2018_2019学年高中化学第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教案鲁科版选修3.docx

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.知道描述核外电子运动状态的量子数的含义。2.学会用四个量子数描述原子核外电子排布的方法。3.理解电子云的概念。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；等等。3原子轨道原子中的单个电子的空间运动状态用原子轨道来描述。当n1时，有1个原子轨道，记作1s；当n2时，有4个原子轨道，记作2s、2px、2py、2pz；当n3时，有9个原子轨道，记作3s、3px、3py、3pz，此外还有5个d轨道；等等。具体见下表。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”实际上，在核外运动的电子还存在一种称之为“自旋”的量子化运动。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。提醒(1)任一电子层的能级总是从s能级开始，而且能级数等于电子层数。(2)每个电子层中原子轨道总数为n2个。归纳总结原子核外电子运动状态的描述(1)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。(2)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。(3)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。(4)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。活学活用1下列叙述正确的是()A能级就是电子层B每个电子层最多可容纳的电子数是2n2C同一电子层中的不同能级的能量高低相同D不同电子层中的s能级的能量高低相同答案B解析能级又叫电子亚层，能层才是电子层；同一电子层中的不同能级的能量高低的顺序是EnsEnpEndEnf；不同电子层，能级符号相同，n越大，能量越高，如E1sE2sE3sE4s。2下面有关“核外电子的运动状态”的说法，错误的是()A各原子轨道的伸展方向种数按p、d、f的顺序分别为3、5、7B只有在电子层、原子轨道、原子轨道伸展方向及电子的自旋方向都确定时，才能准确表示电子的运动状态C同一个原子的原子核外可能有两个电子的运动状态是相同的D原子轨道伸展方向与能量大小是无关的答案C解析p、d、f轨道的伸展方向种数分别为3、5、7种；原子核外电子的运动状态由电子层、原子轨道、原子轨道伸展方向及电子的自旋方向4个方面确定；同一个原子的原子核外不可能有任何两个电子的运动状态是完全相同的；相同原子轨道的不同伸展方向能量相同。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(9.11031kg)，带负电荷；(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(3.0108ms1)。2电子在核外空间做高速运动，不能确定具有一定运动状态的核外电子在某个时刻处于原子核外空间何处，只能确定它在原子核外各处出现的概率，得到的概率分布图看起来像一片云雾，因而被形象地称作电子云。(1)制作电子云轮廓图是为了表达电子云轮廓的形状，对核外电子的空间状态有一个形象化的简单描述。如氢原子核外电子的电子云轮廓图的绘制：(2)电子云轮廓图的形状：s能级的电子云轮廓是球形，p能级的电子云轮廓是哑铃形。3几种原子轨道的图像图1给出的是1s原子轨道、2s原子轨道和3s原子轨道的示意图，图2给出的是同能级中三个p原子轨道的示意图。原子轨道示意图可归纳如下：(1)s原子轨道在三维空间分布的图形是球形。即s原子轨道具有球形对称性。量子数n不同时，s原子轨道的形状相同、大小不同，1s2s3s(2)p原子轨道在三维空间分布的特征是，三个p原子轨道分别相对于x、y、z轴对称，轨道的形状为相同大小的哑铃(或纺锤)形。即三个p原子轨道都是相同大小的、具有轴对称性的哑铃形，它们分别沿x、y、z轴三个相互垂直的方向伸展。量子数n不同时，p原子轨道的形状相同、大小不同，2p3p4p3s2s答案D解析电子云是对电子运动的形象化描述，小黑点的密集程度表示电子在该处出现的机率的大小。核外电子运动不可描画轨迹，原子轨道是指一定能量的电子运动的主要空间区域。由以上概念可知A、B项都不正确；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；电子层序数大，则它的各种轨道伸展程度都变大，即电子运动离核平均距离就远，D项正确。2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，选项A、C、D不正确。3下列原子轨道中，可容纳电子最多的是()A6sB4pC3dD7s答案C4.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。5回答下列问题：(1)n2的电子层有_个能级，分别用符号_表示。(2)n4的电子层有_种原子轨道，最多容纳的电子数是_。(3)基态Cl核外电子的运动状态共_种。(4)符号2px的意义是_。答案(1)22s、2p(2)432(3)18(4)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40分钟课时作业基础过关一、原子核外电子运动的规律特点1对原子核外的电子运动描述方法正确的是()A根据一定的数据计算出它们某一时刻所在的位置B用一定仪器测定或描述出它们的运动轨迹C核外电子的运动有确定的轨道D核外电子的运动根本不具有宏观物体运动规律，只能用统计规律来描述答案D解析核外电子的运动根本不具有宏观物体运动规律，只能用统计规律来描述。我们不能测定或计算出它在某一时刻所在的位置，也不能描画它的运动轨迹。2图1和图2分别是1s电子的概率分布图和电子云的轮廓图。下列有关认识正确的是()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电子云轮廓图呈圆形，有无数对称轴D图1中的小黑点的疏密表示电子在核外空间某处单位体积内出现的概率的大小答案D二、原子核外电子运动状态的描述3下列电子层中，包含有f轨道的是()AK电子层BL电子层CM电子层DN电子层答案D解析K电子层只含有1s轨道；L电子层含有2s、2p两种轨道；M电子层含有3s、3p、3d三种轨道；N电子层含有4s、4p、4d、4f四种轨道。4在1s、2px、2py、2pz轨道中，具有球对称性的是()A1sB2pxC2pyD2pz答案A解析1s轨道和2p轨道的图像分别为由图像可看出，呈球对称性的为1s原子轨道。5符号为M的电子层最多容纳的电子数为()A8B18C32D50答案B解析符号为M的电子层是第三电子层，每一电子层最多容纳的电子数为2n2，故M电子层上最多容纳的电子数为23218个。6下列有关电子云和原子轨道的说法中正确的是()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Bs能级原子轨道呈球形，处于该轨道上的电子只能在球壳内运动Cp能级原子轨道呈哑铃形，随着能层的增加，p能级原子轨道也在增多Dp能级原子轨道与s能级原子轨道的平均半径都随能层序数的增大而增大答案D解析电子云表示电子在核外某一区域出现的概率，故A选项错误；原子轨道是电子出现概率约为90%的电子云空间，只是表明电子在这一空间区域内出现的概率大，在此空间区域外出现的概率少，故B选项错误；无论能层序数n如何变化，每个p能级都有3个原子轨道且相互垂直，故C选项错误；电子的能量越高，电子在离核更远的区域出现的机会越大，电子云将向更大的空间扩展，原子轨道半径会逐渐增大。三、原子核外电子能量高低比较7在含有多个电子的原子里，能量高的电子()A只在离核近的区域运动B只在离核远的区域运动C在离核近的区域出现的概率大D在离核远的区域出现的概率大答案D8在同一个原子中，M电子层上的电子与Q电子层上的电子的能量()A前者大于后者B后者大于前者C前者等于后者D无法确定答案B解析在同一个原子中，电子层的能量由低到高的顺序是KLMNOPQ，故B正确。9有下列四种轨道：2s、2p、3p、4d，其中能量最高的是()A2sB2pC3pD4d答案D解析同一电子层上轨道能量：nsnpndnf。形状相同的原子轨道能量：1s2s3s4s，2p3p4p5p另外在多电子原子中，电子层和能级均相同的原子轨道的能量相等，如3px、3py、3pz轨道的能量相等。10比较下列多电子原子的原子轨道的能量高低。(1)1s_2s；(2)2s_2p；(3)3px_3py；(4)3d_4d；(5)3p_2p。答案(1)(2)(3)(4)(5)能力提升11下列说法正确的为()A只用n、l，就能确定一个原子轨道B原子轨道的能量在任何原子中都必须取决于n、lC要描述一个电子的运动状态必须用四个量子数n、l、m和msD对于碳原子来说，由于原子核外有六个电子，所以可以找到四个量子数完全相同的情况答案C解析原子轨道由n、l、m三个量子数确定，描述一个电子的运动状态必须由n、l、m和ms四个量子数确定，同一个原子中不可能有四个量子数完全相同的电子存在。12现代科学研究发现：电子在核外空间所处的位置及其运动速率不能同时准确测定。为了描述核外电子的运动情况，现代量子力学采用了统计的方法，即对1个电子多次行为或多电子的一次行为进行总的研究。右图是对氢原子核外1个电子数以百万次的运动状态统计而得，人们形象化地称之为电子云(呈三维对称)。请回答下列问题：(1)从图中数百万次运动状态的统计结果，你能得出什么结论？_。(2)离核越近，电子的能量越_；离核越远，电子的能量越_。(3)有关氢原子电子云图的说法正确的是()A黑点密度大，电子数多B黑点密度大，单位体积内电子出现的概率大C电子云图是对电子运动无规律性的描述D电子云图描述了电子运动的客观规律答案(1)距原子核越近，电子出现的机会越多；距原子核越远，电子出现的机会越少(2)低高(3)BD解析电子云中的小黑点，单独看小黑点没什么实际意义，但从黑点密度的大小上才能说明电子在该区域出现的概率大小。(1)从统计的结果中分析，距离原子核越近，电子出现的机会越多；距离原子核越远，电子出现的机会越少。(3)电子运动虽然没有宏观物体那样的运动规律，但也有