1.1.2 量子力学对原子核外电子运动状态的描述 （课件）-【步步高】2023-2024学年高二化学选择性必修2 （鲁科版2019，鲁琼）

null 第2课时　量子力学对原子核外 电子运动状态的描述 第1章　第1节 1.理解描述原子核外电子运动状态的四个量子数的含义。 2.学会用四个量子数描述原子核外电子的运动状态。 3.了解原子轨道和电子云的含义。 核心素养 发展目标 一、原子轨道 二、原子轨道的图形描述与电子云图 课时对点练 内容索引 3 原子轨道 一 1.电子层 (1)含义：量子数 所描述的电子运动状态。 (2)表示方法 n的取值 1 2 3 4 5 6 7 符号 ___ ___ ___ ___ ___ ___ ___ 离核远近 能量高低 低 高 近 远 K L M N O P Q n 2.能级 (1)多电子原子中，同一个电子层(即n相同)内的电子所具有的能量也可能不同，即同一个电子层还可以分成若干个能级，分别用符号 等表示。 (2)在同一个电子层中按能量由低到高的顺序为E(ns)<E(np)<E(nd)< E(nf)…… 在无外磁场时，处于同一能级的电子的空间运动状态的 相同。 注意　在没有特别说明的情况下，本书中所描述的核外电子运动状态均为不存在外磁场的情况。 s、p、d、f 能量 3.原子轨道 (1)概念：原子中单个电子的 状态。 (2)n值所对应的能级和原子轨道的情况 n(电子层) 符号 能级 原子轨道 原子轨道数目 1 K ___ ___ 1＝12 2 L ___ ___ 1＋3＝22 ___ ______________ 空间运动 1s 2s 2p 1s 2s 2px、2py、2pz 3 M ___ ___ ____________ ___ _____________ ___ (含5个原子轨道) 4 N ___ ___ ______________ ___ _____________ ___ ___(含5个原子轨道) ___ (含7个原子轨道) …… …… …… …… …… 3s 3s 3p 3px、3py、3pz 3d 3d 1＋3＋5＝32 4s 4s 4p 4px、4py、4pz 4d 4d 4f 4f 1＋3＋5＋7＝42 结论：第n电子层上有 个能级，有 个原子轨道。 4.自旋状态 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。 n n2 两 ↑ ↓ 1.正误判断 (1)不同电子层的s能级中电子的能量完全相同 (2)第三电子层有s、p共两个能级 (3)当电子层数n＝2时，有2s、2px、2py、2pz四个原子轨道 (4)各能级的原子轨道数按s、p、d、f的顺序依次为1、3、5、7 (5)处于s能级的电子能量一定比处于p能级的电子能量低 × × √ √ 应用体验 × 应用体验 2.(2023·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 √ 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，答案选A。 应用体验 3.下列叙述正确的是 A.一般而言，电子层数n越大，电子离核平均距离越远，能量越高 B.同是s能级，在不同的电子层中所含原子轨道数是不相同的 C.第n电子层中含有n个能级 D.只要电子层、原子轨道、原子轨道伸展方向都确定，就能准确表示 电子的运动状态 √ √ 多电子原子中，电子层数n越大，电子离核越远，能量越高，故A正确；同是s能级，在不同的电子层中所含原子轨道数是相同的，故B错误； 第n电子层中含有n个能级，故C正确； 电子的运动状态由电子层、能级、电子云的伸展方向以及电子的自旋状态决定，故D错误。 应用体验 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________________。 4s、3s、2s、1s 3 3d、3p、3s 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。 应用体验 (2)该元素的原子n＝4的电子层上有_____个能级， ______个原子轨道。 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 应用体验 (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。 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 不同原子轨道能量高低的关系 归纳总结 即决定原子核外电子能量的是电子层和能级。 返回 原子轨道的图形描述与电子云图 二 1.原子轨道的图形描述 (1)对象：原子中单个电子的 。 (2)意义：表示原子轨道的 。 (3)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，呈哑铃形(∞)。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 。 (2)电子云图 ①概念：描述电子在核外空间某处单位体积内的 分布的图形。 位置 速度 概率 概率 ②含义：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。 ③电子云图的形状：s能级的电子概率分布呈 形；p能级的电子概率分布呈哑铃形，有 种空间伸展方向。 电子处在1s及2p轨道上的电子云图分别如图1、图2所示： 概率 球 3 ④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。 1.正误判断 (1)1s、2px、2py、2pz轨道都具有球对称性 (2)s电子绕核旋转，其轨道为一圆圈 (3)电子云图中每个小点表示一个电子 (4)钠原子的1s、2s、3s电子云半径相同 (5)电子云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 × × × √ 应用体验 × 易错提醒　s轨道为球形，p轨道为“∞”形，并不是说s轨道上的电子绕核做圆周运动，p轨道上的电子绕核做“∞”形运动。 应用体验 2.下列有关原子轨道和电子云的说法正确的是 A.s轨道呈球形，随电子层序数的增加，s轨道数也增加 B.p轨道呈哑铃形，p轨道电子绕核做“∞”形运动 C.电子云是笼罩在原子核外的云雾 D.电子云表示电子在核外单位体积的空间出现的概率大小 √ 任何电子层的s能级都只有1个原子轨道，与电子层序数的大小无关，故A错误； 电子在p轨道上绕核高速运动，不是做“∞”形运动，故B错误； 电子云不是笼罩在原子核外的云雾，是表示电子出现的概率，小点的疏密表示电子在核外空间单位体积内出现的概率大小，故C错误、D正确。 应用体验 3.下列说法正确的是 ①原子中处于第三电子层的电子跃迁到第二电子层时会辐射能量 ②M电子层可以有s、p、d、f能级 ③3pz表示有3个pz轨道 ④在一个原子中，不可能出现运动状态完全相同的2个电子 ⑤2s电子云有两个空间取向 A.①②③ B.①④ C.②⑤ D.③④⑤ √ 原子中处于第三电子层的电子跃迁到第二电子层是由能量较高的电子层跃迁到能量较低的电子层，会放出能量，①正确； M电子层有s、p、d 3个能级，没有f能级，②错误； 3pz表示第三电子层的pz轨道，③错误； 同一能级的同一轨道上的电子自旋状态不同，即在一个原子中，不可能出现运动状态完全相同的2个电子，④正确； 2s电子云呈球形对称，⑤错误。 应用体验 4.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：_____。 (3)用相应的符号描述在n＝2的电子层上所有的原子轨道为__________ _________，当该层充满电子时，有_____种形状不同的电子云。 1s 2s、2p 3s、3p、3d 4s、4p、4d、4f 1 3 5 7 2s、2px、 2py、2pz 2 应用体验 (4)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。 返回 ＞ ＞ ＞ ＝ ＝ ＞ ＞ ＞ ＜ ＜ ＜ ＜ ＜ 课时对点练 1 2 3 4 5 6 7 8 9 题组一　电子层与能级 1.下列说法正确的是 A.同一原子中，1s、2s、3s电子的能量逐渐减小 B.同一原子中，2p上的电子较3p上的电子离核远 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.各电子层含有的能级数为n(n为电子层序数) √ 10 11 12 13 14 15 对点训练 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 对点训练 同一原子中，1s、2s、3s电子的能量逐渐增大，故A错误； 3p上的电子能量大于2p上的电子能量，故同一原子中，2p上的电子较3p上的电子离核近，故B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，故C错误； 各电子层含有的能级数与其电子层数相等为n(n代表电子层序数)，故D正确。 2.下列能级符号不正确的是 A.6s B.2d C.3p D.4f 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 √ 15 对点训练 每一电子层都有s能级，A项正确； 第二电子层含有2s、2p两个能级，不存在2d能级，B项错误； 第三电子层含有3s、3p、3d三个能级，故存在3p能级，C项正确； 第四电子层含有4s、4p、4d、4f四个能级，故存在4f能级，D项正确。 3.下列电子层中，原子轨道的数目为4的是 A.K层 B.L层 C.M层 D.N层 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 对点训练 电子层为n时，原子轨道数为n2，故可知原子轨道数目为4的是L层，B正确。 4.下列叙述正确的是 A.能级就是电子层 B.对于确定的n值，其原子轨道数为n2(n表示电子层) C.基态K原子的最高能级为3s D.不同电子层中的s能级的能量高低相同 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 对点训练 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 对点训练 同一电子层可分为若干个能级，A项错误； 对于确定的n值，其原子轨道数为n2，B项正确； 基态K原子的核外电子占据的最高能级为4s，C项错误； 不同电子层中的s能级的能量随电子层序数的增大而升高，D项错误。 5.在基态多电子原子中，关于核外电子能量的叙述错误的是 A.最易失去的电子能量最高 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.ns电子的能量不一定高于(n－1)p电子的能量 D.在离核最近区域内运动的电子能量最低 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 对点训练 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 对点训练 能量越高的电子在离核越远的区域运动，也就越容易失去，故A正确； 在第n层中不同能级的能量大小顺序为E(ns)＜E(np)＜E(nd)＜E(nf)……，同一个电子层上的不同能级上的原子轨道，能量大小不同，故B正确； ns电子的能量一定高于(n－1)p电子的能量，C错误； 电子首先进入能量最低、离核最近的轨道，在离核最近区域内运动的电子能量最低，故D正确。 题组二　原子轨道与电子云 6.下列有关核外电子运动状态的说法正确的是 A.电子自旋就是电子绕轴“自转” B.原子轨道可用来描述核外电子的运动状态 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 数也在增多 D.原子轨道可用来描述核外电子的运动轨迹 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 对点训练 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 对点训练 所有的p能级都含有3个轨道，所以随着电子层序数的增加，p能级原子轨道数不变，C错误； 原子轨道可用来描述原子中单个电子的空间运动状态，而不是核外电子运动的轨迹，B正确、D错误。 7.下列各组多电子原子的原子轨道能量高低比较中，错误的是 A.2s＜2p B.3px＜3py C.3s＜3d D.4s>2p √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 对点训练 同一电子层的同一能级上各原子轨道的能量相同，3px＝3py，B错误。 8.图1和图2分别是1s电子的电子云图和原子轨道图。下列有关说法正确的是 A.图1中的每个小点表示1个电子 B.图2 表示1s电子只能在球体内出现 C.图2表明1s轨道呈球形，有无数对称轴 D.图1中的小点表示电子在核外所处的位置 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 对点训练 9.(2022·河南驻马店高二期中)下列说法正确的是 A.各电子层的能级都是从s能级开始到f能级结束 B.3p与2p的原子轨道都是哑铃形 C.p轨道电子能量一定比s轨道电子能量高 D.电子云表示的是电子在原子核外空间的运动轨道 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 √ 15 对点训练 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 对点训练 不同电子层的p轨道的形状和数目相同，则3p轨道和2p轨道都呈哑铃形，故B正确； 电子能量与电子层和能级有关，电子离核越远能量越高，则p轨道电子的能量不一定高于s轨道电子的能量，如能量：2p小于3s，故C错误； 电子云表示电子在核外单位体积的空间出现的概率大小，电子在原子核外的运动是无规则的，则电子云不能表示电子在原子核外空间的运动轨道，故D错误。 10~13题有一个或两个选项符合题目要求。 10.下列有关原子轨道的叙述正确的是 A.氢原子的2s轨道能量较3p轨道低 B.锂原子的2s与5s轨道皆为球形 C.形状相同的原子轨道，其电子能量一定相同 D.任一电子层都有s、p能级，但不一定有d能级 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 综合强化 H原子的 2s 轨道能量低于 3p 轨道，A正确； 所有的s轨道电子云图都是球形，所以锂原子的 2s与 5s轨道皆为球形，B正确。 √ 11.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3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 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 综合强化 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 综合强化 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正确。 12.对于钠原子的第二电子层的p轨道2px、2py、2pz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.电子的能量不同 D.电子云空间取向不同 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 √ 15 综合强化 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 综合强化 2px、2py、2pz的电子云、原子轨道都是哑铃形的，都是轴对称图形，A、B项错误； 2px、2py、2pz所表示的是同一能级中的三个不同的原子轨道，其能量相同，C项错误； 2px、2py、2pz的电子云在空间取向上不同，D项正确。 13.(2022·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 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 综合强化 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 综合强化 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。 14.(1)可正确表示原子轨道的是______(填字母)。 A.2s B.2d C.3px D.3f 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 综合强化 L层包括s、p能级，M层包括s、p、d能级，所以L层不存在2d轨道，M层不存在3f轨道，故选A、C。 AC (2)如图是s能级、p能级的原子轨道图，试回答问题： 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 综合强化 ①s能级的原子轨道呈_____形，每个s能级有_____个原子轨道；p能级的原子轨道分别关于x、y、z轴_______，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。 球 1 对称 3 电子层数 电子层数 57 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 综合强化 s轨道在三维空间分布呈球形，p轨道空间分布分别关于x、y、z轴对称，原子轨道的半径与电子层数有关，并随电子层数的增大而增大。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15.(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。 15 综合强化 L 2 4 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 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 综合强化 (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 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 综合强化 电子层数 预测各能级上的电子数目 预测依据 3 s p d 4 s 2 p d f 2 6 7 0 0 0 由于同一电子层上的原子轨道的能量为ns＜np＜nd＜nf 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 综合强化 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。 返回 $$null