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)电子层、能级、原子轨道和自旋状态四个因素决定了电子的运动状态。(2)与电子能量有关的因素是电子层和能级，即处于同一电子层同一能级中的电子具有相同的能量。(3)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。例1下列有关认识正确的是()A各能层的能级数按K、L、
3、M、N分别为1、2、3、4B各能层的能级都是从s能级开始至f能级结束C各能层含有的能级数为n1D各能层含有的电子数为2n2答案A解析各能层中的能级数等于其所处的能层数，即当n1时，它只有一个s能级，当n2时，含有两个能级分别为s、p能级，所以B、C都不正确；D选项中每个能层最多能填充2n2个电子，但不是一定含有2n2个电子。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
4、量很小(9.109 51031 kg)，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(3.0108 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
5、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(2019广东汕头月考)下列关于电子云的叙述中不正确的是()A电子云是用小黑点的疏密程度来表示电子在核外空间出现概率大小的图形B电子云实际上是电子
6、运动形成的类似云一样的图形C电子云图说明离核越近，电子出现概率越大；离核越远，电子出现概率概率越小D能级类别不同，电子云的形态也不一样答案B解析电子云是处于一定空间运动形态的电子在原子核外空间的概率密度分布的形象化描述，而不是电子的实际运动轨迹。人们常用小黑点的疏密程度来表示电子在原子核外空间出现概率的大小。从电子云图中可以看出，离核越近，电子出现概率越大；离核越远，电子出现概率越小。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电子层序数为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
7、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；电子层序数为3时，有3s、3p、3d 3个能级，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
8、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、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
9、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
10、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。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
11、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(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
12、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层上只有一个电子，占据4s轨道，电子云轮廓图为球形。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
13、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、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
14、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下列有关电子层和能级的叙述中正确的是()AM电子层有s、p共2个能级，最多能容纳8个电子B3d能级最多容纳5个电子，3f能级最多容纳7个电子C无论哪一电子层的s能级最多容纳的电子数均为2D任一电子层都有s、p能级，但不一定有d能级答案C解析A项，M电子层有s、p、d共3个能级，最多容纳18个电子；B项，3d能级最多
15、容纳10个电子，从N电子层开始有f能级，最多容纳14个电子，不存在3f能级；C项，每个电子层都从s能级开始，且s能级最多容纳2个电子；D项，K电子层只有s能级，不含有p能级。题组2原子轨道的图形描述及电子云6下列有关电子云的叙述中，正确的是()A电子云形象地表示了电子在核外某处单位体积内出现的概率B电子云直观地表示了核外电子的数目C1s电子云界面图是一个球面，表示在这个球面以外，电子出现的概率为零D电子云是电子绕核运动形成的一团带负电荷的云雾答案A解析为了形象地表示电子在原子核外空间的分布状况，人们常用小点的疏密程度来表示电子在原子核外出现概率的大小；点密集的地方，表示电子出现的概率大；点稀疏
16、的地方，表示电子出现的概率小，这就是电子云。1s电子云界面以外，电子出现的概率不为零，只是出现的概率很小。7(2019邢台市月考)图1和图2 分别是1s电子的概率密度分布图和原子轨道图。下列有关说法正确的是()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轨道呈球形，有无数对称轴D图1中的小黑点表示电子在核外所处的位置答案C解析电子云就是用小黑点疏密来表示空间各电子出现概率大小的一种图形，小黑点表示空间各电子出现的几率， A、D错误；在界面内出现该电子的几率大于90%，界面外出现该电子的几率不足10%, B错误。8下列有关电子云和原子轨道的说法正确的是()A
17、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轨道呈球形，处在该轨道上的电子只能在球壳内运动Cp轨道呈哑铃形，在空间有两个伸展方向D与s电子原子轨道相同，p电子原子轨道的平均半径随能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，故选项A错误；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少，故选项B错误；p轨道在空间有x、y、z 3个伸展方向，故选项C错误。9下列有关原子核外电子的能量与运动状态的说法正确的是()A在同一原子中，2p、3p、4p能级的电子
18、轨道数依次增多B在同一能级上运动的电子，其能量一定相同C在同一能级上运动的电子，其运动状态有可能相同D在同一原子中，1s、2s、3s、4s能级的原子轨道的平均半径相同答案B解析在同一原子中，任一电子层的p能级都有三个互相垂直的原子轨道，A项错误；决定电子能量的是电子层和能级，也就是说，处于同一电子层相同能级上的电子，即使处在不同的原子轨道上，其能量也是相同的，B项正确；同一原子中没有运动状态完全相同的两个电子，C项错误；虽然s能级的原子轨道的形状都是球形，但按照1s、2s、3s、4s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，电子云向更大的空间扩展，原子轨道的平均半径逐
19、渐增大，D项错误。10下列说法正确的是()Ap电子云是平面“8”字形的B3p2表示3p能级中有两个原子轨道C2d能级包含5个原子轨道，最多容纳10个电子Ds电子云是在空间各个方向上伸展程度相同的对称形状答案D解析p电子云形状是哑铃形，不是平面“8”字形，A项错；3p2表示3p能级中容纳了两个电子，B项错；L层没有d能级，C项错。11(1)可正确表示原子轨道的是_(填字母)。A2s B2dC3p D3f(2)符号2px的意义是_。(3)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能级的原子轨道分别相对于x、y、z轴_，每个p能级有_个原子轨道
20、。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。答案(1)AC(2)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(3)球1对称3电子层序数电子层序数解析(1)L电子层只有2s、2p能级，M电子层只有3s、3p、3d能级，故选AC。 (2)2px中2表示主量子数n(即电子层序数)为2，p表示角量子数为1(即p能级)，px表示p原子轨道沿x轴方向伸展。(3)s轨道在三维空间分布的图形为球形，p轨道空间分布的图形分别相对于x、y、z轴对称，原子轨道的半径与电子层数有关，并随电子层数增大而增大。12回答下列问题：(1)在基态多电子原子中，关于核外电子能量的
21、叙述错误的是_(填字母)。a最易失去的电子能量最高b同一个电子层上的不同能级上的原子轨道，能量大小不同cp轨道电子能量一定高于s轨道电子能量d在离核最近区域内运动的电子能量最低(2)比较下列多电子原子的原子轨道的能量高低。1s,3d：_；3s,3p,3d：_；2p,3p,4p：_；3px,3py,3pz：_。(3)基态铝原子核外电子云有_种不同的伸展方向，共有_种不同能级的电子，有_种不同运动状态的电子。答案(1)c(2)1s3d3s3p3d2p3p4p3px3py3pz(3)9513解析(1)能量越高的电子在离核越远的区域内运动，也就越容易失去，a项正确；多电子原子在第n层中不同能级的能量大
22、小顺序为E(ns)E(np)E(nd)E(nf)，b项正确；同一电子层中的p轨道电子能量一定比s轨道电子能量高，但外层s轨道电子能量比内层p轨道电子能量高，c项不正确；离核越近，电子能量越低，d正确。(2)在多电子原子中，原子轨道能量的高低存在如下规律： 形状相同的原子轨道能量的高低：1s2s3s4s，3d4d5d；相同电子层上原子轨道能量的高低：nsnpndnf；电子层和能级均相同的原子轨道的能量相等，如3px3py3pz。(3)s轨道只有1个伸展方向、p轨道有3个伸展方向，Al核外电子排布为1s22s22p63s23p1，涉及3个s轨道、2个p轨道，因此其核外电子云(轨道)的伸展方向有9个
23、；核外13个电子的运动状态各不相同，因此核外有13种不同运动状态的电子。13(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)对于排布在2s轨道上的电子，不能确定的是_(填字母)。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(3)O2核外有_种运动状态的电子。答案(1)电子云(2)b(3)10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)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。 (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。