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要求1.理解四个量子数(n、l、m、ms)的含义。2.能用四个量子数(n、l、m、ms)描述核外电子的运动状态。3.了解原子轨道和电子云的含义。素养目标通过原子轨道和电子云模型能描述电子的运动状态。 知 识 梳 理一、原子轨道1.电子层（n）分层标准电子离核的远近n的取值1234567符号KLMNOPQ能量由低到高离核由近到远2.能级在同一电子层中，电子所具有的能量可能不同，所以同一电子层可分成不同的能级，用s、p、d、f等表示。3.原子轨道（1）概念：原子中的单个电子的空间运动状态。（2）n值所对应的能级和原子轨道的情况：n（电子层）能级种类原
2、子轨道取值符号符号符号数目1Ks1s12Ls2s1p2px、2py、2pz33Mzs3s1p3px、3py、3p3d54Ns4s1p4px、4py、4pz3d5f74.自旋运动状态处于同一原子轨道上的电子自旋运动状态只有2种，分别用符号“”和“”表示。二、原子轨道的图形描述和电子云1.原子轨道的图形描述（1）描述对象：原子中单个电子的空间运动状态。（2）表示方法：将原子轨道的空间分布在直角坐标系中表示出来。（3）图形形状：s轨道为球形，具有球对称性；p轨道为哑铃形，并分别相对于x、y、z轴对称，可表示为px、py、pz。（4）意义：表示原子轨道的空间分布。2.电子云（1）概念：描述电子在空间单
3、位体积内出现的概率大小的图形称为电子云图。（2）方法：用单位体积内小点的疏密程度来表示电子在原子核外单位体积内出现概率的大小。自 我 检 测1判断正误，正确的打“”；错误的打“”。(1)第三电子层有s、p共2个能级()(2)3d能级最多容纳5个电子()(3)第三电子层最多容纳8个电子()(4)任一电子层的s能级最多容纳的电子数均为2()(5)s能级的能量一定比p能级的低()(6)3p2表示3p能级只能填充两个电子()(7)同一原子中，1s、2p、4p电子的能量逐渐降低()(8)同一原子中，2p、3p、4p电子的能量逐渐升高()(9)各能级最多可容纳的电子数按s、p、d、f的顺序依次为1、3、5
4、、7的2倍()答案(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)(8)(9)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都不正确。3下列说法正确的是( )A一个原子轨道上只能有1个电子B处在同一原子轨道上的电子运动状态完全相同C处在同一电子层上的电子(基态)能量一定相同D处
5、在同一能级中的电子(基态)能量一定相同答案D解析同一原子轨道上最多容纳2个电子，并且自旋方向相反，A、B均不正确；电子的能量由主量子数n和角量子数l共同决定，同一电子层(n相同)，根据能量的不同又分为不同的能级(l不同)，所以同一电子层不同能级上的电子的能量不同，C不正确；处在同一能级中的电子主量子数n、l相同，所以能量相同，D正确。学习任务一、电子层、能级、原子轨道【深度思考】1每个电子层上的能级数目与电子层序数n有什么关系？是不是每个电子层上都有s、p、d、f能级？提示电子层上的能级数目电子层序数n，因此并不是所有的电子层都有s、p、d、f能级。2总结每个电子层(n表示)最多容纳的电子数是
6、多少？提示K层有1个轨道，每个轨道最多容纳2个电子，所以K层最多容纳2个电子；L层有4个轨道，最多容纳8个电子；同理，M层最多容纳18个电子；N层最多容纳32个电子，以此类推，每层最多容纳的电子数为2n2个。3在同一电子层的同一能级上运动的电子，其运动状态相同吗？提示不相同，同一能级上运动的电子所处的轨道不一定相同，即使是同一原子轨道，电子的自旋运动状态有2种，运动状态也不同，故同一原子的各电子的运动状态都不同。【名师点拨】1电子层、能级、原子轨道之间的关系量子数n符号能级原子轨道能级数目能级种类原子轨道符号原子轨道数原子轨道总数n1K1s1s11n2L2s2s14p2p3n3M3s3s19p
7、3p3d3d5nnn2关键提醒(1)一个原子轨道上最多容纳2个电子，且运动状态不同。(2)任一电子层的能级总是从s能级开始，而且能级数电子层数。(3)每个电子层(n)中，原子轨道总数为n2个，核外电子的运动状态共有2n2种。2不同原子轨道能量大小关系(1)相同电子层不同能级的原子轨道能量：nsnpndnf。(2)不同电子层中同一能级的原子轨道能量：1s2s3s4s，2p3p4p。(3)相同电子层和相同能级的各原子轨道能量相等，例如：2px2py2pz。关键提醒(1)原子核外电子的能量取决于电子层和能级。(2)一般离核越近的电子具有的能量越低。【典例1】下列各电子层中不包含d能级的是()AN电子
8、层BM电子层CL电子层DO电子层解析第1电子层只有1个能级(1s)，第2电子层有2个能级(2s和2p)，第3电子层有3个能级(3s、3p和3d)，依次类推。前两个电子层没有d能级，从第3电子层才开始出现d能级。答案C解题反思每个电子层都有s能级。第2电子层开始才有p能级，第3电子层开始才有d能级。【变式训练1】下列叙述正确的是( )A各电子层的原子轨道数按s、p、d的顺序分别为1、3、5B各电子层的能级都是从s能级开始到f能级结束C各电子层含有的能级数为n1D各电子层含有的原子轨道数为2n2答案A解析各能级的原子轨道数取决于原子轨道在空间的分布情况，s、p、d能级分别含有1、3、5个原子轨道，
9、A正确；各电子层的能级都是从s能级开始，但能级数等于电子层数，不一定到f能级结束，B、C不正确；各电子层含有的原子轨道数为n2个，D不正确。解题反思第n电子层有n个能级，n2个原子轨道，最多容纳2n2个电子。【变式训练2】下列原子轨道中，可容纳电子数最多的是( )A5dB6p C4fD7s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、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。学习任务二、原子轨道的图形描述和电子云【深度思考】1结合电子云和原子轨道的知识，回答下列问题：(1)在电子云图中，每个小点代表1个电
10、子吗？小点的疏密表示电子的多少吗？提示不代表1个电子。小黑点的疏密表示电子在原子核外单位体积内出现的概率的大小，而不是表示电子的多少。(2)电子在原子核外出现的概率有什么规律？提示离核越近，电子出现的概率越大，电子云越密集。如2s电子云比1s电子云疏散。(3)不同电子层的同种能级的原子轨道形状是否完全相同？提示不同电子层的同种能级的原子轨道形状相似，但不完全相同。只是原子轨道的半径不同，能级序数n越大，电子的能量越大，原子轨道的半径越大。例如1s、2s、3s轨道均为球形，原子轨道半径：r(1s)r(2s)r(3s)。2对氧原子的2px、2py、2pz，有以下不同的说法，你认为正确吗？(1)它们
11、是同一原子轨道(2)电子云的形状不相同(3)电子云在空间的伸展方向相同(4)它们的能量不相同提示都不正确。因为主量子数n决定电子层，主量子数n和角量子数l共同决定原子轨道的能量，磁量子数m决定电子云的伸展方向。2px、2py、2pz的n、l相同，m不相同，它们表示的是主量子数为2，分别沿x轴、y轴、z轴伸展的三个p轨道，电子云的形状都是哑铃形，空间的伸展方向互相垂直，且能量相同。【名师点拨】1电子云(1)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。(2)离核越近，电子出现的概率越大，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。(3)s
12、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(1)不同电子层的同种能级的原子轨道形状相似，只是半径不同。电子层序数n越大，原子轨道的半径越大。(2)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。(3)原子轨道数与电子层序数(n)的关系是原子轨道数为n2个。关键提醒量子力学中的轨道含义与玻尔轨道的含义完全不同，原子轨道不能理解成圆周轨道，也不能理解成电子的实际运动轨道。【典例2】下列对核外电子运动状态的描述正确的是()A电子的运动与行星的运动相似，围绕原子核在固定的轨道上高速旋转B电子层数为3时，有3s
13、、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在同一能级上运动的电子，其运动状态肯定不同解析A项，质量很小的电子在做高速运动时，其运动规律跟普通物体不同，电子没有确定的运动轨道；B项，第3电子层只有3s、3p、3d三个能级，而3s能级有1个轨道、3p能级有3个轨道、3d能级有5个轨道，故第3电子层有9个轨道；C项，氢原子中只有1个电子，在1s轨道上运动，但还存在其他空轨道；D项，电子的运动状态与电子层、能级和自旋运动状态有关，在同一原子内部没有两个电子存在完全相同的运动状态。答案D【解题反思】电子的运动状态由四个量子数(n、l、m、ms)共同决定，同一原子内部没有两个
14、完全相同运动状态的电子。【变式训练3】下列有关电子云和原子轨道的说法正确的是()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能级的原子轨道呈球形，处在该轨道上的电子只能在球壳内运动Cp能级的原子轨道呈哑铃形，随着电子层的增加，p能级原子轨道也在增多D与s原子轨道相同，p原子轨道的平均半径随电子层的增大而增大答案D解析电子云是对电子运动的形象化描述，它仅表示电子在某一区域内出现的概率，并非原子核真被电子云雾所包裹，A错；原子轨道是电子出现的概率约为90%的空间轮廓，它表明电子在这一区域内出现的机会大，在此区域外出现的机会小，B错；无论电子层序数n怎样变化，每个p能级都有3个原子轨道
15、且相互垂直，C错；由于按2p、3p的顺序，电子的能量依次增高，电子在离核更远的区域出现的概率逐渐增大，电子云越来越向更大的空间扩展，原子轨道的平均半径逐渐增大。【变式训练4】观察2pz轨道电子云示意图(如图所示)判断，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；电子云中的小点疏密程度代表电子出现概率的大小，所以点密集的地
16、方表明电子出现的概率大，B正确；图示中，电子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。1下列有关核外电子运动状态的说法正确的是()A原子轨道图形与电子云都是用来形象描述电子运动状态的B原子轨道可用来描述核外电子的运动轨迹C第3电子层有3s、3p、3d三个轨道D氢原子只有1个电子，故氢原子只有一个轨道答案A解析原子轨道图形与电子云都是用来形象描述电子运动状态的，本质是相同的，A正确。原子轨道可用来描述原子中单个电子的空间运动状态，只能描述核外电子高频出现的“区域”，而不能描述核外电子运动的轨迹，B不正确。第3电子层有3
17、s、3p、3d三个能级，分别有1、3、5个轨道，第3电子层共有9个轨道，C不正确。氢原子像其他原子一样，可以有多个电子层，电子层又分若干个能级和轨道，只是在通常条件下，氢原子的这一个电子处于能量最低的1s轨道，当电子从外界吸收能量后，氢原子的这个电子可以跃迁到能量较高的轨道，D不正确。2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)可正确表示原子轨道的是_(填字母)。A2sB2d C3pD3f(4)基态Cl核外电子的运动状态共_种。(5)基态Si原子中，电子占据的最高电子层符号为_
18、，该电子层具有的原子轨道数为_，电子数为_。答案(1)2248(2)2s、2px、2py、2pz (3)A(4)18(5)M94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)L电子层只有2s、2p能级，M电子层只有3s、3p、3d能级，3px、3py、3pz才可表示原子轨道，故选A。(4)Cl有18个电子，每个电子运动状态不同，共18种运动状态。(5)根据核外电子排布规律，能量高的在离核远的电子层运动，基
19、态Si原子有K、L、M三个电子层，电子占据的最高电子层为M层。该层有1个3s轨道、3个3p轨道和5个3d轨道共9个轨道，Si原子M层有4个电子。3观察1s轨道电子云示意图，判断下列说法正确的是() A一个小点表示1个自由运动的电子B1s轨道的电子云形状为圆形的面C电子在1s轨道上运动像地球围绕太阳旋转D1s轨道电子云小点的疏密表示电子在某一位置出现概率的大小答案D解析由图可知，处于1s轨道上的电子在空间出现的概率分布呈球形对称，电子在该区域出现的概率大，不是在面上或内部，而是在整个区域。图中的小点不表示电子，而表示电子在此位置出现概率的大小。课时作业基础练1下列电子层中，原子轨道的数目为4的是
20、( )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下列电子层中，包含有f能级的是( )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能级；L电子层含有2s、2p能级；M电子层含有3s、3p、3d能级；N电子层含有4s、4p、4d、4f能级。3下列说法中正确的是()A电子云通常是
21、用小黑点来表示电子的多少B处于最低能量的原子叫基态原子C能量高的电子在离核近的区域运动，能量低的电子在离核远的区域运动D电子仅在激发态跃迁到基态时才会产生原子光谱答案B解析A项，电子云通常用小黑点表示单位体积内电子出现概率的大小；C项，电子离核由近到远，能量由低到高；D项，电子在基态跃迁到激发态时也会产生原子光谱。4以下能级符号错误的是( )A2sB2p C3fD3d答案C解析n3时，有3s、3p、3d能级，没有3f能级。5下列说法中正确的是()A1s电子云呈球形，表示电子绕原子核做圆周运动B电子云图中的小黑点密度大，说明该原子核外空间电子数目多Cns能级的原子轨道示意图可表示为D3d3表示3
22、d能级有3个轨道答案C解析s电子云呈球形，表示电子主要在以原子核为中心的圆球范围内运动，而不是做圆周运动；电子云中小黑点的疏密程度仅表示电子在此区域出现的概率的大小；3d3表示M层d轨道上有三个电子。6原子核外电子的运动情况是化学学科的研究对象，下列关于电子运动规律的叙述中合理的是()A核外电子在核外高速运动，不能同时准确地测定其速度和位置B电子在核外运动时有确定的轨道和轨迹，电子云就是对其运动轨迹的准确描述C量子力学中，n值决定电子能量，一般而言n值越大，电子离核越远，电子能量越低D玻尔理论能成功地解释钠原子的黄光谱线为双线结构的实验事实答案A解析电子运动的特点决定了人们不能同时确定电子的运
23、动速度和位置，故A对；电子云是从概率上描述电子运动情况的，其点的疏密只反映了电子在相关区域出现概率的大小，不是电子的真实轨迹的图象，故B错；n越大，离核越远，能量越高，故C错；玻尔理论仅能解释简单原子的光谱，对于多电子原子的光谱需要用量子力学理论解释，故D错。7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
24、的s能级容纳的最多电子数都是2个；D项中1个原子轨道里容纳的2个电子的自旋方向应相反。8对钠原子的第3电子层的p轨道3px、3py、3pz间的差异，下列几种说法中正确的是( )A它们是同一条轨道B电子的能量相同C电子云在空间的伸展方向相同D电子云形状不同答案B解析3px、3py、3pz表示的是主量子数相同，沿x轴伸展的p轨道、沿y轴伸展的p轨道和沿z轴伸展的p轨道；这3个原子轨道电子云的形状相同，都是哑铃形，电子云在空间的伸展方向互相垂直，且能量相同。9量子力学原子结构模型中的原子轨道是描述核外电子的空间运动状态。下列关于原子轨道的叙述中错误的是()A原子轨道就是原子核外电子运动的轨道，这与宏
25、观物体运动轨道的含义相同B第n电子层上共有n2个原子轨道C任意电子层上的p能级都有3个伸展方向相互垂直的原子轨道D处于同一原子轨道上的电子，自旋方向相反答案A解析原子轨道与宏观物体的运动轨道完全不同，它是指电子出现的主要区域，而不是电子运动的实际轨迹，A项错误。10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状态都确定时，电子的运动状态才能被确定下来C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解析原子核外不可能有运动状态相同的两个电子。11
26、填空：(1)符号3px所代表的含义是_(填字母，下同)。A3px轨道上有3个电子B第3个电子层3px轨道有三个伸展方向Cpx电子云有3个伸展方向D第3个电子层沿x轴方向伸展的p轨道(2)基态铝原子核外有_种不同运动状态的电子。(3)O2核外电子的运动状态有_种。(4)对于排布在2s轨道上的电子，不能确定的是_。a电子所在的电子层B电子的自旋方向c电子云的形状D电子云的伸展方向答案(1)D(2)13(3)10(4)b解析(1)3px中，3表示第3电子层，p原子轨道在空间的分布分别沿x、y、z三个方向，px表示沿x轴方向伸展的p轨道。(2)核外13个电子的运动状态各不相同，因此核外有13种不同运动
27、状态的电子。(3)O2核外有10个电子，O2核外有几个电子就有几种运动状态，则O2核外有10种不同运动状态的电子。(4)排布在2s轨道上的电子，在第2电子层的s轨道上，s能级的电子云形状为球形，不能确定电子的自旋方向。素养练12(1)用符号填写电子层所含能级种类：K层：_；L层：_；M层：_；N层：_。(2)用数字填写能级所含原子轨道数目：s：_；p：_；d：_；f：_。(3)比较下列原子轨道的能量高低(填“”)。4s_3s_2s_1s；3px_3py_3pz；4f_4d_4p_4s；1s_2p_3d_4f。答案(1)1s2s、2p3s、3p、3d4s、4p、4d、4f(2)1357(3) 1
28、3(1)处于一定空间运动状态的电子在原子核外出现的概率密度分布可用_形象化描述。(2)下图是某原子核外第2电子层的原子轨道示意图：请填写对应的符号：(3)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。(4)下列能级原子轨道数为5的是_(填字母)。As能级Bp能级 Cd能级Df能级答案(1)电子云(2)2s2py2pz2px(3)3510(4)C解析(1)电子在原子核外出现概率密度分布通常用电子云来形象化地描述。(2)主量子数为2时，有2s、2px、2py、2pz四个原子轨道。(3)3d能级中，n3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。(4)s、p、d、f能级中的轨道数目分别为1、3、5、7。
