1、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，
2、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、2p x、2p y、2p z；当 n3 时，有 9 个原子轨道，记作 3s、3p x、3p y、3p z，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n1 K s 1s 1s 2s 1n2Lp 2p 3s 3s 1p 3p 3n3 Md 3d 5 4.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
3、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(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 ns3s2s5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
4、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
5、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( )A6s B4p C3d D7s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( )A2p z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D2p z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
6、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：6(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)2 2s、2p (2)4 32 (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
7、( )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
8、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。74在 1s、2p x、2p y、2p z轨道中，具有球对称性的是( )A1s B2p xC2p y D2p z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( )A8 B1
9、8 C32 D50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
10、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8C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
11、层的能量由低到高的顺序是 K L M N O P Q，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： ns np nd nf。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、3p y、3p z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)3p x_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( )
12、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。
13、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？_。9(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
14、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，但也有自身的规律，电子云就是人们对电子运动规律的形象描述。拓展探究13(1)如图是 s 能级、p 能级的原子轨道图，试回答问题：s 能级的原子轨道呈_形，每个 s 能级有_个原子轨道；p 能级的原子轨道呈_形，每个 p 能级有_个原子轨道。s 能级原子轨道、p 能级原子轨道的半径与_有关，_越大，原子轨道半径越大。(2)描述一个原子轨道要用_、_、_三个方面。3d 能级中原子轨道的电子层数_，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。答案 (1)球 1 哑铃 3 电子层序数 电子层序数(2)电子层 能级 空间伸展方向 3 5 10
