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-【新课程学案】2025-2026学年高中化学选择性必修2教师用书word（鲁科版）

第二课时　量子力学对原子核外电子运动状态的描述 新知探究(一)——原子轨道 1.电子层(n) (1)含义:习惯上,将量子数n所描述的电子运动状态称为电子层,也叫能层。 (2)表示方法 分层标准 电子离核的远近 n的取值 1 2 3 4 5 6 …… 符号 K L M N O P …… 能量 离核 2.能级 (1)含义:当n相同时,电子具有的能量也可能不同,即同一个电子层内的电子可处于不同能级。 (2)能级的表示 电子层符号 K L M N O 能 级 符号 1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s 4p 4d 4f …… 数目 1 2 3 4 …… 能量 [微点拨]　每一电子层的能级总是从s能级开始,能级数等于该电子层的序数。 3.原子轨道 (1)含义:描述原子中单个电子的空间运动状态。 (2)数目:电子层为n的状态含有n2个原子轨道,s、p、d、f能级上对应的原子轨道分别为1、3、5、7。 4.自旋运动 (1)核外运动的电子还存在一种被称为“自旋”的量子化状态。 (2)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。 [题点多维训练] 1.(2025·福州高级中学期中)下列各能层不包含d能级的是 (　　) A.L B.M C.N D.O 解析:选A　从第三能层开始,出现d能级,K能层只有s能级,L能层只有s、p能级,都不包含d能级。 2.下列有关认识正确的是 (　　) A.各能级的原子轨道数按s、p、d、f的顺序依次为1、3、5、7 B.各能层的能级都是从s能级开始至f能级结束 C.各能层含有的能级数为n-1 D.各能层含有的电子数为2n2 解析:选A　各能级的原子轨道数按s、p、d、f的顺序依次为1、3、5、7,A正确;各能层的能级都是从s能级开始,每个能层上能级个数与能层数相等,所以有的能层不含f能级,如第一能层只有1s能级,B错误;各能层含有的能级数与其能层数相等为n,C错误;各能层含有的电子数最多为2n2,但最外层不能超过8个电子,次外层不能超过18个电子,倒数第三层不能超过32个电子,D错误。 3.下列有关原子轨道的说法正确的是 (　　) A.在K能层中,有自旋相反的两条轨道 B.N能层中有4s、4p、4d、4f 4个能级,共16个轨道,可容纳32种运动状态的电子 C.基态原子电子能量顺序为E(1s)<E(2s)<E(2px)<E(2py)<E(2pz) D.3p能级上只有一个空轨道的原子和3p能级上有两个未成对电子的原子对应为同一元素 解析:选B　K层只有s能级,有1条轨道,故A错误;N能层中有4s、4p、4d、4f 4个能级,共16个轨道,每个轨道最多容纳2个电子,所以可容纳32种运动状态的电子,故B正确;2px、2py、2pz轨道是3个不同的原子轨道,同一能级上的原子轨道具有相同的能量,所以基态原子电子能量的高低顺序为E(1s)<E(2s)<E(2px)=E(2py)=E(2pz),故C错误;3p能级上只有一个空轨道的原子是Si,3p能级上有两个未成对电子的原子是Si或S,故D错误。 4.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)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。  解析:(1)n=3时该电子层上有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;电子层数n越大,相同能级的原子轨道的能量越高,因此该原子的s轨道的能量由高到低的顺序是4s、3s、2s、1s。(2)该元素的原子n=4的电子层,有s、p、d、f 4个能级,共有16个原子轨道。(3)在n=4的原子轨道上,电子先进入4s轨道,然后进入4p轨道,那么4p轨道上只有1个电子。 答案:(1)3　3d、3p、3s　 4s、3s、2s、1s　(2)4　16 (3)1 新知探究(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 对象 原子中单个电子的空间运动状态 意义 表示原子轨道的空间分布 形状 s轨道呈球形,具有球对称性;p轨道在空间的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。如图: 2.电子在核外的空间分布 (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位置和速度,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概率。 (2)电子云图 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 含义 通常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 形状 s能级的电子概率分布呈球形;p能级的电子概率沿x、y、z轴的方向分布,有3种空间伸展方向。 电子处在1s轨道及2p轨道上的电子云图如图1、图2所示: 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 应用化学 　　钋,化学符号为Po,原子序数是84,是已知最稀有的元素之一,在地壳中含量约为100万亿分之一,主要通过人工合成方式取得,钋单质是一种银白色金属,能在黑暗中发光。 1.钋元素原子的ns电子的电子云图上的小点较为稀疏的地方代表电子数目较少吗? 提示:电子云图中的小点的疏密程度代表电子在原子核外空间某处单位体积内出现概率的大小,其中小点稀疏的地方代表电子出现的概率低。 2.钋元素原子n=3的电子层的p能级上有3px、3py、3pz三个原子轨道。这三个p轨道电子云的形状是否相同?电子云在空间的伸展方向是否相同? 提示:钋元素原子n=3的三个p轨道电子云的形状相同,都是沿坐标轴方向分布;电子云在空间的伸展方向互相垂直。 [题点多维训练] 题点(一)　原子轨道的形象描述 1.如图是s能级和p能级的原子轨道示意图,下列说法正确的是 (　　) A.s能级和p能级的原子轨道形状相同 B.每个p能级都有6个原子轨道 C.s能级的原子轨道的半径与电子层序数有关 D.不同电子层上的p轨道的大小和伸展方向均相等 解析:选C　s轨道为球形,p轨道为沿x、y、z轴的方向分布,A项错误;每个p能级只有3个原子轨道,B项错误;电子层序数越小,s能级的原子轨道的半径越小,C项正确;不同电子层上的p能级的伸展方向相同,但是大小不同,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,判断下列叙述正确的是 (　　) 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.在同一能级上运动的电子,其运动状态一定相同 D.原子轨道和电子云都是用来形象地描述电子的运动状态 解析:选D　s轨道是球形的,这是电子云图的形状,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E(3px)=E(3py)=E(3pz),B项错误;同一能级上的电子可处于不同轨道,处于同一轨道上的电子,可有不同的自旋状态,C项错误;原子轨道和电子云都可用来形象地描述电子的运动状态,D项正确。 题点(二)　电子云的理解 3.下列关于氢原子电子云图的说法正确的是 (　　) A.点密度大,电子数目多 B.点密度大,单位体积内电子出现的机会小 C.电子云图是对电子运动无规律的描述 D.电子云图描述了电子运动的客观规律 解析:选D　电子云图中的点不代表电子,只是利用其疏密表示电子在此区域出现概率的大小。电子运动的客观规律用图形表现就是电子云图。 4.(2025·洛阳高二检测)观察2pz轨道电子云示意图(如图所示),下列说法错误的是 (　　) A.2pz轨道上的电子在空间某处单位体积内出现的概率分布关于z轴对称 B.点密集的地方表明电子出现的概率大 C.电子先沿z轴正半轴运动,然后沿其负半轴运动 D.2pz轨道的形状为两个椭圆球 解析:选C　在图中,电子在空间某处单位体积内出现的概率分布关于z轴对称,A正确;电子云并不是电子的真实运动轨迹,C错误;2pz轨道电子云形状为两个椭圆球,D正确。 学科网（北京）股份有限公司 $