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 1 2 3 4 5 6 7 符号 K L M N O P Q 能量 由到 离核 由到 低高近远2.能级 在同一电子层中，电子所具有的能量可能，所以同一电子层可分成不同的能级，用等表示。3.原子轨道（1）概念：原子中的单个电子的状态。不同s、p、d、f空间运动（2）n值所对
2、应的能级和原子轨道的情况：n（电子层）能级种类 原子轨道 取值 符号 符号 符号 数目 1 K s 1s 1 2 L s 2s 1 p 2px、2py、2pz 3 3 M s 3s 1 p 3px、3py、3p 3 d 5 4 N s 4s 1 p 4px、4py、4pz 3 d 5 f 7 4.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种，分别用符号“”和“”表示。2二、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。（2）表示方法：将原子轨道的空间分布在中表示出来。（3）图形形状：s轨道为球形，具有性；p轨道为哑铃形，并分别相对于轴对称，可表
3、示为。（4）意义：表示原子轨道的。空间运动状态直角坐标系球对称x、y、zpx、py、pz空间分布2.电子云（1）概念：描述电子在空间单位体积内出现的的图形称为电子云图。（2）方法：用单位体积内小点的来表示电子在原子核外单位体积内出现概率的大小。概率大小疏密程度自我检测 1.判断正误，正确的打“”；错误的打“”。（1）第三能层有s、p共2个能级（）（2）3d能级最多容纳5个电子（）（3）第三能层最多容纳8个电子（）（4）任一能层的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（
4、）（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、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 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。答案 B 3.
5、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处在同一能级中的电子(基态)能量一定相同 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。答案 D 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
6、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、
7、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 n1 K 1 s 1s 1 1 n2 L 2 s 2s 1 4 p 2p 3 n3 M 3 s 3s 1 9 p 3p 3 d 3d 5 n n n2(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：1s2s3s
8、4s，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。(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 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()解析 各能级的原子轨道数取决于原子轨
9、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，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。A各电子层的原子轨道数按s、p、d的顺序分别为1、3、5 B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n1 D各电子层含有的原子轨道数为2n2 答案 A 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()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、
10、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。A.5dB.6pC.4fD.7s 答案 C 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
11、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
12、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
13、数为n2个。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、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 答案 D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
14、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。【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 解析
15、 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。答案 D【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 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。答案 C
