看到的许多可见光，如灯光、霓虹灯光、激光等都与原子核外电子发生跃迁释放能量有关。焰色试验也与原子中的电子在能量不同的轨道上跃迁释放能量有关，故焰色试验是物理变化。 1．关于原子光谱说法不正确的是(　　) A．霓虹灯光、LED灯光与原子核外电子跃迁释放能量有关 B．焰色试验是利用元素的特征可见原子光谱鉴别某些元素 C．许多元素是通过原子光谱发现的 D．电子发生跃迁是指电子从较低能量的状态变为较高能量的状态 答案：D 解析：霓虹灯、LED灯中原子核外电子获得能量从能量低的能级跃迁到能量高的能级，但处在能量较高能级上的电子会很快以光的形式辐射能量跃迁回能量较低的能级，故A正确；不同元素原子的电子发生跃迁时会吸收或释放不同的光，常利用原子光谱上的特征谱线来鉴定元素，焰色试验的本质是电子从能量高的能级跃迁到能量较低的能级时释放能量，发出不同颜色的光，因此焰色试验是利用元素的特征可见原子光谱鉴别某些元素，故B正确；不同元素原子的电子发生跃迁时会吸收或释放不同的光，许多元素是通过原子光谱发现的，如铯和铷，故C正确；电子从较低能量的状态变为较高能量的状态称为电子跃迁，电子从较高能量的状态变为较低能量的状态也称为电子跃迁，故D错误。 2．玻尔理论在人类对原子结构的认识的历程上是非常重要的。以下关于人类对原子结构的认识错误的是(　　) A．玻尔首次将量子化的概念运用到原子结构，并解释了原子稳定性 B．原子能量低于基态能量的状态，称为激发态 C．当辐射或吸收的能量以光的形式表现出来并被记录时，就形成了光谱 D．n称为量子数，轨道能量随n值(1、2、3、…)的增大而升高 答案：B 探究二　量子力学对原子核外电子运动状态的描述 1．与电子能量有关的因素是电子层和能级，具体关系如下： (1)同一电子层中，相同能级的电子能量相同。 (2)同一电子层中，能级越高，电子能量越高，如E3s<E3p。 (3)不同电子层的相同能级中，电子层序数越大，电子能量越高，如E3s<E4s。 2．原子核外电子按能量不同和离核远近分为不同的电子层，电子层又按能量不同分为不同的能级，每个能级又分为能量相同但空间取向不同的轨道(s能级除外)，每个轨道最多填充2个自旋状态不同的电子，电子层、能级、原子轨道和自旋状态四个因素决定了电子的运动状态，在任何一个原子中找不到两个运动状态完全相同的电子，基态原子中有多少个核外电子就有多少种电子的运动状态。 3．电子云形状不代表电子的实际运动轨迹，电子云图中的小点不表示实际电子，而是电子在原子核外单位体积内出现概率大小的形象描述。点密集的地方，表示电子在此处单位体积内出现的概率大；点稀疏的地方，表示电子在此处单位体积内出现的概率小。 3．量子力学原子结构模型中的原子轨道是用来描述核外电子空间运动状态的。下列关于原子轨道的叙述正确的是(　　) A．原子轨道就是原子核外电子运动的轨道，这与宏观物体运动轨道的含义相同 B．第n电子层上共有2n2个原子轨道 C．任意电子层上的p能级都有3个伸展方向相互垂直的原子轨道 D．处于同一原子轨道上的电子，运动状态完全相同 答案：C 解析：原子轨道与宏观物体的运动轨道不同，它是指电子出现的主要区域，而不是电子运动的实际轨迹，A错误；第n电子层上共有n2个原子轨道，B错误；原子核外每个电子的运动状态均不同，D错误。 4．下列说法正确的是(　　) A．L电子层不包含d能级 B．s电子绕核旋转，其轨迹为一个圆，而p电子是走“∞”形 C．当n＝1时，可能有两个原子轨道 D．当n＝3时，有3s、3p、3d、3f四个能级 答案：A 解析：L电子层只包含s、p能级，A正确；核外电子的运动无固定轨迹，B错误；n＝1时，只有1s原子轨道，C错误；n＝3时，有3s、3p、3d能级，没有3f能级，D错误。 本课小结 课时作业 题号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 难度 ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★★ ★★ 对点 原子结构的演变历程及模型 电子层、能级及原子轨道的关系 基态和激发态 核外电子运动状态的量 子力学描述 电子层、能级、原子轨道 原子轨道 原子轨道、电子云 原子光谱 核外电子的运动状态 原子轨道及图形描述 电子云、原子轨道 题号 12 13 14 15 16 17 18 19 难度 ★★ ★★ ★★ ★★ ★ ★ ★★ ★★★ 对点 核外电子运动状态 轨道能量高低的比较 电子层、能级、原子轨道 电子云、原子光谱 电子层、能级、原子轨道形状 原子光谱 原子轨道及图形描述 电子层、能级、原子轨道 一、选择题(每小题只有一个选项符合题意) 1．如图为原子结构模型的演变图，其中①为道尔顿原子模型，④为近代量子力学原子模型。下列排列符合历史演变顺序的一组是(　　) A．①③②⑤④ B．①②③④⑤ C．①⑤③②④ D．①③⑤④② 答案：A 2．符号为M的电子层所含的原子轨道有(　　) A．2个 B．3个 C．9个 D．18个 答案：C 3．同一原子的基态和激发态相比较，正确的是(　　) ①基态时的能量比激发态时高　②基态时比较稳定　③基态时的能量比激发态时低　④激发态时比较稳定 A．①② B．②③ C．①③ D．③④ 答案：B 4．下列各项叙述中，错误的是(　　) A．原子结构的量子力学模型是根据量子力学理论和原子光谱构建的原子结构模型 B．单个电子的空间运动状态用原子轨道来描述 C．基态原子中，内层各能级中电子的能量一定低于各外层能级的电子 D．基态原子中处于同一原子轨道上的电子自旋运动状态一定不同 答案：C 解析：根据量子力学理论和原子光谱，可知原子核外电子是按能量不同分层排布的，这是原子结构的量子力学模型的依据，A正确；单个电子的空间运动状态用原子轨道来描述，B正确；内层各能级中电子的能量不一定低于各外层能级的电子，如基态原子中3d能级中电子的能量高于4s能级电子的能量，C错误；根据泡利不相容原理，一个原子轨道最多容纳2个电子且自旋状态不同，D正确。 5．下列说法正确的是(　　) A．M层只有s、p两个能级 B．2s电子云有2个空间取向 C．不同的原子轨道形状不同 D．任一电子层都有s能级，但不一定有d能级 答案：D 6．下列有关原子轨道的叙述中正确的是(　　) A．氢原子的2s轨道能量较3s轨道高 B．锂原子的2s与5s轨道皆为球形 C．p能级的原子轨道呈哑铃形，随着电子层序数的增加，p能级原子轨道也在增多 D．第四电子层共有9个原子轨道 答案：B 解析：氢原子的2s轨道能量较3s轨道低，故A错误；p能级的原子轨道呈哑铃形，每个p能级有3个原子轨道，故C错误；第四电子层的原子轨道数为16，故D错误。 7．对于钠原子的第三电子层的p轨道3px、3py、3pz间的差异，下列说法正确的是(　　) A．电子云形状不同 B．原子轨道的对称类型不同 C．电子(基态)的能量不同 D．电子云空间的伸展方向不同 答案：D 解析：3px、3py、3pz的电子云、原子轨道都呈哑铃形，都是轴对称的，A、B错误；3px、3py、3pz表示的是第三电子层p能级中的三个不同的原子轨道，其能量相同，C错误；3px电子云沿x轴方向伸展，3py电子云沿y轴方向伸展，3pz电子云沿z轴方向伸展，D正确。 8．氯化钠在灼烧过程中，发出黄色的光，下列对此现象的描述正确的是(　　) A．形成发射光谱，物理变化 B．形成发射光谱，化学变化 C．形成吸收光谱，物理变化 D．形成吸收光谱，化学变化 答案：A 9．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，电子的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最多含有的原子轨道数 D．电子云的空间伸展方向与电子的能量大小无关 答案：C 解析：可由电子层序数确定每一个电子层最多含有的原子轨道数，C错误。 10．下面是s能级和p能级的原子轨道图，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．Na原子的电子在11个原子轨道上高速运动 答案：C 解析：s轨道为球形，p轨道为哑铃形，A错误；每个p能级只有3个原子轨道，B错误；电子层序数越小，s能级的原子轨道的半径越小，C正确；Na原子的电子在6个原子轨道上高速运动，D错误。 11．下列说法正确的是(　　) A．2s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越密，说明该原子核外空间电子数目多 C．ns能级的原子轨道图可表示为 D．3d能级上有3个原子轨道 答案：C 解析：电子云不代表电子的运动轨迹，A错误；小黑点的疏密表示电子在某处单位体积内出现概率的大小，密则概率大，疏则概率小，B错误；3d能级上有5个原子轨道，D错误。 12．以下对核外电子运动状态的描述正确的是(　　) A．电子的运动与行星相似，围绕原子核在固定的轨道上高速旋转 B．能量低的电子只能在s轨道上运动，能量高的电子总是在f轨道上运动 C．电子层序数越大，s电子云的半径越大 D．在同一能级上运动的电子，其运动状态肯定相同 答案：C 解析：电子运动是无序的，没有固定的轨道，能量低的在离核近的区域运动，能量高的在离核远的区域运动。 13．下列表述不正确的是(　　) A．多电子原子中，原子轨道能量：E(3s)<E(3p)<E(3d) B．第4周期有18种元素，因此第四电子层最多容纳18个电子 C．不同元素原子的1s轨道能量不同 D．基态Cl原子中，存在17个运动状态不同的电子 答案：B 解析：多电子原子中，同一电子层中原子轨道能量：E(ns)<E(np)<E(nd)，则原子轨道能量：E(3s)<E(3p)<E(3d)，A正确；每个电子层最多容纳2n2个电子，所以第四电子层最多容纳32个电子，B错误；元素不同，原子的1s轨道能量不同，C正确；基态Cl原子中核外电子数为17，每个电子的运动状态都不相同，故存在17个运动状态不同的电子，D正确。 14．下列说法正确的是(　　) A．原子核外第n电子层轨道数为2n2 B．任一电子层的能级总是从s能级开始，而且能级数等于该电子层序数 C．不同电子层中s电子的原子轨道半径相同 D．不同电子层中p电子的能量相同 答案：B 解析：原子核外第n电子层轨道数为n2，A错误；电子层序数越大，该电子层中s电子的能量越高，原子轨道的半径越大，C错误；离原子核越远的电子，其能量越高，所以p电子的能量随电子层序数的增大而增大，D错误。 15．下列说法正确的是(　　) A．电子云通常是用小点来表示电子的多少 B．处于最低能量状态的原子叫基态原子 C．能量高的电子在离核近的区域运动，能量低的电子在离核远的区域运动 D．电子仅在激发态跃迁到基态时才会产生原子光谱 答案：B 解析：小点不表示实际电子，小点的疏密程度表示电子在原子核外单位体积内出现的概率大小，A错误；能量高的电子在离核远的区域运动，能量低的电子在离核近的区域运动，C错误；电子由激发态跃迁到能量稍低的激发态、由激发态跃迁到基态和由基态跃迁到激发态，都会产生原子光谱，D错误。 二、非选择题 16．K层有______个能级，用符号表示为________； L层有______个能级，用符号表示为________； M层有______个能级，用符号表示为________。 由此可推知第n(n为正整数)电子层最多有________个能级，第n电子层(n≥2)能量最低的2个能级的符号分别为________，它们的原子轨道形状分别为________、________。 答案：1　1s　2　2s、2p　3　3s、3p、3d　n　ns、np　球形　哑铃形 17．(1)1861年德国人基尔霍夫(G.R.Kirchhoff)和本生(R.W.Bunsen)研究锂云母的某光谱时，发现在深红区有一新线，从而发现了铷元素，他们研究的是________。 (2)含有钾元素的盐在焰色试验中为________色。许多金属的盐都有独特的焰色，其原因是____________________________________________________________________________。 答案：(1)原子光谱　 (2)紫　激发态的电子从能量较高的轨道跃迁到能量较低的轨道时，以一定波长(可见光区域)光的形式辐射能量 18．(1)可正确表示原子轨道的是________(填字母)。 A．2s B．2d C．3p D．3f (2)下面是s能级、p能级的原子轨道图，试回答问题： ①s能级的原子轨道呈________形，每个s能级有________个原子轨道；p能级的原子轨道呈________形，每个p能级有________个原子轨道。 ②s能级原子轨道、p能级原子轨道的半径与________有关，________越大，原子轨道半径越大。 答案：(1)AC　(2)①球　1　哑铃　3　②电子层数　电子层序数 19．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，电子运动状态有________种；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。 答案：6　L　2　4 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，即核外有6种运动状态不同的电子，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。 13 学科网（北京）股份有限公司 $$