高中化学112量子力学对原子核外电子运动状态的描述ppt课件鲁科版选修

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,#,高中化学112量子力学对原子核外电子运动状态的描述ppt课件鲁科版选修,1,1,2,1,.,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,空间,运动状态可以用,原子轨道,来描述,而每个原子轨道由三个只能取整数的量子数,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,K,L,M,N,O,P,等。一般而言,n,越大,电子离核的平均距离越,远,能量越,高,因此,将,n,值所表示的电子运动状态称为,电子层,。,自主思考,1,.,引入主量子数,n,解决了什么问题,?,提示：,引入主量子数,n,解决了氢原子光谱为线状光谱而不是连续光谱的问题。,121.原子轨道与四个量子数,2,1,2,(2),角量子数,l,:,对于确定的,n,值,l,共有,n,个值,:0,1,2,3,(,n,-1),对应的符号分别为,s,、,p,、,d,、,f,等。若两个电子所占据的原子轨道的,n,、,l,均相同,就表明这两个电子具有相同的,能量,。我们用,能级,来表示具有相同,n,、,l,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不同的能级。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,n,个能级,如在,K,层中只有,1,个,s,能级,;,在,L,层中有,1,个,s,能级和,1,个,p,能级,;,在,M,层中有,1,个,s,能级、,1,个,p,能级和,1,个,d,能级,;,等等。,自主思考,2,.,引入角量子数,l,解决了什么问题,?,提示：,引入角量子数,l,解决了多电子原子多条谱线的问题,例如钠原子,处于,n,=4,状态的电子跃迁到,n,=3,的状态时,会产生多条谱线的问题。,12(2)角量子数l:对于确定的n值,l共有 n个值:0,1,3,1,2,(3),磁量子数,m,:,在没有,外磁场,时,量子数,n,、,l,相同的状态的能量是相同的,;,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,对于确定的,l,m,值可取,0,1,2,l,共,(2,l,+1),个值。磁量子数用来描述核外电子的,空间运动方向,。,自主思考,3,.,引入磁量子数,m,解决了什么问题,?,提示：,引入磁量子数,m,解决了在外磁场的作用下,某一特定跃迁原来产生的一条谱线都可能分裂为多条的问题。,(4),自旋磁量子数,m,s,:,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,m,s,来标记电子的自旋运动状态,处于同一原子轨道上的电子自旋运动状态只能有,两,种,分别用,“”,和,“”,来表示。,12(3)磁量子数m:在没有外磁场时,量子数n、l相同的状态,4,1,2,(5),原子轨道,:,我们通常把,n,、,l,和,m,共同确定的原子核外电子的空间运动状态称为原子轨道。,若,l,=0,表示,s,能级,m,=0,即,s,能级中有,1,个原子轨道。,若,l,=1,表示,p,能级,m,=0,+1,-1,代表在空间有,3,个伸展方向,即,p,能级中有,3,个能量相同的原子轨道。,若,l,=2,表示,d,能级,m,=0,+1,-1,+2,-2,代表在空间有,5,个伸展方向,即,d,能级中有,5,个能量相同的原子轨道。,若,l,=3,表示,f,能级,f,能级有,7,个伸展方向不同的轨道。,对于第,n,层的,s,轨道,记作,ns,;,对于第,n,层的,3,个,p,轨道,分别记作,n,p,x,、,n,p,y,、,n,p,z,。,12(5)原子轨道:我们通常把n、l和m共同确定的原子核外电,5,1,2,小结：,主量子数,n,对应着,电子层,;,主量子数,n,和角量子数,l,对应着,n,电子层中的,能级,;,主量子数,n,角量子数,l,和磁量子数,m,对应着,n,电子层中,l,能级中的,原子轨道,;,自旋磁量子数,m,s,描述的是电子的自旋性质。这样,原子中的单电子运动状态可用由量子数,n,、,l,、,m,确定的,原子轨道,来描述,并取两种自旋状态中的一种。所以,描述一个电子的运动状态,要用四个量子数,:,n,l,m,和,m,s,。,12小结：主量子数n对应着电子层;主量子数n和角量子数l对应,6,1,2,2,.,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,球形,即该原子轨道具有,球,对称性,;p,轨道空间分布的特点是分别相对于,x,、,y,、,z,轴,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。,由于电子的质量,非常小,、运行速度,极快,人们不能同时准确地测定它的位置和速度。但原子核外的电子运动状态表现出按概率分布的统计规律,可以形象地用,电子云,描述原子中电子的运动状态。这种形象地描述电子在空间单位体积内出现的,概率,大小的图形称为电子云图。,122.原子轨道的图形描述和电子云,7,1,2,注意：,量子力学中的轨道的含义是电子在核外空间经常出现的区域轮廓,与玻尔轨道的含义完全不同,它既不是圆周轨道,也不是其他经典意义上的固定轨迹。,12注意：量子力学中的轨道的含义是电子在核外空间经常出现的区,8,探究一,探究二,问题引导,名师精讲,即时检测,探究一,原子轨道,1,.,玻尔只引入一个量子数,n,能比较好地解释了氢原子线状光谱产生的原因,;,但复杂的光谱解释不了。实验事实,:,在氢原子中,n,=2,n,=1,时,得到两条靠得很近的谱线,与此类比,在钠原子中,n=,4,n=,3,得到两条靠得很近的谱线。,钠原子的部分光谱,为什么在通常条件下,钠原子中的处于,n,=4,的电子跃迁到,n,=3,的状态时,在高分辨光谱仪上看到的不是一条谱线,而是两条谱线,?,探究一探究二问题引导名师精讲即时检测探究一 原子轨道,9,探究一,探究二,问题引导,名师精讲,即时检测,提示：,原子的线状光谱产生于原子核外的电子在不同的、能量量子化的轨道之间的跃迁。多电子原子光谱中原有的谱线之所以能分裂为多条谱线,可能是量子数,n,标记的核外电子运动状态包含多个能量不同的,“,轨道,”,电子在不同能量的,“,轨道,”,之间跃迁时产生的谱线就会增多。,探究一探究二问题引导名师精讲即时检测提示：原子的线状光谱产生,10,探究一,探究二,问题引导,名师精讲,即时检测,2,.,如何比较电子的能量高低,?,提示：,在多电子原子中,电子填充原子轨道时,原子轨道能量的高低存在如下规律。,(1),相同电子层上原子轨道能量的高低,:,n,s,n,p,n,d,。,(2),不同电子层上形状相同的原子轨道能量的高低,:1s2s3s;2p3p4p,。,(3),相同电子层上形状相同的原子轨道能量的高低,:2p,x,=2p,y,=2p,z,。,探究一探究二问题引导名师精讲即时检测2.如何比较电子的能量高,11,探究一,探究二,问题引导,名师精讲,即时检测,核外电子运动状态的描述,1,.,电子层,:,在含有多个核外电子的原子中,电子的能量往往是不同的。人们根据电子的能量差异和主要运动区域的不同,认为核外电子分别处于不同的电子层,(,或能层,),上。原子中由里向外的电子层数,n,可取,1,2,3,4,5,等正整数,对应的电子层符号分别为,K,L,M,N,O,等,能量依次升高。,2,.,能级,:,处于同一电子层的电子,能量也可能不同,还可以把它们分成能级,并用,s,p,d,f,等符号表示。每一电子层的能级数等于该层的层序数,(,n,):,第一层只有,1,个能级,(1s),第二层有,2,个能级,(2s,和,2p),第三层有,3,个能级,(3s,3p,3d),依次类推。,探究一探究二问题引导名师精讲即时检测核外电子运动状态的描述,12,探究一,探究二,问题引导,名师精讲,即时检测,3,.,原子轨道,:,处于同一能级的电子可以在不同类型的原子轨道上运动。不同的轨道有不同的形状和不同的伸展方向。例如,s,能级是球形对称的,s,能级中只有,1,个原子轨道,;p,能级呈纺锤形,(,或哑铃形,),有,3,个原子轨道,在空间分别向,x,、,y,、,z,三个方向伸展,每个,p,能级的,3,个原子轨道相互垂直,记作,p,x,、,p,y,、,p,z,;d,能级有,5,个伸展方向不同的轨道,f,能级有,7,个伸展方向不同的轨道。,4,.,电子的自旋,:,每一个原子同一轨道上的电子有不同的自旋状态,分别用向上和向下的箭头,(,和,),表示。以,s,p,d,f,排序的各能级可容纳的最多电子数依次为,1,3,5,7,的,2,倍。,总之,核外电子可看作是在某一电子层的某一能级中的某一轨道上运动的,并有一定的自旋方向。这也就决定了每一个电子层、能级中的原子轨道数,以及所容纳的电子总数。,探究一探究二问题引导名师精讲即时检测3.原子轨道:处于同一能,13,探究一,探究二,问题引导,名师精讲,即时检测,探究一探究二问题引导名师精讲即时检测,14,探究一,探究二,问题引导,名师精讲,即时检测,【例题,1,】,下列说法是否正确,?,如不正确,应如何改正,?,(1)s,电子绕核旋转,其轨道为一圆圈,而,p,电子是走,“”,字形。,(2),主量子数为,1,时,有自旋相反的两条轨道。,(3),主量子数为,3,时,有,3s,、,3p,、,3d,、,3f,四条轨道。,解析：,(1),不正确,因为电子运动并无固定轨道。应改为,:s,电子在核外运动电子云图像或概率分布呈球形对称,其剖面图是个圆。而,p,电子云图像或概率分布呈纺锤形,其剖面图是,“”,形。,(2),不正确,因为,n,=1,l,=0,只有一个,1s,原子轨道。应改为主量子数为,1,时,在,1s,原子轨道中可能有两个自旋相反的电子。,(3),不正确,因为,n,=3,时,l,只能取,0,、,1,、,2,所以没有,3f,。另外,3s,、,3p,、,3d,的电子云形状不同,3p,有三种空间取向不同的运动状态,有,3,个原子轨道,3d,有五种空间取向,有,5,个原子轨道。因此应改为,:,主量子数为,3,时,有,9,个原子轨道。,答案：,见解析。,探究一探究二问题引导名师精讲即时检测【例题1】下列说法是否,15,探究一,探究二,问题引导,名师精讲,即时检测,方法技巧,要明确描述电子运动状态的电子层、电子层中的能级和能级中的原子轨道的递进关系和分别对应的量子数。,探究一探究二问题引导名师精讲即时检测方法技巧要明确描述电子运,16,探究一,探究二,问题引导,名师精讲,即时检测,变式训练,1,下列有关认识正确的是,(,),A.,各电子层的原子轨道数按,s,、,p,、,d,的顺序分别为,1,、,3,、,5,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.,各电子层含有的原子轨道数为,2,n,2,解析：,各能级的原子轨道数目取决于原子轨道在三维空间的分布情况,s,能级有,1,个原子轨道,p,能级有,3,个原子轨道,d,能级有,5,个原子轨道,A,项正确,;,各电子层的能级都是从,s,能级开始,但能级数等于电子层序数,不一定到,f,能级结束,故,B,、,C,两项错误,;,各电子层含有的原子轨道数为,n,2,D,项错误。,答案：,A,探究一探究二问题引导名师精讲即时检测变式训练1下列有关认识正,17,探究一,探究二,问题引导,名师精讲,即时检测,探究二,电子云,1,.,宏观物体与微观粒子,(,电子,),的运动有什么区别,?,提示：,探究一探究二问题引导名师精讲即时检测探究二 电子云提示：,18,探究一,探究二,问题引导,名师精讲,即时检测,2,.,电子在一定区域内如何运动呢,?,如何描述电子的运动,?,提示：,核外电子运动特征,:,电子质量小,;,运动空间小,;,运动速度快。,对于电子而言,人们不能同时准确地测定它的位置和速度,;,但能够统计