2022-2023學(xué)年蘇教版選擇性必修二 2-1-1 原子核外電子的運動特征 學(xué)案

專題2原子結(jié)構(gòu)與元素性質(zhì)第一單元原子核外電子的運動第一課時原子核外電子的運動特征學(xué)習(xí)目標(biāo)學(xué)科素養(yǎng)1.進(jìn)一步認(rèn)識盧瑟福和玻爾的原子結(jié)構(gòu)模型。2．了解原子核外電子的運動特征。3．了解原子軌道與電子填充順序。1.進(jìn)一步豐富物質(zhì)結(jié)構(gòu)的知識，提高分析問題和解決問題的能力。2.從科學(xué)家探索物質(zhì)構(gòu)成奧秘的史實中體會科學(xué)探究的過程和方法，增強學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣。課前篇·自主學(xué)習(xí)固基礎(chǔ)[知識梳理]一、人類對原子結(jié)構(gòu)的認(rèn)識1．英國物理學(xué)家________提出了原子結(jié)構(gòu)的________，人們稱他為“________”。2．丹麥物理學(xué)家玻爾，提出了新的原子結(jié)構(gòu)模型。(1)原子核外電子在一系列穩(wěn)定的軌道上運動，這些軌道稱為________。核外電子在原子軌道上運動時，既不放出能量，也不吸收能量。(2)不同的原子軌道具有________的能量，原子軌道的能量變化是________的。(3)原子核外電子可以在能量不同的軌道上發(fā)生________。3．氫原子核外電子，當(dāng)處于________狀態(tài)時，電子主要在________周圍球形區(qū)域運動，用小黑點的疏密來描述電子在________空間出現(xiàn)的機(jī)會大小所得到的圖形叫做________。二、原子核外電子的運動特征1．原子中由內(nèi)向外的電子層數(shù)n可取1、2、3、4、5等正整數(shù)，相應(yīng)的電子層符號分別為________、________、________、________、________等。2．量子力學(xué)研究表明，處于________的原子核外電子，也可以在不同類型的________上運動。用小寫英文字母________、________、________、________表示不同形狀的軌道。3．s電子的原子軌道都是________的，能層序數(shù)n越大，原子軌道的半徑________。p電子的原子軌道是________的，每個p能級有________個原子軌道，它們相互________。而且p電子原子軌道的平均半徑也隨n增大而________。ns能級各有________個軌道，np能級各有________個軌道，nd能級各有________個軌道，nf能級各有________個軌道。4．原子核外電子還有一種稱為“________”的運動，常用________和________表示這兩種不同的自旋狀態(tài)。答案：一、1.盧瑟福有核模型原子之父2.(1)原子軌道(2)不同不連續(xù)(3)躍遷3.能量最低原子核原子核外電子云二、1.KLMNO2.同一電子層原子軌道spdf3.球形越大紡錘形3垂直增大13574.自旋向上箭頭“↑”向下箭頭“↓”[自我排查]1．下列電子層中，原子軌道的數(shù)目為4的是()A．K層 B．L層C．M層 D．N層2．氫原子的電子云圖中小點表示的意義是()A．一個小點表示一個電子B．點的多少表示電子個數(shù)的多少C．表示電子運動的軌跡D．表示電子在核外空間出現(xiàn)機(jī)會的多少3．下列說法正確的是()A．氫光譜說明原子是實心球體B．利用光譜上的特征譜線，可以鑒定元素，也可以發(fā)現(xiàn)元素C．玻爾理論不但成功解釋了氫原子光譜，而且還能推廣到其他原子光譜D．量子力學(xué)理論肯定玻爾的“行星模型”4．有關(guān)核外電子運動規(guī)律的描述錯誤的是()A．核外電子質(zhì)量很小，在原子核外做高速運動B．核外電子的運動規(guī)律與普通物體不同，不能用牛頓運動定律來解釋C．在電子云示意圖中，通常用小點來表示電子繞核做高速圓周運動D．在電子云示意圖中，小點密表示電子在核外空間單位體積內(nèi)出現(xiàn)的機(jī)會大答案：1.B2.D3.B4.C課堂篇·重點難點要突破研習(xí)1人類對原子結(jié)構(gòu)的認(rèn)識[問題探討]1．電子云圖中的一個小點表示一個電子嗎？表示電子出現(xiàn)的位置嗎？2．原子核外電子的運動是否遵循宏觀物體所具有的運動規(guī)律？3．電子在原子核外空間出現(xiàn)的機(jī)會是否有規(guī)律？4．量子力學(xué)用什么模型描述核外電子的運動？1．提示：都不是。電子云圖中的一個小點并不代表一個電子，也不表示電子在此位置出現(xiàn)過一次，電子云圖只用小點的疏密描述電子在原子核外空間出現(xiàn)機(jī)會的相對大小。2．提示：不遵循。3．提示：有規(guī)律。4．提示：電子云。[重點講解]1．不同時期的原子結(jié)構(gòu)模型2.盧瑟福原子結(jié)構(gòu)模型(1)盧瑟福在α粒子的散射實驗基礎(chǔ)上，提出了原子結(jié)構(gòu)的有核模型。(2)盧瑟福認(rèn)為原子的質(zhì)量主要集中于原子核上，電子在原子核外空間做高速運動。(3)盧瑟福被稱為“原子之父”。3．玻爾原子結(jié)構(gòu)模型(1)玻爾在研究了氫原子光譜后，根據(jù)量子力學(xué)的觀點，提出了新的原子結(jié)構(gòu)模型。(2)玻爾原子結(jié)構(gòu)模型內(nèi)容①原子核外電子在一系列穩(wěn)定的軌道上運動，這些軌道稱為原子軌道。核外電子在原子軌道上運動時，既不放出能量，也不吸收能量。②不同的原子軌道具有不同的能量，原子軌道的能量變化是不連續(xù)的。③原子核外電子可以在能量不同的軌道上發(fā)生躍遷。4．基態(tài)原子及電子云圖(1)基態(tài)原子：處于能量最低狀態(tài)的原子。(2)電子云圖：用小點的疏密來描繪電子在原子核外空間出現(xiàn)的機(jī)會的大小所得到的圖形。[研習(xí)經(jīng)典][典例1]關(guān)于電子云的敘述不正確的是()A．電子云圖是用小點的疏密程度來表示電子在空間出現(xiàn)概率大小的圖形B．電子云圖實際是電子運動形成的類似云一樣的圖形C．小點密集的地方電子在那里出現(xiàn)的概率大D．軌道不同，電子云的形狀也不一樣答案：B解析：用統(tǒng)計的方法描述電子在核外空間出現(xiàn)的概率大小的圖形稱為電子云圖，通常用小點的疏密程度來表示電子在原子核外出現(xiàn)概率的大小。小點密集的地方，表示電子在那里出現(xiàn)的概率大，小點稀疏的地方，表示電子在那里出現(xiàn)的概率小。[舉一反三]1．下列說法正確的是()A．氫原子光譜是元素的所有光譜中最簡單的光譜之一B．“量子化”就是不連續(xù)的意思，微觀粒子運動均有此特點C．玻爾理論不但成功解釋了氫原子光譜，而且還能推廣到其他原子光譜D．原子中電子在具有確定半徑的原子軌道上像火車一樣高速運轉(zhuǎn)著答案：B解析：A項中氫原子光譜是元素的所有光譜中最簡單的光譜。C項中玻爾理論成功地解釋了氫原子光譜，但無法解釋多電子原子的光譜。D項，原子中電子的運動沒有確定半徑的原子軌道，原子軌道是電子運動出現(xiàn)的“區(qū)域”。2．如圖原子結(jié)構(gòu)模型中依次符合盧瑟福、道爾頓、湯姆生的觀點的是()A．①②③B．③①②C．③②①D．②①③答案：B解析：盧瑟福提出了原子結(jié)構(gòu)的核式模型；道爾頓認(rèn)為原子是一個實心的球體；湯姆生發(fā)現(xiàn)了電子，并提出了原子結(jié)構(gòu)的“葡萄干面包”模型。3．原子結(jié)構(gòu)模型是科學(xué)家根據(jù)自己的認(rèn)識，對原子結(jié)構(gòu)的形象描摹，一種原子模型代表了人類對原子認(rèn)識的一個階段。描述電子在原子核外空間的一定軌道上繞核做高速運動的原子模型是()A．玻爾原子模型 B．電子云模型C．湯姆生原子模型 D．盧瑟福原子模型答案：A解析：玻爾原子模型認(rèn)為原子中的電子在具有確定半徑的圓周軌道上繞原子核運動。研習(xí)2原子核外電子的運動特征[問題探討]如圖所示，在多電子原子中，核外電子是分層運動的。1．多電子原子中，各電子的能量是否相同？2．核外電子共分為幾個能層？它們的能量高低順序是什么？3．M電子層中有幾個能級？分別用哪些符號來表示？各能級最多容納的電子數(shù)是多少？4．多電子原子中，同一電子層各能級的能量是否相同？若不相同，其能量高低順序是什么？5．第三電子層中，電子云形狀呈紡錘形且沿y軸方向伸展的原子軌道如何表示？6．第三電子層包含多少個原子軌道？7．3d軌道與2p軌道能量高低關(guān)系如何？1．提示：各電子的能量是不同的，有的電子能量低，有的電子能量高。2．提示：核外電子按能量不同共分成7個能層，由內(nèi)到外的排列序號分別為K、L、M、N、O、P、Q；其能量高低順序為E(K)＜E(L)＜E(M)＜E(N)＜E(O)＜E(P)＜E(Q)。3．提示：M能層中共有3個能級；分別表示為3s、3p、3d；s能級最多容納2個電子，p能級最多容納6個電子，d能級最多容納10個電子。4．提示：不相同；E(ns)＜E(np)＜E(nd)＜E(nf)。5．提示：3py6．提示：97．提示：E(3d)＞E(2p)[重點講解]1．電子層與能級(1)電子層：根據(jù)多電子原子的核外電子的能量差異，將核外電子分成不同的電子層，電子層用n表示，n值越大，能量越高。(2)能級①根據(jù)多電子原子中同一電子層電子的能量不同，將它們分成不同能級。②能級用相應(yīng)電子層的序數(shù)和字母s、p、d、f等組合在一起來表示，如n電子層的能級按能量由低到高的順序排列為ns、np、nd、nf等。③電子層、能級與其容納的最多電子數(shù)之間的關(guān)系2.電子層與能級中的四個數(shù)量關(guān)系(1)任一電子層，能級數(shù)＝電子層序數(shù)，且總是從s能級開始。(2)以s、p、d、f……排序的各能級最多可容納的電子數(shù)依次為1、3、5、7……的2倍。(3)每一電子層中最多容納的電子數(shù)是電子層序數(shù)的平方的2倍，即2n2(n代表電子層序數(shù))。(4)不同電子層中相同能級所容納的最多電子數(shù)相同。3．電子層中各能級之間能量大小關(guān)系(1)不同電子層中同一能級，電子層序數(shù)越大，能量越高。例如，1s＜2s＜3s,2p＜3p＜4p。(2)同一電子層中，各能級之間的能量大小關(guān)系是ns＜np＜nd＜nf，例如，第四電子層中4s＜4p＜4d＜4f。(3)不同電子層中的不同能級能量高低順序：ns＜(n－2)f＜(n－1)d＜np。4．原子軌道(1)處于同一電子層的原子核外電子，可以在不同類型的原子軌道上運動。(2)原子軌道能級spdf形狀球形紡錘形——伸展方向個數(shù)1357含有的原子軌道符號spx、py、pz——(3)電子層和形狀相同的原子軌道的能量相等：如2px、2py、2pz軌道的能量相等。5．自旋(1)在同一原子軌道上運動的電子有兩種不同的自旋狀態(tài)。(2)表示方法：通常用“↑”和“↓”表示。(1)任何電子層均含有s能級，但不是任何電子層均含有任何能級。(2)電子層序數(shù)等于該電子層所包含的能級數(shù)，如第四電子層有4個能級：4s、4p、4d、4f。(3)從第三電子層開始出現(xiàn)d能級，且3d能級的能量大于4s能級。[研習(xí)經(jīng)典][典例2]下列有關(guān)認(rèn)識正確的是()A.各電子層的能級數(shù)按K、L、M、N分別為1、2、3、4B.各電子層的能級都是從s能級開始至f能級結(jié)束C.各電子層含有的能級數(shù)為n－1D.各電子層含有的電子數(shù)為2n2答案：A解析：各電子層中的能級數(shù)等于其所處的電子層數(shù)，即當(dāng)n＝1時，它只有一個s能級，當(dāng)n＝2時，含有兩個能級分別為s、p能級，所以B、C都不正確；D選項中每個電子層最多能填充2n2個電子，但不是一定含有2n2個電子。[典例3]下列說法中正確的是()A.因為p電子云是紡綞形的，所以p電子走紡綞形B.電子層數(shù)為3時，有3s、3p、3d、3f4個軌道C.氫原子中只有一個電子，故氫原子只有1個軌道D.原子軌道與電子云都是用來描述電子運動狀態(tài)的答案：D解析：p電子云是紡錘形，是說電子出現(xiàn)頻率高的區(qū)域的形狀，而不是p電子的運動軌跡形狀；電子層數(shù)為3時，共有9個軌道；氫原子中只有1個電子，填充在1s軌道上，但也存在其他空軌道。[舉一反三]1.在對電子運動狀態(tài)的描述中，確定一個“軌道”的方面包括()①電子層②軌道類型③電子云的伸展方向④電子的自旋狀態(tài)A.①②③④B．①②③C．①②D．①答案：B解析：在對電子運動狀態(tài)的描述中，確定一個“軌道”的方面包括：①電子層、②軌道類型、③電子云的伸展方向三個方面；電子的自旋狀態(tài)與電子運動軌道無關(guān)，描述的是電子自旋的方向。2.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B.s能級的原子軌道呈球形，處在該軌道上的電子只能在球殼內(nèi)運動C.p軌道呈紡錘形，隨著電子層數(shù)的增加，軌道數(shù)也在增多D.s、p電子原子軌道的平均半徑隨電子層的增大而增大答案：D解析：電子云表示電子出現(xiàn)的概率，電子云是用小黑點疏密來表示電子在原子核外空間出現(xiàn)概率大小的一種圖形，不代表電子的運動軌跡，故A錯誤；s能級的原子軌道呈球形，處在該軌道上的電子不只在球殼內(nèi)運動，還在球殼外運動，只是在球殼外運動概率較小，故B錯誤；任何電子層的p軌道都有3個原子軌道，與電子層數(shù)無關(guān)，故C錯誤；s、p電子原子軌道的平均半徑隨電子層的增大而增大，故D正確。3.下列說法中正確的是()A.所有的電子在同一區(qū)域里運動B.在離原子核較近的區(qū)域內(nèi)運動的電子能量較高，在離原子核較遠(yuǎn)的區(qū)域內(nèi)運動的電子能量較低C.核外電子質(zhì)量很小，在原子核外做高速運動D.同一原子中，4s、4p、4d、4f所能容納的電子數(shù)越來越多，各原子軌道的能量大小相等答案：C解析：在含有多個電子的原子里，電子分別在能量不同的區(qū)域內(nèi)運動，A錯誤；在多個電子的原子中，電子的能量是不相同的，在離原子核較近的區(qū)域內(nèi)運動的電子能量較低，在離原子核較遠(yuǎn)的區(qū)域內(nèi)運動的電子能量較高，B錯誤；同一原子中，4s、4p、4d、4f所能容納的電子數(shù)越來越多，但同一電子層中，E(4s)<E(4p)<E(4d)<E(4f)，D錯誤。4.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：B5.下列有關(guān)電子云和原子軌道的說法正確的是()A.電子云圖中，小點密集表示該處的電子多B.原子軌道表示原子核外電子運動的軌跡C.3p軌道和2p軌道都呈紡錘形，3p軌道比2p軌道數(shù)目多D.多電子原子中電子離核的平均距離4s>3s>2s答案：D解析：不管2p或3p或任何其他電子層的p軌道，總是3個互相垂直的軌道，所以C項錯誤；電子層序數(shù)越大，則它的各種軌道伸展程度就越大，即電子運動離核平均距離越遠(yuǎn)，D項正確。演習(xí)篇·學(xué)業(yè)測試速達(dá)標(biāo)1.在物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究的歷史上，首先提出原子是一個實心球體的是()A.湯姆生B．盧瑟福C．道爾頓D．玻爾答案：C解析：道爾頓在1803年提出原子是堅實的、不可再分的實心球。2.首先提出原子結(jié)構(gòu)模型并開始涉及原子內(nèi)部結(jié)構(gòu)的科學(xué)家是()A.盧瑟福B．玻爾C．湯姆生D．道爾頓答案：C解析：湯姆生的“葡萄干面包”模型開始涉及原子內(nèi)部的結(jié)構(gòu)。盧瑟福提出原子結(jié)構(gòu)的核式模型；玻爾建立了核外電子分層排布的原子結(jié)構(gòu)模型；道爾頓建立了原子學(xué)