2019版高中化学 第1章 原子结构 第1节 原子结构模型 第2课时学案 鲁科版选修3.doc

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1、1第第 2 2 课时课时 量子力学对原子核外电子运动状态的描述量子力学对原子核外电子运动状态的描述学习目标定位 1.知道描述原子核外电子运动状态的四个量子数的含义。2.理解用四个量子数描述原子核外电子的运动状态。3.了解原子轨道和电子云的含义。一、原子轨道1电子层通常，我们用量子数n来描述电子离核的远近，习惯上称为电子层。n的取值为正整数1,2,3,4,5,6，对应的符号为 K，L，M，N，O，P 等。n越大，电子离核的平均距离越远、能量越高。2能级当量子数n相同时，电子所具有的能量也可能不同，因此，对同一个电子层，还可分为若干个能级。例如，n1 时，有 1 个 s 能级；n2 时，有 1 个

2、 s 能级和 1 个 p 能级；n3 时，有 1 个 s 能级，1 个 p 能级和 1 个 d 能级。3原子轨道(1)概念：原子中的单个电子的空间运动状态的描述。(2)n值所对应的能级和原子轨道的情况量子数n符号能级种类原子轨道原子轨道数n1Ks1s1s2s1n2L p2p3s3s1p3p3n3Md3d54.电子的“自旋”处于同一原子轨道上的电子自旋运动状态只能有两种，分别用符号“”和“”表示。(1)原子核外电子运动状态的描述在多电子原子中，核外电子处于不同的电子层，电子层序数(主量子数)n越大，电子离核2越远，能量越高。处于同一电子层的电子，能量可能不同，可以把它们分成若干个不同的能级，用s

3、、p、d、f 等符号表示，其能量为nsnpndnf，能级数等于电子层数。同一能级中，根据电子运动方向的不同，可分为若干个不同的原子轨道，同一能级上的原子轨道的能量相同，每个电子层中原子轨道总数为n2个。处于同一个原子轨道上的电子有两种不同的自旋状态。在同一个原子中不存在两个运动状态完全相同的电子。(2)不同原子轨道的能量大小关系例 1 下列关于电子层与能级的说法中正确的是( )A原子核外电子的每一个电子层最多可容纳的电子数为n2B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C同是 s 能级，在不同的电子层中所能容纳的最多电子数是不相同的D1 个原子轨道里最多只能容纳 2 个电子

4、，但自旋方向相同答案 B解析 A 项中每一个电子层最多可容纳的电子数为 2n2；C 项中不同电子层中的 s 能级容纳的最多电子数都是 2 个；D 项中 1 个原子轨道里容纳的 2 个电子的自旋方向应相反。易错警示(1)无论哪一电子层，s、p、d、f 能级最多容纳的电子数分别为 1、3、5、7 的 2 倍。(2)同一原子轨道最多容纳 2 个电子，而且运动状态不同，同一原子中，不可能有运动状态完全相同的两个电子，核外有多少个电子，就有多少种运动状态。例 2 (2018邢台市月考)下列能级符号表示错误的是( )A2p B3f C4s D5d答案 B解析 每一能层的能级数与能层序数相等，且具有的能级依

5、次为 s、p、d、f，M 能层只有 3s、3p、3d 能级，没有 3f 能级。二、电子云与原子轨道的图形描述1原子核外电子的运动特点(1)电子的质量很小(9.109 51031 kg)，带负电荷。3(2)相对于原子和电子的体积而言，电子运动的空间很大。(3)电子运动的速度很快，接近光速(3.0108 ms1)。2电子云(1)电子云：是处于一定空间运动状态的电子在原子核外空间的概率密度分布的形象化描述。(2)电子云轮廓图的形状：s 能级的电子云轮廓图是球形，p 能级的电子云轮廓图是哑铃形。3几种原子轨道的图形描述(1)s 电子的原子轨道呈球形，能层序数越大，原子轨道的半径越大。(2)p 电子的原

6、子轨道呈哑铃形，能层序数越大，原子轨道的半径越大。(3)同理，d 原子轨道、f 原子轨道等也都有相应的图像。(1)电子云图电子云图中的小点不代表电子。小点疏密程度表示电子在原子核外出现概率的大小。离核越近，电子出现的概率越大，电子云越密集。如 1s 电子云比 2s 电子云更密集，2s电子云比 1s 电子云疏散。s 能级的电子云为球形，只有一种空间伸展方向。p 能级的电子云为哑铃形，有三种空间伸展方向。(2)原子轨道同一电子层，不同能级其原子轨道形状不同，数目不同，能量不同。不同电子层，同种能级其原子轨道形状相似，半径不同，能量不同。s 能级只有 1 个原子轨道，p 能级有 3 个原子轨道，它们

7、互相垂直，分别以 px、py、pz表4示。例 3 (2017资阳高二检测)下列关于电子云的说法中，正确的是( )A电子云表示电子在原子核外运动的轨迹B电子云表示电子在核外单位体积的空间出现的概率大小C电子云界面图中的小黑点越密表示该核外空间的电子越多D钠原子的 1s、2s、3s 电子云半径相同答案 B解析 电子云表示电子在核外单位体积的空间出现的概率大小，不是表示电子运动的轨迹，A 错误，B 正确；电子云界面图中的小黑点越密表示电子在核外空间出现的机会越多，C 错误；钠原子的 1s、2s、3s 电子云半径逐渐增大，D 错误。例 4 下列说法正确的是( )A因为 p 轨道是“8”字形，所以 p

8、电子是“8”字形B能层数为 3 时，有 3s、3p、3d 9 个轨道C氢原子中只有 1 个电子，故氢原子核外只有 1 个轨道D电子云图即是电子云轮廓图，都是用来形象描述电子运动状态的答案 B解析 p 轨道呈哑铃形，是指电子出现概率高的区域，而不是电子的形状，A 项错误；能层数为 3 时，有 3s、3p、3d 3 个能级，共有 9 个轨道，B 项正确；氢原子中确实只有 1 个电子，但轨道是人为规定的，可以是空轨道，故 C 项错误。易错提醒电子云图与电子云轮廓图不是同一个概念，电子云轮廓图实际上是电子云图的大部分区域；电子云轮廓图就是我们通常所说的原子轨道图。1下列各电子层中不包含 p 能级的是(

9、 )AM 电子层 BN 电子层CL 电子层 DK 电子层答案 D解析 K 电子层只包括 s 能级，L 电子层包括 s、p 能级，M 电子层包括 s、p、d 能级，N 电5子层包括 s、p、d、f 能级。2下列各能级的原子轨道中，可容纳电子数最多的是( )A5d B6pC4f D7s答案 C解析 能级中所含原子轨道的数目取决于能级种类，与电子层序数无关，s、p、d、f 能级分别含有 1、3、5、7 个原子轨道，每个原子轨道最多容纳 2 个电子，所以 4f 轨道容纳电子数最多。3下列有关说法中正确的是( )A一般而言，n越大，电子离核平均距离越远，能量越低B第n电子层中含有n个能级C同一能级的不同

10、原子轨道的能量是不同的D处于同一原子轨道上的电子自旋运动状态可能相同，也可能不同答案 B解析 多电子原子中，电子层序数n越大，电子离核越远，能量越高；同一能级的不同原子轨道空间伸展方向不同，其能量相同；同一原子轨道上的电子其自旋方向一定不同，A、C、D 项错误。4对于钠原子的第二电子层的 p 轨道 2px、2py、2pz间的差异，下列说法中正确的是( )A电子云形状不同B原子轨道的对称类型不同C电子的能量不同D电子云空间伸展方向不同答案 D解析 2px、2py、2pz所表示的是同一能级中的三个不同的原子轨道，其能量相同；2px、2py、2pz的电子云，原子轨道都是哑铃形的，都是轴对称图形；在空

11、间伸展方向上不同，D 项正确。5观察 2pz轨道电子云示意图(如图所示)，下列说法中错误的是( )A2pz轨道上的电子在空间出现的概率分布呈z轴对称B点密集的地方表明电子出现的概率大C电子先沿z轴正半轴运动，然后在负半轴运动D2pz轨道的形状为两个椭圆球6答案 C解析 观察 2pz轨道电子云示意图发现，处于 2pz轨道上的电子在空间出现的概率分布相对于z轴对称，电子主要在xy平面的上、下方出现，A 正确；电子云中的小黑点疏密程度代表电子出现概率的大小，所以点密集的地方表明电子出现的机率大，B 正确；在图中，电子在空间出现的概率分布关于z轴对称，电子云并不是电子的真实运动轨迹，C 错误；2pz轨

12、道电子云形状为两个椭圆球，而不是面，D 正确。6回答下列问题：(1)n2 的电子层有_个能级，_种形状不同的电子云，有_个原子轨道，最多容纳_个电子。(2)用相应的符号描述主量子数n2 的所有的原子轨道_。(3)处于一定空间状态的电子在原子核外出现的概率密度分布可用_形象地描述。在基态14C 原子中，核外存在_个运动状态不同的电子。(4)基态 K 原子中，核外电子占据的最高电子层符号为_，占据该能层电子的电子云轮廓图的形状为_。答案 (1)2 2 4 8 (2)2s、2px、2py、2pz (3)电子云 6 (4)N 球形解析 (1)第 2 电子层有 2s、2p 两个能级，有 s、p 2 种形

13、状不同的电子云，有2s、2px、2py、2pz 4 个原子轨道，每个轨道最多容纳 2 个电子，所以n2 的电子层最多容纳 8 个电子。(2)n2 的原子轨道为 2s、2px、2py、2pz。 (3)电子在原子核外出现的概率密度分布图像一团云雾，因而形象地称为电子云，用于描述电子的概率密度分布。原子中单个电子的空间运动状态可以用原子轨道来描述，并具有两种自旋状态中的一种，因此多电子原子中，不同电子的运动状态不同，故14C 原子核外有 6 个运动状态不同的电子。(4)K 原子核外有四个电子层，N 层上只有一个电子，占据 4s 轨道，电子云轮廓图为球形。对点训练题组 1 电子层、能级与原子轨道1下列

14、电子层中，原子轨道的数目为 4 的是( )AK 层 BL 层 CM 层 DN 层答案 B解析 s、p、d、f 能级中的轨道数目分别为 1、3、5、7。每个电子层中含有不同的能级，K 层有 1 个 s 能级，原子轨道数目为 1。L 层中含有 1 个 s 能级和 1 个 p 能级，原子轨道数目为 4。M 层含有 1 个 s 能级、1 个 p 能级和 1 个 d 能级，原子轨道数目为 9。N 层含有 1 个s 能级、1 个 p 能级、1 个 d 能级和 1 个 f 能级，原子轨道数目为 16。72下列能级符号不正确的是( )A5s B2d C4f D6p答案 B解析 每一电子层的能级数与电子层序数相

15、同，且具有的能级依次为 s、p、d、f，故 L电子层只有 2s、2p 能级，没有 2d 能级。3主量子数为n3 时，电子的空间运动状态有( )A4 种 B7 种 C8 种 D9 种答案 D解析 电子的空间运动状态即原子轨道，主量子数n3 的原子轨道有 3s(1 个原子轨道)、3p(3 个伸展方向，即 3 个原子轨道)、3d(5 个伸展方向，即 5 个原子轨道)共有 9 个原子轨道。4下列有关核外电子运动状态的说法正确的是( )A电子自旋就是电子围绕轴“自转”B原子轨道可用来描述核外电子的运动状态C第二电子层有自旋相反的两个轨道D原子轨道可用来描述核外电子的运动轨迹答案 B解析 电子的自旋表示处

16、于同一原子轨道上电子的量子化运动，自旋不是“自转” ；原子轨道可用来描述原子中单个电子的空间运动状态，它只能描述核外电子高频出现的“区域” ，而不是核外电子运动的轨迹；第二电子层有四个轨道，分别为 2s、2px、2py、2pz。综上所述，B 项正确。5第 N 能层所含能级数、原子轨道数和最多容纳电子数分别为( )A3、9、18 B4、12、24C5、16、32 D4、16、32答案 D解析 每一能层包含的能级数目等于该能层的序数，故第三能层包含 s、p、d 三个能级，每一能级所能容纳的最多电子数是其原子轨道数目的 2 倍，以 s、p、d、f排序的各能级可以容纳的最多电子数依次为 1、3、5、7

17、的 2 倍，英文字母相同的不同能级中所能容纳的最多电子数相同。第 N 能层含有 4 个能级，16 个原子轨道，容纳的最多电子数为 32 个。6下列有关电子层和能级的叙述中正确的是( )AM 电子层有 s、p 共 2 个能级，最多能容纳 8 个电子B3d 能级最多容纳 5 个电子，3f 能级最多容纳 7 个电子C无论哪一电子层的 s 能级最多容纳的电子数均为 28D任一电子层都有 s、p 能级，但不一定有 d 能级答案 C解析 A 项，M 电子层有 s、p、d 共 3 个能级，最多容纳 18 个电子；B 项，3d 能级最多容纳10 个电子，从 N 电子层开始有 f 能级，最多容纳 14 个电子，

18、不存在 3f 能级；C 项，每个电子层都从 s 能级开始，且 s 能级最多容纳 2 个电子；D 项，K 电子层只有 s 能级，不含有 p能级。题组 2 原子轨道的图形描述及电子云7下列有关电子云的叙述中，正确的是( )A电子云形象地表示了电子在核外某处单位体积内出现的概率B电子云直观地表示了核外电子的数目C1s 电子云界面图是一个球面，表示在这个球面以外，电子出现的概率为零D电子云是电子绕核运动形成的一团带负电荷的云雾答案 A解析 为了形象地表示电子在原子核外空间的分布状况，人们常用小点的疏密程度来表示电子在原子核外出现概率的大小；点密集的地方，表示电子出现的概率大；点稀疏的地方，表示电子出现

19、的概率小，这就是电子云。1s 电子云界面以外，电子出现的概率不为零，只是出现的概率很小。8(2018邢台市月考)图 1 和图 2 分别是 1s 电子的概率密度分布图和原子轨道图。下列有关说法正确的是( )A图 1 中的每个小黑点表示 1 个电子B图 2 表示 1s 电子只能在球体内出现C图 2 表明 1s 轨道呈球形，有无数对称轴D图 1 中的小黑点表示电子在核外所处的位置答案 C解析 电子云就是用小黑点疏密来表示空间各电子出现概率大小的一种图形，小黑点表示空间各电子出现的几率， A、D 错误；在界面内出现该电子的几率大于 90%，界面外出现该电子的几率不足 10%, B 错误。9下列说法中正

20、确的是( )A1s 电子云呈球形，表示电子绕原子核做圆周运动B电子云图中的小点密度大，说明该原子核外空间电子数目多9Cns 能级的原子轨道示意图可表示为D3d3表示 3d 能级有 3 个轨道答案 C解析 A 项，电子云表示电子在原子核外单位体积内出现概率的大小，1s 电子云呈球形，表示 1s 电子在空间出现的概率分布呈球形对称，而不是表示电子做圆周运动；B 项，电子云图中的小点仅表示电子在此区域出现的概率；C 项，ns 能级原子轨道为球形；D 项，3d3表示第三电子层上的 d 轨道中有 3 个电子。10下列有关电子云和原子轨道的说法正确的是( )A原子核外的电子像云雾一样笼罩在原子核周围，故称

21、电子云Bs 轨道呈球形，处在该轨道上的电子只能在球壳内运动Cp 轨道呈哑铃形，在空间有两个伸展方向D与 s 电子原子轨道相同，p 电子原子轨道的平均半径随能层的增大而增大答案 D解析 电子云是对电子运动的形象化描述，它仅表示电子在某一区域内出现的概率，并非原子核真被电子云雾所包裹，故选项 A 错误；原子轨道是电子出现的概率约为 90%的空间轮廓，它表明电子在这一区域内出现的机会大，在此区域外出现的机会少，故选项 B 错误；p 轨道在空间有x、y、z 3 个伸展方向，故选项 C 错误。11下列有关核外电子运动状态的说法正确的是( )A原子轨道图形与电子云都是用来形象描述电子运动状态的B原子轨道可

22、用来描述核外电子的运动轨迹C第三电子层有 3s、3p、3d 三个轨道D氢原子只有 1 个电子，故氢原子只有一个轨道答案 A解析 原子轨道图形与电子云都是用来形象描述电子运动状态的，本质是相同的，A 正确；原子轨道可用来描述原子中单个电子的空间运动状态，只能描述核外电子高频出现的“区域”，而不能描述核外电子运动的轨迹，B 不正确；第三电子层有 3s、3p、3d 三个能级，分别有 1、3、5 个轨道，第三电子层共有 9 个轨道，C 不正确；氢原子像其他原子一样，可以有多个电子层，电子层又分若干个能级和轨道，只是在通常条件下，氢原子的这一个电子处于能量最低的 1s 轨道，当电子从外界吸收能量后，氢原

23、子的这个电子可以跃迁到能量较高的轨道，D 不正确。12下列说法正确的是( )Ap 电子云是平面“8”字形的10B3p2表示 3p 能级中有两个原子轨道C2d 能级包含 5 个原子轨道，最多容纳 10 个电子Ds 电子云是在空间各个方向上伸展程度相同的对称形状答案 D解析 p 电子云形状是哑铃形，不是平面“8”字形，A 项错；3p2表示 3p 能级中容纳了两个电子，B 项错；L 层没有 d 能级，C 项错。综合强化13(1)可正确表示原子轨道的是_(填字母)。A2s B2dC3p D3f(2)符号 2px的意义是_。(3)如图是 s 能级、p 能级的原子轨道图，试回答问题：s 能级的原子轨道呈_

24、形，每个 s 能级有_个原子轨道；p 能级的原子轨道分别相对于x、y、z轴_，每个 p 能级有_个原子轨道。s 能级原子轨道、p 能级原子轨道的半径与_有关，_越大，原子轨道半径越大。答案 (1)AC (2)2px表示主量子数n为 2，角量子数l为 1，沿x轴方向伸展的 p 轨道 (3)球 1 对称 3 电子层序数 电子层序数解析 (1)L 电子层只有 2s、2p 能级，M 电子层只有 3s、3p、3d 能级，故选 AC。 (2)2px中2 表示主量子数n(即电子层序数)为 2，p 表示角量子数为 1(即 p 能级)，px表示 p 原子轨道沿x轴方向伸展。(3)s 轨道在三维空间分布的图形为球

25、形，p 轨道空间分布的图形分别相对于x、y、z轴对称，原子轨道的半径与电子层数有关，并随电子层数增大而增大。14回答下列问题：(1)在基态多电子原子中，关于核外电子能量的叙述错误的是_(填字母，下同)。a最易失去的电子能量最高b同一个电子层上的不同能级上的原子轨道，能量大小不同cp 轨道电子能量一定高于 s 轨道电子能量d在离核最近区域内运动的电子能量最低(2)比较下列多电子原子的原子轨道的能量高低。111s,3d：_；3s,3p,3d：_；2p,3p,4p：_；3px,3py,3pz：_。(3)基态铝原子核外电子云有_种不同的伸展方向，共有_种不同能级的电子，有_种不同运动状态的电子。答案

26、(1)c (2)1s3d 3s3p3d 2p3p4p 3px3py3pz (3)9 5 13解析 (1)能量越高的电子在离核越远的区域内运动，也就越容易失去，a 项正确；多电子原子在第n层中不同能级的能量大小顺序为E(ns)E(np)E(nd)E(nf)，b 项正确；同一电子层中的 p 轨道电子能量一定比 s 轨道电子能量高，但外层 s 轨道电子能量比内层 p 轨道电子能量高，c 项不正确；离核越近，电子能量越低，d 正确。(2)在多电子原子中，原子轨道能量的高低存在如下规律： 形状相同的原子轨道能量的高低：1s2s3s4s，3d4d5d；相同电子层上原子轨道能量的高低：nsnpndnf；电子

27、层和能级均相同的原子轨道的能量相等，如 3px3py3pz。(3)s 轨道只有 1 个伸展方向、p 轨道有 3 个伸展方向，Al 核外电子排布为 1s22s22p63s23p1，涉及 3个 s 轨道、2 个 p 轨道，因此其核外电子云(轨道)的伸展方向有 9 个；核外 13 个电子的运动状态各不相同，因此核外有 13 种不同运动状态的电子。15(1)处于一定空间运动状态的电子在原子核外出现的概率密度分布可用_形象化描述。(2)对于排布在 2s 轨道上的电子，不能确定的是_(填字母)。a电子所在的电子层b电子的自旋方向c电子云的形状d电子云的伸展方向(3)O2核外有_种运动状态的电子。答案 (1)电子云 (2)b (3)10解析 (1)电子在原子核外出现概率密度分布通常用电子云来形象化地描述。(2)排布在 2s 轨 道上的电子，在第 2 电子层的 s 轨道上，s 能级的电子云形状为球形，不能确定电子的自旋 方向。 (3)O2核外有 10 个电子，O2核外有几个电子就有几种运动状态，则 O2核外有 10 种不同运动状态的电子。