2024-2025學(xué)年高中化學(xué)第一章第一節(jié)原子結(jié)構(gòu)第2課時原子的基態(tài)與激發(fā)態(tài)電子云與原子軌道教案新人教版選修3

PAGEPAGE11第2課時原子的基態(tài)與激發(fā)態(tài)、電子云與原子軌道[核心素養(yǎng)發(fā)展目標]1.宏觀辨識與微觀探析：通過微觀上對核外電子排布規(guī)律的分析，理解基態(tài)與激發(fā)態(tài)的含義與關(guān)系，能辨識光譜與電子躍遷之間的關(guān)系。2.證據(jù)推理與模型認知：通過原子軌道和電子云模型的學(xué)習(xí)，全面了解核外電子運動狀態(tài)的描述方法。一、能量最低原理、原子的基態(tài)與激發(fā)態(tài)、光譜1．能量最低原理原子的電子排布遵循構(gòu)造原理能使整個原子的能量處于最低狀態(tài)，簡稱能量最低原理。2．基態(tài)原子與激發(fā)態(tài)原子(1)基態(tài)原子：處于最低能量的原子。(2)激發(fā)態(tài)原子：基態(tài)原子的電子汲取能量后，電子會躍遷到較高能級，變成激發(fā)態(tài)原子。(3)基態(tài)、激發(fā)態(tài)相互間轉(zhuǎn)化的能量改變基態(tài)原子eq\o(,\s\up7(汲取能量),\s\do5(釋放能量，主要形式為光))激發(fā)態(tài)原子。3．光譜(1)光譜的成因及分類(2)光譜分析：現(xiàn)代化學(xué)中，常利用原子光譜上的特征譜線來鑒定元素，稱為光譜分析。關(guān)于電子躍遷的留意事項(1)電子從較高能量的激發(fā)態(tài)躍遷到較低能量的激發(fā)態(tài)乃至基態(tài)時，將釋放能量；反之，將汲取能量。光(輻射)是電子釋放能量的重要形式之一。(2)電子的躍遷是物理改變(未發(fā)生電子轉(zhuǎn)移)，而原子得失電子時發(fā)生的是化學(xué)改變。(3)一般在能量相近的能級間發(fā)生電子躍遷。例1(2024·銀川市育才中學(xué)月考)下列電子排布式是基態(tài)原子的電子排布式的是()①Be：1s22s12p1②O：1s22s22p4③He：1s12s1④Cl：1s22s22p63s23p5A．①②B．②③C．①③D．②④【考點】原子的基態(tài)與激發(fā)態(tài)【題點】能量最低原理及應(yīng)用答案D解析①Be：1s22s12p1是激發(fā)態(tài)，2s能量低于2p，故錯誤；②O：1s22s22p4符合能量最低原理，故正確；③He：1s12s1是激發(fā)態(tài)，1s能量低于2s，故錯誤；④Cl：1s22s22p63s23p5符合能量最低原理，故正確。例2對充有氖氣的霓虹燈管通電，燈管發(fā)出紅色光。產(chǎn)生這一現(xiàn)象的主要緣由是()A．電子由激發(fā)態(tài)向基態(tài)躍遷時以光的形式釋放能量B．電子由基態(tài)向激發(fā)態(tài)躍遷時汲取除紅光以外的光線C．氖原子獲得電子后轉(zhuǎn)變成發(fā)出紅光的物質(zhì)D．在電流的作用下，氖原子與構(gòu)成燈管的物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)【考點】原子的基態(tài)與激發(fā)態(tài)【題點】原子光譜及其應(yīng)用答案A解析解答該題的關(guān)鍵是明確基態(tài)原子與激發(fā)態(tài)原子的相互轉(zhuǎn)化及其轉(zhuǎn)化過程中的能量改變及現(xiàn)象。在電流作用下，基態(tài)氖原子的電子汲取能量躍遷到較高能級，變?yōu)榧ぐl(fā)態(tài)原子，這一過程要汲取能量，不會發(fā)出紅色光；而電子從較高能量的激發(fā)態(tài)躍遷到較低能量的激發(fā)態(tài)或基態(tài)時，將釋放能量，從而產(chǎn)生紅光，故A項正確。二、電子云與原子軌道1．原子核外電子的運動特點(1)電子的質(zhì)量很小(9.1095×10－31kg)，帶負電荷。(2)相對于原子和電子的體積而言，電子運動的空間很大。(3)電子運動的速度很快，接近光速(3.0×108m·s－1)。2．電子云(1)電子云：處于肯定空間運動狀態(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)電子云輪廓圖的形態(tài)：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．原子軌道(1)概念：量子力學(xué)把電子在原子核外的一個空間運動狀態(tài)稱為一個原子軌道。(2)形態(tài)①s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。②p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)各能級所含有原子軌道數(shù)目能級符號nsnpndnf軌道數(shù)目1357原子軌道與能層序數(shù)的關(guān)系(1)不同能層的同種能級的原子軌道形態(tài)相同，只是半徑不同。能層序數(shù)n越大，原子軌道的半徑越大。如：(2)s能級只有1個原子軌道。p能級有3個原子軌道，它們相互垂直，分別以px、py、pz表示。在同一能層中px、py、pz的能量相同。(3)原子軌道數(shù)與能層序數(shù)(n)的關(guān)系：原子軌道數(shù)目＝n2。例3(2024·福州高二月考)下列關(guān)于電子云的敘述中不正確的是()A．電子云是用小黑點的疏密程度來表示電子在核外空間出現(xiàn)概率大小的圖形B．電子云事實上是電子運動形成的類似云一樣的圖形C．電子云圖說明離核越近，電子出現(xiàn)概率越大；離核越遠，電子出現(xiàn)概率越小D．能級類別不同，電子云的形態(tài)也不一樣【考點】電子云與原子軌道【題點】電子云的理解與辨析答案B解析電子云是處于肯定空間運動形態(tài)的電子在原子核外空間的概率密度分布的形象化描述，而不是電子的實際運動軌跡。人們常用小黑點的疏密程度來表示電子在原子核外空間出現(xiàn)概率的大小。從電子云圖中可以看出，離核越近，電子出現(xiàn)概率越大；離核越遠，電子出現(xiàn)概率越小。例4如圖是s能級和p能級的原子軌道圖，下列說法正確的是()A．s能級和p能級的原子軌道形態(tài)相同B．每個p能級都有6個原子軌道C．s能級的原子軌道半徑與能層序數(shù)有關(guān)D．鈉原子的電子在11個原子軌道上高速運動【考點】電子云與原子軌道【題點】原子軌道的理解與辨析答案C解析s軌道為球形，p軌道為啞鈴形，A項錯誤；每個p能級只有3個原子軌道，B項錯誤；能層序數(shù)越小，s能級的原子軌道半徑越小，C項正確；鈉原子的電子在6個原子軌道上高速運動，D項錯誤。易錯提示電子云圖與電子云輪廓圖不是同一個概念，電子云輪廓圖事實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)基態(tài)原子的核外電子排布遵循構(gòu)造原理。(2)電子及其運動特點可概括為體積小、質(zhì)量輕、帶負電；繞核轉(zhuǎn)、運動快、測不準(某時刻的位置和速度)、(離核的)距離不同、能量相異、描述概率(電子在核外空間某處出現(xiàn)的概率，即電子云)。(3)原子軌道：同一能層，不同能級其原子軌道形態(tài)不同，數(shù)目不同；不同能層，同種能級某原子軌道形態(tài)相同，半徑不同，能量不同。1．正誤推斷(1)處于最低能量的原子叫基態(tài)原子(√)(2)電子躍遷時只汲取能量(×)(3)2s的電子云比1s的電子云大，說明2s的電子云中的電子比1s多(×)(4)同一原子中2p、3p、4p能級中原子軌道數(shù)依次增多(×)(5)2p和3p軌道形態(tài)相同，能量也相同(×)(6)3p4表示3p能級有四個軌道(×)2．下列說法正確的是()A．自然界中的全部原子都處于基態(tài)B．同一原子處于激發(fā)態(tài)時的能量肯定高于基態(tài)時的能量C．無論原子種類是否相同，基態(tài)原子的能量總是低于激發(fā)態(tài)原子的能量D．激發(fā)態(tài)原子的能量較高，極易失去電子，表現(xiàn)出較強的還原性【考點】原子的基態(tài)與激發(fā)態(tài)【題點】基態(tài)與激發(fā)態(tài)的推斷與比較答案B解析處于最低能量的原子叫作基態(tài)原子。電子由較低能級向較高能級躍遷，叫激發(fā)。激發(fā)態(tài)原子的能量總是比原來基態(tài)原子的能量高。假如電子僅在內(nèi)層激發(fā)，電子未獲得足夠的能量，不會失去。3．下列改變須要汲取能量的是()A．1s22s22p63s1→1s22s22p6B．3s23p5→3s23p6C．2px→2pzD．2H→H2【考點】原子的基態(tài)與激發(fā)態(tài)【題點】基態(tài)與激發(fā)態(tài)的推斷與比較答案A解析A項所示為3s能級上失去1個電子，失去電子須要汲取能量，正確；B項表示3p能級上得到1個電子，為放出能量的改變，錯誤；C項，p能級的3個軌道px、py、pz能量相同，錯誤；D項表示2個氫原子結(jié)合為H2分子的過程，是放熱過程，錯誤。4．電子由3d能級躍遷至4p能級時，可通過光譜儀干脆攝取()A．電子的運動軌跡圖像 B．原子的汲取光譜C．電子體積大小的圖像 D．原子的放射光譜【考點】原子的基態(tài)與激發(fā)態(tài)【題點】原子光譜及其應(yīng)用答案B解析能量E(3d)＜E(4p)，故電子由3d能級躍遷到4p能級時，要汲取能量，形成汲取光譜。5．(2024·長沙高二月考)下列說法正確的是()A．因為p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、3d9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動狀態(tài)的【考點】電子云與原子軌道【題點】電子云與原子軌道的理解與辨析答案B解析p軌道呈啞鈴形，是指電子出現(xiàn)概率高的區(qū)域，而不是電子的形態(tài)，A項錯誤；能層數(shù)為3時，有3s、3p、3d3個能級，共有9個軌道，B項正確；氫原子中的確只有1個電子，但軌道是人為規(guī)定的，可以是空軌道，C項錯誤。6．按要求填空。(1)硅是重要的半導(dǎo)體材料，構(gòu)成了現(xiàn)代電子工業(yè)的基礎(chǔ)。基態(tài)Si原子中，電子占據(jù)的最高能層符號為______，該能層具有的原子軌道數(shù)為________，電子數(shù)為______。(2)基態(tài)K原子中，核外電子占據(jù)最高能層的符號是________，占據(jù)該能層電子的電子云輪廓圖形態(tài)為________?！究键c】電子云與原子軌道【題點】電子云與原子軌道的理解與辨析答案(1)M94(2)N球形解析(1)基態(tài)Si原子核外共有3個電子層，最高能層是M層，有4個電子。M能層具有1個s軌道、3個p軌道和5個d軌道，共9個原子軌道。(2)基態(tài)K原子核外共有4個電子層，最高能層是N層，有1個電子，占據(jù)該能層的1s軌道，其電子云輪廓圖為球形。題組一基態(tài)、激發(fā)態(tài)及光譜1．(2024·成都高二下學(xué)期期末)生活中的下列現(xiàn)象與原子核外電子發(fā)生躍遷有關(guān)的是()A．鋼鐵長期運用后生銹B．節(jié)日里燃放的焰火五彩繽紛C．金屬可以導(dǎo)電D．樟腦丸久置后消逝【考點】原子的基態(tài)和激發(fā)態(tài)【題點】原子光譜及應(yīng)用答案B解析鋼鐵長期運用后生銹是因為鐵失去電子被氧化，A項錯誤；節(jié)日里燃放的焰火五彩繽紛是因為原子核外電子發(fā)生了躍遷，B項正確；金屬可以導(dǎo)電是因為自由電子在外加電場作用下發(fā)生了定向移動，C項錯誤；樟腦丸久置后消逝是因為分子的運動，D項錯誤。2．下列原子或離子核外電子排布不屬于基態(tài)排布的是()A．N：1s22s22p3 B．S2－：1s22s22p63s23p6C．Na：1s22s22p53s2 D．Si：1s22s22p63s23p2【考點】原子的基態(tài)和激發(fā)態(tài)【題點】能量最低原理的應(yīng)用答案C解析基態(tài)原子的核外電子排布必需遵循能量最低和構(gòu)造原理，基態(tài)鈉原子的電子排布式應(yīng)是1s22s22p63s1。3．硅原子的電子排布式由1s22s22p63s23p2轉(zhuǎn)變?yōu)?s22s22p63s13p3，下列有關(guān)該過程的說法正確的是()A．硅原子由基態(tài)轉(zhuǎn)化為激發(fā)態(tài)，這一過程汲取能量B．硅原子由激發(fā)態(tài)轉(zhuǎn)化為基態(tài)，這一過程釋放能量C．硅原子處于激發(fā)態(tài)時的能量低于基態(tài)時的能量D．轉(zhuǎn)化后硅原子與基態(tài)磷原子的電子層結(jié)構(gòu)相同，化學(xué)性質(zhì)相同【考點】原子的基態(tài)和激發(fā)態(tài)【題點】基態(tài)與激發(fā)態(tài)的推斷與比較答案A解析硅原子由基態(tài)轉(zhuǎn)化為激發(fā)態(tài)，這一過程汲取能量，則其處于激發(fā)態(tài)時的能量高于基態(tài)時的能量，故A項正確，B、C項錯誤；轉(zhuǎn)化后硅原子與基態(tài)磷原子的電子層結(jié)構(gòu)不相同，因為基態(tài)磷原子的最外層排布式為3s23p3，化學(xué)性質(zhì)也不相同，D項錯誤。4．下列有關(guān)說法不正確的是()A．基態(tài)原子的核外電子排布遵循能量最低原理B．原子核外電子發(fā)生躍遷不肯定汲取能量C．原子核外電子從基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)時，只能躍遷到稍高的能級，如從2s只能躍遷到2pD．夜幕下的霓虹燈光、軍事上運用的激光均與原子核外電子發(fā)生躍遷有關(guān)【考點】原子的基態(tài)和激發(fā)態(tài)【題點】基態(tài)與激發(fā)態(tài)的推斷與比較答案C解析基態(tài)原子是指處于最低能量的原子，A項正確；原子核外電子發(fā)生躍遷可以汲取能量，也可以放出能量，B項正確；電子躍遷可以跨能級躍遷，如從2s躍遷到3s、3d等，C項錯誤；霓虹燈光、激光都與原子核外電子發(fā)生躍遷釋放能量有關(guān)，D項正確。5．(2024·成都高二期末)若某基態(tài)原子的價電子排布式為4d15s2，則下列說法正確的是()A．該元素基態(tài)原子共有3個電子B．該元素基態(tài)原子核外有5個電子層C．該元素基態(tài)原子最外層有3個電子D．該元素基態(tài)原子M能層共有8個電子【考點】原子的基態(tài)和激發(fā)態(tài)【題點】答案B解析依據(jù)原子核外電子排布規(guī)則，結(jié)合其價電子排布式為4d15s2，可知該元素基態(tài)原子的核外電子排布式為1s22s22p63s23p63d104s24p64d15s2，故該元素基態(tài)原子共有39個電子，5個電子層，其中最外層有2個電子，M能層共有18個電子，B項正確。6．(2024·武漢高二月考)X、Y、Z三種元素原子的最外層電子排布式分別為ns1、3s23p1和2s22p4，由這三種元素組成的化合物的化學(xué)式可能是()A．X2YZ3 B．X2YZ2C．XYZ2 D．XYZ3【考點】原子的基態(tài)和激發(fā)態(tài)【題點】答案C解析原子的最外層電子排布式為3s23p1和2s22p4的元素分別是Al和O，它們形成化合物時的常見化合價分別為＋3、－2，最外層電子排布式為ns1的元素形成化合物時的常見化合價為＋1，依據(jù)化合價代數(shù)和為0可知C項符合題意。題組二核外電子的運動特點及描述方法7．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覆蓋在原子核四周，故稱電子云B．s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D8．下列說法中正確的是()A．1s電子云呈球形，表示電子繞原子核做圓周運動B．電子云圖中的小黑點密度大，說明該原子核外空間電子數(shù)目多C．ns能級的原子軌道圖可表示為D．3d3表示3d能級有3個軌道答案C9．下列說法正確的是()A．p電子云是平面“8”字形的B．3p2表示3p能級中有兩個原子軌道C．2d能級包含5個原子軌道，最多容納10個電子D．s電子云是在空間各個方向上伸展程度相同的對稱形態(tài)【考點】電子云與原子軌道【題點】原子軌道的理解與辨析答案D解析p電子云形態(tài)是啞鈴形，不是平面“8”字形，A項錯誤；3p2表示3p能級中容納了兩個電子，B項錯誤；L層沒有d能級，C項錯誤。10．下列軌道上的電子在xy平面上出現(xiàn)的機會為零的是()A．3pzB．3pxC．3pyD．3s【考點】電子云與原子軌道【題點】原子軌道的理解與辨析答案A解析px和py在xy平面上，3pz軌道沿z軸方向伸展，垂直于xy平面，故該軌道上的電子不行能出現(xiàn)在xy平面上，s軌道電子云為球形，各個方向都有，故A符合題意。11．下列有關(guān)原子核外電子的能量與運動狀態(tài)的說法正確的是()A．在同一原子中，2p、3p、4p……能級的電子軌道數(shù)依次增多B．在同一能級上運動的電子，其能量肯定相同C．在同一能級上運動的電子，其運動狀態(tài)有可能相同D．在同一原子中，1s、2s、3s、4s……能級的原子軌道的平均半徑相同【考點】電子云與原子軌道【題點】原子軌道的理解與辨析答案B解析在同一原子中，任一能層的p能級都有三個相互垂直的原子軌道，A項錯誤；確定電子能量的是能層和能級，也就是說，處于同一能層相同能級上的電子，即使處在不同的原子軌道上，其能量也是相同的，B項正確；同一原子中沒有運動狀態(tài)完全相同的兩個電子，C項錯誤；雖然s能級的原子軌道的形態(tài)都是球形，但依據(jù)1s、2s、3s、4s……的依次，電子的能量依次增高，電子在離核更遠的區(qū)域出現(xiàn)的概率漸漸增大，電子云向更大的空間擴展，原子軌道的平均半徑漸漸增大，D項錯誤。

12．下圖是s能級和p能級的原子軌道圖，試回答下列問題：(1)s電子的原子軌道呈________形，每個s能級有________個原子軌道；p電子的原子軌道呈________形，每個p能級有________個原子軌道。(2)元素X的原子最外層電子排布式為nsnnpn＋1，原子中能量最高的是________電子，其電子云在空間有________________________方向。【考點】電子云與原子軌道【題點】原子軌道的理解與辨析答案(1)球1啞鈴3(2)2p三個相互垂直的伸展解析(1)ns能級各有1個軌道，np能級各有3個軌道，s電子的原子軌道都是球形的，p電子的原子軌道都是啞鈴形的，每個p能級有3個原子軌道，它們相互垂直，分別以px、py、pz表示。(2)因為元素X的原子最外層電子排布式為nsnnpn＋1，np軌道已排上電子，說明ns軌道已排滿電子，即n＝2，則元素X的原子核外電子排布式為1s22s22p3，則原子中能量最高的是2p電子，其電子云在空間有三個相互垂直的伸展方向。13．下表列出了核電荷數(shù)為21～25的元素的最高正化合價，回答下列問題：元素名稱鈧鈦釩鉻錳元素符號ScTiVCrMn核電荷數(shù)2122232425最高正化合價＋3＋4＋5＋6＋7(1)寫出下列元素基態(tài)原子的核外電子排布式：Sc________________________________________________________________________；Ti________________________________________________________________________；V_________________________________________