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

该高中化学导学案聚焦量子力学对原子核外电子运动状态的描述，核心知识点涵盖电子层、能级、原子轨道及电子云等概念。课堂导入通过回顾原子结构基础知识，搭建从宏观到微观的认知支架，帮助学生衔接经典模型到量子力学描述的过渡。 该导学案通过探究问题引导学生分析电子层与能级、轨道数的关系，结合归纳表格和课堂练习，培养科学思维中的模型建构与证据推理能力。分层设计的课后练习从概念辨析到应用计算，助力学生深化理解，提升科学探究与实践能力，适合课堂教学与自主学习结合。

第2课时 量子力学对原子核外电子运动状态的描述 【学习目标】 1. 知道描述原子核外电子运动状态的含义。2.了解原子轨道和电子云的含义。 知识点 1．原子轨道 (1)电子层(n) 分层标准 电子离核的远近 n的取值 1 2 3 4 5 6 7 符号 能量 由 到 离核 由 到 (2)能级 在同一电子层中，电子所具有的能量可能 ，所以同一电子层可分成不同的 ，用 表示。 (3)原子轨道 ①概念：原子中的单个电子的 状态。 ②n值所对应的能级和原子轨道的情况： n(电子层) 能级 原子轨道 取值 符号 符号 符号 数目 1 K s 2 L s p 3 M s p d 4 N s p d f (4)自旋运动状态 处于同一原子轨道上的电子自旋运动状态只有 种，分别用符号“ ”和“ ”表示。 2．原子轨道的图形描述和电子云 (1)原子轨道的图形描述 ①对象：原子中单个电子的 即原子轨道。 ②方法：用 标注。③意义：表示原子轨道的 。 ④形状：s轨道呈 ；p轨道在空间的分布特点是分别相对于x、y、z轴对称，呈哑铃形(∞)。 (2)电子云 ①概念：描述电子在空间单位体积内出现 的图形。 ②含义：用单位体积内小黑点的疏密程度表示电子在原子核外出现 的大小。 【探究】 1．量子力学从哪些方面描述原子核外电子的运动状态？ 2．电子层数与该电子层中的能级数、原子轨道数有什么关系？能级与原子轨道数之间又有什么关系？ 3．决定电子能量高低的因素是什么？ 归纳 1．电子层数(n)、能级数、原子轨道数、容纳电子数的关系： n取值 1 2 3 4 n 能级数 1 2 3 4 n 原子轨道数 1 4 9 16 n2 最多容纳电子数 2 8 18 32 2n2 2.不同原子轨道能量高低的关系 不同电子层不同能级ns＜(n－2)f＜(n－1)a＜np 3．s轨道为球形，p轨道为“∞”字形，并不是说s能级电子绕核做圆周运动，p能级电子绕核做“∞”形运动。 4．电子云图中的一个小黑点，不代表一个电子。 5．离核越近，电子在单位体积内出现的概率越大。 【课堂展示】 1．下列能级中轨道数为3的是(　　) A．s能级　　　　　　　　 B．p能级 C．d能级 D．f能级 2．3px所代表的含义是(　　) A．px轨道上有3个电子 B．第三电子层px轨道有3个伸展方向 C．px电子云有3个伸展方向 D．第三电子层沿x轴方向伸展的p轨道 3．写出下列各电子层上的原子轨道数目。 K：_________，L：_________，M：_________，N：_________。 【课后练习】 1．以下能级符号不正确的是(　　) A．3s　　　　　　　　　 B．3p C．3d D．3f 2．下列能级中，轨道数为5的是(　　) A．s能级 B．p能级 C．d能级 D．f能级 3．下列说法中正确的是(　　) A．1s、2px、2py、2pz轨道都具有球对称性 B．因为p轨道是“8”字形的，所以p电子也是“8”字形 C．氢原子中只有一个电子，故氢原子只有一个轨道 D．原子轨道与电子云都是用来形象描述电子运动状态的 4．人们把电子云轮廓图称为原子轨道，下列有关说法错误的是(　　) A．s电子的原子轨道都是球形的，2s电子比1s电子能量高且电子云比1s更扩散 B．p电子的原子轨道都是哑铃形的，每个p能级有3个原子轨道，它们相互垂直，能量相同 C．p电子能量一定高于s电子能量 D．处于同一原子轨道电子，自旋状态有两种 5．以下各能级是否存在？如果存在，各包含多少个原子轨道？ (1)2s　(2)2d　(3)3p　(4)5d 6．填空。 (1)用符号填写电子层所含能级种类： K层：__________；L层：__________；M层：__________；N层：__________。 (2)用数字填写能级所含原子轨道数目： s：____；p：____；d：____；f：____。 (3)比较下列原子轨道的能量高低(填“＜”“＝”或“＞”)。 ①4s____3s____2s____1s； ②3px____3py____3pz； ③4f____4d____4p____4s； ④1s____2p____3d____4f。 【参考答案】 基础 1．(1) K L M N O P Q 低 高 近 远 (2)不同 能级 s、p、d、f (3)①空间运动 ② 原子轨道 符号 数目 1s 1 2s 1 2px、2py、2pz 3 3s 1 3px、3py、3pz 3 3d 5 4s 1 4px、4py、4pz 3 4d 5 4f 7 (4)两 ↑ ↓ 2．(1)①空间运动状态 ②直角坐标系 ③空间分布 ④球形 (2)①概率大小 ②概率 探究 1．提示：从电子层、能级、原子轨道、自旋运动状态、电子云五方面。 2．提示：第n电子层中的能级数为n，原子轨道数为n2；s能级有1个原子轨道，p能级有3个原子轨道，d能级有5个原子轨道，f能级有7个原子轨道。 3．提示：电子的运动区域离原子核越远能量越高；原子轨道所处的电子层及能级决定电子的能量高低。 典例 1．B 解析：s能级中轨道数为1，p能级中轨道数为3，d能级中轨道数为5，f能级中轨道数为7。 2．D 解析：3px中，3表示第三电子层，px表示沿x轴方向伸展的p轨道。 3．答案：1　4　9　16 随堂练习 1．D 解析：电子层序数与所含能级数目相同，第3电子层包含3s、3p、3d三种能级。 2．C 解析：s、p、d、f能级所含的轨道数依次为1、3、5、7。 3．D 解析：s轨道是球形对称的；p轨道呈哑铃形，px、py、pz分别相对于x、y、z轴对称；氢原子中只有一个电子，填充在1s轨道上，但也存在其他空轨道，使电子跃迁，产生光谱。 4．C 解析：同一电子层上p电子能量高于s电子能量，不同电子层上p电子能量不一定高于s电子能量，如3s＞2p。 5．解析：由电子层序数、能级数和原子轨道数之间的关系可知，存在着2s能级，且只有1个原子轨道；不存在2d能级，电子层数为2时只有2s、2p两个能级；存在3p能级，且含有3个原子轨道，分别为3px、3py、3pz；存在5d能级，其含有5个原子轨道。 答案：(1)2s存在，原子轨道数为1； (2)2d不存在； (3)3p存在，原子轨道数为3； (4)5d存在，原子轨道数为5。 6．答案：(1)1s　2s、2p　3s、3p、3d　4s、4p、4d、4f (2)1　3　5　7 (3)＞　＞　＞　＝　＝　＞　＞　＞　＜　＜　＜ 学科网（北京）股份有限公司 $