第1章第1節原子結構模型 第2課時量子力學對原子核外電子運動狀態的描述 1 理解四個量子數 n l m ms 的含義 2 能用四個量子數 n l m ms 描述核外電子的運動狀態 3 了解原子軌道和電子云的含義 目標導航 基礎知識導學 重點難點探究 隨堂達標檢測 欄目索引 一 原子軌道 基礎知識導學 答案 1 電子層 n 低 高 近 遠 2 能級在同一電子層中 電子所具有的能量可能 所以同一電子層可分成不同的 用表示 3 原子軌道 1 概念 原子中的單個電子的狀態 不同 能級 s p d f 空間運動 2 n值所對應的能級和原子軌道的情況 答案 答案 4 自旋運動狀態處于同一原子軌道上的電子自旋運動狀態只有種 分別用符號 和 表示 2 答案 議一議 1 每個電子層上的能級數目與電子層序數n有什么關系 是不是每個電子層上都有s p d f能級 答案電子層上的能級數目 電子層序數n 因此并不是所有的電子層都有s p d f能級 2 總結每個電子層 n表示 最多容納的電子數是多少 答案k層有1個軌道 每個軌道最多容納2個電子 所以k層最多容納2個電子 l層有4個軌道 最多容納8個電子 同理 m層最多容納18個電子 n層最多容納32個電子 以此類推 每層最多容納的電子數為2n2個 答案 3 在同一電子層的同一能級上運動的電子 其運動狀態相同嗎 答案不相同 同一能級上運動的電子所處的軌道不一定相同 即使是同一原子軌道 電子的自旋狀態有2種 運動狀態也不同 故同一原子的各電子的運動狀態都不同 二 原子軌道的圖形描述和電子云1 原子軌道的圖形描述 1 描述對象 原子中單個電子的 2 表示方法 將原子軌道的空間分布在中表示出來 3 圖形形狀 s軌道為形 具有性 p軌道為啞鈴形 并分別相對于 軸對稱 可表示為 4 意義 表示原子軌道的 答案 空間運動狀態 直角坐標系 球 球對稱 x y z px py pz 空間分布 2 電子云 1 概念 描述電子在空間單位體積內出現的的圖形稱為電子云圖 2 方法 用單位體積內小點的來表示電子在原子核外單位體積內出現概率的大小 答案 概率大小 疏密程度 1 結合電子云和原子軌道的知識 回答下列問題 1 在電子云圖中 每個小點代表1個電子嗎 小點的疏密表示電子的多少嗎 2 電子在原子核外出現的概率有什么規律 答案 議一議 答案不代表1個電子 小黑點的疏密表示電子在原子核外單位體積內出現的概率的大小 而不是表示電子的多少 答案離核越近 電子出現的概率越大 電子云越密集 如2s電子云比1s電子云疏散 3 不同電子層的同種能級的原子軌道形狀是否完全相同 答案不同電子層的同種能級的原子軌道形狀相似 但不完全相同 只是原子軌道的半徑不同 能級序數n越大 電子的能量越大 原子軌道的半徑越大 例如1s 2s 3s軌道均為球形 原子軌道半徑 r 1s r 2s r 3s 答案 2 對氧原子的2px 2py 2pz 有以下不同的說法 你認為正確嗎 1 它們是同一原子軌道 2 電子云的形狀不相同 3 電子云在空間的伸展方向相同 4 它們的能量不相同 答案都不正確 因為主量子數n決定電子層 主量子數n和角量子數l共同決定原子軌道的能量 磁量子數m決定電子云的伸展方向 2px 2py 2pz的n l相同 m不相同 它們表示的是主量子數為2 分別沿x軸 y軸 z軸伸展的三個p軌道 電子云的形狀都是啞鈴形 空間的伸展方向互相垂直 且能量相同 返回 答案 一 電子層 能級 原子軌道 重點難點探究 1 電子層 能級 原子軌道之間的關系 關鍵提醒 1 一個原子軌道上最多容納2個電子 且運動狀態不同 2 任一電子層的能級總是從s能級開始 而且能級數 電子層數 3 每個電子層 n 中 原子軌道總數為n2個 核外電子的運動狀態共有2n2種 2 不同原子軌道能量大小關系 1 相同電子層不同能級的原子軌道能量 ns np nd nf 2 不同電子層中同一能級的原子軌道能量 1s 2s 3s 4s 2p 3p 4p 3 相同電子層和相同能級的各原子軌道能量相等 例如 2px 2py 2pz 關鍵提醒 1 原子核外電子的能量取決于電子層和能級 2 一般離核越近的電子具有的能量越低 例1下列各電子層中不包含d能級的是 a n電子層b m電子層c l電子層d o電子層 解析答案 解析第1電子層只有1個能級 1s 第2電子層有2個能級 2s和2p 第3電子層有3個能級 3s 3p和3d 依次類推 前兩個電子層沒有d能級 從第3電子層才開始出現d能級 c 解題反思 每個電子層都有s能級 第2電子層開始才有p能級 第3電子層開始才有d能級 解析答案 變式訓練1下列敘述正確的是 a 各電子層的原子軌道數按s p d的順序分別為1 3 5b 各電子層的能級都是從s能級開始到f能級結束c 各電子層含有的能級數為n 1d 各電子層含有的原子軌道數為2n2 解析各能級的原子軌道數取決于原子軌道在空間的分布情況 s p d能級分別含有1 3 5個原子軌道 a正確 各電子層的能級都是從s能級開始 但能級數等于電子層數 不一定到f能級結束 b c不正確 各電子層含有的原子軌道數為n2個 d不正確 a 解題反思 第n電子層有n個能級 n2個原子軌道 最多容納2n2個電子 二 原子軌道的圖形描述和電子云 1 電子云 1 電子云圖中的小點不代表電子 小點疏密程度表示電子在原子核外出現概率的大小 2 離核越近 電子出現的概率越大 電子云越密集 如1s電子云比2s電子云更密集 2s電子云比1s電子云疏散 3 s能級的電子云為球形 只有一種空間伸展方向 p能級的電子云為啞鈴形 有三種空間伸展方向 2 原子軌道 1 不同電子層的同種能級的原子軌道形狀相似 只是半徑不同 電子層序數n越大 原子軌道的半徑越大 2 s能級只有1個原子軌道 p能級有3個原子軌道 它們互相垂直 分別以px py pz表示 3 原子軌道數與電子層序數 n 的關系是原子軌道數為n2個 量子力學中的軌道含義與玻爾軌道的含義完全不同 原子軌道不能理解成圓周軌道 也不能理解成電子的實際運動軌道 關鍵提醒 相關視頻 解析答案 例2下列對核外電子運動狀態的描述正確的是 a 電子的運動與行星的運動相似 圍繞原子核在固定的軌道上高速旋轉b 電子層數為3時 有3s 3p 3d 3f四個軌道c 氫原子中只有一個電子 故氫原子只有一個軌道d 在同一能級上運動的電子 其運動狀態肯定不同 解析a項 質量很小的電子在做高速運動時 其運動規律跟普通物體不同 電子沒有確定的運動軌道 b項 第3電子層只有3s 3p 3d三個能級 而3s能級有1個軌道 3p能級有3個軌道 3d能級有5個軌道 故第3電子層有9個軌道 c項 氫原子中只有1個電子 在1s軌道 但還存在其他空軌道 d項 電子的運動狀態與電子層 能級和自旋狀態有關 在同一原子內部沒有兩個電子存在完全相同的運動狀態 答案d 解題反思 電子的運動狀態由四個量子數 n l m ms 共同決定 同一原子內部沒有兩個完全相同運動狀態的電子 變式訓練2下列有關電子云和原子軌道的說法正確的是 a 原子核外的電子像云霧一樣籠罩在原子核周圍 故稱電子云b s能級的原子軌道呈球形 處在該軌道上的電子只能在球殼內運動c p能級的原子軌道呈啞鈴形 隨著電子層的增加 p能級原子軌道也在增多d 與s原子軌道相同 p原子軌道的平均半徑隨電子層的增大而增大 解析答案 解析電子云是對電子運動的形象化描述 它僅表示電子在某一區域內出現的概率 并非原子核真被電子云霧所包裹 a錯 原子軌道是電子出現的概率約為90 的空間輪廓 它表明電子在這一區域內出現的機會大 在此區域外出現的機會小 b錯 無論電子層序數n怎樣變化 每個p能級都有3個原子軌道且相互垂直 c錯 由于按1p 2p 3p 的順序 電子的能量依次增高 電子在離核更遠的區域出現的概率逐漸增大 電子云越來越向更大的空間擴展 原子軌道的平均半徑逐漸增大 答案d 返回 不同電子層的s p電子云 或原子軌道 形狀相似 半徑不同 解題反思 1 下列有關說法中正確的是 a 一般而言 n越大 電子離核平均距離越遠 能量越低b 第n電子層中含有n個能級c 同一能級的不同原子軌道的能量是不同的d 處于同一原子軌道上的電子自旋運動狀態可能相同 也可能不同 b 隨堂達標檢測 1 2 3 解析答案 4 5 解析多電子原子中 電子層序數n越大 電子離核越遠 能量越高 同一能級的不同原子軌道空間伸展方向不同 其能量相同 同一原子軌道上的電子其自旋方向一定不同 選項a c d都不正確 6 2 下列說法正確的是 a 一個原子軌道上只能有1個電子b 處在同一原子軌道上的電子運動狀態完全相同c 處在同一電子層上的電子 基態 能量一定相同d 處在同一能級中的電子 基態 能量一定相同 解析答案 1 2 3 4 5 6 1 2 3 4 5 6 解析同一原子軌道上最多容納2個電子 并且自旋方向相反 a b均不正確 電子的能量由主量子數n和角量子數l共同決定 同一電子層 n相同 根據能量的不同又分為不同的能級 l不同 所以同一電子層不同能級上的電子的能量不同 c不正確 處在同一能級中的電子主量子數n l相同 所以能量相同 d正確 答案d 3 下列原子軌道中 可容納電子數最多的是 a 5db 6pc 4fd 7s c 解析答案 解析能級中所含原子軌道的數目取決于能級種類 與電子層序數無關 s p d f能級分別含有1 3 5 7個原子軌道 每個原子軌道最多容納2個電子 所以4f軌道容納電子數最多 1 2 3 4 5 6 4 觀察2pz軌道電子云示意圖 如右圖所示 判斷 下列說法中錯誤的是 a 2pz軌道上的電子在空間出現的概率分布呈z軸對稱b 點密集的地方表明電子出現的概率大c 電子先沿z軸正半軸運動 然后在負半軸運動d 2pz軌道的形狀為兩個橢圓球 解析答案 1 2 3 4 5 6 1 2 3 4 5 6 解析觀察2pz軌道電子云示意圖發現 處于2pz軌道上的電子在空間出現的概率分布相對于z軸對稱 電子主要在xy平面的上 下方出現 a正確 電子云中的小點疏密程度代表電子出現概率的大小 所以點密集的地方表明電子出現的概率大 b正確 圖示中 電子出現的概率分布關于z軸對稱 電子云并不是電子的真實運動軌跡 c錯誤 2pz軌道電子云形狀為兩個橢圓球 而不是面 d正確 答案c 5 下列有關核外電子運動狀態的說法正確的是 a 原子軌道圖形與電子云都是用來形象描述電子運動狀態的b 原子軌道可用來描述核外電子的運動軌跡c 第3電子層有3s 3p 3d三個軌道d 氫原子只有1個電子 故氫原子只有一個軌道 解析答案 1 2 3 4 5 6 解析原子軌道圖形與電子云都是用來形象描述電子運動狀態的 本質是相同的 a正確 原子軌道可用來描述原子中單個電子的空間運動狀態 只能描述核外電子高頻出現的 區域 而不能描述核外電子運動的軌跡 b不正確 第3電子層有3s 3p 3d三個能級 分別有1 3 5個軌道 第3電子層共有9個軌道 c不正確 氫原子像其他原子一樣 可以有多個電子層 電子層又分若干個能級和軌道 只是在通常條件下 氫原子的這一個電子處于能量最低的1s軌道 當電子從外界吸收能量后 氫原子的這個電子可以躍遷到能量較高的軌道 d不正確 1 2 3 4 5 6 答案a 6 回答下列問題 1 n 2的電子層有 個能級 種形狀不同的電子云 有 個原子軌道 最多容納 個電子 解析答案 1 2 3 4 5 6 解析第2電子層有2s 2p兩個能級 有s p2種形狀不同的電子云 有2s 2px 2py 2pz4個原子軌道 每個軌道最多容納2個電子 所以n 2的電子層最多容納8個電子 2 2 4 8 2 用相應的符號描述主量子數n 2的所有的原子軌道 解析答案 1 2 3 4 5 6 解析n 2的原子軌道為2s 2px 2py 2pz 2s 2px 2py 2pz 3 可正確表示原子軌道的是 填字母 a 2sb 2dc 3pd 3f 解析l電子層只有2s 2p能級 m電子層只有3s 3p 3d能級 故選a c ac 4 基態cl