2.1 原子核外电子的运动 第1课时（教学课件）化学苏教版选择性必修2

苏教版选择性必修 2 专题2 原子结构与元素性质 第1课时 人类对原子结构的认识 原子核外电子的运动特征 第一单元 原子核外电子的运动 1 核外电子的运动及电子云 2 原子结构模型的发展过程 1 3 电子层和原子轨道 4 电子层数、轨道数和电子数 学习内容导览 2 1.了解有关原子结构模型和历史发展过程，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)可以通过原子轨道和电子模型来描述。 重点：1.原子结构模型的发展和变化。 2.电子云、电子层、原子轨道的形状和空间伸展方向、基态、自旋 状态。 3.原子层数、原子轨道数和可容纳的电子数之间的关系。 难点：1.对电子云、原子轨道的形状和空间伸展方向的理解。 2.不同原子轨道上的电子能量的相对关系。 素养锚定·课标定位 人类是如何认识原子结构的？ 原子核 核外电子（-） 原子 质子(Z)+ 中子(N) X A Z 质量数(A)＝质子数(Z)＋中子数(N) 核电荷数=核内质子数=核外电子数=原子序数 （电荷关系） （质量关系） 情境启思·任务缘起 人类对原子结构的认识 01 5 一、原子结构模型的发展过程 任务一 讨论：随着时间的变迁，原子结构模型是如何发展的？ 道尔顿原子模型 原子模型：原子是坚实的、不可再分的实心球。 英国化学家道尔顿 汤姆生原子模型 原子是一个球体，正电荷均匀分布在整个球体内，电子像面包里的葡萄干镶嵌其中。 英国物理学家汤姆生 1.近代科学原子论（1803年） 主要贡献：提出原子 主要贡献：确认电子 实心球模型 葡萄干面包模型 分层研学·探理悟新 一、原子结构模型的发展过程 卢瑟福和他的助手做了著名α粒子散射实验，根据实验，卢瑟福在1911年提出原子有核模型。 卢瑟福原子模型 原子是由居于原子中心的带正电的原子核和核外带负电的电子构成。原子核的质量几乎等于原子的全部质量，电子在原子核外空间绕核做高速运动。 英国科学家卢瑟福 行星式模型 确认原子核 发现质子 预测中子 主要贡献 分层研学·探理悟新 一、原子结构模型的发展过程 玻尔原子模型 当原子只有一个电子时，电子沿特定球形轨道运转；当原子有多个电子时，它们将分布在多个球壳中绕核运动。 丹麦物理学家玻尔 电子云模型 奥地利物理学家薛定谔 电子在原子核外空间一定范围内出现，好像一团带负电荷的云雾笼罩在原子核周围，指电子在某处出现的机会多少。 分层模型 现代电子云模型 原子轨道 能量的不连续 电子跃迁 主要贡献 无确定的轨道 电子云模型 量子力学理论 主要贡献 分层研学·探理悟新 一、原子结构模型的发展过程 任务二 深入思考：原子模型不断优化的“动力”是什么？ 问题1：卢瑟福的α粒子散射实验说明什么问题？ 实验现象 实验结论 绝大多数α粒子穿过金箔后方向几乎不变 说明原子内部绝大部分空间是空的，α粒子（带正电、有质量）几乎不受阻碍地穿过 少数α粒子发生较大偏转 说明原子内存在一个带正电、质量很大的"核"，对同样带正电的α粒子产生库仑斥力使其偏转 少数α粒子（约1/8000）被反弹回来 说明这个带正电的核质量足够大、体积极小，能几乎原路弹回α粒子 分层研学·探理悟新 一、原子结构模型的发展过程 问题2：玻尔有成功原因以及其模型的局限性分别是什么？ 任务二 深入思考：原子模型不断优化的“动力”是什么？ 成功 原因 较好地解释了氢原子线状光谱的特征 分析了巴尔末的研究成果 受普朗克原子论和爱因斯查的光子学说的启发 吸收了卢瑟福的原子有核模型的合理成分 局限性：(1)该模型无法解释氢原子线状光谱的精细结构； (2)无法解释多电子原子的乐谱 充分利用、吸收和借鉴了前人的研究成果 分层研学·探理悟新 电子的特性 具体分析 一、原子结构模型的发展过程 问题3：电子具有哪些特性？与宏观物质的运动规律有什么不同？ 任务二 深入思考：原子模型不断优化的“动力”是什么？ 运动空间 运动轨迹 运动速度 不遵循宏观物体所具有的运动规律！ 运动规律 极快 相对原子和电子的体积，电子运动空间范围大 质量 非常小(仅为9.1×10－31kg) 无固定的运动轨迹 分层研学·探理悟新 一、原子结构模型的发展过程 问题4：电子具有哪些特性？与宏观物质的运动规律有什么不同？ 任务二 深入思考：原子模型不断优化的“动力”是什么？ 运动物体 汽车 炮弹 人造卫星 宇宙飞船 电子 速率（km/s) 0.03 2 7.8 11 2200 乒乓球直径 核外电子运动空间范围 410-2 m n10-10 m 分层研学·探理悟新 一、原子结构模型的发展过程 问题5：如何描述原子核外电子的运动状态？ 任务二 深入思考：原子模型不断优化的“动力”是什么？ 分层研学·探理悟新 一、原子结构模型的发展过程 任务二 深入思考：原子模型不断优化的“动力”是什么？ 问题6：如何描述原子核外电子的运动状态？ 用摄像机拍摄的不同时间氢原子核外电子的位置 将这些照片叠印在一起 我们在描述核外电子的运动时，只能指出它在原子核外空间某处出现机会的多少。电子在原子核外空间一定范围内出现，好像一团带负电荷的云雾笼罩在原子核周围，所以，人们形象地把它叫做“电子云” 。 分层研学·探理悟新 一、原子结构模型的发展过程 任务二 深入思考：原子模型不断优化的“动力”是什么？ 问题7：基于原子模型发展过程，你能提炼出科学研究的特征是什么？ 依据一系列的实验事实，科学家对模型不断进行优化，考虑到形成更符合原型特点的模型 科学家根据实验事实，经过分析和推理，提出原子结构模型 再根据新的实验事实对提出的原子结构模型进行修正，进而提出新的原子结构模型 分层研学·探理悟新 一、原子结构模型的发展过程 任务三 细研深究：对电子云的认知和理解 用小黑点的疏密来描述电子在原子核外空间出现的机会大小所得的图形叫做电子云。 （1）小黑点代表什么？ （2）小黑点的疏密代表什么？ 用小黑点代表电子在核外空间区域出现的机会 小黑点越密，表明电子在该处出现的机会越大 思考与交流 处于能量最低状态的氢原子（即基态氢原子）的电子云示意图 分层研学·探理悟新 一、原子结构模型的发展过程 任务三 细研深究：对电子云的认知和理解 是指量子力学描述的电子在原子核外空间运动的主要区域。 一般是将出现概率约为90%的空间圈出来，制作电子云的轮廓图，即原子轨道。 1.电子云轮廓图 2.氢电子云轮廓图的结制过程 把电子出现的概率约为 90%的空间圈出来 分层研学·探理悟新 一、原子结构模型的发展过程 任务三 细研深究：对电子云的认知和理解 3.氢原子电子云的特点 特点1：呈______形对称。 特点2：在离核近处密度 ， 离核远处密度 。 特点3：在离核近处单位体积的空间电子出现的机会 ，在离核远处单位体积的空间电子出现的机会 。 球 大 小 大 小 分层研学·探理悟新 人类对原子结构的认识 1.原子模型发展过程：实心球(道尔顿)→葡萄干面包式(汤姆生) →行星式(卢瑟福) →分层模型(玻尔) →现代电子云模型(薛定谔) 。 2.电子运动状态及其特征。 3.电子云；处于能量最低状态的氢原子的电子云示意图。 4.在于实验证据建构和模型优化过程及优化结果。 总结与归纳 一、原子结构模型的发展过程 分层研学·探理悟新 B 一、原子结构模型的发展过程 【例1】原子结构模型经历了五个主要阶段：1803年实心球模型→1904年葡萄干面包模型→1911年原子核式结构模型→1913年轨道模型→20世纪初量子力学的原子结构模型。其中由卢瑟福提出的原子结构模型是( ) 典例剖析·逻辑释疑 【变式1】下列是不同时期的原子结构模型，按提出时间的先后顺序排列正确的是（ ） ①玻尔原子结构模型 ②汤姆生“葡萄干面包”模型 ③量子力学模型 ④道尔顿实心球模型 ⑤卢瑟福核式模型 A．④②⑤①③ B．④②③①⑤ C．①③②⑤④ D．④⑤②①③ A 一、原子结构模型的发展过程 典例剖析·逻辑释疑 【例2】关于“电子云”的描述中，正确的是( ) A. 一个小黑点表示一个电子 B. 一个小黑点代表电子的运动轨迹 C. 电子云是带负电的云雾 D. 小黑点的疏密表示电子在核外空间单位体积内出现机会的多少 D 一、原子结构模型的发展过程 典例剖析·逻辑释疑 【变式2】下列说法正确的是(　　) A．电子云表示电子在原子核外运动的轨迹 B．“量子化”就是不连续的意思，微观粒子运动均有此特点 C．玻尔理论不但成功解释了氢原子光谱，而且还能推广到其他原子光谱 D．通常用小点来表示电子绕核做高速圆周运动 一、原子结构模型的发展过程 B 典例剖析·逻辑释疑 原子核外电子的运动特征 02 24 多电子原子中，电子的运动状态和能量是否相同？ 任务一 在下表中填入与原子序数对应的原子的元素符号、原子结构示意图 原子序数 元素符号 原子结构示意图 8 11 16 O Na S 结论：在含有多个核外电子的原子中，电子的能量往往是不同的，电子是分层排布的 情境启思·任务缘起 一、电子层、能层和轨道 任务二 深入思考——电子分层的依据是什么？ 1(K) 2(L) 3(M) 4(N) 分层依据： 电子能量的差异和主要运动区域离核远近的不同。 电子层序数（n） 1 2 3 4 5 6 7 符号 K L M N O P Q 离核越来越远，能量 。 越来越高 分层研学·探理悟新 26 一、电子层、能层和轨道 任务三 深入思考——同一电子层中的电子，其能量是否相同？ Al 实验和量子力学研究表明，处于同一电子层的原子核外电子，其能量也不完全相同，可以在不同类型的原子轨道上运动，故可将同一电子层进一步划分为不同的能级。 Al原子核外13个电子 的运动状态是否一样？ 分层研学·探理悟新 27 一、电子层、能层和轨道 任务三 深入思考——同一电子层中的电子，其能量是否相同？ 轨道的类型不同，能量不同，形状也不同。人们常用小写的英文字母s、p、d、f分别表示不同形状的轨道（能级）。 分层研学·探理悟新 28 一、电子层、能层和轨道 任务四 深入思考——电子层和能层之间有什么关系？ 电子层 是楼层 能级是楼 层的阶梯 K层 L层 电子层 能量越来越高 N层 M层 同一能层各能级能量越来越高 能级 分层研学·探理悟新 29 二、原子轨道的形状和空间伸展方向 任务五 深研细究—对原子轨道的认识 1.原子轨道的类型 电子在原子核外的一个空间运动状态称为一个原子轨道 (1)s轨道 特征：s轨道是球形对称的电子层序数n越大， 电子能量 ，原子轨道半径 。 越大 越大 分层研学·探理悟新 30 任务五 深研细究—对原子轨道的认识 1.原子轨道的类型 ①p 轨道是纺锤形的,每个p轨道有 个伸展方向,它们相互垂直,分别以px,py,pz表示。 ②p 电子原子轨道的平均半径随n增大而增大。在同一电子层中 Px,Py,PZ的能量 。 相同 3 (2)p轨道 二、原子轨道的形状和空间伸展方向 分层研学·探理悟新 31 任务五 深研细究—对原子轨道的认识 2.轨道个数(轨道在空间的伸展方向) 1 3 5 7 s轨道只有一个伸展方向；p轨道有3个伸展方向，px，py，pz；d和f 轨道分别有5个和7个伸展方向，这两个轨道情况较为复杂，不作详细说明 总结：原子轨道的伸展方向=原子轨道数 二、原子轨道的形状和空间伸展方向 轨道 轨道个数 s p d f 分层研学·探理悟新 32 任务五 深研细究—对原子轨道的认识 3.原子轨道的表示方法 如：1s 2s 2p(2px 2py 2pz ) 3d等 (1)基本原则：原子轨道用表示电子层的n和表示原子轨道形状的s、p、 d、f结合起来共同表示 (2)呈现方式：用一个小方框表示一个原子轨道 如：1s 2p(2px 2py 2pz ) 3d 二、原子轨道的形状和空间伸展方向 分层研学·探理悟新 33 任务五 深研细究—对原子轨道的认识 4.原子轨道能量的高低 ①处于相同电子层的原子轨道能量的高低： ②形状相同的原子轨道能量的高低： ③电子层和形状相同、但伸展方向不同的原子轨道的能量高低： < < < ns np nd nf 1s 2s 3s 4s…… < < < 2px 2py 2pz ＝ ＝ 二、原子轨道的形状和空间伸展方向 分层研学·探理悟新 34 任务五 深研细究—对原子轨道的认识 5.原子轨道能量的高低 ①处于相同电子层的原子轨道能量的高低： ②形状相同的原子轨道能量的高低： ③电子层和形状相同、但伸展方向不同的原子轨道的能量高低： < < < ns np nd nf 1s 2s 3s 4s…… < < < 2px 2py 2pz ＝ ＝ 二、原子轨道的形状和空间伸展方向 分层研学·探理悟新 35 任务五 深研细究—对原子轨道的认识 每个原子轨道最多只能容纳2个自旋状态相反的电子 用一个小方框表示一个原子轨道，在方框中用“ ”或“ ”表示该轨道上排入的两种不同状态的电子。 1S “电子自旋”并非真像地球绕轴自转一样，它只是代表电子的两种不同状态。 6.电子的自旋 二、原子轨道的形状和空间伸展方向 分层研学·探理悟新 36 归纳提升 电子层 原子轨道类型 原子轨道数目 可容纳的电子数目 1 1s 2 2s，2p 3 3s，3p，3d 4 4s，4p，4d，4f n — 1 2 4 8 9 18 16 32 n2 2n2 1.描述原子核外电子的运动状态（4个方面） 电子层、原子轨道类型、轨道伸展方向和电子自旋 2.电子层、轨道、电子数之间的关系 原子核外电子的运动特征 分层研学·探理悟新 37 【例1】下列关于电子层与原子轨道的说法正确的是(　　) A．不同电子层中的s原子轨道的能量相同 B．原子核外电子的每一个电子层最多可容纳的电子数为n2 C．每种类型的原子轨道里最多可容纳的电子数与原子轨道数目相等 D．电子层中所含有的原子轨道类型数等于该电子层序数 原子核外电子的运动特征 D 典例剖析·逻辑释疑 【变式1】若原子的电子层数为n，则下列推论不正确的是(　　) A．第n电子层中具有的原子轨道类型为n种 B．第n电子层中具有的原子轨道数为n2个 C．第n电子层中最多具有的电子数为2n2个 D．同一原子轨道上的电子能量一定相同，不同原子轨道上的电子能量一定不同 原子核外电子的运动特征 D 典例剖析·逻辑释疑 【例2】如图是s能级和p能级的原子轨道图，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能级的原子轨道半径与电子层序数有关 D．钠原子的电子在11个原子轨道上高速运动 原子核外电子的运动特征 C 如图是s能级和p能级的原子轨道图，下列说法正确的是(　　) 典例剖析·逻辑释疑 【变式2】下列有关原子核外电子的能量与运动状态的说法正确的是 (　　) A．在同一原子中，2p、3p、4p……原子轨道数依次增多 B．在同一轨道上运动的电子，其能量一定相同 C．在同一电子层原子轨道形状相同的原子轨道上运动的电子，其运动状态一定相同 D．在同一原子中，1s、2s、3s、4s……原子轨道的平均半径相同 原子核外电子的运动特征 B 如图是s能级和p能级的原子轨道图，下列说法正确的是(　　) 典例剖析·逻辑释疑 人类对原子结构的认识是循序渐进并不断发展的！ 实心球模型 葡萄干面包式模型 行星式模型 分层模型 现代电子云模型 （道尔顿） （卢瑟福） （汤姆森） （玻尔） 一、人类对原子结构的认识 (薛定谔） 体系梳整·认知升华 二、核外电子运动特征 1.电子运动状态描述 电子的能量高低由“层”、“形”两个方面决定，电子所处的原子轨道是由“层”、“形”、“伸”三个方面确定的；电子的运动状态则由“层”、“形”、“伸”、“旋”四个方面决定。 体系梳整·认知升华 二、核外电子运动特征 2.原子轨道能量大小 体系梳整·认知升华 1.自从19世纪英国科学家道尔顿提出了原子学说，人类对原子结构的认识就不断深入、发展，并通过实验事实不断地完善对原子结构的认识。下列关于原子结构模型的说法正确的是(　　) A．道尔顿的原子结构模型将原子看作实心球，故不能解释任何问题 B．汤姆生“葡萄干面包式”原子结构模型成功地解释了原子中的正负粒子是可以稳定共存的 C．卢瑟福原子结构的有核模型指出了原子核和核外电子的质量关系、电性关系及占有体积的关系 D．玻尔的原子结构模型引入了量子化的概念，能够成功解释所有的原子光谱 C 当堂诊学·成效校验 2. 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纺锤形的，每个p能级有3个原子轨道，它们相互垂直，能量相同　 C．所有p轨道的形状相同，大小相等 D．处于同一原子轨道的电子，自旋状态有两种 C 当堂诊学·成效校验 3．下面是s能级和p能级的原子轨道图，下列说法正确的是(　　) A．s轨道电子球形运动，p轨道电子沿轴呈“8”字形运动 B．s能级电子能量低于p能级 C．每个p能级有3个原子轨道，在空间伸展方向是相同的 D．任一电子层的能级总是从s能级开始，而且能级数等于该电子层序数 D 当堂诊学·成效校验 4．下列有关电子层和原子轨道的叙述正确的是(　　) A．M电子层有s、p共2个轨道，最多能容纳8个电子 B．3d轨道最多容纳5个电子，3f轨道最多容纳7个电子 C．无论哪一电子层的s轨道最多容纳的电子数均为2 D．任一电子层都有s、p轨道，但不一定有d轨道 C 当堂诊学·成效校验 5.下列有关原子轨道和核外电子运动状态的说法正确的是(　　) A．在基态多电子原子中，p轨道电子的能量一定高于s轨道电子的能量 B．只有在电子层、原子轨道的类型、原子轨道的伸展方向和电子的自旋状态都确定时，电子的运动状态才能确定 C．必须在B所述的四个方面都确定时，才能决定组成每一电子层的最多轨道数 D．原子轨道伸展方向与能量大小有关 B 当堂诊学·成效校验 感谢观看 更多练习见分层作业 苏教版选择性必修 2 50 Lavf58.51.100 $