鲁科版高中化学选择性必修2第1章第1节第2课时量子力学对原子核外电子运动状态的描述基础课课件

第2课时量子力学对原子核外电子运动状态的描述(基础课)第1章原子结构与元素性质第1节原子结构模型素养目标1．认识核外电子的运动特点。2．知道电子的运动状态(空间分布及能量)可通过原子轨道和电子云模型来描述。旧知回顾1．电子层与电子能量的关系电子层数1234567电子层符号KLMNOPQ电子能量旧知回顾2．电子层上的电子数(1)每层最多容纳的电子数是2n2(n代表电子层数)。(2)最外层所能容纳的电子不超过8个(K层为最外层时不超过2个)，次外层不超过18个。必备知识自主预习1．原子轨道(1)电子层将量子数n所描述的____________称为电子层。分层标准电子离核的远近n的取值123456…符号____________…能量________离核________电子运动状态KLMNO逐渐升高越来越远P(2)能级：在同一电子层中，电子所具有的能量可能____，所以同一电子层可分成不同的____，用______________等来表示。想一想电子层数与能级数之间有何关系？提示：电子层数＝能级数，如当n＝3时有3个能级。不同能级s、p、d、f(3)原子轨道概念单个电子的空间运动状态各能级上对应的原子轨道数nsnpndnf____想一想电子层数与原子轨道数之间有何关系？提示：电子层为n的状态含有n2个原子轨道。1357(4)自旋状态在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。两

空间图形

3．电子在核外的空间分布(1)电子云图：描述电子在核外空间某处单位体积内的________的图形。(2)意义：点密集的地方，表示电子在此处单位体积内出现的______；点稀疏的地方，表示电子在此处单位体积内出现的______。概率分布概率大概率小关键能力情境探究

核外电子运动状态的描述1．钠原子中处于n＝4的电子跃迁到n＝3的状态时，为什么在高分辨光谱仪上看到的不是一条谱线，而是两条谱线？提示：多电子原子光谱中原有的谱线之所以能分裂为多条谱线，可能是量子数n标记的核外电子运动状态包含多个能量不同的“轨道”，电子在不同能量的“轨道”之间跃迁时产生的谱线就会增多。2．符号ns、npnd、nf代表的含义是什么？提示：n表示电子层，s、p、d、f表示能级符号。3．如何比较原子中电子的能量高低？提示：在多电子原子中，电子填充原子轨道时，原子轨道能量的高低存在如下规律：①相同电子层上原子轨道能量的高低：ns＜np＜nd＜nf。②不同电子层、形状相同的原子轨道能量的高低：1s<2s＜3s；2p＜3p<4p。③相同电子层、形状相同的原子轨道能量的高低：2px＝2py＝2pz。[归纳总结]1．电子层、能级和原子轨道之间的关系量子数(电子层)1234…n电子层符号KLMN…

能级符号1s2s2p3s3p3d4s4p4d4f…

能级中轨道数1131351357…

电子层中轨道数14916…n2电子运动状态种数281832…2n22．不同原子轨道能量大小的关系[能力达成]1．(双选)可正确表示原子轨道的是(

)A．2s

B．2d

C．3p

D．3fAC

[第二电子层中包括s、p能级，第三电子层中包括s、p、d能级，所以L层不存在2d轨道，M层不存在3f轨道，综上所述，A、C项可正确表示原子轨道，故选AC。]√√2．(双选)下列各组多电子原子的原子轨道能量高低比较中，错误的是(

)A．2s<2p B．3px<3pyC．3s<3d D．4s>4pBD

[同一电子层上原子轨道的能量高低为ns<np<nd，A、C正确，D错误；同一能级上各原子轨道的能量相同，3px＝3py，B错误。]√√[情境探究]电子处在1s轨道的电子云图，如图1。原子轨道的图形描述和电子在核外的空间分布电子处在2p轨道的电子云图，如图2。1．由上图可知s、p轨道分别是什么形状？提示：s轨道为球形，p轨道为哑铃形。2．电子云图上的小黑点代表电子本身吗？提示：电子云图上的小黑点是指电子在原子核外出现的概率分布的形象描述，不是电子本身，小黑点越密，表明概率越大。3．2px轨道的图形描述是p原子轨道在空间的分布沿x方向，是否表示电子沿着“∞”形围绕原子核运动？提示：电子绕原子核运动是无规律的，没有确定的轨道。这里说的轨道形状表示原子轨道在三维坐标系中的分布情况，而不表示电子运动的轨迹。[归纳总结]1．原子轨道及其图形描述(1)s能级是球形对称的，s能级中只有1个原子轨道，电子层数越大，原子轨道半径越大。这是由于1s、2s、3s…轨道能量依次增高，电子离核越远，电子云扩展空间逐渐增大。(2)p能级呈哑铃形，有3个原子轨道，在空间分别向x、y、z三个方向伸展，每个p能级的3个原子轨道相互垂直，记作px、py、pz，能级的原子轨道的平均半径也随电子层数的增大而增大；d能级有5个伸展方向不同的轨道；f能级有7个伸展方向不同的轨道。2．电子云：电子运动不能用牛顿运动定律来描述，只能用统计的观点来描述。我们不可能像描述宏观运动物体那样，确定一定状态的核外电子在某个时刻处于原子核外的空间位置，而只能确定它在原子核外各处出现的概率。概率分布图看起来像一片云雾，被形象地称为电子云。[能力达成]1．(双选)下列说法正确的是(

)A．s能级和p能级的原子轨道形状不同B．每个p能级都有6个原子轨道C．s能级的原子轨道半径与电子层数有关D．钠原子的电子在11个原子轨道上高速运动√√AC

[s轨道为球形，p轨道为哑铃形，A项正确；每个p能级只有3个原子轨道，B项错误；电子层数越小，s能级的原子轨道半径越小，C项正确；钠原子的电子在6个原子轨道上高速运动，D项错误。]2．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相对于z轴对称B．s电子的电子云形状是球形对称的C．电子先沿z轴正半轴运动，然后再沿负半轴运动D．2px轨道能量与2pz轨道能量相同√C

[电子云是电子在一定区域内出现概率大小的图形，它并不是电子运动的实际轨迹(或轨道)，C错；s轨道是球形对称的，s电子的电子云是球形对称的，B对；观察题图可知A对；2p三个轨道的能量相同，D对。][教材链接][教材联想·质疑]原子核外电子的运动状态还存在着玻尔原子结构模型未能描述的其他量子化现象：能级、轨道等。(1)下图是某原子核外第二电子层的原子轨道示意图，请填写对应的符号：①______

②______

③______

④______2s2py

2pz2px(2)3d能级中原子轨道所在的电子层数是________，该能级的原子轨道最多可以有________个空间伸展方向，最多可容纳________个电子。(3)下列能级原子轨道数为5的是________(填字母)。A．s能级 B．p能级C．d能级 D．f能级3510C[解析]

(1)电子层数为2时，有2s、2px、2py、2pz四个原子轨道。(2)3d能级中，n＝3表示所在电子层为M层，该能级有5个原子轨道，表示原子轨道有5种伸展方向，每个原子轨道最多容纳2个电子，所以3d能级最多容纳10个电子。(3)s、p、d、f能级中的轨道数目分别为1、3、5、7。学习效果随堂评估1．符号“2p”没有给出的信息是(

)A．能级B．电子层C．电子云形状D．电子云在空间的伸展方向243题号15√D

[2p表示原子核外第二电子层中的p能级，电子云形状为哑铃形，其中p能级应有3个不同伸展方向的原子轨道，可分别表示为px、py、pz，“2p”符号没有表示出电子云在空间的伸展方向，D项正确。]243题号152．下列说法正确的是(

)A．同一个电子层中，s能级的能量总是大于p能级的能量B．2s原子轨道半径比1s大，说明2s的电子云中的电子比1s的多C．第二电子层上的电子，不论在哪一个原子轨道上，其能量都相等D．N电子层的原子能级和原子轨道数分别为4和1623题号145√D

[A．同一电子层中，s能级的能量小于p能级的能量，故A错误；B．2s原子轨道半径比1s大，说明2s电子在离核更远的区域出现的概率比1s电子的大，故B错误；C．当电子在同一电子层的不同能级上时，其能量不相同，故C错误；D．对于N电子层，n＝4，其能级数为4，轨道数为1＋3＋5＋7＝16，故D正确。]23题号1453．(双选)下列关于原子的结构与性质说法错误的是(

)A．电子自旋与Na原子光谱呈现双线无关B．从空间角度看，2s轨道大于1s轨道，其空间包含了1s轨道C．原子轨道是指原子运行的轨道D．同一原子的电子层数越低，电子云越集中23题号415√√AC

[A．金属钠光谱的双线结构是光谱线的精细结构，产生的原因与电子的自旋有关，故A错误；B．从空间角度看，s轨道是球形，2s轨道比1s轨道大，其空间包含了1s轨道，故B正确；C．原子轨道不是原子运行的轨道，是对原子中单个电子空间运动状态的描述，故C错误；D．同一原子的电子层越低，电子云越集中，故D正确。]23题号4154．下列说法正确的是(

)①原子中处于第三电子层的电子跃迁到第二电子层时需要辐射能量②M电子层可以有s、p、d、f能级③2px表示有2个px轨道④在一个原子中，不可能出现运动状态完全相同的两个电子⑤2s电子云有两种空间取向A．①②③ B．①④C．②⑤ D．③④⑤243题号15√B

[②M电子层有s、p、d能级，②错误；③2px表示1个2px轨道，③错误；⑤2s电子云是球形对称的，⑤错误。]5．