高中化学 第1章 第1节 第2课时 量子力学对原子核外电

第2课时量子力学对原子核外电子运动状态的描述
学习目标
1.知道原子中单个电子的运动状态可用由
量子数n、l、m确定的原子轨道来描述，并且取两种自旋状态中的一种。

2.知道电子云是对电子在核外空间出现概率大小的形象描述。

一、原子轨道与四个量子数
根据量子力学理论，原子中的单个电子的________运动状态可以用____________来描述，而每个原子轨道须由三个量子数n、l、m共同描述。

1．主量子数n：n的取值为正整数1,2,3,4,5,6…对应的符号为________________等。

一般而言，n越大，电子离核的平均距离越____，能量越____，因此将n值所表示的电子运动状态称为__________。

2．角量子数l：对于确定的n值，l共有________个值；0、1、2、3…(n－1)，对应的
符号分别为____________等。

若两个电子所取的n、l值均相同，就表明这两个电子具
有相同的________。

我们用________来表示具有相同n、l值的电子运动状态。

在一个
电子层中，l有多少个取值，就表示该电子层有多少个能级。

可见，同一电子层内的电子根据能量的不同，可以分成不同的能级，第n电子层内有________个能级，如在K层中
只有________能级；在L层中有________能级和________能级；在M层中有________
能级、________能级和________能级，等等。

3．磁量子数m：在没有________时，量子数n、l相同的状态能量是相同的；有外磁场时，这些状态的能量就不同，我们用磁量子数m来标记这些状态，对于每一个确定的l，m值可取0，±1，±2，…±l，共________个值。

磁量子数用来描述核外电子的________________。

4．自旋磁量子数：高分辨光谱实验事实揭示核外电子还存在着一种奇特的量子化运动，人们称其为自旋运动。

人们用自旋磁量子数________来标记电子的自旋运动，处于同一原子轨道上的电子自旋运动状态只能有____种，分别用“↑”和“↓”来表示。

5．原子轨道：我们通常把________共同确定的原子核外电子的空间运动状态称为原子轨道。

二、原子轨道的图形描述和电子云
1．原子轨道的图形描述
s轨道在三维空间分布的图形为________，即该原子轨道具有______对称性；p轨道空间分布的特点是分别相对于x、y、z______对称，因此，p原子轨道在空间的分布分别沿x、y、z方向。

2．电子云
用单位体积内小点的疏密程度来表示________在原子核外单位体积内____________的大小。

这种形象地描述电子在空间单位体积内____________大小的图形称为电子云图。

1．下列各电子层中不包含p能级的是()
A．N电子层B．M电子层
C．L电子层D．K电子层
2．下列说法中正确的是()
A．1s、2px、2py、2pz轨道都具有球对称性
B．因为p轨道是“8”字形的，所以p电子也是“8”字形
C．氢原子中只有一个电子，故氢原子只有一个轨道
D．原子轨道与电子云都是用来形象描述电子运动状态的
3.
观察1s轨道电子云示意图，判断下列说法正确的是()
A．一个小黑点表示1个自由运动的电子
B．1s轨道的电子云形状为圆形的面
C．电子在1s轨道上运动像地球围绕太阳旋转
D．1s轨道电子云中点的疏密表示电子在某一位置出现机会的多少4．下列有关电子云的叙述中，正确的是()
A．电子云形象地表示了电子在核外某处单位体积内出现的概率
B．电子云直观地表示了核外电子的数目
C．1s电子云界面图是一个球面，表示在这个球面以外，电子出现的概率为零
D．电子云是电子绕核运动形成的一团带负电荷的云雾
练基础落实
知识点一各电子层含有的能级
1．下列能级符号中不正确的是()
A．5s B．3d
C．3f D．7p
2．下列有关认识正确的是()
A．各能级的原子轨道数按s、p、d、f的顺序分别为1、3、5、7
B．各电子层的能级都是从s能级开始至f能级结束
C．各电子层含有的能级数为n－1
D．各电子层含有的电子数为2n2
知识点二四个量子数表示的意义和相互关系
3．能够确定核外电子空间运动状态的量子数组合为()
A．n、l B．n、l、ms
C．n、l、m D．n、l、m、ms
4．下列有关n、l、m、ms四个量子数的说法中，不正确的是()
A．一般而言，n越大，电子离核的平均距离越远，能量越高
B．l的数值多少，决定了某电子层不同能级的个数
C．对于确定的n值，m的取值共有2n＋1个
D．ms可用“↑”和“↓”标记，不同符号表示电子的自旋方向不同
5．多电子原子中，在主量子数为n、角量子数为l的能级上，原子轨道数为() A．2l＋1 B．n－1
C．n－l＋1 D．2l－1
6．下列电子层中，原子轨道的数目为4的是()
A．K层B．L层
C．M层D．N层
知识点三原子轨道的图形描述和电子云
7．关于基态氢原子的电子云图，下列说法正确的是()
A．一个小黑点代表一个电子
B．小黑点表示电子曾经出现过的位置
C．小黑点的疏密表示电子在核外空间某处单位体积内出现机会的多少
D．基态氢原子的电子云是圆形的
8．观察2pz轨道的电子云示意图，下列说法中错误的是()
①2pz轨道上的电子在空间出现的概率分布呈z轴对称②点密集的地方表明电子出现的概率大③电子先沿z轴正半轴运动，然后再沿负半轴运动④2pz轨道形状为两个椭圆面A．①②B．①③
C．②④D．③④
练综合拓展
9．下列说法中正确的是()
A．处于最低能量的原子叫做基态原子
B．3p2表示3p能级有两个轨道
C．同一原子中，1s、2s、3s电子的能量逐渐减小
D．同一原子中，2p、3p、4p能级的轨道数依次增多
10．下列关于原子轨道的叙述中，正确的是()
A．原子轨道就是原子核外电子运动的轨道，这与宏观物体运动轨道的含义相同
B．第n电子层上共有n2＋1个原子轨道
C．任意电子层上的p能级都有3个伸展方向相互垂直的原子轨道
D．处于同一原子轨道上的电子，运动状态完全相同
11．在自由原子中，电子从n＝1的原子轨道上跃迁到n＝2的某原子轨道上，理论上产生光谱线的条数是()
A．1 B．2
C．3 D．4
12.描述一个原子轨道要用________个量子数，其符号分别是________，表征电子自旋
方向的量子数有________个，可用符号________表示。

3d能级中原子轨道的主量子数为___，该能级的原子轨道最多可以有________个空间取向，最多可容纳__________个电子。

13．写出具有下列指定量子数的能级符号：
(1)n＝2，l＝1________；(2)n＝3，l＝0________；
(3)n＝5，l＝2________；(4)n＝4，l＝3________。

第2课时量子力学对原子核外电子运动状态的描述
双基落实
一、
空间原子轨道
1．K、L、M、N、O、P远高电子层
2．n s、p、d、f能量能级n1个s1个s1个p1个s1个p1个d
3．外磁场2l＋1空间运动方向
4．ms两
5．n、l、m
二、
1．球形球轴
2．电子出现概率出现的概率
课堂练习
1．D[对于确定的n值，l的取值就有n个：0、1、2、3、…、(n－1)，对应符号为s、p、d、f、…。

所以，当n＝1(K电子层)时，l＝0，即为s能级；当n＝2(L电子层)时，l＝0、1，即为s能级和p能级；当n＝3(M电子层)时，l＝0、1、2，即为s能级、p能级和d能级；当n＝4(N电子层)时，l＝0、1、2、3，即为s能级、p能级、d能级和f能级。

]
2．D[s轨道是球形对称，p轨道呈纺锤形，px、py、pz分别相对于x、y、z轴对称。

氢原子中只有1个电子，填充在1s轨道，但还存在其他空轨道，使电子跃迁，产生光谱。

A、B、C项都错，只有D项是对的。

]
3．D[电子云中的小黑点的疏密程度表示电子在原子核外出现概率的大小。

点密集的地方，表示电子在那里出现的概率大；点稀疏的地方，表示电子在那里出现的概率小。

由图可知，处于1s轨道上的电子在空间出现的概率分布呈球形对称，而且电子在原子核附近出现的概率最大，离核越远出现的概率越小。

图中的小黑点不表示电子。

]
4．A[为了形象地表示电子在原子核外空间的分布状况，人们常用小黑点的疏密程度来表示电子在原子核外出现概率的大小：点密集的地方，表示电子出现的概率大；点稀疏的地方，表示电子出现的概率小，这就是电子云。

1s电子云界面以外，电子出现的概率(概率)不为零，只是出现的概率很小。

]
课时作业
1．C[角量子数l的值应小于主量子数n，而s能级l＝0，p能级l＝1，d能级l＝2，f能级l＝3，故C项错误，A、B、D项正确。

]
2．A[B选项错误，因为各能级所在能层的取值分别是：ns→n≥1；np→n≥2；nd→n≥3；nf→n≥4…可见，各电子层的能级都是从s能级开始，但不一定是至f能级结束，有的电子层没有f能级，有的还有更高的能级；C选项错误，因为各电子层含有的能级数应该为n；D选项错误，因为各电子层最多容纳的电子数为2n2。

]
3．C[主量子数(n)决定电子的离核远近，角量子数(l)确定原子轨道的形状，磁量子数(m)决定原子轨道在空间的取向，故用n、l、m三个量子数可以确定一个电子的空间运动状态，即一个原子“轨道”。

]
4．C[随着n值的增大，电子离核的平均距离越来越远，能量越来越高；n值和l值相同的电子，能量相同，故同一电子层(n值相同)中能级个数取决于l值的个数；对于确定的l值，m的取值共有(2l＋1)个；ms用来描述电子的自旋运动状态，同一原子轨道上的电子自旋运动状态只能有两种。

]
5．A[在主量子数为n、角量子数为l的能级上，由于m可以取(2l＋1)个值，因此原子轨道数为2l＋1。

原子核外电子的每种空间运动状态(原子轨道)都与一组确定的n、l和m值相对应。

因此，一旦知道了n、l和m，就知道了该电子在原子核外处于什么样的空间运动状态。

]
6．B[我们通常用原子轨道表示n、l和m确定的核外电子的空间运动状态。

s能级中有1个原子轨道，p能级中有3个能量相同的原子轨道，d能级中有5个能量相同的原子轨道，等等。

我们不难推出，第n电子层有n2个原子轨道，因此原子轨道的数目为4的是L层。

] 7．C[电子云图中的小黑点是用来统计电子在核外空间某处出现机会多少的，而不是代表一个实实在在的电子，也不是曾经出现过的位置，小黑点的疏密表示的是电子在核外空间某处单位体积内出现机会的多少。

基态氢原子的电子云是球形的而不是圆形的。

]
8．D[p轨道呈纺锤形，并且pz轨道关于z轴对称，故①项正确，④项错误；电子云描述的是电子在某单位体积内出现概率的大小，并不是电子运动的轨迹，点密集的地方表明电子
出现的概率大，点稀疏的地方表明电子出现的概率小，故②项正确，③项错误。

]
9．A[B错，3p2表示3p能级有两个电子；C错，同一原子中，1s、2s、3s电子的能量逐渐增大；D错，同一原子中，2p、3p、4p能级的轨道数相同。

]
10．C
11．B[n＝1的原子轨道只有1s能级，n＝2的原子轨道有2s、2p两种，并且这两种轨道的能量不同，所以电子既可以从1s能级跃迁到2s能级，也可以从1s能级跃迁到2p能级，相应的也就可以产生两条对应不同能量差的谱线。

]
12．3n、l、m1ms3510
解析用角量子数、主量子数、磁量子数来描述原子轨道，自旋磁量子数表示电子自旋方向；每条轨道最多能容纳自旋方向相反的两个电子。

13．(1)2p(2)3s(3)5d(4)4f
解析对多电子原子来说，电子运动状态的能量不仅与n有关，还与l有关。

n、l值均相同的电子具有相同的能量。

因此我们用能级来标记具有相同n、l值的电子运动状态。

对于第n 层的s轨道，记作ns；对于第n层的p轨道，记作np。