2020高中化学 专题二 原子结构与元素的性质 第一单元 第一课时 原子核外电子的运动讲义+测试（含解析）苏教版选修3.doc

第一课时原子核外电子的运动学习目标1.知道原子核外电子的能层与原子轨道的分布。2.了解原子核外电子的运动特征，知道电子云和原子轨道。自主学习区对应学生用书P006一、人类对原子结构的认识1.卢瑟福原子结构模型(1)卢瑟福根据粒子的散射实验，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”。2.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。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。原子核外电子可以在能量不同的轨道上发生跃迁。3.电子云(1)概念：用小点的疏密来描述电子在原子核外空间出现的机会的大小所得到的图形叫做电子云图。(2)含义用小点代表电子在核外空间区域内出现的机会，用小点的疏密描述电子在原子核外某一区域出现的机会的大小。运动区域离核近，电子出现的机会大；运动区域离核远，电子出现的机会小。二、能层与原子轨道1.能层(电子层)(1)能层的含义多电子的原子中电子的能量是不同的。人们根据电子的能量差异和主要运动区域的不同，认为原子核外电子处于不同的电子层上。(2)能层的表示习惯上人们用英文字母n表示电子层，原子中由内向外的电子层数n依次取1、2、3、4、5等正整数，对应的电子层符号分别为K、L、M、N、O等。(3)各电子层距原子核距离及能量高低关系距离关系：KLMNO能量关系：KLMNO2.原子轨道(1)原子轨道的含义原子轨道是量子力学描述电子在原子核外空间运动的主要区域。(2)原子轨道的类型和形状轨道的类型不同，轨道的形状也不同。几种轨道的具体情况如下：轨道符号(英文字母)spdf轨道形状球形纺形状较复杂，在此不予讨论锤形(3)原子轨道的空间伸展方向形状相同的原子轨道在原子核外空间有不同的伸展方向。几类原子轨道的轨道数(空间伸展方向数)的情况如下：轨道类型轨道数目s1p3(px、py、pz)d5f7(4)原子所处轨道的描述方法为了表明原子核外电子所处的轨道，人们将表示电子层的n和表示原子轨道形状的s、p、d、f结合起来表示原子轨道，如1s、2s、2p(2px、2py、2pz)、3d等。(5)原子轨道的能量高低规律处于相同电子层的原子轨道能量的高低：nsnpndnf。形状相同的原子轨道能量的高低：1s2s3s4s电子层和形状均相同的原子轨道的能量相等，如2px、2py、2pz轨道的能量相等。三、电子自旋状态原子核外电子还存在一种称为“自旋”的运动。原子核外电子的自旋可以有两种不同的状态，通常人们用向上箭头“”和向下箭头“”来表示这两种不同的自旋状态。1.电子云表示的是电子在原子核外运动轨迹吗？提示：电子云表示电子在核外空间某处出现的几率，不代表电子的运动轨迹。2.不同能层中的相同原子轨道最多所容纳的电子数是否相等？提示：相等。不同能层相同原子轨道中所包含的轨道数是一样的，每个轨道中最多容纳的电子数一样，所以不同能层中的相同原子轨道最多所容纳的电子数是相等的。3.决定电子能量高低的因素有哪些？提示：能层：原子轨道符号相同时，能层序数越大，电子能量越高。原子轨道：在同一能层的不同原子轨道中，s、p、d、f轨道的能量依次升高。教师点拨区对应学生用书P007一、能层与原子轨道 1.各能层包含的原子轨道数目和最多可容纳的电子数电子层原子轨道类型原子轨道数目最多可容纳电子数11s1222s,2p4833s,3p,3d91844s,4p,4d,4f1632nn22n22.能层和原子轨道中的三个数量关系(1)能层中的原子轨道类型数能层序数。(2)原子轨道最多容纳的电子数原子轨道中轨道数目的2倍。s、p、d、f轨道所包含的轨道数分别为1、3、5、7，每个原子轨道最多容纳的电子数为其轨道数的2倍。(3)能层最多容纳的电子数2n2个(n代表能层序数)。如在第二能层中有s、p两个原子轨道，s轨道中容纳的电子数最多为122，p轨道中容纳的电子数最多为326，所以第二能层中最多容纳的电子数为268222，所以每一能层最多容纳的电子数是2n2个。特别提醒(1)即使是同一能层中的电子其能量也有差别，故又分为不同的原子轨道，因此电子所具有的能量由能层和原子轨道共同决定。(2)每一能层只能最多填充2n2个电子，而非电子数一定是2n2。练习与实践1.下列说法正确的是(n表示能层序数)()A.各能层含有的原子轨道类型数n1B.各能层的原子轨道都是从s轨道开始至f轨道结束C.不同能层上的s轨道完全相同D.s、p、d、f轨道最多容纳的电子个数依次是2、6、10、14答案D解析A任一能层中，原子轨道类型数能层序数B并不是所有的能层中都有f轨道，如K层只有s轨道，L层有s和p两个原子轨道，M层有s、p、d三个原子轨道C不同能层上的s轨道都是球形，但半径大小不同Ds、p、d、f轨道最多容纳的电子数为其轨道数的2倍2.下列各能层不包含d轨道的是()A.O能层 B.P能层C.M能层 D.K能层答案D解析多电子原子中，同一能层的电子可分为不同的原子轨道，K层只有s轨道，L层有s、p轨道，从M层开始出现d轨道。D符合题意。二、电子云与原子轨道 1.电子及其运动特点体积小、质量轻、带负电；绕核转、运动快、测不准(某时刻的位置和速度)。2.电子云电子在原子核外空间一定范围内出现，可以想象为一团带负电荷的云雾笼罩在原子核周围，所以人们形象地把它叫做电子云。电子云密度大的地方，表明电子在核外空间单位体积内出现的机会多；电子云密度小的地方，表明电子在核外空间单位体积内出现的机会少。即电子云是电子在原子核外运动的概率分布图。3.原子轨道(1)定义常把电子出现的概率约为90%的空间圈出来，这种电子云轮廓图称为原子轨道。(2)原子轨道的形状(如下图)(3)各原子轨道形状及轨道数s轨道都是球形的(原子核位于球心)，ns轨道各有1个轨道。p轨道是纺锤形的，np轨道各有3个轨道(用px、py、pz表示)。nd轨道各有5个轨道，nf轨道各有7个轨道。注意：对原子核外某电子运动状态的描述，必须说明其所在的电子层、原子轨道的类型、原子轨道的伸展方向和电子的自旋状态。这四个方面缺少任何一个，都不能准确描述电子运动的状态。特别提醒(1)如下图所示，是电子在1s轨道的电子云示意图：为了形象地表示电子在原子核外空间的分布状况，人们常用小黑点的疏密程度来表示电子在原子核外出现概率的大小。(2)下图中给出了2s和2p的电子云的轮廓图。练习与实践3.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B.s轨道呈球形，处于该轨道上的电子只能在球壳内运动C.p轨道呈纺锤形，随着能层的增加，p轨道的轨道数也在增多D.p轨道与s轨道的平均半径都随能层序数的增大而增大答案D解析A电子云表示电子在核外某一区域出现的概率B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机会大，在此空间区域外出现的机会少C无论能层序数n如何变化，每个p轨道都有3个轨道且相互垂直D电子的能量越高，电子在离核越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4.下列原子轨道中轨道数为5的是()A.s轨道 B.p轨道C.d轨道 D.f轨道答案C解析s、p、d、f轨道中轨道数分别为1、3、5、7。方法规律电子云图中黑点的意义电子云图中的黑点绝无具体数目的意义，而有相对多少的意义。单位体积内黑点数目较多(黑点密度较大)，表示电子在该空间的单位体积内出现的机会相对较大；单位体积内黑点数目相对较少(黑点密度较小)，表示电子在该空间的单位体积内出现的机会相对较小。电子的运动无宏观物体那样的运动规律，但有它自身的规律。本课小结学习效果检测对应学生用书P0091.下列叙述正确的是()A.原子轨道就是电子层B.每个能层最多可容纳的电子数是2n2C.同一能层中的不同原子轨道的能量高低相同D.不同能层中的s轨道的能量高低相同答案B解析能层才是电子层；同一能层中的不同原子轨道的能量高低的顺序是EnsEnpEndEnf；不同能层，原子轨道符号相同，n越大，能量越高，如E1sE2sE3sE4s。2.下列各能层包含f轨道的是()A.L能层 B.N能层 C.M能层 D.K能层答案B解析多电子原子中，同一能层的电子可分为不同的原子轨道，K层只有s轨道，L层有s、p轨道，M层有s、p、d轨道，从N层开始有f轨道。3.以下原子轨道符号正确的是()A.6s B.2d C.1d D.3f答案A解析原子轨道类型数等于该能层序数：第一能层只有1个原子轨道(1s)，第二能层有2个原子轨道(2s和2p)，第三能层有3个原子轨道(3s、3p、3d)，依次类推。4.关于电子云的下列说法不正确的是()A.s电子绕核旋转，其轨道为一圆圈，而p电子是走字形B.s轨道都是球形轨道C.轨道不同，电子云的形状也不一样D.电子云图是形象地描述电子在空间单位体积内出现概率大小的图形答案A解析A项不正确，因为电子运动并无固定轨道，应改为：s电子在核外运动，电子云图或概率分布呈球形对称，其剖面图是个圆，而p电子云图或概率分布呈纺锤形，其剖面图是形。5.下列叙述中，不属于核外电子的特点的是()A.质量很小 B.运动范围很小C.运动速度很快 D.有确定的运动轨迹答案D解析核外电子的质量极小，仅为质子质量的，约为9.11031 kg；电子在直径为1010 m的空间内做高速运动，运动速度接近光速(3108 ms1)。但不能准确地测定电子在某一时刻所处的位置及运动速度，也不能描绘出它的运动轨迹。6.如果每个轨道只能容纳2个电子，那么L电子层最多可容纳的电子数为()A.3个 B.8个 C.9个 D.18个答案B解析L电子层中有s轨道和p轨道，s轨道有1个原子轨道，p轨道有3个原子轨道，所以L电子层共有4个原子轨道，每个原子轨道容纳2个电子，所以L电子层最多可容纳8个电子。课时作业对应学生用书P0691.下列关于电子层与原子轨道的说法中不正确的是()A.原子核外的每一个电子层最多可容纳的电子数为2n2(n为电子层)B.同一原子中，2p、3p、4p轨道的轨道数目依次增多C.s轨道在不同的电子层中所能容纳的最多电子数是相同的D.1个原子轨道里最多只能容纳2个电子，且自旋方向相反答案B解析np轨道的轨道数目均为3。2.下列原子轨道中最多能容纳电子数为10的是()A.s轨道 B.p轨道 C.d轨道 D.f轨道答案C解析s轨道有1个轨道，最多容纳2个电子；p轨道有3个轨道，最多容纳6个电子；d轨道有5个轨道，最多容纳10个电子；f轨道有7个轨道，最多容纳14个电子。3.某元素原子的核外有三个能层，最外能层有4个电子，该原子核内的质子数为()A.14 B.15 C.16 D.17答案A解析原子核外共有三个电子层，最内层只有1s轨道，可容纳2个电子，第二层有2s、2p两个原子轨道，可容纳12328个电子，最外层有4个电子，所以该原子核外有14个电子，又因在原子中核外电子数等于核内质子数，故选A。4.符号为N的能层最多能容纳的电子数为()A.18 B.32 C.50 D.72答案B解析符号为N的能层是第四能层，每一能层最多所能容纳的电子数为2n2，故N层最多能容纳的电子数为24232。5.以下表示氦原子结构的化学用语中，对电子运动状态描述最详尽的是()A.He B. C.1s2 D.答案D解析A项只能表示最外层电子数；B项只表示核外的电子分层排布情况；C项具体到各能层的电子数；而D项包含了能层数、原子轨道数以及轨道内电子的自旋方向，故该项正确。6.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答案D解析在电子云图中，小点并不代表电子，小点代表电子在核外空间区域出现机会的大小，小点的疏密与电子在该区域出现机会的大小成正比。7.3px所代表的含义是()A.px轨道上有3个电子B.第三电子层px轨道有3个伸展方向C.px电子云有3个伸展方向D.第三电子层沿x轴方向伸展的p轨道答案D解析“3px”中，“3”表示第三电子层，“px”表示沿x轴方向伸展的p轨道。8.图a和图b分别是1s电子的概率分布图和原子轨道图。下列有关说法正确的是()A.图a中的每个小黑点表示1个电子B.图b表示1s电子只能在球体内出现C.图b表明1s轨道呈球形，有无数对称轴D.图a中的小黑点表示某一时刻电子在核外所处的位置答案C解析原子轨道只描述了电子出现概率约为90%的空间，B错误；电子云中的小黑点只表示电子在此出现的概率大小，而不表示一个电子，A、D错误。9.多电子原子中，原子轨道能量高低排列错误的是()A.2s3s4s B.2px2py2pzC.3s3p3d D.2px2py2pz答案B解析在多电子原子中，原子轨道的能量与电子所处的电子层及所处的原子轨道的形状有关。当电子层和轨道形状确定时，电子的能量就确定了，电子能量与原子轨道的伸展方向无关，所以B项错误。10.下列说法中正确的是 ()A.因为p轨道是“8”字形的，所以p电子走“8”字形B.电子层数为3时，有3s、3p、3d、3f四个轨道C.氢原子中只有一个电子，故氢原子只有一个轨道D.原子轨道与电子云都是用来形象描述电子运动状态的答案D解析A中p轨道是纺锤形，是说电子出现频率高的“区域”的形状；B中电子层数为3时，共有九个轨道；C中氢原子中有一个电子，但轨道不只有一个，可以存在空轨道。11. 如图是2pz轨道电子云的示意图，则下列说法不正确的是()A.2pz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在单位体积内出现的概率大C.电子先沿z轴正半轴运动，然后再沿负半轴运动D.2pz轨道呈纺锤形答案C解析电子云是描述电子在空间单位体积内出现的概率大小的图形，它并不是电子运动的实际轨迹，C错误；电子云的疏密表示了电子在单位体积内出现的概率大小，点越密集，说明电子在单位体积内出现的概率越大，B正确；p轨道呈纺锤形，D正确。12.下列有关原子轨道和核外电子运动状态的说法中正确的是()A.p轨道呈纺锤形，随着能层的增加，p轨道的轨道数也在增多B.只有在电子层、原子轨道的类型、原子轨道的伸展方向和电子的自旋状态都确定时，电子的运动状态才能确定C.必须在B所述的四个方面都确定时，才能决定组成每一能层的最多轨道数D.原子轨道伸展方向与能量大小有关答案B解析无论能层序数n怎样变化，每个p轨道都是3个轨道，A错误；电子层、原子轨道的类型、原子轨道的伸展方向和电子的自旋状态共同描述电子的运动状态，B正确；每一能层的最多轨道数与电子的自旋状态无关，C错误；原子轨道的伸展方向与能量大小无关，D错误。13.请回答下列与能层(能层序数为n)或原子轨道有关的问题：(1)原子核外电子的每个能层最多容纳的电子个数为_。(2)不同的能层，原子轨道数_，但原子轨道类型数_能层的序数，如K层有1个原子轨道：1s；L层有_个原子轨道：2s和2p；M层有3个原子轨道，分别是_。(3)不同能层的相同原子轨道中最多能容纳的电子数相等，如s、p、d、f最多能容纳的电子个数分别为_。答案(1)2n2(2)不同等于23s、3p、3d(3)2、6、10、1414.有A、B、C、D四种短周期主族元素，它们的原子序数依次增大，其中A元素原子核外电子仅占据一种原子轨道，也是宇宙中最丰富的元素；B元素原子的核外p轨道电子数比s轨道电子数少1；C为金属元素且原子核外p轨道电子数和s轨道电子数相等；D元素的原子核外所有p轨道全满或半满。(1)写出四种元素的元素符号：A_；B_；C_；D_。(2)写出B、C两种元素的单质在一定条件下反应的化学方程式：_。(3)写出B元素的单质和氢化物的电子式：单质：_；氢化物：_。答案(1)HNMgP(2)N23MgMg3N2(3) 解析A元素应为H；由“B元素原子的核外p轨道电子数比s轨道电子数少1”可知B元素为N；由“C为金属元素且原子核外p轨道电子数和s轨道电子数相等”可知C元素为Mg；由“D元素的原子核外所有p轨道全满或半满”可知，D元素为P。15.下表给出了五种元素的相关信息，其中A、B、C、D为短周期元素。元素相关信息A在常温、常压下，其单质是气体，随着人类对环境的认识和要求的提高，它将成为备受青睐的清洁燃料B工业上通过分离液态空气获得其单质，其某种同素异形体是保护