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1、第2课时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
2、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n1Ks1s1n2Ls2s1p2p3n3Ms3s1p3p3d3d54.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、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
3、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，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
4、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。(2
5、)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
6、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，它们互相垂直，分别以px、py、pz表示。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
7、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
8、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()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
9、、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
10、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
11、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)2248
12、(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
13、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。2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同，且具有的能级依次为s、p、d、
14、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
