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学年高二上学期化学鲁科版选择性必修2

该高中化学课件围绕原子结构与元素性质，核心讲解量子力学对原子核外电子运动状态的描述，包括原子轨道（电子层、能级、轨道数）、电子云图和自旋状态。课堂导入通过钠原子、氢原子光谱的复杂现象，衔接前期元素、核素等基础概念，构建从宏观现象到微观理论的学习支架。 其亮点在于以光谱现象激发探究欲（科学探究与实践），用表格对比电子层与能级、图形展示电子云及轨道形状，帮助学生建构微观结构认知（科学思维）。课堂练习强化概念辨析，如电子层容纳电子数计算等。学生可深化物质结构理解，培养科学思维；教师可借助系统资源提升教学效率。

校本1 22. 元素是指具有相同核电荷数(即核内质子数)的同一类原子的总称。 核素： 具有相同数目的质子和相同数目中子的一类原子。 同位素： 质子数相同而中子数不同的同一种元素的不同核素称为 同位素。 同素异形体： 同种元素形成不同的单质互为同素异形体。 质量数(A)＝质子数(Z)＋ 中子数(N) 校本1 22. 量子力学对原子核外 电子运动状态的描述 1. 1.2 原子结构与元素性质 第一章 那么该如何解释氢原子光谱和多原子光谱的复杂现象呢？ 运用量子力学描述原子核外电子的运动状态 课程导入 在钠原子中 n=4 在氢原子中 n=2 n=1 电子跃迁 n=3 也得到两条靠得很近的谱线 产生多条谱线 电子跃迁 n的取值 1 2 3 4 5 6 7 符号 _K_ _L_ _M_ _N_ _O_ _P_ _Q_ 离核远近 由近到远 能量高低 由低到高 一、 原子轨道 1. 电子层 （能层） （1） 含义： 量子数n所描述的电子运动状态。n取正整数： 1， 2， 3， 4...... （2） 表示方法 原子轨道： 描述原子中单个电子的空间运动状态。 （3） 能量高低： 在同一个电子层中能量由低到高排序： 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能量相同。 一、 原子轨道 2. 能级 （电子亚层/亚层） （1） 含义： 同一个电子层 （n相同） 可分成若干个能级。 （2） 表示方法： 分别用符号s 、 p 、 d 、 f、 g等表示。 各能级上对应 的原子轨道数 s p d f ...... 1 3 5 7 ...... 量子力学中描述单个 电子的空间运动状态 一、 原子轨道 2. 能级 （电子亚层/亚层） 量子数 （n） 符号 能级种类 原子轨道数 1 K s 1 （1s） 2 L s p 4 （2s 、2px 、2py 、2pz） 3 M s p d 简并轨道 4 N s p d f 16 [4s 、 4px 、 4py 、 4pz、 4d(含5个原子轨道)、 4f(含7个原子轨道)] n .... n种 n2 如何解释外加磁场时， 原来的谱线会生成多 条谱线？ 规 则： 第n 电 子 层 上 有n个 能 级， 有n2个轨道。 9 [3s 、 3px 、 3py 、 3pz、 3d(含5个原子轨道)] 外加磁场存在的情况下， 无论氢原子还是多电子原子的光谱中，原来的一条谱线都可能分裂为多条。 一、 原子轨道 3.外加磁场对电子运动状态的影响 有外加磁场时， 处于同一能级的电子的空间运动状态的能量不同 p能级 s能级 p能级 d能级 无外加磁场时，mmmmo 钠原子的黄色谱线可以得到靠得很近的两条谱线 在氢原子中 n=2 n=1 也得到两条靠得很近的谱线 没有外加磁场时为什么也有多条 谱线产生呢？ 一、 原子轨道 在钠原子中 n=4 电子跃迁 n=3 产生多条谱线 电子跃迁 一、 原子轨道 （1） 意义： 核外运动的电子还存在一种被称为 “ 自旋 ”的量子化状态。 “ 自旋 ”是电子的固有性质。 “ 自旋 ”并不意味着电子像地球一般 “ 自转 ”， 其实际意义更为深远。 泡利不相容原理： 在一个原子轨道里， 最多只 能容纳2个电子， 它们的自旋状态相反。 每个电子层中最 多容纳几个电子？ （2） 表示方法： 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 “ ↑ ”、 “ ↓ ”表示。 4. 自旋状态 沃尔夫冈 ·泡利 电子运动状态： 一个完整的单电子运动状态由电子层、 能级、原子轨道以及自旋状态确定。 电子空间运动状态 （原子轨道）： 电子层、 能级、 空间取向 一个原子中没有运动状态完全相同的两个电子。 每个电子层中最多容纳2n2个电子。 一、 原子轨道 空间运动状态种类=原子轨道数 运动状态种类=电子数 一、 原子轨道 不同原子轨道能量高低的关系 ns np nd nf 不同能级 相同电子层 如： 2px=2py=2pz 相同能级 不同电子层 如： 1s 2s 3s 4s 即决定原子核外电子能量的是电子层和能级。 课堂练习 1.正误判断 (×)不同电子层的s能级中电子的能量完全相同 ( ) 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 (√)各能级的原子轨道数按s 、 p 、 d 、 f的顺序依次为1 、 3 、 5 、 7 (×)处于s能级的电子能量一定比处于p能级的电子能量低 二、 原子轨道的图形描述与电子云图 1.原子轨道的图形描述 原子中单个电子的空间运动状态用原子轨道来描述， 原子轨道图 形用于表示原子轨道的空间分布。 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。 二、 原子轨道的图形描述与电子云图 1.原子轨道的图形描述 s轨道——球形 具有球对称性 z y x z y x z y x y x 4s 2s 3s 1s z 二、 原子轨道的图形描述与电子云图 1.原子轨道的图形描述 p轨道——哑铃形/纺锤形 分别相对于x、y 、z轴对称， 呈哑铃形(∞) px py pz 二、 原子轨道的图形描述与电子云图 1.原子轨道的图形描述 「拓」d轨道 花瓣形 f轨道 2. 电子在核外的空间分布 （1） 原子核外电子的运动特点 质量仅为9.1 ×10－31 kg ①电子的质量很_小__， 带_负_____ 电荷。 ②电子运动的空间范围 小____。 ③电子做___高速 _运动， 接近光速。 原子轨道是 “ 波函数 ”一个形象化的描述， 用于描述原子核外电子的空间运动状态， 不是真实存在的轨道！ 1932年获诺贝尔物理学奖 有别于宏观物体， 微观粒子无法同时精确测量某个电子在某一时刻的位置和速度。 二、 原子轨道的图形描述与电子云图 海森堡测不准原理 二、 原子轨道的图形描述与电子云图 2. 电子在核外的空间分布 （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概率分布的图形。 ② 含义： 点表示电子在此处出现过， 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。 小点是1s电子在原子核外出现 的概率大小的形象描述。 不是表示此处有一个电子存在！ 氢原子1s电子的电子云图 二、 原子轨道的图形描述与电子云图 2. 电子在核外的空间分布 （2） 电子云图 ③ 形状 1s电子的电子云轮廓图绘制过程 将出现概率90% 的空间圈出来 电子云图与电子云轮廓图 二、 原子轨道的图形描述与电子云图 2. 电子在核外的空间分布 （2） 电子云图 ③ 形状 不同能级s电子的电子云形状一致， 均为球形 相同原子的s电子的电子云轮廓图 能层越高， s电子的电子云半径越大 4s 2s 3s 1s 2py 电子云 二、 原子轨道的图形描述与电子云图 2. 电子在核外的空间分布 （2） 电子云图 ③ 形状 哑铃形 px 、 py 、 p z 的电子云轮廓图 二、 原子轨道的图形描述与电子云图 2. 电子在核外的空间分布 （2） 电子云图 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。 是一种数学上概率统计结果的形象化表示。 量子力学诞生于1925年末至1926年初， 它是由两组物理学家相互独立地用不同方法建立的。 直接因量子力学而获得诺贝尔物理学奖的就有六位 :德布罗意 （L.V.de Broglie， 1929年） 、 海森堡 （W.Heisenberg， 1932年） 、 狄拉克 （P.A.Dirac， 1933年） 和薛定谔 （E.Schrödinger， 1933年） 、 泡利 （W.E.Pauli， 1945年） 和玻恩 （M.Born， 1954年） 。 三、 量子力学的诞生 德布罗意 狄拉克 海森堡 薛定谔 玻恩 泡利 三、 量子力学的诞生 物理学家们将矩阵力学与波动力学统一起来， 统称量子力学。 1925海森堡 1926 薛定谔 神秘波之路： 波动力学 魔矩阵之路： 矩阵力学 1900普朗克 含义 决定电子运动状态的四个因素 不同原子轨道能量高低比较 电子层数、 能级数、 轨道数与容纳电子数的关系 第一节 第2课时 量子力学对原子核外电 子运动状态的描述 课堂小结 原子轨道图形 和电子云图 特征形状含义 原子轨道 课堂练习 2.原子核外电子的运动状态决定因素有 电子层_、能级_、原子轨道_、自_ 旋状态 。 (1)Na原子核外有 11 个电子， 有 11 种运动状态， 即一个原子中不存在(填“存在” 或“ 不存在”)运动状态相同的电子。 (2)电子层数n＝5时， 该层电子的空间运动状态有 25 种， 原子轨道总数 25 个， s能级的表示符号为 5s 。 空间运动状态种类=原子轨道数 运动状态种类=电子数 课堂练习 3.正误判断 (×)1s 、 2px 、 2py 、 2pz轨道都具有球对称性。 (×)s电子绕核旋转， 其轨道为一圆圈。 (×)电子云图中每个小点表示一个电子。 (×)钠原子的1s 、 2s 、 3s电子云半径相同。 (√) 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。 课堂练习 4.观察电子处在1s轨道的电子云图， 判断下列说法正确的是A. 1个小点表示1个自由运动的电子 B. 1s轨道的电子云形状为圆形的面 C. 电子在1s轨道上运动像地球围绕太阳旋转 √D. 1s轨道电子云图上的小点的疏密表示电子在原子核 外某处单位体积内出现概率的大小 $