2022-2023学年苏教版选择性必修二 2-1-1 原子核外电子的运动特征 学案

专题2原子结构与元素性质第一单元原子核外电子的运动第一课时原子核外电子的运动特征学习目标学科素养1.进一步认识卢瑟福和玻尔的原子结构模型。2．了解原子核外电子的运动特征。3．了解原子轨道与电子填充顺序。1.进一步丰富物质结构的知识，提高分析问题和解决问题的能力。2.从科学家探索物质构成奥秘的史实中体会科学探究的过程和方法，增强学习化学的兴趣。课前篇·自主学习固基础[知识梳理]一、人类对原子结构的认识1．英国物理学家________提出了原子结构的________，人们称他为“________”。2．丹麦物理学家玻尔，提出了新的原子结构模型。(1)原子核外电子在一系列稳定的轨道上运动，这些轨道称为________。核外电子在原子轨道上运动时，既不放出能量，也不吸收能量。(2)不同的原子轨道具有________的能量，原子轨道的能量变化是________的。(3)原子核外电子可以在能量不同的轨道上发生________。3．氢原子核外电子，当处于________状态时，电子主要在________周围球形区域运动，用小黑点的疏密来描述电子在________空间出现的机会大小所得到的图形叫做________。二、原子核外电子的运动特征1．原子中由内向外的电子层数n可取1、2、3、4、5等正整数，相应的电子层符号分别为________、________、________、________、________等。2．量子力学研究表明，处于________的原子核外电子，也可以在不同类型的________上运动。用小写英文字母________、________、________、________表示不同形状的轨道。3．s电子的原子轨道都是________的，能层序数n越大，原子轨道的半径________。p电子的原子轨道是________的，每个p能级有________个原子轨道，它们相互________。而且p电子原子轨道的平均半径也随n增大而________。ns能级各有________个轨道，np能级各有________个轨道，nd能级各有________个轨道，nf能级各有________个轨道。4．原子核外电子还有一种称为“________”的运动，常用________和________表示这两种不同的自旋状态。答案：一、1.卢瑟福有核模型原子之父2.(1)原子轨道(2)不同不连续(3)跃迁3.能量最低原子核原子核外电子云二、1.KLMNO2.同一电子层原子轨道spdf3.球形越大纺锤形3垂直增大13574.自旋向上箭头“↑”向下箭头“↓”[自我排查]1．下列电子层中，原子轨道的数目为4的是()A．K层 B．L层C．M层 D．N层2．氢原子的电子云图中小点表示的意义是()A．一个小点表示一个电子B．点的多少表示电子个数的多少C．表示电子运动的轨迹D．表示电子在核外空间出现机会的多少3．下列说法正确的是()A．氢光谱说明原子是实心球体B．利用光谱上的特征谱线，可以鉴定元素，也可以发现元素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．量子力学理论肯定玻尔的“行星模型”4．有关核外电子运动规律的描述错误的是()A．核外电子质量很小，在原子核外做高速运动B．核外电子的运动规律与普通物体不同，不能用牛顿运动定律来解释C．在电子云示意图中，通常用小点来表示电子绕核做高速圆周运动D．在电子云示意图中，小点密表示电子在核外空间单位体积内出现的机会大答案：1.B2.D3.B4.C课堂篇·重点难点要突破研习1人类对原子结构的认识[问题探讨]1．电子云图中的一个小点表示一个电子吗？表示电子出现的位置吗？2．原子核外电子的运动是否遵循宏观物体所具有的运动规律？3．电子在原子核外空间出现的机会是否有规律？4．量子力学用什么模型描述核外电子的运动？1．提示：都不是。电子云图中的一个小点并不代表一个电子，也不表示电子在此位置出现过一次，电子云图只用小点的疏密描述电子在原子核外空间出现机会的相对大小。2．提示：不遵循。3．提示：有规律。4．提示：电子云。[重点讲解]1．不同时期的原子结构模型2.卢瑟福原子结构模型(1)卢瑟福在α粒子的散射实验基础上，提出了原子结构的有核模型。(2)卢瑟福认为原子的质量主要集中于原子核上，电子在原子核外空间做高速运动。(3)卢瑟福被称为“原子之父”。3．玻尔原子结构模型(1)玻尔在研究了氢原子光谱后，根据量子力学的观点，提出了新的原子结构模型。(2)玻尔原子结构模型内容①原子核外电子在一系列稳定的轨道上运动，这些轨道称为原子轨道。核外电子在原子轨道上运动时，既不放出能量，也不吸收能量。②不同的原子轨道具有不同的能量，原子轨道的能量变化是不连续的。③原子核外电子可以在能量不同的轨道上发生跃迁。4．基态原子及电子云图(1)基态原子：处于能量最低状态的原子。(2)电子云图：用小点的疏密来描绘电子在原子核外空间出现的机会的大小所得到的图形。[研习经典][典例1]关于电子云的叙述不正确的是()A．电子云图是用小点的疏密程度来表示电子在空间出现概率大小的图形B．电子云图实际是电子运动形成的类似云一样的图形C．小点密集的地方电子在那里出现的概率大D．轨道不同，电子云的形状也不一样答案：B解析：用统计的方法描述电子在核外空间出现的概率大小的图形称为电子云图，通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。小点密集的地方，表示电子在那里出现的概率大，小点稀疏的地方，表示电子在那里出现的概率小。[举一反三]1．下列说法正确的是()A．氢原子光谱是元素的所有光谱中最简单的光谱之一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．原子中电子在具有确定半径的原子轨道上像火车一样高速运转着答案：B解析：A项中氢原子光谱是元素的所有光谱中最简单的光谱。C项中玻尔理论成功地解释了氢原子光谱，但无法解释多电子原子的光谱。D项，原子中电子的运动没有确定半径的原子轨道，原子轨道是电子运动出现的“区域”。2．如图原子结构模型中依次符合卢瑟福、道尔顿、汤姆生的观点的是()A．①②③B．③①②C．③②①D．②①③答案：B解析：卢瑟福提出了原子结构的核式模型；道尔顿认为原子是一个实心的球体；汤姆生发现了电子，并提出了原子结构的“葡萄干面包”模型。3．原子结构模型是科学家根据自己的认识，对原子结构的形象描摹，一种原子模型代表了人类对原子认识的一个阶段。描述电子在原子核外空间的一定轨道上绕核做高速运动的原子模型是()A．玻尔原子模型 B．电子云模型C．汤姆生原子模型 D．卢瑟福原子模型答案：A解析：玻尔原子模型认为原子中的电子在具有确定半径的圆周轨道上绕原子核运动。研习2原子核外电子的运动特征[问题探讨]如图所示，在多电子原子中，核外电子是分层运动的。1．多电子原子中，各电子的能量是否相同？2．核外电子共分为几个能层？它们的能量高低顺序是什么？3．M电子层中有几个能级？分别用哪些符号来表示？各能级最多容纳的电子数是多少？4．多电子原子中，同一电子层各能级的能量是否相同？若不相同，其能量高低顺序是什么？5．第三电子层中，电子云形状呈纺锤形且沿y轴方向伸展的原子轨道如何表示？6．第三电子层包含多少个原子轨道？7．3d轨道与2p轨道能量高低关系如何？1．提示：各电子的能量是不同的，有的电子能量低，有的电子能量高。2．提示：核外电子按能量不同共分成7个能层，由内到外的排列序号分别为K、L、M、N、O、P、Q；其能量高低顺序为E(K)＜E(L)＜E(M)＜E(N)＜E(O)＜E(P)＜E(Q)。3．提示：M能层中共有3个能级；分别表示为3s、3p、3d；s能级最多容纳2个电子，p能级最多容纳6个电子，d能级最多容纳10个电子。4．提示：不相同；E(ns)＜E(np)＜E(nd)＜E(nf)。5．提示：3py6．提示：97．提示：E(3d)＞E(2p)[重点讲解]1．电子层与能级(1)电子层：根据多电子原子的核外电子的能量差异，将核外电子分成不同的电子层，电子层用n表示，n值越大，能量越高。(2)能级①根据多电子原子中同一电子层电子的能量不同，将它们分成不同能级。②能级用相应电子层的序数和字母s、p、d、f等组合在一起来表示，如n电子层的能级按能量由低到高的顺序排列为ns、np、nd、nf等。③电子层、能级与其容纳的最多电子数之间的关系2.电子层与能级中的四个数量关系(1)任一电子层，能级数＝电子层序数，且总是从s能级开始。(2)以s、p、d、f……排序的各能级最多可容纳的电子数依次为1、3、5、7……的2倍。(3)每一电子层中最多容纳的电子数是电子层序数的平方的2倍，即2n2(n代表电子层序数)。(4)不同电子层中相同能级所容纳的最多电子数相同。3．电子层中各能级之间能量大小关系(1)不同电子层中同一能级，电子层序数越大，能量越高。例如，1s＜2s＜3s,2p＜3p＜4p。(2)同一电子层中，各能级之间的能量大小关系是ns＜np＜nd＜nf，例如，第四电子层中4s＜4p＜4d＜4f。(3)不同电子层中的不同能级能量高低顺序：ns＜(n－2)f＜(n－1)d＜np。4．原子轨道(1)处于同一电子层的原子核外电子，可以在不同类型的原子轨道上运动。(2)原子轨道能级spdf形状球形纺锤形——伸展方向个数1357含有的原子轨道符号spx、py、pz——(3)电子层和形状相同的原子轨道的能量相等：如2px、2py、2pz轨道的能量相等。5．自旋(1)在同一原子轨道上运动的电子有两种不同的自旋状态。(2)表示方法：通常用“↑”和“↓”表示。(1)任何电子层均含有s能级，但不是任何电子层均含有任何能级。(2)电子层序数等于该电子层所包含的能级数，如第四电子层有4个能级：4s、4p、4d、4f。(3)从第三电子层开始出现d能级，且3d能级的能量大于4s能级。[研习经典][典例2]下列有关认识正确的是()A.各电子层的能级数按K、L、M、N分别为1、2、3、4B.各电子层的能级都是从s能级开始至f能级结束C.各电子层含有的能级数为n－1D.各电子层含有的电子数为2n2答案：A解析：各电子层中的能级数等于其所处的电子层数，即当n＝1时，它只有一个s能级，当n＝2时，含有两个能级分别为s、p能级，所以B、C都不正确；D选项中每个电子层最多能填充2n2个电子，但不是一定含有2n2个电子。[典例3]下列说法中正确的是()A.因为p电子云是纺缍形的，所以p电子走纺缍形B.电子层数为3时，有3s、3p、3d、3f4个轨道C.氢原子中只有一个电子，故氢原子只有1个轨道D.原子轨道与电子云都是用来描述电子运动状态的答案：D解析：p电子云是纺锤形，是说电子出现频率高的区域的形状，而不是p电子的运动轨迹形状；电子层数为3时，共有9个轨道；氢原子中只有1个电子，填充在1s轨道上，但也存在其他空轨道。[举一反三]1.在对电子运动状态的描述中，确定一个“轨道”的方面包括()①电子层②轨道类型③电子云的伸展方向④电子的自旋状态A.①②③④B．①②③C．①②D．①答案：B解析：在对电子运动状态的描述中，确定一个“轨道”的方面包括：①电子层、②轨道类型、③电子云的伸展方向三个方面；电子的自旋状态与电子运动轨道无关，描述的是电子自旋的方向。2.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，故称电子云B.s能级的原子轨道呈球形，处在该轨道上的电子只能在球壳内运动C.p轨道呈纺锤形，随着电子层数的增加，轨道数也在增多D.s、p电子原子轨道的平均半径随电子层的增大而增大答案：D解析：电子云表示电子出现的概率，电子云是用小黑点疏密来表示电子在原子核外空间出现概率大小的一种图形，不代表电子的运动轨迹，故A错误；s能级的原子轨道呈球形，处在该轨道上的电子不只在球壳内运动，还在球壳外运动，只是在球壳外运动概率较小，故B错误；任何电子层的p轨道都有3个原子轨道，与电子层数无关，故C错误；s、p电子原子轨道的平均半径随电子层的增大而增大，故D正确。3.下列说法中正确的是()A.所有的电子在同一区域里运动B.在离原子核较近的区域内运动的电子能量较高，在离原子核较远的区域内运动的电子能量较低C.核外电子质量很小，在原子核外做高速运动D.同一原子中，4s、4p、4d、4f所能容纳的电子数越来越多，各原子轨道的能量大小相等答案：C解析：在含有多个电子的原子里，电子分别在能量不同的区域内运动，A错误；在多个电子的原子中，电子的能量是不相同的，在离原子核较近的区域内运动的电子能量较低，在离原子核较远的区域内运动的电子能量较高，B错误；同一原子中，4s、4p、4d、4f所能容纳的电子数越来越多，但同一电子层中，E(4s)<E(4p)<E(4d)<E(4f)，D错误。4.n为3的电子层中()A.只有s和p轨道 B．只有s、p和d轨道C.只有s轨道 D．有s、p、d和f轨道答案：B5.下列有关电子云和原子轨道的说法正确的是()A.电子云图中，小点密集表示该处的电子多B.原子轨道表示原子核外电子运动的轨迹C.3p轨道和2p轨道都呈纺锤形，3p轨道比2p轨道数目多D.多电子原子中电子离核的平均距离4s>3s>2s答案：D解析：不管2p或3p或任何其他电子层的p轨道，总是3个互相垂直的轨道，所以C项错误；电子层序数越大，则它的各种轨道伸展程度就越大，即电子运动离核平均距离越远，D项正确。演习篇·学业测试速达标1.在物质结构研究的历史上，首先提出原子是一个实心球体的是()A.汤姆生B．卢瑟福C．道尔顿D．玻尔答案：C解析：道尔顿在1803年提出原子是坚实的、不可再分的实心球。2.首先提出原子结构模型并开始涉及原子内部结构的科学家是()A.卢瑟福B．玻尔C．汤姆生D．道尔顿答案：C解析：汤姆生的“葡萄干面包”模型开始涉及原子内部的结构。卢瑟福提出原子结构的核式模型；玻尔建立了核外电子分层排布的原子结构模型；道尔顿建立了原子学