2022-2023版高中化學(xué) 第1章 原子結(jié)構(gòu) 第1節(jié) 原子結(jié)構(gòu)模型 第2課時學(xué)案 魯科版選修3學(xué)習(xí)目標(biāo)定位1.知道描述原子核外電子運(yùn)動狀態(tài)的四個量子數(shù)的含義。2.理解用四個量子數(shù)描述原子核外電子的運(yùn)動狀態(tài)。3.了解原子軌道和電子云的含義。一、原子軌道1電子層通常，我們用量子數(shù)n來描述電子離核的遠(yuǎn)近，習(xí)慣上稱為電子層。n的取值為正整數(shù)1,2,3,4,5,6，對應(yīng)的符號為K，L，M，N，O，P等。n越大，電子離核的平均距離越遠(yuǎn)、能量越高。2能級當(dāng)量子數(shù)n相同時，電子所具有的能量也可能不同，因此，對同一個電子層，還可分為若干個能級。例如，n1時，有1個s能級；n2時，有1個s能級和1個p能級；n3 時，有1個s能級，1個p能級和1個d能級。3原子軌道(1)概念：原子中的單個電子的空間運(yùn)動狀態(tài)的描述。(2)n值所對應(yīng)的能級和原子軌道的情況量子數(shù)n符號能級種類原子軌道原子軌道數(shù)n1Ks1s1n2Ls2s1p2p3n3Ms3s1p3p3d3d54.電子的“自旋”處于同一原子軌道上的電子自旋運(yùn)動狀態(tài)只能有兩種，分別用符號“”和“”表示。(1)原子核外電子運(yùn)動狀態(tài)的描述在多電子原子中，核外電子處于不同的電子層，電子層序數(shù)(主量子數(shù))n越大，電子離核越遠(yuǎn)，能量越高。處于同一電子層的電子，能量可能不同，可以把它們分成若干個不同的能級，用s、p、d、f等符號表示，其能量為ns<np<nd<nf，能級數(shù)等于電子層數(shù)。同一能級中，根據(jù)電子運(yùn)動方向的不同，可分為若干個不同的原子軌道，同一能級上的原子軌道的能量相同，每個電子層中原子軌道總數(shù)為n2個。處于同一個原子軌道上的電子有兩種不同的自旋狀態(tài)。在同一個原子中不存在兩個運(yùn)動狀態(tài)完全相同的電子。(2)不同原子軌道的能量大小關(guān)系例1下列關(guān)于電子層與能級的說法中正確的是()A原子核外電子的每一個電子層最多可容納的電子數(shù)為n2B電子層的能級總是從s能級開始，而且能級數(shù)等于該電子層序數(shù)C同是s能級，在不同的電子層中所能容納的最多電子數(shù)是不相同的D1個原子軌道里最多只能容納2個電子，但自旋方向相同答案B解析A項(xiàng)中每一個電子層最多可容納的電子數(shù)為2n2；C項(xiàng)中不同電子層中的s能級容納的最多電子數(shù)都是2個；D項(xiàng)中1個原子軌道里容納的2個電子的自旋方向應(yīng)相反。易錯警示(1)無論哪一電子層，s、p、d、f能級最多容納的電子數(shù)分別為1、3、5、7的2倍。(2)同一原子軌道最多容納2個電子，而且運(yùn)動狀態(tài)不同，同一原子中，不可能有運(yùn)動狀態(tài)完全相同的兩個電子，核外有多少個電子，就有多少種運(yùn)動狀態(tài)。例2(2018·邢臺市月考)下列能級符號表示錯誤的是()A2p B3f C4s D5d答案B解析每一能層的能級數(shù)與能層序數(shù)相等，且具有的能級依次為s、p、d、f，M能層只有3s、3p、3d能級，沒有3f能級。二、電子云與原子軌道的圖形描述1原子核外電子的運(yùn)動特點(diǎn)(1)電子的質(zhì)量很小(9.109 5×1031 kg)，帶負(fù)電荷。(2)相對于原子和電子的體積而言，電子運(yùn)動的空間很大。(3)電子運(yùn)動的速度很快，接近光速(3.0×108 m·s1)。2電子云(1)電子云：是處于一定空間運(yùn)動狀態(tài)的電子在原子核外空間的概率密度分布的形象化描述。(2)電子云輪廓圖的形狀：s能級的電子云輪廓圖是球形，p能級的電子云輪廓圖是啞鈴形。3幾種原子軌道的圖形描述(1)s電子的原子軌道呈球形，能層序數(shù)越大，原子軌道的半徑越大。(2)p電子的原子軌道呈啞鈴形，能層序數(shù)越大，原子軌道的半徑越大。(3)同理，d原子軌道、f原子軌道等也都有相應(yīng)的圖像。(1)電子云圖電子云圖中的小點(diǎn)不代表電子。小點(diǎn)疏密程度表示電子在原子核外出現(xiàn)概率的大小。離核越近，電子出現(xiàn)的概率越大，電子云越密集。如1s電子云比2s電子云更密集，2s電子云比1s電子云疏散。s能級的電子云為球形，只有一種空間伸展方向。p能級的電子云為啞鈴形，有三種空間伸展方向。(2)原子軌道同一電子層，不同能級其原子軌道形狀不同，數(shù)目不同，能量不同。不同電子層，同種能級其原子軌道形狀相似，半徑不同，能量不同。s能級只有1個原子軌道，p能級有3個原子軌道，它們互相垂直，分別以px、py、pz表示。例3(2017·資陽高二檢測)下列關(guān)于電子云的說法中，正確的是()A電子云表示電子在原子核外運(yùn)動的軌跡B電子云表示電子在核外單位體積的空間出現(xiàn)的概率大小C電子云界面圖中的小黑點(diǎn)越密表示該核外空間的電子越多D鈉原子的1s、2s、3s電子云半徑相同答案B解析電子云表示電子在核外單位體積的空間出現(xiàn)的概率大小，不是表示電子運(yùn)動的軌跡，A錯誤，B正確；電子云界面圖中的小黑點(diǎn)越密表示電子在核外空間出現(xiàn)的機(jī)會越多，C錯誤；鈉原子的1s、2s、3s電子云半徑逐漸增大，D錯誤。例4下列說法正確的是()A因?yàn)閜軌道是“8”字形，所以p電子是“8”字形B能層數(shù)為3時，有3s、3p、3d 9個軌道C氫原子中只有1個電子，故氫原子核外只有1個軌道D電子云圖即是電子云輪廓圖，都是用來形象描述電子運(yùn)動狀態(tài)的答案B解析p軌道呈啞鈴形，是指電子出現(xiàn)概率高的區(qū)域，而不是電子的形狀，A項(xiàng)錯誤；能層數(shù)為3時，有3s、3p、3d 3個能級，共有9個軌道，B項(xiàng)正確；氫原子中確實(shí)只有1個電子，但軌道是人為規(guī)定的，可以是空軌道，故C項(xiàng)錯誤。易錯提醒電子云圖與電子云輪廓圖不是同一個概念，電子云輪廓圖實(shí)際上是電子云圖的大部分區(qū)域；電子云輪廓圖就是我們通常所說的原子軌道圖。1下列各電子層中不包含p能級的是()AM電子層 BN電子層CL電子層 DK電子層答案D解析K電子層只包括s能級，L電子層包括s、p能級，M電子層包括s、p、d能級，N電子層包括s、p、d、f能級。2下列各能級的原子軌道中，可容納電子數(shù)最多的是()A5d B6pC4f D7s答案C解析能級中所含原子軌道的數(shù)目取決于能級種類，與電子層序數(shù)無關(guān)，s、p、d、f能級分別含有1、3、5、7個原子軌道，每個原子軌道最多容納2個電子，所以4f軌道容納電子數(shù)最多。3下列有關(guān)說法中正確的是()A一般而言，n越大，電子離核平均距離越遠(yuǎn)，能量越低B第n電子層中含有n個能級C同一能級的不同原子軌道的能量是不同的D處于同一原子軌道上的電子自旋運(yùn)動狀態(tài)可能相同，也可能不同答案B解析多電子原子中，電子層序數(shù)n越大，電子離核越遠(yuǎn)，能量越高；同一能級的不同原子軌道空間伸展方向不同，其能量相同；同一原子軌道上的電子其自旋方向一定不同，A、C、D項(xiàng)錯誤。4對于鈉原子的第二電子層的p軌道2px、2py、2pz間的差異，下列說法中正確的是()A電子云形狀不同B原子軌道的對稱類型不同C電子的能量不同D電子云空間伸展方向不同答案D解析2px、2py、2pz所表示的是同一能級中的三個不同的原子軌道，其能量相同；2px、2py、2pz的電子云，原子軌道都是啞鈴形的，都是軸對稱圖形；在空間伸展方向上不同，D項(xiàng)正確。5觀察2pz軌道電子云示意圖(如圖所示)，下列說法中錯誤的是()A2pz軌道上的電子在空間出現(xiàn)的概率分布呈z軸對稱B點(diǎn)密集的地方表明電子出現(xiàn)的概率大C電子先沿z軸正半軸運(yùn)動，然后在負(fù)半軸運(yùn)動D2pz軌道的形狀為兩個橢圓球答案C解析觀察2pz軌道電子云示意圖發(fā)現(xiàn)，處于2pz軌道上的電子在空間出現(xiàn)的概率分布相對于z軸對稱，電子主要在xy平面的上、下方出現(xiàn)，A正確；電子云中的小黑點(diǎn)疏密程度代表電子出現(xiàn)概率的大小，所以點(diǎn)密集的地方表明電子出現(xiàn)的機(jī)率大，B正確；在圖中，電子在空間出現(xiàn)的概率分布關(guān)于z軸對稱，電子云并不是電子的真實(shí)運(yùn)動軌跡，C錯誤；2pz軌道電子云形狀為兩個橢圓球，而不是面，D正確。6回答下列問題：(1)n2的電子層有_個能級，_種形狀不同的電子云，有_個原子軌道，最多容納_個電子。(2)用相應(yīng)的符號描述主量子數(shù)n2的所有的原子軌道_。(3)處于一定空間狀態(tài)的電子在原子核外出現(xiàn)的概率密度分布可用_形象地描述。在基態(tài)14C原子中，核外存在_個運(yùn)動狀態(tài)不同的電子。(4)基態(tài)K原子中，核外電子占據(jù)的最高電子層符號為_，占據(jù)該能層電子的電子云輪廓圖的形狀為_。答案(1)2248(2)2s、2px、2py、2pz(3)電子云6(4)N球形解析(1)第2電子層有2s、2p兩個能級，有s、p 2種形狀不同的電子云，有2s、2px、2py、2pz 4個原子軌道，每個軌道最多容納2個電子，所以n2的電子層最多容納8個電子。(2)n2的原子軌道為2s、2px、2py、2pz。 (3)電子在原子核外出現(xiàn)的概率密度分布圖像一團(tuán)云霧，因而形象地稱為電子云，用于描述電子的概率密度分布。原子中單個電子的空間運(yùn)動狀態(tài)可以用原子軌道來描述，并具有兩種自旋狀態(tài)中的一種，因此多電子原子中，不同電子的運(yùn)動狀態(tài)不同，故14C原子核外有6個運(yùn)動狀態(tài)不同的電子。(4)K原子核外有四個電子層，N層上只有一個電子，占據(jù)4s軌道，電子云輪廓圖為球形。對點(diǎn)訓(xùn)練題組1電子層、能級與原子軌道1下列電子層中，原子軌道的數(shù)目為4的是()AK層 BL層 CM層 DN層答案B解析s、p、d、f能級中的軌道數(shù)目分別為1、3、5、7。每個電子層中含有不同的能級，K層有1個s能級，原子軌道數(shù)目為1。L層中含有1個s能級和1個p能級，原子軌道數(shù)目為4。M層含有1個s能級、1個p能級和1個d能級，原子軌道數(shù)目為9。N層含有1個s能級、1個p能級、1個d能級和1個f能級，原子軌道數(shù)目為16。2下列能級符號不正確的是()A5s B2d C4f D6p答案B解析每一電子層的能級數(shù)與電子層序數(shù)相同，且具有的能級依次為s、p、d、f，故L電子層只有2s、2p能級，沒有2d能級。3主量子數(shù)為n3時，電子的空間運(yùn)動狀態(tài)有()A4種 B7種 C8種 D9種答案D解析電子的空間運(yùn)動狀態(tài)即原子軌道，主量子數(shù)n3的原子軌道有3s(1個原子軌道)、3p(3個伸展方向，即3個原子軌道)、3d(5個伸展方向，即5個原子軌道)共有9個原子軌道。4下列有關(guān)核外電子運(yùn)動狀態(tài)的說法正確的是()A電子自旋就是電子圍繞軸“自轉(zhuǎn)”B原子軌道可用來描述核外電子的運(yùn)動狀態(tài)C第二電子層有自旋相反的兩個軌道D原子軌道可用來描述核外電子的運(yùn)動軌跡答案B解析電子的自旋表示處于同一原子軌道上電子的量子化運(yùn)動，自旋不是“自轉(zhuǎn)”；原子軌道可用來描述原子中單個電子的空間運(yùn)動狀態(tài)，它只能描述核外電子高頻出現(xiàn)的“區(qū)域”，而不是核外電子運(yùn)動的軌跡；第二電子層有四個軌道，分別為2s、2px、2py、2pz。綜上所述，B項(xiàng)正確。5第N能層所含能級數(shù)、原子軌道數(shù)和最多容納電子數(shù)分別為()A3、9、18 B4、12、24C5、16、32 D4、16、32答案D解析每一能層包含的能級數(shù)目等于該能層的序數(shù)，故第三能層包含s、p、d三個能級，每一能級所能容納的最多電子數(shù)是其原子軌道數(shù)目的2倍，以s、p、d、f排序的各能級可以容納的最多電子數(shù)依次為1、3、5、7的2倍，英文字母相同的不同能級中所能容納的最多電子數(shù)相同。第N能層含有4個能級，16個原子軌道，容納的最多電子數(shù)為32個。6下列有關(guān)電子層和能級的敘述中正確的是()AM電子層有s、p共2個能級，最多能容納8個電子B3d能級最多容納5個電子，3f能級最多容納7個電子C無論哪一電子層的s能級最多容納的電子數(shù)均為2D任一電子層都有s、p能級，但不一定有d能級答案C解析A項(xiàng)，M電子層有s、p、d共3個能級，最多容納18個電子；B項(xiàng)，3d能級最多容納10個電子，從N電子層開始有f能級，最多容納14個電子，不存在3f能級；C項(xiàng)，每個電子層都從s能級開始，且s能級最多容納2個電子；D項(xiàng)，K電子層只有s能級，不含有p能級。題組2原子軌道的圖形描述及電子云7下列有關(guān)電子云的敘述中，正確的是()A電子云形象地表示了電子在核外某處單位體積內(nèi)出現(xiàn)的概率B電子云直觀地表示了核外電子的數(shù)目C1s電子云界面圖是一個球面，表示在這個球面以外，電子出現(xiàn)的概率為零D電子云是電子繞核運(yùn)動形成的一團(tuán)帶負(fù)電荷的云霧答案A解析為了形象地表示電子在原子核外空間的分布狀況，人們常用小點(diǎn)的疏密程度來表示電子在原子核外出現(xiàn)概率的大?。稽c(diǎn)密集的地方，表示電子出現(xiàn)的概率大；點(diǎn)稀疏的地方，表示電子出現(xiàn)的概率小，這就是電子云。1s電子云界面以外，電子出現(xiàn)的概率不為零，只是出現(xiàn)的概率很小。8(2018·邢臺市月考)圖1和圖2 分別是1s電子的概率密度分布圖和原子軌道圖。下列有關(guān)說法正確的是()A圖1中的每個小黑點(diǎn)表示1個電子B圖2 表示1s電子只能在球體內(nèi)出現(xiàn)C圖2表明1s軌道呈球形，有無數(shù)對稱軸D圖1中的小黑點(diǎn)表示電子在核外所處的位置答案C解析電子云就是用小黑點(diǎn)疏密來表示空間各電子出現(xiàn)概率大小的一種圖形，小黑點(diǎn)表示空間各電子出現(xiàn)的幾率， A、D錯誤；在界面內(nèi)出現(xiàn)該電子的幾率大于90%，界面外出現(xiàn)該電子的幾率不足10%, B錯誤。9下列說法中正確的是()A1s電子云呈球形，表示電子繞原子核做圓周運(yùn)動B電子云圖中的小點(diǎn)密度大，說明該原子核外空間電子數(shù)目多Cns能級的原子軌道示意圖可表示為D3d3表示3d能級有3個軌道答案C解析A項(xiàng)，電子云表示電子在原子核外單位體積內(nèi)出現(xiàn)概率的大小，1s電子云呈球形，表示1s電子在空間出現(xiàn)的概率分布呈球形對稱，而不是表示電子做圓周運(yùn)動；B項(xiàng)，電子云圖中的小點(diǎn)僅表示電子在此區(qū)域出現(xiàn)的概率；C項(xiàng)，ns能級原子軌道為球形；D項(xiàng)，3d3表示第三電子層上的d軌道中有3個電子。10下列有關(guān)電子云和原子軌道的說法正確的是()A原子核外的電子像云霧一樣籠罩在原子核周圍，故稱電子云Bs軌道呈球形，處在該軌道上的電子只能在球殼內(nèi)運(yùn)動Cp軌道呈啞鈴形，在空間有兩個伸展方向D與s電子原子軌道相同，p電子原子軌道的平均半徑隨能層的增大而增大答案D解析電子云是對電子運(yùn)動的形象化描述，它僅表示電子在某一區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)的概率，并非原子核真被電子云霧所包裹，故選項(xiàng)A錯誤；原子軌道是電子出現(xiàn)的概率約為90%的空間輪廓，它表明電子在這一區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)的機(jī)會大，在此區(qū)域外出現(xiàn)的機(jī)會少，故選項(xiàng)B錯誤；p軌道在空間有x、y、z 3個伸展方向，故選項(xiàng)C錯誤。11下列有關(guān)核外電子運(yùn)動狀態(tài)的說法正確的是()A原子軌道圖形與電子云都是用來形象描述電子運(yùn)動狀態(tài)的B原子軌道可用來描述核外電子的運(yùn)動軌跡C第三電子層有3s、3p、3d三個軌道D氫原子只有1個電子，故氫原子只有一個軌道答案A解析原子軌道圖形與電子云都是用來形象描述電子運(yùn)動狀態(tài)的，本質(zhì)是相同的，A正確；原子軌道可用來描述原子中單個電子的空間運(yùn)動狀態(tài)，只能描述核外電子高頻出現(xiàn)的“區(qū)域”，而不能描述核外電子運(yùn)動的軌跡，B不正確；第三電子層有3s、3p、3d三個能級，分別有1、3、5個軌道，第三電子層共有9個軌道，C不正確；氫原子像其他原子一樣，可以有多個電子層，電子層又分若干個能級和軌道，只是在通常條件下，氫原子的這一個電子處于能量最低的1s軌道，當(dāng)電子從外界吸收能量后，氫原子的這個電子可以躍遷到能量較高的軌道，D不正確。12下列說法正確的是()Ap電子云是平面“8”字形的B3p2表示3p能級中有兩個原子軌道C2d能級包含5個原子軌道，最多容納10個電子Ds電子云是在空間各個方向上伸展程度相同的對稱形狀答案D解析p電子云形狀是啞鈴形，不是平面“8”字形，A項(xiàng)錯；3p2表示3p能級中容納了兩個電子，B項(xiàng)錯；L層沒有d能級，C項(xiàng)錯。綜合強(qiáng)化13(1)可正確表示原子軌道的是_(填字母)。A2s B2dC3p D3f(2)符號2px的意義是_。(3)如圖是s能級、p能級的原子軌道圖，試回答問題：s能級的原子軌道呈_形，每個s能級有_個原子軌道；p能級的原子軌道分別相對于x、y、z軸_，每個p能級有_個原子軌道。s能級原子軌道、p能級原子軌道的半徑與_有關(guān)，_越大，原子軌道半徑越大。答案(1)AC(2)2px表示主量子數(shù)n為2，角量子數(shù)l為1，沿x軸方向伸展的p軌道(3)球1對稱3電子層序數(shù)電子層序數(shù)解析(1)L電子層只有2s、2p能級，M電子層只有3s、3p、3d能級，故選AC。 (2)2px中2表示主量子數(shù)n(即電子層序數(shù))為2，p表示角量子數(shù)為1(即p能級)，px表示p原子軌道沿x軸方向伸展。(3)s軌道在三維空間分布的圖形為球形，p軌道空間分布的圖形分別相對于x、y、z軸對稱，原子軌道的半徑與電子層數(shù)有關(guān)，并隨電子層數(shù)增大而增大。14回答下列問題：(1)在基態(tài)多電子原子中，關(guān)于核外電子能量的敘述錯誤的是_(填字母，下同)。a最易失去的電子能量最高b同一個電子層上的不同能級上的原子軌道，能量大小不同cp軌道電子能量一定高于s軌道電子能量d在離核最近區(qū)域內(nèi)運(yùn)動的電子能量最低(2)比較下列多電子原子的原子軌道的能量高低。1s,3d：_；3s,3p,3d：_；2p,3p,4p：_；3px,3py,3pz：_。(3)基態(tài)鋁原子核外電子云有_種不同的伸展方向，共有_種不同能級的電子，有_種不同運(yùn)動狀態(tài)的電子。答案(1)c(2)1s<3d3s<3p<3d2p<3p<4p3px3py3pz(3)9513解析(1)能量越高的電子在離核越遠(yuǎn)的區(qū)域內(nèi)運(yùn)動，也就越容易失去，a項(xiàng)正確；多電子原子在第n層中不同能級的能量大小順序?yàn)镋(ns)E(np)E(nd)E(nf)，b項(xiàng)正確；同一電子層中的p軌道電子能量一定比s軌道電子能量高，但外層s軌道電子能量比內(nèi)層p軌道電子能量高，c項(xiàng)不正確；離核越近，電子能量越低，d正確。(2)在多電子原子中，原子軌道能量的高低存在如下規(guī)律： 形狀相同的原子軌道能量的高低：1s2s3s4s，3d4d5d；相同電子層上原子軌道能量的高低：ns<np<nd<nf；電子層和能級均相同的原子軌道的能量相等，如3px3py3pz。(3)s軌道只有1個伸展方向、p軌道有3個伸展方向，Al核外電子排布為1s22s22p63s23p1，涉及3個s軌道、2個p軌道，因此其核外電子云(軌道)的伸展方向有9個；核外13個電子的運(yùn)動狀態(tài)各不相同，因此核外有13種不同運(yùn)動狀態(tài)的電子。15(1)處于一定空間運(yùn)動狀態(tài)的電子在原子核外出現(xiàn)的概率密度分布可用_形象化描述。(2)對于排布在2s軌道上的電子，不能確定的是_(填字母)。a電子所在的電子層b電子的自旋方向c電子云的形狀d電子云的伸展方向(3)O2核外有_種運(yùn)動狀態(tài)的電子。答案(1)電子云(2)b(3)10解析(1)電子在原子核外出現(xiàn)概率密度分布通常用電子云來形象化地描述。(2)排布在2s軌道上的電子，在第2電子層的s軌道上，s能級的電子云形狀為球形，不能確定電子的自旋方向。 (3)O2核外有10個電子，O2核外有幾個電子就有幾種運(yùn)動狀態(tài)，則O2核外有10種不同運(yùn)動狀態(tài)的電子。