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-【优化探究】2025-2026学年新教材高中化学选择性必修2同步导学案配套PPT课件（鲁科版）双选

优化探究 第1章　原子结构与元素性质 第1节　原子结构模型 第2课时　量子力学对原子核外电子运动状态的描述 [课程标准要求]　1.知道描述原子核外电子运动状态的物理量的含义。2.理解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。 任务一　原子轨道 任务二　原子轨道的图形描述　电子在核外的空间分布 课时作业　巩固提升 任务一　原子轨道 1.电子层 量子力学理论仍然使用量子数n。习惯上,将n所描述的　　　　　　　　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　　,电子具有的能量越　　　　。  电子运动状态 远 高 2.能级 当n相同时,电子具有的　　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;n=4和n=3时,分别有4个和3个不同的能级。于是,当钠原子中的电子由n=4的电子层的不同能级跃迁到n=3的电子层的不同能级时,形成的　　就会有多条谱线。  科学实验又发现,在存在外磁场时,处于同一能级的电子的　　　　　　的能量还会不同。因此,当有外磁场时,氢原子或多电子原子光谱中的一条谱线就可能分裂为多条。  能量 光谱 空间运动状态 3.原子轨道 原子轨道是指　　　　　　　　　　　　　　　,电子层为n的状态含有 　　个原子轨道。  当n=1时,有1个能级,记为1s;也只有1个原子轨道,记作1s。当n=2时,有2个能级,分别记为2s和2p;共有4个原子轨道,包括1个s轨道和3个p轨道(分别记作2s、2px、2py、2pz)。当n=3时,有3个能级,分别记为3s、3p和3d;共有9个原子轨道,包括1个s轨道和3个p轨道(分别记作3s、3px、3py、3pz),以及5个d轨道。 原子中单个电子的空间运动状态　 n2   4.电子的“自旋” 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　　　　种,分别用符号“↑”和“↓”表示。  两 1.n越大,电子离核的平均距离越远,电子具有的能量越高。 (　　) 2.第n电子层,有n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.不同电子层的s能级中电子的能量完全相同。(　　) √ √ √ √ × 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　 　　　。  (2)该元素的原子n=4的电子层上有　　个能级,　　　　个原子轨道。  3　 3d、3p、3s　 4s、3s、2s、1s　 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。  1 (教参独具) 1.电子层数(n)、能级数、原子轨道数、最多容纳电子数的关系 n(电子层) 能级 原子轨道 最多容纳 电子数 取值 符号 符号 符号 数目 1 K 1s 1s 1 2 2 L 2s 2s 4 8 2p 2px、2py、2pz 3 M 3s 3s 9 18 3p 3px、3py、3pz 3d 3d(含有5个原子轨道) n(电子层) 能级 原子轨道 最多容纳 电子数 取值 符号 符号 符号 数目 4 N 4s 4s 16 32 4p 4px、4py、4pz 4d 4d(含有5个原子轨道) 4f 4f(含有7个原子轨道) n … n2 2n2 2.不同原子轨道能量大小的关系 1.(双选)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、d共3个能级,最多容纳18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 AC A项,M电子层有s、p、d共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,从N电子层开始有f能级,最多容纳14个电子,不存在3f能级;C项,每个电子层都从s能级开始,且s能级最多容纳2个电子;D项,K电子层只有s能级,不含有p能级。 2.下列有关认识正确的是(　　) 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能级开始至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目取决于原子轨道在三维空间的分布情况,s能级有1个原子轨道,p能级有3个原子轨道,d能级有5个原子轨道,A项正确;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,故B、C两项错误;各电子层含有的原子轨道数为n2,D项错误。 任务二　原子轨道的图形描述　 电子在核外的空间分布 1.原子轨道的图形描述 原子中单个电子的　　　 　　　用原子轨道来描述,而原子轨道在量子力学中用　　　　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。如图给出了1s和2p原子轨道示意图。从图中可以看出,s轨道在三维空间分布的图形为球形,即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,它的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。  空间运动状态　 波函数 特别提醒　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。 2.电子在核外的空间分布 人们能通过对　　　 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　　　　　　　　　　　　　　来表示电子在原子核外某处单位体积内出现　　　　的大小:点密集的地方,表示电子在此处单位体积内出现的概率　　　　;点稀疏的地方,表示电子在此处单位体积内出现的概率小。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　　　　　　　。  波函数 单位体积内小点的疏密程度 概率 大 电子云图 处于1s轨道上的电子(通常也称1s电子)的概率分布呈　　　　对称,而且电子在原子核附近单位体积内出现的概率大,离核越远,单位体积内电子出现的概率越小。2p电子云具有一定的　 。  球形　 空间取向 1.钠原子的1s、2s、3s电子云半径相同。 (　　) 2.1s、2px、2py、2pz轨道都具有球对称性。 (　　) 3.s电子绕核旋转,其轨道为一圆圈。 (　　) 4.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的概率分布的图形。(　　) × × × √ 回答下列问题: (1)可正确表示原子轨道的是　　　　(填字母)。  A.2s　　　　　　　　　 B.2d C.3p D.3f AC (2)如图是s能级、p能级的原子轨道图。 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相对于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,　　　　越多,原子轨道半径越大。  球　 1　 对称　 3　 电子层数 电子层数 (教参独具) 1.原子轨道的图形 (1)s轨道和p轨道的图形 ①1s、2s和3s原子轨道示意图 ②同能级中三个p原子轨道示意图 (2)不同电子层的同种能级的原子轨道形状相似,只是半径不同。电子层n越大,原子轨道的半径越大,半径:1s<2s<3s<… (3)同能级的三个p原子轨道都是相同大小的、具有轴对称性的哑铃(或纺锤)形,它们分别沿x、y、z轴三个相互垂直的方向伸展。电子层n不同时,p原子轨道的形状相同、大小不同,半径:2p<3p<4p<…… (4)同理,d原子轨道、f原子轨道等也都有相应的图像。 2.电子云 (1)电子云图中的小点不代表电子。小点的疏密程度表示电子在原子核外某处单位体积内出现概率的大小。 (2)离核越近,单位体积内电子出现的概率越大,电子云越密集。如1s电子云比2s电子云密集,2s电子云比1s电子云疏散。 (3)s能级的电子云为球形,在空间各个方向上伸展程度相同。p能级的电子云为哑铃(或纺锤)形,有三种空间伸展方向。 1.(双选)在基态多电子原子中,下列叙述不正确的是(　　) A.2s和3s轨道形状均为球形 B.3d、4d、5d能级的轨道数相等 C.4px、4py、4pz轨道相互垂直,但能量不相等 D.p能级能量一定比s能级的能量高 CD 2s和3s轨道形状均为球形,A项正确;无论是哪个电子层上的能级,d能级都有5个轨道,B项正确;同一电子层,p能级上原子轨道能量相等并且互相垂直,C项错误;当s和p能级不在同一电子层时,p能级能量不一定比s能级的能量高,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,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.处于同一轨道上的电子可以有多个,它的运动状态完全相同 D.原子轨道和电子云都是用来形象地描述电子运动状态的 D s轨道是球形的,这是电子云的形状,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,B项错误;同一轨道最多排2个电子,两个电子的自旋状态不同,则其运动状态肯定不同,C项错误;原子轨道和电子云都可用来形象地描述电子运动状态,D项正确。 名师点拨（教参独具） 有关能级与电子排布的认识误区 （1）同一电子层上的电子能量相同。（×） 对于多电子原子，只有同一能级上的电子才具有相同的能量，而同一电子层可以包含多个能级，如M层有3s、3p、3d三个能级，其能量不同。 (2)同一能级上的电子运动状态相同。(×) 应注意,同一原子中不可能有运动状态完全相同的两个电子,核外有多少个电子,就有多少种运动状态。 (3)同一原子中,所有s能级的原子轨道平均半径相同。(×) 忽视了同一原子中电子层数越多,电子运动的范围越大,其平均半径越大。 (4)所有电子在原子核附近单位体积内出现的概率大;离核越远,单位体积内电子出现的概率越小。(×) 只有电子处在1s轨道时才会出现上述情况,对于其他原子轨道,如2p、4d等,电子并非在离核近的地方出现的概率大,离核远的地方出现的概率小。 课时作业　巩固提升 2 3 4 5 6 7 8 1 [A组　基础落实] 题组一　原子轨道 1.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 9 10 B 11 s、p、d、f能级中的轨道数目分别为1、3、5、7。每个电子层含有不同的能级,K层含有1个s能级,原子轨道数目为1;L层含有1个s能级和1个p能级,原子轨道数目为4;M层含有1个s能级、1个p能级和1个d能级,原子轨道数目为9;N层含有1个s能级、1个p能级、1个d能级和1个f能级,原子轨道数目为16。 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 2.下列能级符号不正确的是(　　) A.5s B.2d C.4f D.6p 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 B 11 每一电子层的能级数与电子层序数相同,且具有的能级依次为s、p、d、f……,故L层只有2s、2p能级,没有2d能级。 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 3.(双选)下列能量比较不对的是(　　) A.E(1s)<E(2s) B.E(K)<E(M) C.E(2px)<E(2py) D.E(3s)>E(3p) 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 CD 11 各能级的能量高低顺序为①相同n而不同能级为ns<np<nd<nf;②不同n而相同能级:2s<3s<4s、2p<3p<4p。不同电子层而相同能级的电子能量E(1s)<E(2s),故A正确;K层电子离原子核近,M层电子离原子核远,结合能级的能量高低排序可知M层电子具有的能量均高于K层电子具有的能量,故B正确;同一电子层、 同一能级电子能量相同,所以E(2px)=E(2py),故C错误;由以上分析可知相同电子层而不同能级的电子能量E(3s)<E(3p),故D错误。 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 题组二　原子轨道的图形描述　电子在核外的空间分布 4.下列原子轨道中,具有球对称性的是(　　) A.1s B.2px C.2py D.2pz 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 A 11 1s轨道和2p轨道的三维空间分布图形如图所示,具有球对称性的为1s轨道。 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 5.图1和图2分别是1s电子的概率密度分布图和原子轨道示意图。下列有关说法正确的是(　　)   A.图1中的每个小黑点表示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,有无数条对称轴 D.图1中的小黑点表示电子在核外所处的位置 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 C 11 电子云就是用小黑点的疏密程度来表示空间各电子出现概率大小的一种图形,小黑点表示空间各电子出现的概率,A、D错误;在界面内出现该电子的概率大于90%,界面外出现该电子的概率不足10%,B错误。 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 6.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 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 D 11 电子云是对电子运动的形象化描述,它仅表示电子在某一区域单位体积内出现的概率,并非原子核被电子云雾包裹,选项A错误;原子轨道是电子出现的概率约为90%的空间轮廓,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,选项B错误;p轨道在空间内有x、y、z 3个伸展方向,选项C错误。 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 7.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 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 B 11 ①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,会辐射能量,正确;②M电子层有s、p、d 3个能级,没有f能级,错误;③3pz表示第三电子层的pz轨道,错误;④同一能级上的同一轨道内最多填充2个自旋状态不同的电子,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,正确;⑤2s电子云呈球形对称,错误;故选B。 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 [B组　培优训练] 8.下列说法正确的是(　　) A.p电子云是球形的 B.3p2表示3p能级中有两个原子轨道 C.2d能级包含5个原子轨道,最多容纳10个电子 D.s电子云是在空间各个方向上伸展程度相同的对称形状 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 D 11 3p2表示3p能级中容纳了两个电子,B项错误;L层没有d能级,C项错误。 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 9.电子云是处于一定空间运动状态的电子在原子核外某处单位体积内出现的概率分布的形象化描述。下列有关电子云的说法正确的是(　　) A.概率的大小体现了电子数目的多少 B.小点的疏密程度体现了电子在原子核外某处单位体积内出现概率的大小 C.基态碳原子的1s电子的电子云和2s电子的电子云完全相同 D.基态Li原子的1s电子的电子云和2s电子的电子云形状不同 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 B 11 电子云表示电子在原子核外某处单位体积内出现概率的大小,而不代表电子数目的多少,A项错误,B项正确;1s、2s电子的电子云形状相同,大小不同,C、D项错误。 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 10.(双选)下列表述错误的是(　　) A.原子轨道能量:1s<2s<3s<4s B.M电子层存在3个能级、3个原子轨道 C.p能级的能量不一定比s能级的能量高 D.4s电子能量较高,总是在比3s电子离核更远的地方运动 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 BD 11 离原子核越远,能量越高,则原子轨道能量:1s<2s<3s<4s,A正确;M电子层存在3个能级,分别为3s、3p、3d,原子轨道数为1+3+5=9,B错误;p能级的能量不一定比s能级的能量高,比如3p能级的能量小于4s能级的能量,C正确;4s 电子能量较高,但不一定总是在比 3s 电子离核更远的地方运动,D错误。 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 11.(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。  2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 L 2 4 (1)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层含有4个原子轨道。 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 (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的电子层各能级上的电子数目分别是多少?并指明依据。 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 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 同一电子层上 的原子轨道的 能量高低顺序 为ns<np<nd<nf (2)由于同一电子层上的原子轨道的能量高低顺序为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。 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 $$