第1章 第1节 原子结构模型-【创新教程】2025-2026学年高中化学选择性必修2五维课堂同步课件PPT（鲁科版2019）

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[知识点二]　量子力学对原子核外电子运动状态的描述　 1．原子轨道 (1)电子层 将量子数n所描述的　电子运动状态　称为电子层。 分层标准 电子离核的远近 取值 1 2 3 4 5 6 7 符号 　K　 　L　 　M　 　N　 　O　 　P　 　Q　 能量 　逐渐升高　 离核 　越来越远　 (2)能级：当n相同时，即在同一电子层中，电子所具有的能量可能　不同　，即同一个电子层内的电子可处于不同　能级　，用　s、p、d、f　等来表示。 (3)原子轨道 概念 单个电子在原子核外的空间运动状态 各能级上 对应的原子轨道数 ns np nd nf 　1　 　3　 　5　 　7　 (4)自旋运动：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。 微点拨　能级与其容纳的最多电子数之间的关系 电子层或量子数(n) 一 二 三 四 五 六 七 …… 符号 K L M N O P Q …… 能级 1s　 2s　 2p 3s　 3p　 3d　 4s　 4p　 4d 4f 5s … … … …… 容纳最多电子数 2 2 6 2 6 10 2 6 10 14 2 … … … …… 2　 　8　 18　　 　　 32 …… … … 2n2 2.原子轨道的图形描述 3．电子在核外的空间分布 (1)电子云图：描述电子在核外空间某处单位体积内的　概率分布　的图形。 (2)意义：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　。 [易错警示]　量子力学中轨道的含义与玻尔轨道的含义不同，它既不是圆周轨道，也不是其他经典意义上的固定轨迹。 [自我评价] 1．[判一判](对的在括号内打“√”，错的在括号内打“×”) (1)氢原子光谱属于线状光谱。(√) (2)基态氢原子转变成激发态氢原子时释放能量。(×) (3)焰色试验与电子跃迁有关，属于化学变化。(×) (4)电子云中的每一个小点就是一个电子。(×) 2．[想一想] 氢原子外围只有1个电子，故氢原子光谱只有一条谱线，对吗？ 提示：错。对于氢原子的一个电子，它出现概率最高的位置是原子内层的轨道。当它从n＝3,4,5,6，…的高能量激发态跃迁到低能量激发态或基态时，会释放出多种能量的电磁波，即会产生若干系列谱线，如可见系列，红外系列和紫外系列等。 　　　　光谱与光谱分析 [情境素材] 氢原子光谱 氢原子光谱实验表明：氢原子在一般情况下并不辐射电磁波；氢原子光谱不是连续光谱，而是线状光谱。 [思考探究] (1)电子跃迁是不是仅指电子由基态跃迁至激发态？ 提示：不是。电子在不同能级中的跃迁均属于电子跃迁，可由高能量的能级跃迁至低能量的能级，也可以由低能量的能级跃迁至高能量的能级。 (2)氢原子光谱为什么是线状光谱？ 提示：电子在不同轨道上运动时能量不同，且能量值是不能连续的，氢原子的电子从一个能级跃迁到另一个能级时，吸收或释放一定的能量，就会吸收或释放具有一定频率的光，并被光谱分析仪记录下来，得到线状光谱。 [核心突破] 1．基态原子与激发态原子 (1)基态：最低能量状态。处于最低能量状态的原子称为基态原子。 (2)激发态：较高能量状态(相对基态而言)。如基态原子的电子吸收能量后，电子跃迁至较高能级成为激发态原子。 (3)基态、激发态相互转化与能量的关系： 基态原子激发态原子。 2．光谱与光谱分析 光谱：不同元素的原子发生跃迁时会吸收或释放不同的光，可以用光谱仪摄取各种元素原子的电子的吸收光谱或发射光谱，总称原子光谱。光谱分析：在现代化学中常利用原子光谱上的特征谱线来鉴定元素，称为光谱分析。 3．基态、激发态与光谱的联系 当基态原子的电子吸收能量，电子会跃迁到能量较高的轨道上，变成激发态原子。例如，电子可以从1s跃迁到2s、2p……相反，电子从较高能量的激发态跃迁到较低能量的激发态乃至基态，将释放能量。 光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，还包括燃放的焰火等都与原子核外电子发生跃迁释放能量有关。 [典例示范] [典例1]　为揭示氢原子光谱是线性光谱这一事实，玻尔提出了核外电子的分层排布理论。下列说法中，不符合这一理论的是(　　) A．电子绕核运动具有特定的半径和能量 B．电子在特定半径的轨道上运动时不辐射能量 C．电子跃迁时，会吸收或放出特定的能量 D．揭示了氢原子光谱存在多条谱线 [题后反思]　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。 [解析]　D　[D项的内容无法用玻尔理论解释。玻尔的原子结构模型只能解释氢原子光谱是线状光谱。要解释氢原子光谱的多条谱线，需用量子力学理论来描述核外电子的运动状态。] [学以致用] 1．对充有氖气的霓虹灯管通电，灯管发出红色光。产生这一现象的主要原因为(　　) A．电子由激发态向基态跃迁时以光的形式释放能量 B．电子由基态向激发态跃迁时吸收除红光以外的光线 C．氖原子获得电子后转变成发出红光的物质 D．在电流作用下，氖原子与构成灯管的物质反应 解析：A　[通电后基态氖原子的电子吸收能量，跃迁到较高能级，由于处于激发态的氖原子不稳定，则电子从激发态跃迁到较低能级的激发态乃至基态时，多余的能量以光的形式释放出来，光的波长对应一定的颜色，则A正确，B错误；霓虹灯发光过程中没有新物质生成，则C、D错误。] 　　核外电子运动状态的描述 [情境素材] 玻尔只引入一个量子数n，能比较好地解释了氢原子线状光谱产生的原因；但复杂的光谱解释不了。实验事实：在氢原子中n＝2eq \o(――→,\s\up7(电子跃迁))n＝1时，得到两条靠得很近的谱线，与此类比，在钠原子中n＝4eq \o(――→,\s\up7(电子跃迁))n＝3得到两条靠得很近的谱线。 [思考探究] 1．为什么在通常条件下，钠原子中处于n＝4的电子跃迁到n＝3的状态时，在高分辨光谱仪上看到的不是一条谱线，而是两条谱线？ 提示：原子的线状光谱产生于原子核外的电子在不同的、能量量子化的轨道之间的跃迁。多电子原子光谱中原有的谱线之所以能分裂为多条谱线，可能是量子数n标记的核外电子运动状态包含多个能量不同的“轨道”，电子在不同能量的“轨道”之间跃迁时产生的谱线就会增多。 2．如何比较原子中电子的能量高低？ 提示：在多电子原子中，电子填充原子轨道时，原子轨道能量的高低存在如下规律： (1)相同电子层上原子轨道能量的高低：ns＜np＜nd。 (2)不同电子层形状相同的原子轨道能量的高低：1s＜2s＜3s；2p＜3p＜4p。 (3)相同电子层形状相同的原子轨道能量的高低：2px＝2py＝2pz。 [核心突破] 1．原子轨道：处于同一能级的电子可以在不同类型的原子轨道上运动。不同的轨道有不同的形状和不同的伸展方向。例如，s能级是球形对称的，s能级中只有1个原子轨道；p能级呈哑铃形，有3个原子轨道，在空间分别向x、y、z三个方向伸展，每个p能级的3个原子轨道相互垂直，记作px、py、pz；d能级有5个伸展方向不同的轨道；f能级有7个伸展方向不同的轨道。 2．电子的自旋：每一个原子同一轨道上的电子有不同的自旋状态，分别用向上和向下的箭头(↑和↓)表示。以s，p，d，f，…排序的各能级可容纳的最多电子数依次为1,3,5,7，…的2倍。 3．电子层、能级和原子轨道之间的关系 量子数(电子层) 1 2 3 4 … n 电子层符号 K L M N … 能级符号 1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s 4p 4d 4f … 能级中原子轨道数 1 1 3 1 3 5 1 3 5 7 … 电子层中原子轨道数 1 4 9 16 … n2 电子运动状态种数 2 8 18 32 … 2n2 4.不同原子轨道能量大小的关系 [典例示范] [典例2]　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 [解析]　C　[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项错误；第n电子层上共有n2个原子轨道，B项错误；原子核外每个电子的运动状态均不同，D项错误。] [学以致用] 2．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3p能级高 B．锂原子的2s与5s轨道皆为球形分布 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．电子层n＝4的原子轨道最多可容纳16个电子 解析：B　[氢原子的2s轨道能量较3p能级低，故A错误；s能级的原子轨道都是球形的，故B正确；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；电子层最多容纳的电子数为2n2，电子层n＝4的原子轨道最多可容纳32个电子，故D错误。] 3．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 解析：C　[电子所具有的能量不同，会在不同的电子层上运动，A项正确；电子运动状态是由电子层、能级、电子云的空间伸展方向以及电子的自旋状态共同决定的，B项正确；同一能级的电子具有相同的能量，与电子云的空间伸展方向无关，D项正确；可由电子层数确定原子轨道数，C项错误。] 1．图甲和图乙分别是1s电子的概率密度分布图和原子轨道图。下列有关认识正确的是(　　) A．图甲中的每个小黑点表示1个电子 B．图甲中的小黑点表示某一时刻，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，有无数对称轴 解析：D　[图甲中每个小黑点并不代表一个电子，而是代表电子出现的概率密度，不是电子在核外所处的位置，故A、B错误；“轨道”是指电子在原子核外空间出现概率较大的区域，故C错误；1s轨道呈球形，有无数对称轴，故D正确。] 2．在多电子原子中，决定轨道能量的是(　　) A．电子层 B．电子层和能级 C．电子层、能级和原子轨道空间分布 D．原子轨道空间分布和电子自旋方向 解析：B　[多电子原子中，根据核外电子的能量差异，可将其分成不同的电子层；同一个电子层内的电子，能量也可能不同，还可以把它们分成不同的能级，同一能级的轨道能量相同，故决定轨道能量的是电子层和能级，B项正确。] 3．下列关于电子云的叙述不正确的是(　　) A．电子云是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大小的图形 B．电子云实际上是电子运动形成的类似云一样的图形 C．电子云图说明电子离核越近，单位体积内出现的概率越大；电子离核越远，单位体积内出现的概率越小 D．相同电子层不同能级的原子轨道，其电子云的形状不同 解析：B　[为了形象地表示电子在原子核外空间的分布状况，人们常用单位体积内小点的疏密程度来表示电子在原子核外单位体积内出现概率的大小。点密集的地方，表示在那里电子在单位体积内出现的概率大；点稀疏的地方，表示在那里电子在单位体积内出现的概率小。] 4．下列有关说法正确的是(　　) A．原子的核外电子最易失去的电子能量最低 B．各能级的原子轨道数按s、p、d、f的顺序分别为1、3、5、7 C．p轨道电子能量一定高于s轨道电子能量 D．s能级电子绕核旋转，其轨迹为一圆圈，而p能级电子是走∞字形 解析：B　[能量越高的电子在离核越远的区域内运动，越容易失去，所以原子核外最易失去的电子能量最高，故A错误；各能级的原子轨道数按s、p、d、f的顺序分别为1、3、5、7，故B正确；p轨道电子能量不一定高于s轨道电子能量，如2p轨道的电子能量低于3s轨道的电子能量，故C错误；电子在原子核外做无规则运动，并无固定的轨道，故D错误。] 5．K层有　________　个能级，用符号分别表示为　________　，L层有　________　个能级，用符号分别表示为　________　，M层有　________　个能级，用符号分别表示为　________　。由此可推知n电子层最多可能有　________　个能级，能量最低的两个能级其符号分别表示为　________　，它们的原子轨道电子云形状各为　________　、　________　。 解析：此题对电子层和能级的关系作了总结，有助于理解和掌握以下几个基本内容：①第n个电子层有n个能级；②核外电子的能量取决于该电子所处的电子层和能级；③s能级和p能级电子云的形状。 答案：1　1s　2　2s、2p　3　3s、3p、3d　n　ns、np　球形　哑铃形 [课堂小结] $$