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

该高中化学课件聚焦量子力学对原子核外电子运动状态的描述，核心涵盖电子层、能级、原子轨道、自旋状态及电子云等知识点。通过玻尔理论无法解释氢原子光谱双线、钠原子光谱等现象引发质疑，自然衔接量子力学理论，搭建认知支架。 其亮点是以“目标-质疑-探究-应用”为主线，通过表格对比电子层与能级关系、思考交流能量比较及正误判断培养科学思维，结合电子云图分析概率分布强化科学探究与实践。自我测试融入实例题，助学生深化物质结构决定性质的化学观念，教师可借结构化内容提升教学效率。

量子力学对原子核外电子运动状态的描述 课时2 第1章 第 1 节 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.学会描述原子核外电子的运动状态(重、难点)。 3.了解原子轨道和电子云的含义。 玻尔理论中只引入一个量子数n，只能解释氢原子光谱是线状光谱。无法解释多电子原子光谱的复杂现象及其在外磁场存在的谱线分裂现象。 如：在钠原子中 n＝4 n＝3 电子跃迁 在氢原子中 n＝2 n＝1 电子跃迁 也得到两条靠得很近的谱线… 联想质疑 应当如何解释氢原子的光谱和多电子原子的光谱所产生的复杂现象呢? 原子核外电子的运动状态是否还存在玻尔原子结构模型未能描述的其他量子化现象呢? 量子力学 诞生 20世纪20年代中期建立的量子力学理论不仅能够较圆满地解释原子光谱的实验事实，而且为解释和预测物质结构与性质提供了全新的理论支撑，已经成为现代化学理论的基础。 联想质疑 内 容 索 引 一、原子轨道 二、原子轨道的图形描述与电子云图 原子轨道 < 目标一 > 1．电子层 (1)含义：量子数n所描述的电子运动状态。 (2)表示方法 n的取值 1 2 3 4 5 6 7 符号 离核远近 能量高低 原子核 K L M N K L M N O P Q 由近及远 由低到高 2．能级 (1)多电子原子中，同一个电子层(即n相同)内的电子所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。 当n＝x时，有x个能级，分别用符号s、p、d、f 等表示。 电子层 能级 若电子层是楼层， 能级是楼梯阶梯 ✪注意　在没有特别说明的情况下，本书中所描述的核外电子运动状态均为无外磁场的情况。 (2)在同一个电子层中按能量由低到高的顺序为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。 E1s<E2s<E3s…… E2p<E3p<E4p…… E3d<E4d<E5d…… 3．原子轨道 (1)概念：原子中单个电子的空间运动状态。 (2)n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 2 L 1s 1s 1＝12 2s 2p 2s 2px、2py、2pz 1＋3＝22 n(电子层) 能级 原子轨道 取值 符号 符号 符号 数目 3 M 4 N …… …… …… …… …… 结论：第n电子层上有n个能级，有n2个轨道。 3s 3p 3d 3s 3px、3py、3pz 3d(含5个轨道) 1＋3＋5＝32 4s 4p 4d 4f 4s 4px、4py、4pz 4d(含5个轨道) 4f(含7个轨道) 1＋3＋5＋7＝42 特别提醒　氢原子的电子由n=2的状态跃迁到n=1的状态时得到两条靠得很近的谱线，钠的原子光谱中存在靠得很近的两条黄色谱线，都与电子的自旋有关。 4．自旋状态 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。 (1)以s能级为例，不同电子层的s能级间能量有何关系？同一电子层不同能级间能量有何关系？ E(1s)<E(2s)<E(3s)<E(4s)……；E(ns)<E(np)<E(nd)<E(nf)…… (2)一个电子层的能级数与电子层序数(n)间存在什么关系？一个电子层最多可容纳的电子数与电子层序数(n)间存在什么关系？ 一个电子层的能级数与电子层序数(n)相等；一个电子层最多可容纳的电子数为2n2。 思考交流 (3)以s、p、d、f为符号的能级分别最多可容纳多少个电子？3d、4d、5d能级可容纳的最多电子数是否相同？ 最多可容纳的电子数为s能级：2，p能级：6，d能级：10，f能级：14；3d、4d、5d能级最多可容纳的电子数相同。 (4)第5电子层最多可容纳多少个电子？它们分别容纳在几个能级中？ 第5电子层最多可容纳50个电子；它们分别容纳在5个能级中。 思考交流 2.正误判断 (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n=2时，有2s、2px、2py、2pz四个原子轨道 (4)处于s能级的电子能量一定比处于p能级的电子能量低 × × √ × 思考交流 归纳总结 不同原子轨道能量高低的关系 即决定原子核外电子能量的是电子层和能级。 返回 原子轨道的图形描述与电子云图 < 目标二 > 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： 表示表示原子轨道的空间分布 形状： s轨道：球形 p轨道：哑铃形 分别相对于x、y、z轴对称， 沿x、y、z轴方向分布 d轨道 f 轨道 2.电子在核外的空间分布——电子云图 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)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。 (1)原子核外电子的运动特点 (2)电子云图 ①概念：形象地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意义：用单位体积内小点的疏密程度表示电子在原子核外某处单位体积内出现概率的大小。 P=90% 2.电子在核外的空间分布——电子云图 (2)电子云图 ③电子处于1s、2p轨道的电子云图 2p s能级的电子概率分布呈球形，离核越近(远)，单位体积内电子出现的概率越大(小) p能级的电子概率分布呈哑铃形，有3种空间取向 1s 1.在电子云图中，每个小点代表1个电子吗？小点的疏密表示电子的多少吗？ 不代表1个电子。单位体积内小点的疏密程度表示电子在原子核外某处单位体积内出现概率的大小，而不是表示电子的多少。 2.电子在原子核外出现的概率有什么规律？ 离核越近，单位体积内电子出现的概率越大。如2s电子云比1s电子云中小点稀疏。 思考交流 3.不同电子层的同种能级的原子轨道形状是否完全相同？ 不同电子层的同种能级的原子轨道形状相似，但不完全相同。能级序数越大，电子的能量越大，原子轨道的半径越大。例如1s、2s、3s轨道均为球形，原子轨道半径：r(1s)<r(2s)<r(3s)。 思考交流 4.(2025·威海高二期末)如图甲是氢原子的1s电子云图(即概率密度分布图)，图乙、丙分别表示s、p能级的原子轨道示意图。下列有关说法正确的是 A.电子云图(即概率密度分布图)就是原子轨道示意图 B.3p2表示3p能级中有两个原子轨道 C.由图乙可知，s能级的原子轨道示意图呈圆形，有无数条对称轴 D.由图丙可知，p能级的原子轨道图呈哑铃形，且有3个伸展方向 √ 思考交流 1.(2025·河南许昌期末)人类对核外电子运动的认识是不断进步的，下列说法正确的是 A.2s轨道的电子云轮廓图为球形 B.2p、3p、4p能级的轨道数依次增多 C.基态原子核外电子先填满M层，再填N层 D.p能级的能量一定比s能级高 √ 自我测试 2.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)用相应的符号描述在n=2的电子层上所有的原子轨道为　　　　　 　　　，当该层充满电子时，有　 种形状不同的电子云。 1s 2s、2p 3s、3p、3d 4s、4p、4d、4f 1 3 5 7 2s、2px、2py、2pz 2 自我测试 (4)比较下列原子轨道的能量高低(填“<”“=”或“>”)。 ①4s　　3s　　2s　　1s； ②2px　　2py　　2pz； ③4f　　4d　　4p　　4s； ④1s　　2p　　3d　　4f； ⑤2py　　3py　　4py。 > > > = = > > > < < < < < 自我测试 本课结束 第1章 第 1 节 $