第2課時(shí)量子力學(xué)對原子核外電子運(yùn)動狀態(tài)的描述(基礎(chǔ)課)第1章原子結(jié)構(gòu)與元素性質(zhì)第1節(jié)原子結(jié)構(gòu)模型素養(yǎng)目標(biāo)1．認(rèn)識核外電子的運(yùn)動特點(diǎn)。2．知道電子的運(yùn)動狀態(tài)(空間分布及能量)可通過原子軌道和電子云模型來描述。舊知回顧1．電子層與電子能量的關(guān)系電子層數(shù)1234567電子層符號KLMNOPQ電子能量舊知回顧2．電子層上的電子數(shù)(1)每層最多容納的電子數(shù)是2n2(n代表電子層數(shù))。(2)最外層所能容納的電子不超過8個(K層為最外層時(shí)不超過2個)，次外層不超過18個。必備知識自主預(yù)習(xí)1．原子軌道(1)電子層將量子數(shù)n所描述的____________稱為電子層。分層標(biāo)準(zhǔn)電子離核的遠(yuǎn)近n的取值123456…符號____________…能量________離核________電子運(yùn)動狀態(tài)KLMNO逐漸升高越來越遠(yuǎn)P(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______________等來表示。想一想電子層數(shù)與能級數(shù)之間有何關(guān)系？提示：電子層數(shù)＝能級數(shù)，如當(dāng)n＝3時(shí)有3個能級。不同能級s、p、d、f(3)原子軌道概念單個電子的空間運(yùn)動狀態(tài)各能級上對應(yīng)的原子軌道數(shù)nsnpndnf____想一想電子層數(shù)與原子軌道數(shù)之間有何關(guān)系？提示：電子層為n的狀態(tài)含有n2個原子軌道。1357(4)自旋狀態(tài)在核外運(yùn)動的電子還存在一種被稱為“自旋”的量子化狀態(tài)。處于同一原子軌道上的電子自旋狀態(tài)只能有__種，分別用符號“↑”和“↓”表示。兩

空間圖形

3．電子在核外的空間分布(1)電子云圖：描述電子在核外空間某處單位體積內(nèi)的________的圖形。(2)意義：點(diǎn)密集的地方，表示電子在此處單位體積內(nèi)出現(xiàn)的______；點(diǎn)稀疏的地方，表示電子在此處單位體積內(nèi)出現(xiàn)的______。概率分布概率大概率小關(guān)鍵能力情境探究

核外電子運(yùn)動狀態(tài)的描述1．鈉原子中處于n＝4的電子躍遷到n＝3的狀態(tài)時(shí)，為什么在高分辨光譜儀上看到的不是一條譜線，而是兩條譜線？提示：多電子原子光譜中原有的譜線之所以能分裂為多條譜線，可能是量子數(shù)n標(biāo)記的核外電子運(yùn)動狀態(tài)包含多個能量不同的“軌道”，電子在不同能量的“軌道”之間躍遷時(shí)產(chǎn)生的譜線就會增多。2．符號ns、npnd、nf代表的含義是什么？提示：n表示電子層，s、p、d、f表示能級符號。3．如何比較原子中電子的能量高低？提示：在多電子原子中，電子填充原子軌道時(shí)，原子軌道能量的高低存在如下規(guī)律：①相同電子層上原子軌道能量的高低：ns＜np＜nd＜nf。②不同電子層、形狀相同的原子軌道能量的高低：1s<2s＜3s；2p＜3p<4p。③相同電子層、形狀相同的原子軌道能量的高低：2px＝2py＝2pz。[歸納總結(jié)]1．電子層、能級和原子軌道之間的關(guān)系量子數(shù)(電子層)1234…n電子層符號KLMN…

能級符號1s2s2p3s3p3d4s4p4d4f…

能級中軌道數(shù)1131351357…

電子層中軌道數(shù)14916…n2電子運(yùn)動狀態(tài)種數(shù)281832…2n22．不同原子軌道能量大小的關(guān)系[能力達(dá)成]1．(雙選)可正確表示原子軌道的是(

)A．2s

B．2d

C．3p

D．3fAC

[第二電子層中包括s、p能級，第三電子層中包括s、p、d能級，所以L層不存在2d軌道，M層不存在3f軌道，綜上所述，A、C項(xiàng)可正確表示原子軌道，故選AC。]√√2．(雙選)下列各組多電子原子的原子軌道能量高低比較中，錯誤的是(

)A．2s<2p B．3px<3pyC．3s<3d D．4s>4pBD

[同一電子層上原子軌道的能量高低為ns<np<nd，A、C正確，D錯誤；同一能級上各原子軌道的能量相同，3px＝3py，B錯誤。]√√[情境探究]電子處在1s軌道的電子云圖，如圖1。原子軌道的圖形描述和電子在核外的空間分布電子處在2p軌道的電子云圖，如圖2。1．由上圖可知s、p軌道分別是什么形狀？提示：s軌道為球形，p軌道為啞鈴形。2．電子云圖上的小黑點(diǎn)代表電子本身嗎？提示：電子云圖上的小黑點(diǎn)是指電子在原子核外出現(xiàn)的概率分布的形象描述，不是電子本身，小黑點(diǎn)越密，表明概率越大。3．2px軌道的圖形描述是p原子軌道在空間的分布沿x方向，是否表示電子沿著“∞”形圍繞原子核運(yùn)動？提示：電子繞原子核運(yùn)動是無規(guī)律的，沒有確定的軌道。這里說的軌道形狀表示原子軌道在三維坐標(biāo)系中的分布情況，而不表示電子運(yùn)動的軌跡。[歸納總結(jié)]1．原子軌道及其圖形描述(1)s能級是球形對稱的，s能級中只有1個原子軌道，電子層數(shù)越大，原子軌道半徑越大。這是由于1s、2s、3s…軌道能量依次增高，電子離核越遠(yuǎn)，電子云擴(kuò)展空間逐漸增大。(2)p能級呈啞鈴形，有3個原子軌道，在空間分別向x、y、z三個方向伸展，每個p能級的3個原子軌道相互垂直，記作px、py、pz，能級的原子軌道的平均半徑也隨電子層數(shù)的增大而增大；d能級有5個伸展方向不同的軌道；f能級有7個伸展方向不同的軌道。2．電子云：電子運(yùn)動不能用牛頓運(yùn)動定律來描述，只能用統(tǒng)計(jì)的觀點(diǎn)來描述。我們不可能像描述宏觀運(yùn)動物體那樣，確定一定狀態(tài)的核外電子在某個時(shí)刻處于原子核外的空間位置，而只能確定它在原子核外各處出現(xiàn)的概率。概率分布圖看起來像一片云霧，被形象地稱為電子云。[能力達(dá)成]1．(雙選)下列說法正確的是(

)A．s能級和p能級的原子軌道形狀不同B．每個p能級都有6個原子軌道C．s能級的原子軌道半徑與電子層數(shù)有關(guān)D．鈉原子的電子在11個原子軌道上高速運(yùn)動√√AC

[s軌道為球形，p軌道為啞鈴形，A項(xiàng)正確；每個p能級只有3個原子軌道，B項(xiàng)錯誤；電子層數(shù)越小，s能級的原子軌道半徑越小，C項(xiàng)正確；鈉原子的電子在6個原子軌道上高速運(yùn)動，D項(xiàng)錯誤。]2．如圖是2pz軌道電子云的示意圖，請觀察圖，并判斷下列說法中不正確的是(

)A．2pz軌道上的電子在空間出現(xiàn)的概率分布相對于z軸對稱B．s電子的電子云形狀是球形對稱的C．電子先沿z軸正半軸運(yùn)動，然后再沿負(fù)半軸運(yùn)動D．2px軌道能量與2pz軌道能量相同√C

[電子云是電子在一定區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)概率大小的圖形，它并不是電子運(yùn)動的實(shí)際軌跡(或軌道)，C錯；s軌道是球形對稱的，s電子的電子云是球形對稱的，B對；觀察題圖可知A對；2p三個軌道的能量相同，D對。][教材鏈接][教材聯(lián)想·質(zhì)疑]原子核外電子的運(yùn)動狀態(tài)還存在著玻爾原子結(jié)構(gòu)模型未能描述的其他量子化現(xiàn)象：能級、軌道等。(1)下圖是某原子核外第二電子層的原子軌道示意圖，請?zhí)顚憣?yīng)的符號：①______

②______

③______

④______2s2py

2pz2px(2)3d能級中原子軌道所在的電子層數(shù)是________，該能級的原子軌道最多可以有________個空間伸展方向，最多可容納________個電子。(3)下列能級原子軌道數(shù)為5的是________(填字母)。A．s能級 B．p能級C．d能級 D．f能級3510C[解析]

(1)電子層數(shù)為2時(shí)，有2s、2px、2py、2pz四個原子軌道。(2)3d能級中，n＝3表示所在電子層為M層，該能級有5個原子軌道，表示原子軌道有5種伸展方向，每個原子軌道最多容納2個電子，所以3d能級最多容納10個電子。(3)s、p、d、f能級中的軌道數(shù)目分別為1、3、5、7。學(xué)習(xí)效果隨堂評估1．符號“2p”沒有給出的信息是(

)A．能級B．電子層C．電子云形狀D．電子云在空間的伸展方向243題號15√D

[2p表示原子核外第二電子層中的p能級，電子云形狀為啞鈴形，其中p能級應(yīng)有3個不同伸展方向的原子軌道，可分別表示為px、py、pz，“2p”符號沒有表示出電子云在空間的伸展方向，D項(xiàng)正確。]243題號152．下列說法正確的是(

)A．同一個電子層中，s能級的能量總是大于p能級的能量B．2s原子軌道半徑比1s大，說明2s的電子云中的電子比1s的多C．第二電子層上的電子，不論在哪一個原子軌道上，其能量都相等D．N電子層的原子能級和原子軌道數(shù)分別為4和1623題號145√D

[A．同一電子層中，s能級的能量小于p能級的能量，故A錯誤；B．2s原子軌道半徑比1s大，說明2s電子在離核更遠(yuǎn)的區(qū)域出現(xiàn)的概率比1s電子的大，故B錯誤；C．當(dāng)電子在同一電子層的不同能級上時(shí)，其能量不相同，故C錯誤；D．對于N電子層，n＝4，其能級數(shù)為4，軌道數(shù)為1＋3＋5＋7＝16，故D正確。]23題號1453．(雙選)下列關(guān)于原子的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)說法錯誤的是(

)A．電子自旋與Na原子光譜呈現(xiàn)雙線無關(guān)B．從空間角度看，2s軌道大于1s軌道，其空間包含了1s軌道C．原子軌道是指原子運(yùn)行的軌道D．同一原子的電子層數(shù)越低，電子云越集中23題號415√√AC

[A．金屬鈉光譜的雙線結(jié)構(gòu)是光譜線的精細(xì)結(jié)構(gòu)，產(chǎn)生的原因與電子的自旋有關(guān)，故A錯誤；B．從空間角度看，s軌道是球形，2s軌道比1s軌道大，其空間包含了1s軌道，故B正確；C．原子軌道不是原子運(yùn)行的軌道，是對原子中單個電子空間運(yùn)動狀態(tài)的描述，故C錯誤；D．同一原子的電子層越低，電子云越集中，故D正確。]23題號4154．下列說法正確的是(

)①原子中處于第三電子層的電子躍遷到第二電子層時(shí)需要輻射能量②M電子層可以有s、p、d、f能級③2px表示有2個px軌道④在一個原子中，不可能出現(xiàn)運(yùn)動狀態(tài)完全相同的兩個電子⑤2s電子云有兩種空間取向A．①②③ B．①④C．②⑤ D．③④⑤243題號15√B

[②M電子層有s、p、d能級，②錯誤；③2px表示1個2px軌道，③錯誤；⑤2s電子云是球形對稱的，⑤錯誤。]5．