1.1.2 量子力学对原子核外电子运动状态的描述 课件-2025-2026学年高二下学期化学鲁科版选择性必修2

1.1.2 量子力学对原子核外电子 运动状态的描述 学习目标 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。 玻尔引入一个量子数n，解释了氢原子光谱是线状光谱的事实；但复杂的光谱解释不了。 氢原子核外电子由n=2状态跃迁到n=1状态时，得到两条靠得非常近的谱线。 [联想·质疑] 推测：同一量子数 n 所标记的核外电子运动状态中的不同电子所具有的能量可能还存在细微的差异. 原子中电子的运动状态应用四个量子数来描述。 量子力学理论 ——20 世纪 20 年代中期建立 ②能级 描述原子轨道的形状 ③原子轨道 决定原子轨道的空间取向 ④电子自旋 ①电子层（能层）n 描述原子轨道离核的远近 一、原子轨道 取值为正整数 １，２，３，４，５，６，7… 　对应符号为 Ｋ，Ｌ，Ｍ，Ｎ，Ｏ，Ｐ，Q… 离核远近 近 远 能量高低 低 高 1、电子层（能层）n 描述原子轨道离核的远近 意义：①决定电子能量大小的主要因素 ②一般而言，n越大，电子离核越远，能量越高。 2、能级 描述原子轨道的形状 符号： s， p， d， f … 电子层相同的电子，所具有的能量也可能不相同。即对同一个电子层，还可分为若干个能级。 如果把能层比作楼层，那么能级就是楼层中的阶级（台阶）。 意义：和n共同决定电子的能量大小， 同一个电子层中能量：E(s)<E(p)<E(d)<E(f)…… 一、原子轨道 思考：每个能层（楼层）都有相同的能级（阶级）吗？ 能层n 符号 能级n个 1 K s 2 L s p 3 M s p d P5 一、原子轨道 能层量子数是n，就有n个能级： 3、原子轨道 决定原子轨道的空间取向 s能级有1个轨道: ns p能级有3个轨道：npx npy npz 一、原子轨道 p:哑铃形 （纺锤形） P7 分别相对于 x、y、z 轴对称(轴对称性) 在空间分别沿 x、y、z 轴的方向分布 s:球形 轨道能量相同，空间取向不同 3、原子轨道 决定原子轨道的空间取向 一、原子轨道 P7 d能级有5个轨道 f能级有7个轨道 意义:①决定原子轨道在空间的伸展方向②和能级一起共同决定轨道的数目 能层n 符号 能级n个 原子轨道 原子轨道数n2个 1 K s 1s 1 1 2 L s 2s 1 4 p 2px 2py 2pz 3 3 M s 3s 1 9 p 3px 3py 3pz 3 d 3dxy 3dxz 3dyz 3dx2-y2 3dz2 5 P6 一、原子轨道 阶段小结： 不同：电子层序数越大，原子轨道的半径越大。 相同：s轨道在三维空间分布的图形为都是 形，即s轨道具有球对称性。 球 思考：1s、2s、3s原子轨道的形状 相同？不同？ 一、原子轨道 第二节 4、电子自旋 处于同一原子轨道上的电子自旋状态只有两种，分别用符号↑、↓表示。 注意：自旋并不是”自转”，一个轨道最多只能容纳两个自旋方向相反的电子。 一、原子轨道 原子中电子的运动状态由四个因素来决定。 （单个电子的空间运动状态称为原子轨道） ②能级 描述原子轨道的形状 ③原子轨道 决定原子轨道的空间取向 ④电子自旋 ①电子层（能层）n 描述原子轨道离核远近 阶段总结 例：Na原子核外有 个电子，有 种运动状态。 利用①能层②能级③原子轨道可以描述一个电子的空间运动状态，即可将一个原子轨道描述出来。 一个原子中不存在运动状态相同的电子。 例：电子层数n＝5时，该层电子的空间运动状态有____种，原子轨道总数 个。该层能量最低的轨道符号是______。 11 11 25 25 5s 一、原子轨道 能层n 符号 能级n个 原子轨道 原子轨道数n2个 电子个数 2n2个 1 K s 1s 1 1 2 2 L s 2s 1 4 8 p 2px 2py 2pz 3 3 M s 3s 1 9 18 p 3px 3py 3pz 3 d 3dxy 3dxz 3dyz 3dx2-y2 3dz2 5 P6 一、原子轨道 阶段总结 表1-1-1 n值对应的能级和原子轨道的情况 能层序数n 能层符号 能级符号 能级数 1 K 2 L 3 M 4 N 规律：第n电子层有n个能级 1 2 3 4 题1：下列各电子层不包含d能级的是 A.O层 B.N层 C.M层 D.K层 √ 题2：下列能级符号不正确的是 A.6s B.2d C.3p D.4f √ 1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s 4p 4d 4f 一、原子轨道 阶段检测 在无外磁场时，处于同一能级的电子的能量相同。 ①4s___3s___2s___1s； ②4f___4d___4p___4s； ③1s___2p___3d___4f； ④2px___2py___2pz； ⑤2py___3py___4py。 ⑥3px ___2s 题3：比较下列原子轨道的能量高低。(填“＜”“＝”或“＞”) ②能级 ①电子层（能层）n 共同决定电子的能量 一般而言，n越大，电子离核越远，能量越高 同一电子层，能量：E(ns)<E(np)<E(nd)<E(nf) ＞　 ＞　 ＞ ＞　 ＞　 ＞ ＜　 ＜　 ＜ ＝　 ＝ ＜　 ＜ ＞ 一、原子轨道 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 。 位置 速度 概率 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。 二、电子在核外的空间分布 小黑点的疏密表示电子在核外某处单位体积内出现的概率的大小。 2、电子云 电子云是电子在原子核外空间的概率密度分布的形象化描述。看起来像一片云雾，因而被形象地称作电子云。 每个小黑点并不表示一个电子本身,而是表示电子在此空间出现的机会（或概率）。 二、电子在核外的空间分布 原子轨道的形状就是电子云轮廓图的形状（电子出现概率约为90%的电子云空间） 电子处在1s轨道的电子云图 电子处在2p轨道的电子云图 量子力学中轨道（orbital）的含义已与玻尔轨道（orbit）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。 球形 哑铃形 二、电子在核外的空间分布 (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)当电子层数为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)各电子层的能级都是从s能级开始至f能级结束(　　) (6)处于s能级的电子能量一定比处于p能级的电子能量低(　　) × × √ √ × 正误判断 × 三、课堂检测 三、课堂检测 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) √ 练透习题练习： 三、课堂检测 2.下列能级符号不正确的是 A.6s B.2d C.3p D.4f √ 三、课堂检测 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 √ 三、课堂检测 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 √ 三、课堂检测 5.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 √ 三、课堂检测 6.下列叙述正确的是 A.s、p、d能级所具有的原子轨道数分别为1、5、7 B.各电子层的能级数等于该电子层可容纳电子数 C.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 D.3s电子形成的电子云图半径大于1s电子的电子云图 √ 三、课堂检测 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>2s √ 三、课堂检测 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 √ 三、课堂检测 9.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 √ 能层n 符号 能级n个 原子轨道 原子轨道数n2个 电子个数 2n2个 1 K s 1s 1 1 2 2 L s 2s 1 4 8 p 2px 2py 2pz 3 3 M s 3s 1 9 18 p 3px 3py 3pz 3 d 3dxy 3dxz 3dyz 3dx2-y2 3dz2 5 四、课堂总结 P6 表1-1-1 n值对应的能级和原子轨道的情况 $$