鲁科版高中化学选择性必修2第1章原子结构与元素性质第1节第2课时量子力学对原子核外电子运动状态的描述课件

第1节原子结构模型第2课时量子力学对原子核外电子运动状态的描述素养目标学习要点1.通过结合量子力学对原子核外电子运动状态的描述,能够认识电子运动的不确定性和概率性,培养宏观辨识与微观探析的化学核心素养。2.了解电子运动的能量状态具有量子化的特征,知道电子的运动状态可以由原子轨道和电子云模型来描述,形成证据推理与模型认知的化学核心素养。一种状态:核外电子运动状态四个概念:能层、能级、原子轨道、电子云知识点一原子轨道知识点二原子轨道的图形描述与电子云图学以致用·随堂检测全达标目录索引知识点一基础落实•必备知识全过关知识点一原子轨道原子轨道

电子的空间运动状态1.电子层(1)含义:量子数

所描述的电子运动状态。

(2)表示方法n的取值1234567符号

离核远近

能量高低

nKLMNOPQ近远低高2.能级(1)多电子原子中,同一个电子层(即n相同)内的电子所具有的能量也可能不同,即同一个电子层还可以分成若干个能级,分别用符号

等表示。

(2)在同一个电子层中按能量由低到高的顺序为E(ns)<E(np)<E(nd)<E(nf)……在无外磁场时,处于同一能级的电子的空间运动状态的

相同。

s、p、d、f能量3.原子轨道(1)概念:原子中单个电子的

状态。

(2)n值所对应的能级和原子轨道的情况n(电子层)符号能级原子轨道原子轨道数目1K

1=122L

1+3=22

3M

(含5个原子轨道)

空间运动1s1s2s2s2p2px、2py、2pz3s3s3p3px、3py、3pz3d3d1+3+5=32n(电子层)符号能级原子轨道原子轨道数目4N

(含5个原子轨道)

(含7个原子轨道)

…………………………结论:第n电子层上有

个能级,有

个原子轨道。

4s4s4p4px、4py、4pz4d4d4f4f1+3+5+7=42nn24.自旋状态核外运动的电子还存在一种被称为“自旋”的量子化状态。处于同一原子轨道上的电子自旋状态只能有

种,分别用符号“

”和“

”表示。没有运动状态完全相同的两个电子名师点拨电子层,或称电子层壳,是原子物理学中,一组拥有相同主量子数n的原子轨道。特别提醒电子层,又称能层,由于能层序数等于该能层上的能级数,如K层只有s能级,因此并不是所有的能层上都有s、p、d、f能级。两↑↓深度思考电子层序数与能级数的关系是怎样的?概念辨析电子层、能级之间的关系能级数等于该电子层的序数;电子层与能级类似楼层与阶梯之间的关系,在每一个电子层中,能级符号顺序是ns、np、nd、nf……提示

能级数等于电子层序数,如当n=3时,有3个能级,分别用符号s、p、d表示。辨析比较电子层、能级分别与原子轨道的关系(1)同一能级又可能包含几个空间分布不同的原子轨道,s能级中有1个原子轨道、p能级中有3个能量相同的原子轨道,分别记作npx、npy、npz,d能级中有5个能量相同的原子轨道。(2)对于确定的n值,其原子轨道数为n2;每一电子层最多容纳的电子数为2n2。正误判断(1)每一电子层都包含s、p、d、f能级。(

)提示

例如第一电子层只包含s能级。(2)不同电子层的s能级中电子的能量完全相同。(

)提示

不同电子层的s能级中电子的能量不相同,1s能级上电子的能量小于2s能级电子的能量。(3)第三电子层有s、p共两个能级。(

)提示

第三电子层有s、p、d共3个能级。(4)当电子层数n=2时,该层有2s、2px、2py、2pz四个原子轨道。(

)(5)各能级的原子轨道数按s、p、d、f的顺序依次为1、3、5、7。(

)×××√√重难突破•能力素养全提升探究角度1

电子层与能级例1下列各电子层不包含d能级的是(

)A.L B.MC.N D.OA解析

从第三电子层开始,出现d能级,K层只有s能级,L层只有s、p能级,都不包含d能级,答案选A。思路剖析

(1)电子层序数=能级数(2)K、L、M、N、O、P、Q分别表示n=1、2、3、4、5、6、7的电子层。(3)每一电子层都从能级s开始,但不是每一电子层都含有s、p、d、f等能级。[对点训练1]下列关于能级说法正确的是(

)A.所有电子层都包含p能级B.s能级的能量一定比p能级的低C.2p能级的能量比3p能级的低D.2p、3p、4p能级的轨道数不同C解析

K层只有s能级,A错;ns能级能量比(n-1)p能级的高,B错;能级能量2p<3p<4p,C对;各电子层的p能级都有3个轨道,D错。思维建模

相同能级能量关系1s<2s<3s<4s<……不同能级能量关系ns<np<nd<nf探究角度2

电子层与能级的电子排布例2原子中的某一电子层,最多能容纳的电子数大于32,该电子层可能是(

)A.L层 B.M层

C.N层 D.P层D解析

原子核外每一电子层所能容纳的最多电子数为2n2,L层所容纳的最多电子数为8,M层所容纳的最多电子数为18,N层所容纳的最多电子数为32,P层所容纳的最多电子数为50,故选D。思路剖析

原子核外每一电子层所能容纳的最多电子数为2n2。[对点训练2]下列有关核外电子运动状态的说法正确的是(

)A.电子自旋就是电子绕轴“自转”B.第四电子层最多容纳16个电子C.p能级的原子轨道呈哑铃形,随着电子层序数的增加,p能级原子轨道数也在增多D.溴原子的M层最多容纳18个电子D解析

电子自旋是量子化状态,不能作经典的理解,不能看作绕轴自转,A错误;第四电子层最多容纳32个电子,B错误;所有的p能级都含有3个轨道,所以随着电子层序数的增加,p能级原子轨道数不变,C错误;M层最多容纳电子数为2×32=18,D正确。知识点二基础落实•必备知识全过关知识点二原子轨道的图形描述与电子云图1.原子轨道的图形描述(1)概念:原子轨道在量子力学中用波函数表示,并可以将其以图形的方式在

中呈现出来。

(2)意义:表示原子轨道的

。直角坐标系空间分布

无数条对称轴

(3)形状:s轨道呈

,具有球对称性;p轨道在空间的分布特点是分别相对于x、y、z轴对称,呈哑铃形或纺锤形(∞),也就是说,p轨道在空间分别沿x、y、z轴的方向分布。如图:

1s和2p原子轨道示意图球形2.电子在核外的空间分布(1)原子核外电子的运动特点与对宏观物体运动的描述不同,对于质量非常小、运行速度极快且运动空间极小的微观粒子(如电子,其质量仅为9.1×10-31kg)而言,人们不可能同时准确地测定它的位置和速度,但能通过对波函数进行数学处理计算出电子在某个地方出现的概率。(2)电子云图

把电子在原子核外空间出现概率的P=90%的空间圈出来①概念:描述电子在核外空间某处单位体积内的概率分布的图形。②含义:用单位体积内小点的疏密程度来表示电子在原子核外某处单位体积内出现概率的大小。③电子云图的特点:s能级的电子概率分布呈球形对称;p能级的电子概率分布有一定的空间取向。电子处在1s及2p轨道上的电子云图分别如图1、图2所示:④意义:电子云不仅表示电子在核外空间某处单位体积内出现的概率,同时说明量子力学中轨道的含义与玻尔轨道的含义完全不同,它既不是圆周轨道,也不是其他经典意义上的固定轨迹。名师点拨ns能级各有1个原子轨道;np能级各有3个原子轨道,且相互垂直(用px、py、pz表示);nd能级各有5个原子轨道;nf能级各有7个原子轨道。特别提醒电子层序数n不同时,s轨道的形状相同、半径不同,电子层序数越大,原子轨道的半径越大,即s轨道半径1s<2s<3s<4s<……深度思考电子云图表示的是电子在原子核外的运动轨迹吗?提示

电子云图表示电子在核外空间某处单位体积内出现的概率分布,不代表电子的运动轨迹。正误判断(1)s电子绕核旋转,其轨道为一圆圈。(

)提示

s电子轨道是一个球形。(2)1s、2px、2py、2pz轨道都具有球对称性。(

)提示

p轨道不具有球对称性。(3)电子云图中每个小点表示一个电子。(

)提示

电子云图中小黑点疏密程度表示电子出现的概率大小。(4)钠原子的1s、2s、3s电子云半径不同。(

)(5)电子云是用小点的疏密程度来表示电子在核外空间某处单位体积内出现概率大小的图形。(

)×××√√重难突破•能力素养全提升探究角度1

电子云概念的理解例1图1和图2分别是1s电子的电子云图和原子轨道图。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中的小点表示电子在核外所处的位置C解析

图1用单位体积内小点的疏密程度来表示电子在核外某处单位体积内出现概率的大小,故A、D错误,图2为原子轨道图,1s电子在球体内出现的概率较大,也可以出现在球体外,但概率比较小,故B错误;球体有无数对称轴,C正确。思维建模

电子云图是描述电子在核外空间某处单位体积内的概率分布的图形;电子云中的小点不代表电子,小点疏密程度表示电子在原子核外空间范围内出现概率的大小。[对点训练1]下列说法正确的是(

)A.Na原子核外3px、3py、3pz能级能量不同B.电子云图中的小黑点都是经过准确测定得到的C.np轨道电子能量一定比ns轨道电子能量高D.电子云表示的是电子在原子核外空间的运动轨道C解析

3px、3py、3pz能级能量相同,故A错误;人们通过对波函数进行数学处理计算出电子在什么地方出现的概率大、在什么地方出现的概率小,并非是经过准确测定得到的,故B错误;电子能量与电子层和能级有关,相同电子层不同能级能量关系ns<np<nd<nf,故C正确;电子云表示电子在核外某处单位体积的空间出现的概率大小,电子在原子核外的运动是无规则的,则电子云不能表示电子在原子核外空间的运动轨道,故D错误。名师点拨

电子在原子核外的运动是无规则的,没有固定的运动轨道,人们也不可能同时准确地测定它的位置和速度;电子云表示电子在核外某处单位体积的空间出现的概率大小。探究角度2

原子轨道与电子云例2下列有关电子云和原子轨道的说法正确的是(

)A.s轨道呈球形,处在该轨道上的电子只能在球壳内运动B.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C.p轨道与s轨道空间分布图形不同,在空间有5个伸展方向D.原子轨道与电子云都是用来形象化描述电子的运动状态的D解析

原子轨道用来描述原子中单个电子的空间运动状态,它表明电子在这一区域内出现概率大,在此区域外出现的概率小,故A错误;电子云仅表示电子在某一空间区域内出现的概率,并非原子核被电子云雾所包裹,故B错误;p轨道在空间有px、py、pz共3个伸展方向,故C错误;原子轨道与电子云都是用来形象化描述电子的运动状态的,故D正确。思维建模

电子云表示电子在某一空间单位体积内出现的概率,在原子核附近区域内出现的概率大,在离核越远区域出现的概率越小,即也可以出现在区域外;p轨道在空间有px、py、pz共3个伸展方向,且相互垂直。[对点训练2]量子力学原子结构模型中的原子轨道用来描述核外电子的空间运动状态。下列关于原子轨道的叙述中错误的是(

)A.原子轨道就是原子核外电子运动的轨道,这与宏观物体运动轨道的含义相同B.任意电子层上的p能级都有3个伸展方向相互垂直的原子轨道C.第n电子层上共有n2个原子轨道D.处于同一原子轨道上的电子,自旋方向相反A解析

原子轨道与宏观物体的运动轨道完全不同,它是指电子出现的主要区域,而不是电子运动的实际轨迹,A项错误。学以致用·随堂检测全达标123456题组1电子层与能级1.下列关于电子层与能级的说法正确的是(

)A.在基态多电子原子中,p轨道电子的能量不一定高于s轨道电子的能量B.任一电子层的能级总是从s能级开始,而且能级数不一定等于该电子层序数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D.多电子原子中,每个电子层上电子的能量一定不同A123456解析

若电子层序数相同,np轨道电子的能量高于ns轨道电子的能量,而np轨道电子的能量低于(n+1)s轨道电子的能量,故A正确;任一电子层的能级数都等于该电子层序数,故B错误;s能级只有一个s轨道,在不同的电子层中所能容纳的最多电子数都是2,故C错误;在多电子原子中,相同电子层上相同类型能级电子的能量相同,例如3px、3py、3pz轨道上的电子能量是相同的,故D错误。1234562.下列说法正确的是(

)A.N电子层中有4s、4p、4d、4f四个能级,共16个轨道,可容纳32种运动状态的电子B.在K电子层中,有自旋相反的两条轨道C.s电子绕核运动,其轨道为球体,而p电子在哑铃形轨道上运动D.M电子层有3s、3p、3d、3f四个能级A123456解析

N电子层中有4s、4p、4d、4f四个能级,各具有1、3、5、7个轨道,每个轨道最多可容纳2个电子,故可容纳32个电子,每个电子的运动状态不同,因此可容纳32种运动状态的电子,A正确;在K电子层中,只有1条轨道,能容纳自旋相反的2个电子,B不正确;s电子绕核运动,其轨道主要是球体,而p电子主要在哑铃形轨道上运动,不过球体、哑铃形轨道外其他区域也会出现电子的运动轨迹,只是出现的概率比较小,C不正确;M电子层只有3s、3p、3d三个能级,故D不正确。1234563.下列有关电子层的说法不正确的是(

)A.在量子力学理论中,用量子数n来描述电子离核的远近,称为电子层B.n的取值为正整数1、2、3、4、5、6等,对应的符号分别为K、L、M、N、O、P等C.n越大表示该电子层上的电子离核的平均距离越远、能量越高D.当n相同时,电子所具有的能量也一定相同D解析

多电子原子中,当n相同时,电子所具有的能量也可能不同,同一个电子层还可以分为若干个能级,如n=2时,有1个s能级和1个p能级,E2s<E2p,D说法错误。123456题组2原子轨道与电子云4.如图是2pz轨道电子云的示意图,请观察图,并判断下列说法中不正确的是(

)A.2pz轨道上的电子在空间出现的概率分布是z轴对称B.图中点密集的地方表明电子出现的机会多C.电子先沿z轴正半轴运动,然后在负半轴运动D.2pz轨道形状为哑铃形C123456解析

由图可知,2pz轨道上的电子在空间出现的概率分布为z轴对称,故A正确;电子云图中的小点的疏密程度表示电子在核外空间出现机会的多少,点密集的地方表明电子出现的机会多,故B正确;电子运动是无规则的,没有固定的轨迹和先后顺序,电子云的疏密程度代表电子