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)動特征學(xué)案 蘇教版選修3.docx

第1課時(shí)原子核外電子的運(yùn)動特征學(xué)習(xí)目標(biāo)定位熟知原子的構(gòu)成，理解“電子云”的概念，會描述原子核外電子的運(yùn)動特征。一核外電子的運(yùn)動特征1原子核外電子的運(yùn)動特點(diǎn)(1)電子的質(zhì)量很小(9.10951031kg)，帶負(fù)電荷。(2)相對于原子和電子的體積而言，電子運(yùn)動的空間很大。(3)電子運(yùn)動的速度很快，接近光速(3.0108ms1)。2電子在核外空間做高速運(yùn)動，不能確定具有一定運(yùn)動狀態(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?；顚W(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)動的電子B1s軌道的電子云形狀為圓形的面C電子在1s軌道上運(yùn)動像地球圍繞太陽旋轉(zhuǎn)D1s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(yùn)動B核外電子的運(yùn)動規(guī)律與普通物體不同，不能用牛頓運(yùn)動定律來解釋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，電子云只是對原子核外電子運(yùn)動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)動的，能量高的電子在離核遠(yuǎn)的區(qū)域里運(yùn)動，能量低的電子在離核近的區(qū)域里運(yùn)動。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，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1234567符號KLMNOPQ最多容納電子數(shù)28183250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nsnpndnf。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能級沒有伸展方向(球形對稱，所以只有一個(gè)s軌道)；p能級有三種伸展方向，即有px、py、pz三個(gè)原子軌道；d能級有五種伸展方向，即有五個(gè)原子軌道；f能級有七種伸展方向，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。可以有兩種不同的狀態(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nsnpndnf形狀相同的原子軌道1s2s3s4s電子層數(shù)相同，形狀也相同的原子軌道2px2py2pz2.在任何一個(gè)原子中找不到兩個(gè)運(yùn)動狀態(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)動狀態(tài)”的說法，錯誤的是()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、7B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B3f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)錯誤。各電子層軌道數(shù)和最多容納的電子數(shù)電子層1234n原子軌道1s2s2p3s3p3d4s4p4d4fn軌道數(shù)目1131351357n24916可容納的電子數(shù)目2818322n2當(dāng)堂檢測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Cp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()ANBMCLDK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。3n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B4下列原子軌道中，可容納電子最多的是()A6sB4pC3dD7s答案C5回答下列問題：(1)n2的電子層有_種原子軌道，分別用符號_表示；(2)n4的電子層有_種原子軌道，最多容納的電子數(shù)是_。答案(1)22s、2p(2)43240分鐘課時(shí)作業(yè)基礎(chǔ)過關(guān)一、原子核外電子運(yùn)動狀態(tài)1以下對核外電子運(yùn)動狀態(tài)的描述正確的是()A電子的運(yùn)動與行星相似，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，能量高的電子總是在f軌道上運(yùn)動C能層序數(shù)越大，s電子云的半徑越大D在同一能級上運(yùn)動的電子，其運(yùn)動狀態(tài)肯定相同答案C解析電子運(yùn)動是無序的，沒有固定軌道，能量低的在離核近的區(qū)域運(yùn)動，能量高的在離核遠(yuǎn)的區(qū)域運(yùn)動。2.觀察2pz軌道電子云示意圖(如圖所示)判斷，下列說法中錯誤的是()A2pz軌道上的電子在空間出現(xiàn)的概率分布呈z軸對稱B點(diǎn)密集的地方表明電子出現(xiàn)的機(jī)會大C電子先沿z軸正半軸運(yùn)動，然后在負(fù)半軸運(yùn)動D2pz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)的概率分布相對于z軸對稱，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)會大，B正確；在圖中，電子出現(xiàn)的概率分布關(guān)于z軸對稱，電子云并不是電子的真實(shí)運(yùn)動軌跡，C錯誤；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)動狀態(tài)表示方法3以下原子軌道符號正確的是()A3fB2dC4sD2f答案C解析L層有2s和2p兩個(gè)原子軌道，故B、D錯誤；M層有3s、3p、3d三個(gè)原子軌道，故A錯誤；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()AK電子層BL電子層CM電子層DN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。所以，K電子層、L電子層和M電子層中均無f軌道。5符號為M的電子層最多容納的電子數(shù)為()A8B18C32D50答案B解析符號為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23218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能級就是電子層B每個(gè)電子層最多可容納的電子數(shù)是2n2C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<np<nd<nf；不同電子層，原子軌道符號相同，n越大，能量越高，如1s<2s<3s<4s。7在含有多個(gè)電子的原子里，能量高的電子()A只在離核近的區(qū)域運(yùn)動B只在離核遠(yuǎn)的區(qū)域運(yùn)動C在離核近的區(qū)域出現(xiàn)的機(jī)會大D在離核遠(yuǎn)的區(qū)域出現(xiàn)的機(jī)會大答案D8在同一個(gè)原子中，M電子層上的電子與Q電子層上的電子的能量()A前者大于后者B后者大于前者C前者等于后者D無法確定答案B解析在同一個(gè)原子中，電子層的能量由低到高的順序是KLMNOPQ，故B正確。9有下列四種軌道：2s、2p、3p、4d，其中能量最高的是()A2sB2pC3pD4d答案D解析(1)同一電子層上軌道能量：nsnpndnf。(2)形狀相同的原子軌道能量：1s2s3s4s，2p3p4p5p另外在多電子原子中，電子層和形狀均相同的原子軌道的能量相等，如3px、3py、3pz軌道的能量相等。能力提升10關(guān)于1s、2s、3s、4s原子軌道的說法，正確的是 ()A電子只能在電子云輪廓圖中運(yùn)動B能級不同，電子云輪廓圖形狀相同C軌道數(shù)目相同，電子云輪廓圖形狀、大小完全相同D電子層不同，電子云輪廓圖形狀也不相同答案B解析A項(xiàng)，電子在電子云輪廓圖中出現(xiàn)的機(jī)會多；C項(xiàng)，1s、2s、3s、4s電子云輪廓圖大小不相同；D項(xiàng)，電子云輪廓圖形狀相同。11在多電子原子中，軌道能量是由以下哪些因素決定 ()電子層能級電子云的伸展方向電子自旋狀態(tài)ABCD答案A解析電子層、能級決定軌道能量，而與電子云的伸展方向、電子的自旋狀態(tài)無關(guān)。12現(xiàn)代科學(xué)研究發(fā)現(xiàn)：電子在核外空間所處的位置及其運(yùn)動速率不能同時(shí)準(zhǔn)確測定。為了描述核外電子的運(yùn)動情況，現(xiàn)代量子力學(xué)采用了統(tǒng)計(jì)的方法，即對1個(gè)電子多次行為或多電子的一次行為進(jìn)行總的研究。如圖是對氫原子核外1個(gè)電子數(shù)以百萬次的運(yùn)動狀態(tài)統(tǒng)計(jì)而得，人們形象化地稱之為“電子云”(呈三維對稱)。請回答下列問題：(1)從圖中數(shù)百萬次運(yùn)動狀態(tài)的統(tǒng)計(jì)結(jié)果，你能得出什么結(jié)論？_。(2)離核越近，電子的能量越_；離核越遠(yuǎn)，電子的能量越_。答案(1)距原子核越近，電子出現(xiàn)的機(jī)會越大；距原子核越遠(yuǎn)，電子出現(xiàn)的機(jī)會越小(2)低高解析電子云中的小黑點(diǎn)，單獨(dú)看沒什么實(shí)際意義，但從黑點(diǎn)密度的大小上才能說明電子在該區(qū)域出現(xiàn)的機(jī)會大小。(1)從統(tǒng)計(jì)的結(jié)果中分析，距離原子核越近，電子出現(xiàn)的機(jī)會越大；距離原子核越遠(yuǎn)，電子出現(xiàn)的機(jī)會越小。13下圖是s能級、p能級的原子軌道圖，試回答下列問題：(1)s能級的原子軌道呈_形，每個(gè)s能級有_個(gè)原子軌道；p能級的原子軌道呈_形，每個(gè)p能級有_個(gè)原子軌道。(2)s能級原子軌道、p能級原子軌道的半徑與_有關(guān)，_越大，原子軌道半徑越大。答案(1)球1紡錘3(2)電子層序數(shù)電子層序數(shù)14比較下列多電子原子的原子軌道的能量高低。(1)1s,3d(2)3s,3p,3d(3)2p,3p,4p答案(1)1s3d(2)3s3p3d(3)2p3p4p解析在多電子原子中，電子填充原子軌道時(shí)，原子軌道能量的高低存在如下規(guī)律：相同電子層上原子軌道能量的高低：nsnpndnf。形狀相同的原子軌道能量的高低：1s2s3s4s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。拓展探究15下表給出了五種元素的相關(guān)信息，其中A、B、C、D為短周期元素。元素相關(guān)信息A在常溫、常壓下，其單質(zhì)是氣體，隨著人類對環(huán)境的認(rèn)識和要求的提高，它將成為備受青睞的清潔燃料B工業(yè)上通過分離液態(tài)空氣獲得其單質(zhì)，其某種同素異形體是保護(hù)地球地表環(huán)境的重要屏障C植物生長三要素之一，它能形成多種氧化物，其中一種是早期醫(yī)療中使用的麻醉劑D室溫下其單質(zhì)呈粉末狀固體，加熱易熔化。該單質(zhì)在氧氣中燃燒，發(fā)出明亮的藍(lán)紫色火焰E它是人體不可缺少的微量元素，其單質(zhì)也是工業(yè)生產(chǎn)中不可缺少的金屬原材料，常用于制造橋梁、樓房等根據(jù)上述信息填空：(1)B元素的原子含有_個(gè)電子層，其中第二電子層中有哪幾種軌道：_；畫出D的原子結(jié)構(gòu)示意圖：_。(2)C與A形成的某一化合物能和C與B形成的另一無色化合物(這兩種化合物分子中原子個(gè)數(shù)比皆為12)一起用作火箭助推劑，寫出兩者發(fā)生反應(yīng)生成無毒物質(zhì)的化學(xué)方程式：_。(3)某礦藏主要含D、E兩種元素組成的化合物，它是我國生產(chǎn)某強(qiáng)酸的主要原料。試寫出該生產(chǎn)過程中第一階段主要反應(yīng)的化學(xué)方程式：_。答案(1)兩2s和2p(2)2N2H4N2O43N24H2O(3)4FeS211O22Fe2O38SO2解析氫氣是一種清潔燃料，所以A為氫元素；臭氧對紫外線有吸收作用，是保護(hù)地球地表環(huán)境的重要屏障，所以B為氧元素，其原子含有K層與L層兩個(gè)電子層，L電子層有2s和2p兩種類型的原子軌道；氮、磷、鉀是植物生長三要素，N2O俗名“笑氣”，是早期醫(yī)療中使用的麻醉劑，所以C為氮元素；單質(zhì)硫在氧氣中燃燒，發(fā)出明亮的藍(lán)紫色火焰，所以D為硫元素；日常生產(chǎn)和生活中最常用的金屬是鐵、銅和鋁，其中只有鐵是人體不可缺少的微量元素，所以E為鐵元素。(2)氮和氫形成的原子個(gè)數(shù)比為12的化合物為N2H4，氮和氧形成的原子個(gè)數(shù)比為12的化合物有NO2和N2O4，其中N2O4是無色氣體，NO2是紅棕色氣體，N2H4和N2O4反應(yīng)生成無毒的N2和H2O。(3)我國主要以黃鐵礦(主要成分是FeS2)為原料制備硫酸，其第一階段的主要反應(yīng)是煅燒黃鐵礦。