高中化学选修3第一章 第一节 第2课时

第2课时原子的基态与激发态、电子云与原子轨道

[核心素养发展目标] 1.宏观辨识与微观探析：通过微观上对核外电子排布规律的分析，理解基态与激发态的含义与关系，能辨识光谱与电子跃迁之间的关系。2.证据推理与模型认知：通过原子轨道和电子云模型的学习，全面了解核外电子运动状态的描述方法。

一、能量最低原理、原子的基态与激发态、光谱

1．能量最低原理

原子的电子排布遵循构造原理能使整个原子的能量处于最低状态，简称能量最低原理。2．基态原子与激发态原子

(1)基态原子：处于最低能量的原子。

(2)激发态原子：基态原子的电子吸收能量后，电子会跃迁到较高能级，变成激发态原子。

(3)基态、激发态相互间转化的能量变化

激发态原子。

基态原子吸收能量

释放能量，主要形式为光

3．光谱

(1)光谱的成因及分类

(2)光谱分析：现代化学中，常利用原子光谱上的特征谱线来鉴定元素，称为光谱分析。

关于电子跃迁的注意事项

(1)电子从较高能量的激发态跃迁到较低能量的激发态乃至基态时，将释放能量；反之，将吸收能量。光(辐射)是电子释放能量的重要形式之一。

(2)电子的跃迁是物理变化(未发生电子转移)，而原子得失电子时发生的是化学变化。

(3)一般在能量相近的能级间发生电子跃迁。

例

1(2018·银川市育才中学月考)下列电子排布式是基态原子的电子排布式的是()

①Be：1s22s12p1②O：1s22s22p4③He：1s12s1④Cl：1s22s22p63s23p5

A．①②B．②③C．①③D．②④

【考点】原子的基态与激发态

【题点】能量最低原理及应用

答案 D

解析①Be：1s22s12p1是激发态，2s能量低于2p，故错误；②O：1s22s22p4符合能量最低原理，故正确；③He：1s12s1是激发态，1s能量低于2s，故错误；④Cl：1s22s22p63s23p5符合能量最低原理，故正确。

例

2对充有氖气的霓虹灯管通电，灯管发出红色光。产生这一现象的主要原因是()

A．电子由激发态向基态跃迁时以光的形式释放能量

B．电子由基态向激发态跃迁时吸收除红光以外的光线

C．氖原子获得电子后转变成发出红光的物质

D．在电流的作用下，氖原子与构成灯管的物质发生反应

【考点】原子的基态与激发态

【题点】原子光谱及其应用

答案 A

解析解答该题的关键是明确基态原子与激发态原子的相互转化及其转化过程中的能量变化及现象。在电流作用下，基态氖原子的电子吸收能量跃迁到较高能级，变为激发态原子，这一过程要吸收能量，不会发出红色光；而电子从较高能量的激发态跃迁到较低能量的激发态或基态时，将释放能量，从而产生红光，故A项正确。

二、电子云与原子轨道

1．原子核外电子的运动特点

(1)电子的质量很小(9.109 5×10－31 kg)，带负电荷。

(2)相对于原子和电子的体积而言，电子运动的空间很大。

(3)电子运动的速度很快，接近光速(3.0×108 m·s－1)。

2．电子云

(1)电子云：处于一定空间运动状态的电子在原子核外空间的概率密度分布的形象化描述。

(2)电子云轮廓图的形状：s能级的电子云轮廓图是球形，p能级的电子云轮廓图是哑铃形。3．原子轨道

(1)概念：量子力学把电子在原子核外的一个空间运动状态称为一个原子轨道。

(2)形状

①s电子的原子轨道呈球形，能层序数越大，原子轨道的半径越大。

②p电子的原子轨道呈哑铃形，能层序数越大，原子轨道的半径越大。

(3)各能级所含有原子轨道数目

能级符号n s n p n d n f

轨道数目 1 3 5 7

原子轨道与能层序数的关系

(1)不同能层的同种能级的原子轨道形状相同，只是半径不同。能层序数n越大，原子轨道的半径越大。如：

(2)s能级只有1个原子轨道。p能级有3个原子轨道，它们互相垂直，分别以p x、p y、p z表示。在同一能层中p x、p y、p z的能量相同。

(3)原子轨道数与能层序数(n)的关系：原子轨道数目＝n2。

例

3(2019·福州高二月考)下列关于电子云的叙述中不正确的是()

A．电子云是用小黑点的疏密程度来表示电子在核外空间出现概率大小的图形

B．电子云实际上是电子运动形成的类似云一样的图形

C．电子云图说明离核越近，电子出现概率越大；离核越远，电子出现概率越小

D．能级类别不同，电子云的形态也不一样

【考点】电子云与原子轨道

【题点】电子云的理解与辨析

答案 B

解析电子云是处于一定空间运动形态的电子在原子核外空间的概率密度分布的形象化描述，而不是电子的实际运动轨迹。人们常用小黑点的疏密程度来表示电子在原子核外空间出现概率的大小。从电子云图中可以看出，离核越近，电子出现概率越大；离核越远，电子出

现概率越小。

例

4如图是s能级和p能级的原子轨道图，下列说法正确的是()

A．s能级和p能级的原子轨道形状相同

B．每个p能级都有6个原子轨道

C．s能级的原子轨道半径与能层序数有关

D．钠原子的电子在11个原子轨道上高速运动

【考点】电子云与原子轨道

【题点】原子轨道的理解与辨析

答案 C

解析s轨道为球形，p轨道为哑铃形，A项错误；每个p能级只有3个原子轨道，B项错误；能层序数越小，s能级的原子轨道半径越小，C项正确；钠原子的电子在6个原子轨道上高速运动，D项错误。

易错提醒

电子云图与电子云轮廓图不是同一个概念，电子云轮廓图实际上是电子云图的大部分区域；电子云轮廓图就是我们通常所说的原子轨道图。