2018-2019學(xué)年高中化學(xué) 專題2 原子結(jié)構(gòu)與元素的性質(zhì) 第一單元 第1課時(shí) 原子核外電子的運(yùn)動(dòng)特征學(xué)案 蘇教版選修3.docx
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第1課時(shí) 原子核外電子的運(yùn)動(dòng)特征 [學(xué)習(xí)目標(biāo)定位] 熟知原子的構(gòu)成，理解“電子云”的概念，會(huì)描述原子核外電子的運(yùn)動(dòng)特征。 一 核外電子的運(yùn)動(dòng)特征 1．原子核外電子的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn) (1)電子的質(zhì)量很小(9.109510－31kg)，帶負(fù)電荷。 (2)相對(duì)于原子和電子的體積而言，電子運(yùn)動(dòng)的空間很大。 (3)電子運(yùn)動(dòng)的速度很快，接近光速(3.0108ms－1)。 2．電子在核外空間做高速運(yùn)動(dòng)，不能確定具有一定運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的核外電子在某個(gè)時(shí)刻處于原子核外空間何處，只能確定它在原子核外各處出現(xiàn)的概率，得到的概率分布圖看起來像一片云霧，因而被形象地稱作電子云。 3．將電子出現(xiàn)的概率約為90%的空間圈出來，制作電子云的輪廓圖，便可描繪電子云的形狀。電子云的輪廓圖稱為原子軌道。如氫原子核外電子的電子云輪廓圖的繪制： [歸納總結(jié)] 1．電子云中的小黑點(diǎn)并不代表一個(gè)電子而是代表電子在該處出現(xiàn)過一次。小黑點(diǎn)的疏密程度表示電子在原子核外出現(xiàn)的概率大小。小黑點(diǎn)稀疏的地方，表示電子在該處出現(xiàn)的概率小；小黑點(diǎn)密集的地方，表示電子在該處出現(xiàn)的概率大。 2．離核越近，電子出現(xiàn)的概率越大，小黑點(diǎn)越密集。 [活學(xué)活用] 1．觀察1s軌道電子云示意圖，判斷下列說法正確的是( ) A．一個(gè)小黑點(diǎn)表示1個(gè)自由運(yùn)動(dòng)的電子 B．1s軌道的電子云形狀為圓形的面 C．電子在1s軌道上運(yùn)動(dòng)像地球圍繞太陽(yáng)旋轉(zhuǎn) D．1s軌道電子云的點(diǎn)的疏密程度表示電子在某一位置出現(xiàn)機(jī)會(huì)的大小 答案 D 解析 盡管人們不能確定某一時(shí)刻原子中電子的精確位置，但能夠統(tǒng)計(jì)出電子在什么地方出現(xiàn)的概率大，在什么地方出現(xiàn)的概率小。為了形象地表示電子在原子核外空間的分布狀況，人們常用小黑點(diǎn)的疏密程度來表示電子在原子核外出現(xiàn)概率的大小。點(diǎn)密集的地方，表示電子在那里出現(xiàn)的概率大；點(diǎn)稀疏的地方，表示電子在那里出現(xiàn)的概率小。由圖可知，處于1s軌道上的電子在空間出現(xiàn)的概率分布呈球形對(duì)稱，而且電子在原子核附近出現(xiàn)的概率最大，離核越遠(yuǎn)，出現(xiàn)的概率越小。 2．有關(guān)核外電子運(yùn)動(dòng)規(guī)律的描述錯(cuò)誤的是( ) A．核外電子質(zhì)量很小，在原子核外做高速運(yùn)動(dòng) B．核外電子的運(yùn)動(dòng)規(guī)律與普通物體不同，不能用牛頓運(yùn)動(dòng)定律來解釋 C．在電子云示意圖中，通常用小黑點(diǎn)來表示電子繞核做高速圓周運(yùn)動(dòng) D．在電子云示意圖中，小黑點(diǎn)密表示電子在核外空間單位體積內(nèi)出現(xiàn)的機(jī)會(huì)大 答案 C 解析 電子云圖中的小黑點(diǎn)自身并沒有意義，一個(gè)小黑點(diǎn)并不代表一個(gè)電子，也就不能說“一個(gè)小黑點(diǎn)代表電子在此出現(xiàn)過一次”，因?yàn)樗皇且环N統(tǒng)計(jì)的結(jié)果。小黑點(diǎn)的疏密表示電子在核外空間單位體積內(nèi)出現(xiàn)機(jī)會(huì)的大小。電子云是一個(gè)比喻的說法，好像帶負(fù)電荷的云霧籠罩在原子核周圍，電子云只是對(duì)原子核外電子運(yùn)動(dòng)特征的一種形象描述。 二 原子軌道 1．電子層 (1)如圖所示，在多電子原子中，核外電子是分層運(yùn)動(dòng)的，能量高的電子在離核遠(yuǎn)的區(qū)域里運(yùn)動(dòng)，能量低的電子在離核近的區(qū)域里運(yùn)動(dòng)。這也說明多電子的原子中電子的能量是不同的。能量不同的電子在核外不同的區(qū)域內(nèi)運(yùn)動(dòng)，這種不同的區(qū)域稱為電子層(n)。 (2)電子層的表示方法： 電子層 1 2 3 4 5 6 7 …… 符號(hào) K L M N O P Q …… 最多容納電子數(shù) 2 8 18 32 50 …… 離核遠(yuǎn)近 由近到遠(yuǎn) 能量高低 由低到高 (3)原子核外電子的每一電子層最多可容納的電子數(shù)與電子層的序數(shù)(n)間存在的關(guān)系是2n2。 2．原子軌道類型 (1)量子力學(xué)把電子在原子核外的一個(gè)空間運(yùn)動(dòng)狀態(tài)稱為一個(gè)原子軌道，在含有多個(gè)電子的原子中，在同一電子層(即n相同)的電子，能量也可能不相同，可以把它們分為不同的軌道。不同的軌道其形狀不相同，即同一電子層中含有不同類型的原子軌道，分別用s、p、d、f表示。 (2)原子軌道的形狀：s軌道呈球形的，p軌道呈紡錘形，d軌道呈梅花形。 (3)在同一電子層上不同類型原子軌道的能量由低到高的順序是ns＜np＜nd＜nf。 3．原子軌道數(shù)目(電子云伸展方向) (1)同一類型的原子軌道形狀相同，但伸展方向不一定相同。每一種伸展方向代表一個(gè)原子軌道。 (2)各類型原子軌道含有的軌道數(shù)：s能級(jí)沒有伸展方向(球形對(duì)稱，所以只有一個(gè)s軌道)；p能級(jí)有三種伸展方向，即有px、py、pz三個(gè)原子軌道；d能級(jí)有五種伸展方向，即有五個(gè)原子軌道；f能級(jí)有七種伸展方向，即有七個(gè)原子軌道。 (3)同一電子層同一類型的不同原子軌道的能量相同。 4．電子自旋 原子核外電子還有一種稱為“自旋”的運(yùn)動(dòng)?？梢杂袃煞N不同的狀態(tài)，通常用“↑”和“↓”來表示不同的自旋狀態(tài)。 [歸納總結(jié)] 1．軌道的能量高低比較 原子軌道 能量高低 同電子層上的原子軌道 ns＜np＜nd＜nf 形狀相同的原子軌道 1s＜2s＜3s＜4s 電子層數(shù)相同，形狀 也相同的原子軌道 2px＝2py＝2pz 2.在任何一個(gè)原子中找不到兩個(gè)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)完全相同的電子：原子核外電子按能量不同分為不同的電子層，各電子層又按能量不同分為不同的軌道，每個(gè)軌道中又分為能量相同但空間取向不同的伸展方向，每個(gè)原子軌道中最多填充2個(gè)自旋狀態(tài)不同的電子。 [活學(xué)活用] 3．下面有關(guān)“核外電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)”的說法，錯(cuò)誤的是( ) A．各原子軌道的伸展方向種數(shù)按p、d、f的順序分別為3、5、7 B．只有在電子層、原子軌道、原子軌道伸展方向及電子的自旋方向都確定時(shí)，才能準(zhǔn)確表示電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài) C．同一個(gè)原子的原子核外可能有兩個(gè)電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)是相同的 D．原子軌道伸展方向與能量大小是無關(guān)的 答案 C 解析 p、d、f軌道的伸展方向種數(shù)分別為3、5、7種；原子核外電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)由電子層、原子軌道、原子軌道伸展方向及電子的自旋4個(gè)方面確定；同一個(gè)原子的原子核外不可能有任何兩個(gè)電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)是完全相同的；相同原子軌道的不同伸展方向能量相同。 4．下列說法不正確的是( ) A．電子的能量越低，離核越近 B．3f原子軌道不存在 C．同一原子中，1s、2s、3s電子的能量逐漸增大 D．同一原子中，2p、3p、4p包含的原子軌道依次增多 答案 D 解析 電子離核越近，能量越低，A項(xiàng)正確；原子軌道種類數(shù)與電子層序數(shù)相等，當(dāng)電子層序數(shù)為3時(shí)，只有3s、3p、3d三種原子軌道，所以3f軌道不存在，B項(xiàng)正確；C項(xiàng)正確；p軌道在空間有x、y、z3個(gè)伸展方向，與電子層序數(shù)無關(guān)，D項(xiàng)錯(cuò)誤。 各電子層軌道數(shù)和最多容納的電子數(shù) 電子層 1 2 3 4 n 原子 軌道 1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s 4p 4d 4f n 軌道 數(shù)目 1 1 3 1 3 5 1 3 5 7 n2 4 9 16 可容納 的電子 數(shù)目 2 8 18 32 2n2 當(dāng)堂檢測(cè) 1．下列說法中不正確的是( ) A．同一原子中，2s、3s、4s軌道離原子核的平均距離依次增大 B．同一原子中，2p、3d、4f軌道的軌道數(shù)依次增多 C．p軌道呈紡錘形，隨著電子層的增加，p軌道的數(shù)量也在增多 D．對(duì)于npx、npy、npz軌道上的電子，具有相同的能量，其電子云的形狀也相同 答案 C 解析 同一原子中，電子層數(shù)越多，表示原子軌道離原子核的平均距離越大，A正確；2p、3d、4f軌道的軌道數(shù)依次為3、5、7，依次增多，B正確；無論在哪個(gè)電子層，p軌道數(shù)都是3個(gè)，C錯(cuò)誤；同一電子層形狀相同的原子軌道的能量相等，其電子云的形狀也相同，D正確。 2．下列各電子層中不包含紡錘形軌道的是( ) A．NB．MC．LD．K 答案 D 解析 p軌道呈紡錘形，K層只包含s軌道，其他電子層均包含p軌道。 3．n為3的電子層中( ) A．只有s和p軌道B．只有s、p和d軌道 C．只有s軌道D．有s、p、d和f軌道 答案 B 4．下列原子軌道中，可容納電子最多的是( ) A．6sB．4p C．3dD．7s 答案 C 5．回答下列問題： (1)n＝2的電子層有______種原子軌道，分別用符號(hào)______表示； (2)n＝4的電子層有________種原子軌道，最多容納的電子數(shù)是________。 答案 (1)2 2s、2p (2)4 32 40分鐘課時(shí)作業(yè) [基礎(chǔ)過關(guān)] 一、原子核外電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài) 1．以下對(duì)核外電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的描述正確的是( ) A．電子的運(yùn)動(dòng)與行星相似，圍繞原子核在固定的軌道上高速旋轉(zhuǎn) B．能量低的電子只能在s軌道上運(yùn)動(dòng)，能量高的電子總是在f軌道上運(yùn)動(dòng) C．能層序數(shù)越大，s電子云的半徑越大 D．在同一能級(jí)上運(yùn)動(dòng)的電子，其運(yùn)動(dòng)狀態(tài)肯定相同 答案 C 解析 電子運(yùn)動(dòng)是無序的，沒有固定軌道，能量低的在離核近的區(qū)域運(yùn)動(dòng)，能量高的在離核遠(yuǎn)的區(qū)域運(yùn)動(dòng)。 2. 觀察2pz軌道電子云示意圖(如圖所示)判斷，下列說法中錯(cuò)誤的是( ) A．2pz軌道上的電子在空間出現(xiàn)的概率分布呈z軸對(duì)稱 B．點(diǎn)密集的地方表明電子出現(xiàn)的機(jī)會(huì)大 C．電子先沿z軸正半軸運(yùn)動(dòng)，然后在負(fù)半軸運(yùn)動(dòng) D．2pz軌道的形狀為兩個(gè)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(duì)于z軸對(duì)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)的概率大小，所以點(diǎn)密集的地方表明電子出現(xiàn)的機(jī)會(huì)大，B正確；在圖中，電子出現(xiàn)的概率分布關(guān)于z軸對(duì)稱，電子云并不是電子的真實(shí)運(yùn)動(dòng)軌跡，C錯(cuò)誤；2pz軌道電子云形狀為兩個(gè)橢圓球，而不是面，D正確。 二、原子核外電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)表示方法 3．以下原子軌道符號(hào)正確的是( ) A．3fB．2dC．4sD．2f 答案 C 解析 L層有2s和2p兩個(gè)原子軌道，故B、D錯(cuò)誤；M層有3s、3p、3d三個(gè)原子軌道，故A錯(cuò)誤；N層有4s、4p、4d、4f四個(gè)原子軌道，故C正確。 4．下列電子層中，包含有f軌道的是( ) A．K電子層B．L電子層 C．M電子層D．N電子層 答案 D 解析 K電子層只含有1s軌道；L電子層含有2s、2p兩種軌道；M電子層含有3s、3p、3d三種軌道；N電子層含有4s、4p、4d、4f四種軌道。根據(jù)能級(jí)數(shù)等于電子層序數(shù)的關(guān)系規(guī)律，只有電子層序數(shù)≥4的電子層中才有f能級(jí)。所以，K電子層、L電子層和M電子層中均無f軌道。 5．符號(hào)為M的電子層最多容納的電子數(shù)為( ) A．8B．18C．32D．50 答案 B 解析 符號(hào)為M的電子層是第三電子層，每一電子層最多容納的電子數(shù)為2n2，故M電子層上最多容納的電子數(shù)為232＝18個(gè)。 三、原子核外電子能量高低比較 6．下列敘述正確的是( ) A．能級(jí)就是電子層 B．每個(gè)電子層最多可容納的電子數(shù)是2n2 C．同一電子層中的不同原子軌道的能量高低相同 D．不同電子層中的s軌道的能量高低相同 答案 B 解析 能級(jí)不是電子層，能層才是電子層；同一電子層中的不同原子軌道的能量高低的順序是ns下載提示(請(qǐng)認(rèn)真閱讀)
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