内容正文:
第1章
原子结构与元素性质
第1章 原子结构与元素性质
化 学
选择性必修 2
新 知 导 学
课 时 作 业
合 作 探 究
随 堂 演 练
第1节 原子结构模型
第1章 原子结构与元素性质
化 学
选择性必修 2
新 知 导 学
课 时 作 业
合 作 探 究
随 堂 演 练
第1章 原子结构与元素性质
化 学
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新 知 导 学
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合 作 探 究
随 堂 演 练
新知导学 夯实基础
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合 作 探 究
随 堂 演 练
道尔顿
汤姆孙
核式
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原
子结构
量子力学
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原子核
不同
量子化
升高
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基态
激发态
光谱
线状光谱
量子化
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吸收的光
发射的光
跃迁
线状
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单个电子
空间运动
离核远近
K、L、M、N、O、P
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不同能量
s、p、d、f
n=x
s、p、d、f
↑
↓
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波函数
图形
球形
x、y、z
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非常小
极快
极小
位置和速度
疏密程度
概率
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合作探究 素能提升
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随堂演练 对点落实
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课 时 作 业(一)
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[素养发展目标] 1.了解有关核外电子运动模型的历史发展过程,认识核外电子的运动特点。 2.知道电子运动的能量状态具有量子化的特征(能量不连续),电子可以处于不同的能级,在一定条件下会发生激发与跃迁。 3.知道电子的运动状态(空间分布及能量)可通过原子轨道和电子云模型来描述。
一、氢原子光谱和玻尔的原子结构模型
1.不同时期的原子结构模型
2.玻尔的原子结构模型
(1)基本观点
运动
轨迹
原子中的电子在具有确定半径的圆周轨道上绕_______运动,并且不辐射能量
能量
分布
在不同轨道上运动的电子具有_____的能量,而且能量是_______的。轨道能量依n(量子数)值(1、2、3…)的增大而_____
电子
跃迁
对氢原子而言,电子处于n=1的轨道时能量最低,称为_____,能量高于基态能量的状态称为_______。电子在能量不同的轨道之间跃迁时,辐射或吸收的能量以光的形式表现出来并被记录下来,就形成了_____
(2)贡献
①成功地解释了氢原子光谱是________的实验事实。
②阐明了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______的。
3.光谱及氢原子光谱
(1)光谱
①含义:利用原子光谱将物质________或________的波长和强度分布记录下来的谱线。
②形成原因:电子在不同轨道间____时,会辐射或吸收能量。
(2)氢原子光谱:属于____光谱。
二、量子力学对原子核外电子运动状态的描述
1.原子轨道:用来描述原子中的________的________状态的一种形象说法。
2.量子力学对电子运动状态的描述
(1)量子数n用来描述电子空间运动时________;n取值1、2、3、4、5、6等,对应的符号(光谱记号)分别为______________________等。量子数n就是常说的电子层。
(2)能级用来描述同一电子层内________的电子的空间运动状态,用______________等表示;一个电子层内能级数x与电子层相应量子数n的关系是______,用______________等表示。
(3)原子轨道用来描述同一电子层、同一能级内不同空间运动状态的电子;量子数为n的电子层内轨道数是______个。
(4)用“__”和“__”表示电子“自旋”运动状态。
n2
3.原子轨道的图形描述
原子轨道在量子力学中用______来表示,并可以将其以____的方式在直角坐标系中呈现出来。s轨道图形为____,具有球对称性;p轨道图形为哑铃形(3个p轨道互相垂直),相对__________轴具有轴对称性,可表示为________________________。
px、py、pz
4.电子在核外的空间分布
(1)电子运动特点:电子质量______、运行速度____且运动空间____;人们不可能同时准确测定电子等微观粒子的__________。
(2)电子云图:对波函数进行数学处理后,用单位体积内小点的________来表示电子在原子核外某处单位体积内出现____的大小,这样的图形叫电子云图。
1.玻尔理论不能解释( )
A.氢原子光谱为线状光谱
B.在一给定的稳定轨道上,运动的核外电子不辐射能量
C.氢原子的可见光区谱线
D.在有外加磁场时氢原子光谱有多条谱线
D [玻尔理论是针对原子的稳定存在和氢原子光谱为线状光谱的事实提出的,在有外加磁场时氢原子有多条谱线,玻尔的原子结构模型已无法解释这一现象,必须借助量子力学加以解释。]
2.(双选)下列说法正确的是( )
A.同一原子中,1s、2s、3s电子的能量逐渐增大
B.同一原子中,2p、3p、4p能级的轨道数依次增多
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.各电子层含有的原子轨道数为n2(n为电子层序数)
AD [同一能级,能层越大,能级上电子的能量越大,故A正确;同一原子中,各p能级的轨道数相等,都为3,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;电子层为n的状态,含有n2个原子轨道,故D正确。]
探究一 电子层 能级 原子轨道
1.Na原子核外有多少个电子?有多少种运动状态?原子核外电子的运动状态决定因素有哪些?
提示:11;11;电子层、能级、原子轨道、自旋运动状态共同决定了原子核外电子运动状态,即一个原子中不存在运动状态完全相同的电子。
2.如何比较两个原子轨道能量的高低?
提示:①原子轨道的能量取决于电子层和能级,若两者相同则能量相等,如npx=npy=npz。
②相同电子层不同能级的原子轨道能量的高低:
ns<np<nd<nf。
③不同电子层相同能级的原子轨道能量的高低:
1s<2s<3s<4s。
1.电子层序数(n)、能级数、原子轨道数的关系
n(电子层)
能级
原子轨道
取值
符号
符号
符号
数目
合计
1
K
s
1s
1
1
2
L
s
2s
1
4
p
2p
3
n(电子层)
能级
原子轨道
取值
符号
符号
符号
数目
合计
3
M
s
3s
1
9
p
3p
3
d
3d
5
4
N
s
4s
1
16
p
4p
3
d
4d
5
f
4f
7
…
…
…
…
…
…
2.不同原子轨道能量大小的关系
1.下列说法正确的是( )
A.n=3的电子层上有s、p共2个能级
B.3d能级有3个原子轨道
C.n=3的电子层上有2个原子轨道
D.无论是哪个电子层的p能级上的原子轨道数目都相等
D [每一电子层包含的能级数等于该电子层的序数,第三电子层有s、p、d三个能级,故A错误;d能级上有5个原子轨道,故B错误;n=3的电子层上有9个原子轨道,故C错误;p能级上有3个原子轨道,故D正确。]
探究二 原子轨道的图形描述及电子云图
Pb(N3)2简称叠氮化铅,一种起爆药。主要用于装填电雷管和混合装填针刺雷管、延期雷管和火焰雷管。已知N原子的第2电子层的p能级上有2px、2py、2pz三个原子轨道。
1.这三个p轨道上的电子的能量是否相同?
提示:2px、2py、2pz表示的是相同能级上的原子轨道,其电子能量相同。
2.这三个p轨道的形状是否相同?电子云在空间的伸展方向是否相同?
提示:这三个原子轨道电子云的形状相同,电子云在空间的伸展方向互相垂直。
1.原子轨道的图形描述
(1)s能级的原子轨道:s能级的原子轨道是球形的,电子层序数越大,原子轨道的半径越大。这是由于1s、2s、3s……电子的能量依次增高,电子在离核较远的区域出现的概率逐渐增大,电子云越向更大的空间扩展。
(2)p能级的原子轨道:p能级的原子轨道是轴对称的,每个p能级有3个轨道,它们互相垂直,分别记作px、py、pz。p能级的原子轨道的平均半径也随电子层序数增大而增大。
2.电子云
电子运动不能用牛顿运动定律来描述,只能用统计的观点来描述。我们不可能像描述宏观运动物体那样,确定一定状态的核外电子在某个时刻处于原子核外的空间位置,只能确定它在原子核外各处出现的概率。概率分布图看起来像一片云雾,因而被形象地称作电子云。常把电子出现的概率约为90%的空间圈出来,人们把这种电子云轮廓图称为原子轨道。
2.下列说法正确的是( )
A.s轨道呈圆形,p轨道在空间沿坐标轴的方向分布
B.科学家们采用统计的方法来描述电子在原子核外某一区域出现的概率
C.电子云中小点的密度表示电子的多少
D.f轨道有5个伸展方向
B [s轨道为球形,A项错误;电子云的小点不代表电子,小点的疏密程度表示电子在这一区域出现概率的大小,C项错误;f轨道有7个伸展方向,D项错误。]
1.下列关于多电子原子核外电子的运动规律的叙述正确的是( )
A.所有的电子在同一区域里运动
B.在离原子核较近的区域内运动的电子能量较高,在离原子核较远的区域内运动的电子能量较低
C.处于最低能量的原子叫基态原子
D.同一原子中,4s、4p、4d、4f所能容纳的电子数依次增多,各能级能量大小相等
C [在含有多个电子的原子里,电子分别在能量不同的区域内运动,A错误;在多个电子的原子中,电子的能量是不相同的,在离原子核较近的区域内运动的电子能量较低,在离原子核较远的区域内运动的电子能量较高,B错误;处于最低能量的原子叫基态原子,当基态原子的电子吸收能量后,电子会跃迁到较高能级,变成激发态原子,C正确;同一原子中,4s、4p、4d、4f所能容纳的电子数依次增多,但第四能层中,能级的能量大小不同:E(4s)<E(4p)<E(4d)<E(4f),D错误。]
2.氮原子2p能级上的3个电子不相同的是( )
A.能量
B.电子云形状
C.电子云伸展方向
D.自旋状态
C [氮原子2p能级上的3个电子分布在不同的轨道上,且自旋方向相同,不相同的是电子云伸展方向。]
3.下列电子层中,包含有f能级的是( )
A.K能层
B.L能层
C.M能层
D.N能层
D [能级数目等于能层序数,K、L、M、N的能层序数依次为1、2、3、4,则分别有1(s)、2(s、p)、3(s、p、d)、4(s、p、d、f)个能级,即K、L、M能层不包含f能级。]
4.2020年4月8日,华为在线上举办了P40系列手机国行发布会,在发布会上除了手机外还发布了华为65 W氮化镓双口超级快充充电器。这款氮化镓充电器配备1A1C双输出接口,体积小且插脚可以折叠。镓元素的原子结构示意图为
(1)镓元素原子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层上的s电子的能量由高到低的顺序是________________。
(2)镓元素原子n=4的电子层上有________个能级,________个原子轨道,这些原子轨道有________种伸展方向。
解析: (1)n=3的电子层上有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;量子数n越大,形状相同的原子轨道的能量越高,因此镓元素原子的s轨道的能量由高到低的顺序是4s、3s、2s、1s。(2)镓元素原子n=4的电子层上有s、p、d、f 4个能级,共有16个原子轨道,这些原子轨道共有16种伸展方向。
答案: (1)3 3d、3p、3s 4s、3s、2s、1s (2)4 16 16
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