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第1课时原子核外电子的运动特征学习目标定位熟知原子的构成，理解“电子云”的概念，会描述原子核外电子的运动特征。一核外电子的运动特征1原子核外电子的运动特点(1)电子的质量很小(9.10951031kg)，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(3.0108ms1)。2电子在核外空间做高速运动，不能确定具有一定运动状态的核外电子在某个时刻处于原子核外空间何处，只能确定它在原子核外各处出现的概率，得到的概率分布图看起来像一片云雾，因而被形象地称作电子云。3将电子出现的概率约为90%的空间圈出来，制作电子云的轮廓图，便可描绘电子云的形状。电子云的轮廓图称为原子轨道。如氢原子核外电子的电子云轮廓图的绘制：归纳总结1电子云中的小黑点并不代表一个电子而是代表电子在该处出现过一次。小黑点的疏密程度表示电子在原子核外出现的概率大小。小黑点稀疏的地方，表示电子在该处出现的概率小；小黑点密集的地方，表示电子在该处出现的概率大。2离核越近，电子出现的概率越大，小黑点越密集。活学活用1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B1s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D1s轨道电子云的点的疏密程度表示电子在某一位置出现机会的大小答案D解析尽管人们不能确定某一时刻原子中电子的精确位置，但能够统计出电子在什么地方出现的概率大，在什么地方出现的概率小。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。2有关核外电子运动规律的描述错误的是()A核外电子质量很小，在原子核外做高速运动B核外电子的运动规律与普通物体不同，不能用牛顿运动定律来解释C在电子云示意图中，通常用小黑点来表示电子绕核做高速圆周运动D在电子云示意图中，小黑点密表示电子在核外空间单位体积内出现的机会大答案C解析电子云图中的小黑点自身并没有意义，一个小黑点并不代表一个电子，也就不能说“一个小黑点代表电子在此出现过一次”，因为它只是一种统计的结果。小黑点的疏密表示电子在核外空间单位体积内出现机会的大小。电子云是一个比喻的说法，好像带负电荷的云雾笼罩在原子核周围，电子云只是对原子核外电子运动特征的一种形象描述。二原子轨道1电子层(1)如图所示，在多电子原子中，核外电子是分层运动的，能量高的电子在离核远的区域里运动，能量低的电子在离核近的区域里运动。这也说明多电子的原子中电子的能量是不同的。能量不同的电子在核外不同的区域内运动，这种不同的区域称为电子层(n)。(2)电子层的表示方法：电子层1234567符号KLMNOPQ最多容纳电子数28183250离核远近由近到远能量高低由低到高(3)原子核外电子的每一电子层最多可容纳的电子数与电子层的序数(n)间存在的关系是2n2。2原子轨道类型(1)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，在含有多个电子的原子中，在同一电子层(即n相同)的电子，能量也可能不相同，可以把它们分为不同的轨道。不同的轨道其形状不相同，即同一电子层中含有不同类型的原子轨道，分别用s、p、d、f表示。(2)原子轨道的形状：s轨道呈球形的，p轨道呈纺锤形，d轨道呈梅花形。(3)在同一电子层上不同类型原子轨道的能量由低到高的顺序是nsnpndnf。3原子轨道数目(电子云伸展方向)(1)同一类型的原子轨道形状相同，但伸展方向不一定相同。每一种伸展方向代表一个原子轨道。(2)各类型原子轨道含有的轨道数：s能级没有伸展方向(球形对称，所以只有一个s轨道)；p能级有三种伸展方向，即有px、py、pz三个原子轨道；d能级有五种伸展方向，即有五个原子轨道；f能级有七种伸展方向，即有七个原子轨道。(3)同一电子层同一类型的不同原子轨道的能量相同。4电子自旋原子核外电子还有一种称为“自旋”的运动。可以有两种不同的状态，通常用“”和“”来表示不同的自旋状态。归纳总结1轨道的能量高低比较原子轨道能量高低同电子层上的原子轨道nsnpndnf形状相同的原子轨道1s2s3s4s电子层数相同，形状也相同的原子轨道2px2py2pz2.在任何一个原子中找不到两个运动状态完全相同的电子：原子核外电子按能量不同分为不同的电子层，各电子层又按能量不同分为不同的轨道，每个轨道中又分为能量相同但空间取向不同的伸展方向，每个原子轨道中最多填充2个自旋状态不同的电子。活学活用3下面有关“核外电子的运动状态”的说法，错误的是()A各原子轨道的伸展方向种数按p、d、f的顺序分别为3、5、7B只有在电子层、原子轨道、原子轨道伸展方向及电子的自旋方向都确定时，才能准确表示电子的运动状态C同一个原子的原子核外可能有两个电子的运动状态是相同的D原子轨道伸展方向与能量大小是无关的答案C解析p、d、f轨道的伸展方向种数分别为3、5、7种；原子核外电子的运动状态由电子层、原子轨道、原子轨道伸展方向及电子的自旋4个方面确定；同一个原子的原子核外不可能有任何两个电子的运动状态是完全相同的；相同原子轨道的不同伸展方向能量相同。4下列说法不正确的是()A电子的能量越低，离核越近B3f原子轨道不存在C同一原子中，1s、2s、3s电子的能量逐渐增大D同一原子中，2p、3p、4p包含的原子轨道依次增多答案D解析电子离核越近，能量越低，A项正确；原子轨道种类数与电子层序数相等，当电子层序数为3时，只有3s、3p、3d三种原子轨道，所以3f轨道不存在，B项正确；C项正确；p轨道在空间有x、y、z3个伸展方向，与电子层序数无关，D项错误。各电子层轨道数和最多容纳的电子数电子层1234n原子轨道1s2s2p3s3p3d4s4p4d4fn轨道数目1131351357n24916可容纳的电子数目2818322n2当堂检测1下列说法中不正确的是()A同一原子中，2s、3s、4s轨道离原子核的平均距离依次增大B同一原子中，2p、3d、4f轨道的轨道数依次增多Cp轨道呈纺锤形，随着电子层的增加，p轨道的数量也在增多D对于npx、npy、npz轨道上的电子，具有相同的能量，其电子云的形状也相同答案C解析同一原子中，电子层数越多，表示原子轨道离原子核的平均距离越大，A正确；2p、3d、4f轨道的轨道数依次为3、5、7，依次增多，B正确；无论在哪个电子层，p轨道数都是3个，C错误；同一电子层形状相同的原子轨道的能量相等，其电子云的形状也相同，D正确。2下列各电子层中不包含纺锤形轨道的是()ANBMCLDK答案D解析p轨道呈纺锤形，K层只包含s轨道，其他电子层均包含p轨道。3n为3的电子层中()A只有s和p轨道B只有s、p和d轨道C只有s轨道D有s、p、d和f轨道答案B4下列原子轨道中，可容纳电子最多的是()A6sB4pC3dD7s答案C5回答下列问题：(1)n2的电子层有_种原子轨道，分别用符号_表示；(2)n4的电子层有_种原子轨道，最多容纳的电子数是_。答案(1)22s、2p(2)43240分钟课时作业基础过关一、原子核外电子运动状态1以下对核外电子运动状态的描述正确的是()A电子的运动与行星相似，围绕原子核在固定的轨道上高速旋转B能量低的电子只能在s轨道上运动，能量高的电子总是在f轨道上运动C能层序数越大，s电子云的半径越大D在同一能级上运动的电子，其运动状态肯定相同答案C解析电子运动是无序的，没有固定轨道，能量低的在离核近的区域运动，能量高的在离核远的区域运动。2.观察2pz轨道电子云示意图(如图所示)判断，下列说法中错误的是()A2pz轨道上的电子在空间出现的概率分布呈z轴对称B点密集的地方表明电子出现的机会大C电子先沿z轴正半轴运动，然后在负半轴运动D2pz轨道的形状为两个椭圆球答案C解析观察2pz轨道电子云示意图发现，处于2pz轨道上的电子在空间出现的概率分布相对于z轴对称，电子主要在xy平面的上、下方出现，A正确；电子云中的小黑点疏密程度代表电子出现的概率大小，所以点密集的地方表明电子出现的机会大，B正确；在图中，电子出现的概率分布关于z轴对称，电子云并不是电子的真实运动轨迹，C错误；2pz轨道电子云形状为两个椭圆球，而不是面，D正确。二、原子核外电子运动状态表示方法3以下原子轨道符号正确的是()A3fB2dC4sD2f答案C解析L层有2s和2p两个原子轨道，故B、D错误；M层有3s、3p、3d三个原子轨道，故A错误；N层有4s、4p、4d、4f四个原子轨道，故C正确。4下列电子层中，包含有f轨道的是()AK电子层BL电子层CM电子层DN电子层答案D解析K电子层只含有1s轨道；L电子层含有2s、2p两种轨道；M电子层含有3s、3p、3d三种轨道；N电子层含有4s、4p、4d、4f四种轨道。根据能级数等于电子层序数的关系规律，只有电子层序数4的电子层中才有f能级。所以，K电子层、L电子层和M电子层中均无f轨道。5符号为M的电子层最多容纳的电子数为()A8B18C32D50答案B解析符号为M的电子层是第三电子层，每一电子层最多容纳的电子数为2n2，故M电子层上最多容纳的电子数为23218个。三、原子核外电子能量高低比较6下列叙述正确的是()A能级就是电子层B每个电子层最多可容纳的电子数是2n2C同一电子层中的不同原子轨道的能量高低相同D不同电子层中的s轨道的能量高低相同答案B解析能级不是电子层，能层才是电子层；同一电子层中的不同原子轨道的能量高低的顺序是nsnpndnf；不同电子层，原子轨道符号相同，n越大，能量越高，如1s2s3s4s。7在含有多个电子的原子里，能量高的电子()A只在离核近的区域运动B只在离核远的区域运动C在离核近的区域出现的机会大D在离核远的区域出现的机会大答案D8在同一个原子中，M电子层上的电子与Q电子层上的电子的能量()A前者大于后者B后者大于前者C前者等于后者D无法确定答案B解析在同一个原子中，电子层的能量由低到高的顺序是KLMNOPQ，故B正确。9有下列四种轨道：2s、2p、3p、4d，其中能量最高的是()A2sB2pC3pD4d答案D解析(1)同一电子层上轨道能量：nsnpndnf。(2)形状相同的原子轨道能量：1s2s3s4s，2p3p4p5p另外在多电子原子中，电子层和形状均相同的原子轨道的能量相等，如3px、3py、3pz轨道的能量相等。能力提升10关于1s、2s、3s、4s原子轨道的说法，正确的是 ()A电子只能在电子云轮廓图中运动B能级不同，电子云轮廓图形状相同C轨道数目相同，电子云轮廓图形状、大小完全相同D电子层不同，电子云轮廓图形状也不相同答案B解析A项，电子在电子云轮廓图中出现的机会多；C项，1s、2s、3s、4s电子云轮廓图大小不相同；D项，电子云轮廓图形状相同。11在多电子原子中，轨道能量是由以下哪些因素决定 ()电子层能级电子云的伸展方向电子自旋状态ABCD答案A解析电子层、能级决定轨道能量，而与电子云的伸展方向、电子的自旋状态无关。12现代科学研究发现：电子在核外空间所处的位置及其运动速率不能同时准确测定。为了描述核外电子的运动情况，现代量子力学采用了统计的方法，即对1个电子多次行为或多电子的一次行为进行总的研究。如图是对氢原子核外1个电子数以百万次的运动状态统计而得，人们形象化地称之为“电子云”(呈三维对称)。请回答下列问题：(1)从图中数百万次运动状态的统计结果，你能得出什么结论？_。(2)离核越近，电子的能量越_；离核越远，电子的能量越_。答案(1)距原子核越近，电子出现的机会越大；距原子核越远，电子出现的机会越小(2)低高解析电子云中的小黑点，单独看没什么实际意义，但从黑点密度的大小上才能说明电子在该区域出现的机会大小。(1)从统计的结果中分析，距离原子核越近，电子出现的机会越大；距离原子核越远，电子出现的机会越小。13下图是s能级、p能级的原子轨道图，试回答下列问题：(1)s能级的原子轨道呈_形，每个s能级有_个原子轨道；p能级的原子轨道呈_形，每个p能级有_个原子轨道。(2)s能级原子轨道、p能级原子轨道的半径与_有关，_越大，原子轨道半径越大。答案(1)球1纺锤3(2)电子层序数电子层序数14比较下列多电子原子的原子轨道的能量高低。(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：相同电子层上原子轨道能量的高低：nsnpndnf。形状相同的原子轨道能量的高低：1s2s3s4s电子层和形状相同的原子轨道的能量相等，如2px、2py、2pz轨道的能量相等。拓展探究15下表给出了五种元素的相关信息，其中A、B、C、D为短周期元素。元素相关信息A在常温、常压下，其单质是气体，随着人类对环境的认识和要求的提高，它将成为备受青睐的清洁燃料B工业上通过分离液态空气获得其单质，其某种同素异形体是保护地球地表环境的重要屏障C植物生长三要素之一，它能形成多种氧化物，其中一种是早期医疗中使用的麻醉剂D室温下其单质呈粉末状固体，加热易熔化。该单质在氧气中燃烧，发出明亮的蓝紫色火焰E它是人体不可缺少的微量元素，其单质也是工业生产中不可缺少的金属原材料，常用于制造桥梁、楼房等根据上述信息填空：(1)B元素的原子含有_个电子层，其中第二电子层中有哪几种轨道：_；画出D的原子结构示意图：_。(2)C与A形成的某一化合物能和C与B形成的另一无色化合物(这两种化合物分子中原子个数比皆为12)一起用作火箭助推剂，写出两者发生反应生成无毒物质的化学方程式：_。(3)某矿藏主要含D、E两种元素组成的化合物，它是我国生产某强酸的主要原料。试写出该生产过程中第一阶段主要反应的化学方程式：_。答案(1)两2s和2p(2)2N2H4N2O43N24H2O(3)4FeS211O22Fe2O38SO2解析氢气是一种清洁燃料，所以A为氢元素；臭氧对紫外线有吸收作用，是保护地球地表环境的重要屏障，所以B为氧元素，其原子含有K层与L层两个电子层，L电子层有2s和2p两种类型的原子轨道；氮、磷、钾是植物生长三要素，N2O俗名“笑气”，是早期医疗中使用的麻醉剂，所以C为氮元素；单质硫在氧气中燃烧，发出明亮的蓝紫色火焰，所以D为硫元素；日常生产和生活中最常用的金属是铁、铜和铝，其中只有铁是人体不可缺少的微量元素，所以E为铁元素。(2)氮和氢形成的原子个数比为12的化合物为N2H4，氮和氧形成的原子个数比为12的化合物有NO2和N2O4，其中N2O4是无色气体，NO2是红棕色气体，N2H4和N2O4反应生成无毒的N2和H2O。(3)我国主要以黄铁矿(主要成分是FeS2)为原料制备硫酸，其第一阶段的主要反应是煅烧黄铁矿。
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