2012高二化学学案 2.1 原子核外电子运动 1（苏教版选修3）
文档属性
| 名称 | 2012高二化学学案 2.1 原子核外电子运动 1（苏教版选修3） |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 46.3KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 苏教版 | ||
| 科目 | 化学 | ||
| 更新时间 | 2012-05-13 11:11:03 | ||
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文档简介
2.1 原子核外电子运动 学案（苏教版选修3）
三点剖析
一、人类认识原子结构的历史
道尔顿原子学说→汤姆逊“葡萄干布丁”模型→卢瑟福核式模型→玻尔电子分层排布模型→量子力学模型。?
人类对原子结构的认识经历了一个漫长，不断深化的过程，这有利于培养我们的正确的科学发展观。
二、氢原子光谱和玻尔的原子结构模型
玻尔的核外电子分层排布的原子结构模型成功地解释了氢原子光谱是线状光谱的实验事实。玻尔的重大贡献在于指出了原子光谱源自核外电子在能量不同的轨道之间的跃迁，而电子所处的轨道的能量是量子化的。?
谱线的波长或频率与能级间能量差所具有的关系可用下式表示：?
E0-hυ=ΔE=E末-E始。ΔE为两轨道的能量差。
玻尔指出,原子核外电子在具有确定能量的轨道上运动,当原子不受外界影响时,电子既不吸收能量也不放出能量。不同的原子轨道具有不同的能量,轨道能量的变化是不连续的,即量子化的。当电子吸收了能量（如光能、热能等）后，就会从能量较低的轨道跃迁到能量较高的轨道上。处于能量较高轨道的电子不稳定，会回到能量较低的轨道上，当电子从能量较高的轨道回到能量较低的轨道时发射出光子，发出光的波长取决于两个轨道的能量之差。
三、原子核外电子运动的特征
量子力学中的轨道的含义已与玻尔原子结构模型中轨道的含义完全不同，它既不是圆形轨道，也不是指固定轨迹。?
注意：①电子云的含义、电子云示意图的描述都是比较容易出错的地方，希望大家引起足够重视。②所谓电子在核外出现的概率大小，用通俗的话说就是电子在核外空间单位体积内出现的机会多少。
下表总结了量子数的取值范围和符号表示。
量子数和原子轨道
主量子数n ?角量子数l ?磁量子数m
取值 符号 取值 符号 取值
1 K 0 s 0
2 L 0 s 0
1 p 0，±1
3 M 0 s 0
1 p 0,±1
2 d 0,±1,±2
原子轨道 自旋磁量子数ms 原子轨道个数
符号 取值 亚层 层
1s ± 1 1
2s ± 1 4
2px,2py,2pz ± 3
3s ± 1 9
3px,3py,3pz ± 3
3dxy,3dyz,3dxz3dx2-y2,3dz2 ± 5
从表中可以看出，四个量子数的取值必须遵守下列要求：l≤n-1,｜m｜≤l,ms只能取±中的一种。
四、核外电子排布
（1）能量最低原则：基态原子核外电子的排布总是尽可能地排布在能量最低的原子轨道，然后由里及外逐渐排布在能量升高的原子轨道。也就是说，电子在原子轨道上的分布尽可能使能量为最低，以形成稳定结构。?
（2）泡利不相容原理：一个原子轨道中最多容纳两个电子，并且电子的自旋方向必须相反；或者说，一个原子中不会存在四个量子数（n、l、m、ms）完全相同的电子。?
（3）洪特规则：对于基态原子，电子在能量相同的轨道上排布时，应尽可能分占不同轨道且自旋方向平行。而且，在全充满、半充满或全空时，体系能量较低，原子较稳定。?
核外电子在原子轨道上的排布三原则间的关系。?
在不违反泡利不相容原理的前提下，核外电子在各个原子轨道上的排布方式应使整个原子体系的能量最低。我们称原子的最低能量状态为原子的基态，能量高于基态的状态为激发态。在n和l相同的轨道上分布的电子，将尽可能分占m不同的轨道，且自旋平行。?
根据原子的核外电子排布原则，能写出1～18号元素基态原子的电子排布式和轨道表示式。
各个突破
【例1】下列对不同时期原子结构模型的提出时间排列正确的是（ ）
①电子分层排布模型 ②“葡萄干布丁”模型 ③量子力学模型 ④道尔顿原子学说 ⑤核式模型
A.①③②⑤④ B.④②③①⑤
C.④②⑤①③ D.④⑤②①③
解析：①电子分层排布模型由玻尔1913年提出；②“葡萄干布丁”模型由汤姆逊1903年提出；③量子力学模型于1926年提出；④道尔顿原子学说于1803年提出；⑤核式模型由卢瑟福于1911年提出。
答案：C
【例2】下列关于光谱的说法正确的是（ ）
A.炽热固体、液体和高压气体发出的光生成连续光谱
B.各种原子的线状光谱中的明线和它的吸收光谱中的暗线必定一一对应
C.气体发出的光只能产生线状光谱
D.甲物质发出的白光通过低温的乙物质蒸气可得到甲物质的吸收光谱
解析：由于通常看到的吸收光谱中的暗线比线状光谱中的亮线要少一些，所以B选项不对，而气体发光时，若是高压气体发光形成连续光谱，若是稀薄气体发光形成线状光谱，故C选项也不对，甲物质发出的白光通过低温的乙物质蒸发后，看到的乙物质的吸收光谱，所以上述选项中只有A正确。
答案：A
类题演练 1
当氢原子的一个电子从第二能级跃迁到第一能级时，发射出光的波长是121.6 nm;当电子从第三能级跃迁到第二能级时，发射出光子的波长是656.3 nm。
试回答：
（1）哪一种光子的能量大？说明理由。
（2）求氢原子中电子的第三和第二能级的能量差及第二和第一能级的能量差。说明原子中的能量是否连续。
解析：（1）由公式E=hγ得,λ愈小，E愈大，所以第一种光子能量大。?
（2）由公式，可得（代入题中数据）ΔE2.1=1.63×10-18J ΔE3.2=3.03×10-19J。
答案：（1）第一种光子的能量大。由公式E=hγ得,?λ愈小，E愈大，所以第一种光子能量大。?
（2）ΔE2.1=1.63×10-18 J ΔE3.2=3.03×10-19 J原子中的能量是不连续的。
【例3】下列各组用四个量子数来描述核外电子的运动状态，哪些是合理的？哪些是不合理的？并说明理由。
(1)n=2 l=1 m=0 ms=+12
(2)n=3 l=3 m=2 ms=-12
(3)n=3 l=2 m=2 ms=+12
(4)n=4 l=2 m=3 ms=+12
(5)n=2 l=1 m=1 ms=-1
解析：根据量子数取值相互限制性，它们的取值是：l由此可以判断
答案：（1）合理。
（2）不合理，因取值l=n,错。
（3）合理。
（4）不合理，因取值m>l，错。
（5）不合理，因ms只能取+或-。
类题演练 2
下列对四个量子数的说法正确的是（ ）
A.电子的自旋量子数是，在某一个轨道中有两个电子，所以总自旋量子数是1或是0
B.磁量子数m=0的轨道都是球形的轨道
C.角量子数l的可能取值是从0到n的正整数
D.多电子原子中，电子的能量取决于主量子数n和角量子数l
解析：轨道的形状由角量子数l决定，磁量子数决定轨道的空间的分布特点，实际上m=0的轨道可以是球形，也可以是其他形状。角量子数的可能取值是从0到（n-1）的正整数。
答案：D?
类题演练 3
s、3s、3s1各代表什么意义？
答案：s:是原子轨道符号，表示l=0、m=0的电子运动状态，其空间图像为球形。?
3s:代表第三层中的s原子轨道，即n=3，l=0，m=0的电子运动状态。?
3s1:代表第三层s轨道中的一个电子。即n=3，l=0，m=0，ms=+或-的电子运动状态。
【例4】下列各组原子中，彼此化学性质一定相似的是（ ）
A.原子核外电子排布式为1s2的X原子与原子核外电子排布式为1s12s2的Y原子
B.原子核外M层上仅有两个电子的X原子与原子核外N层上仅有两个电子的Y原子
C.2p轨道上有一个未成对的电子的X原子与3p轨道上只有一个未成对的电子的Y原子
D.最外层都只有一个电子的X、Y原子
解析：本题考查的是核外电子排布的知识。A中1s2结构的原子为He,1s22s2结构为Be，两者性质不相似。B项X原子为Mg，Y原子N层上有2个电子的有多种元素，如第4周期中Ca、Fe等都符合，化学性质不一定相同。C项为同主族的元素，化学性质一定相似。D项最外层只有1个电子的第ⅠA族元素可以，过渡元素中也有很多最外层只有1个电子的。故性质不一定相似。
答案：C
类题演练 4
下列原子的外围电子排布式（或外围轨道表示式）中，哪一种状态的能量较低？试说明理由。
(1）氮原子：A. B.
(2）钠原子：A.3s1 B.3p1
(3)铬原子：A.3d54s1 B.3d44s2
(4)碳原子：
解析：本题考查的是核外电子排布所遵循的原理方面的知识。据洪特规则，电子在能量相同的各个轨道上排布时尽可能分占不同的原子轨道，且自旋状态相同，故（1）选B，（4）选A。据能量最低原理，核外电子先占有能量低的轨道，再占有能量高的轨道，（2）中由于s轨道能量低于p轨道能量，故选A。（3）中A选项d5为半充满状态，为相对稳定的状态，B不是，所以选A。?
答案：（1）B （2）A （3）A （4）A
三点剖析
一、人类认识原子结构的历史
道尔顿原子学说→汤姆逊“葡萄干布丁”模型→卢瑟福核式模型→玻尔电子分层排布模型→量子力学模型。?
人类对原子结构的认识经历了一个漫长，不断深化的过程，这有利于培养我们的正确的科学发展观。
二、氢原子光谱和玻尔的原子结构模型
玻尔的核外电子分层排布的原子结构模型成功地解释了氢原子光谱是线状光谱的实验事实。玻尔的重大贡献在于指出了原子光谱源自核外电子在能量不同的轨道之间的跃迁，而电子所处的轨道的能量是量子化的。?
谱线的波长或频率与能级间能量差所具有的关系可用下式表示：?
E0-hυ=ΔE=E末-E始。ΔE为两轨道的能量差。
玻尔指出,原子核外电子在具有确定能量的轨道上运动,当原子不受外界影响时,电子既不吸收能量也不放出能量。不同的原子轨道具有不同的能量,轨道能量的变化是不连续的,即量子化的。当电子吸收了能量（如光能、热能等）后，就会从能量较低的轨道跃迁到能量较高的轨道上。处于能量较高轨道的电子不稳定，会回到能量较低的轨道上，当电子从能量较高的轨道回到能量较低的轨道时发射出光子，发出光的波长取决于两个轨道的能量之差。
三、原子核外电子运动的特征
量子力学中的轨道的含义已与玻尔原子结构模型中轨道的含义完全不同，它既不是圆形轨道，也不是指固定轨迹。?
注意：①电子云的含义、电子云示意图的描述都是比较容易出错的地方，希望大家引起足够重视。②所谓电子在核外出现的概率大小，用通俗的话说就是电子在核外空间单位体积内出现的机会多少。
下表总结了量子数的取值范围和符号表示。
量子数和原子轨道
主量子数n ?角量子数l ?磁量子数m
取值 符号 取值 符号 取值
1 K 0 s 0
2 L 0 s 0
1 p 0，±1
3 M 0 s 0
1 p 0,±1
2 d 0,±1,±2
原子轨道 自旋磁量子数ms 原子轨道个数
符号 取值 亚层 层
1s ± 1 1
2s ± 1 4
2px,2py,2pz ± 3
3s ± 1 9
3px,3py,3pz ± 3
3dxy,3dyz,3dxz3dx2-y2,3dz2 ± 5
从表中可以看出，四个量子数的取值必须遵守下列要求：l≤n-1,｜m｜≤l,ms只能取±中的一种。
四、核外电子排布
（1）能量最低原则：基态原子核外电子的排布总是尽可能地排布在能量最低的原子轨道，然后由里及外逐渐排布在能量升高的原子轨道。也就是说，电子在原子轨道上的分布尽可能使能量为最低，以形成稳定结构。?
（2）泡利不相容原理：一个原子轨道中最多容纳两个电子，并且电子的自旋方向必须相反；或者说，一个原子中不会存在四个量子数（n、l、m、ms）完全相同的电子。?
（3）洪特规则：对于基态原子，电子在能量相同的轨道上排布时，应尽可能分占不同轨道且自旋方向平行。而且，在全充满、半充满或全空时，体系能量较低，原子较稳定。?
核外电子在原子轨道上的排布三原则间的关系。?
在不违反泡利不相容原理的前提下，核外电子在各个原子轨道上的排布方式应使整个原子体系的能量最低。我们称原子的最低能量状态为原子的基态，能量高于基态的状态为激发态。在n和l相同的轨道上分布的电子，将尽可能分占m不同的轨道，且自旋平行。?
根据原子的核外电子排布原则，能写出1～18号元素基态原子的电子排布式和轨道表示式。
各个突破
【例1】下列对不同时期原子结构模型的提出时间排列正确的是（ ）
①电子分层排布模型 ②“葡萄干布丁”模型 ③量子力学模型 ④道尔顿原子学说 ⑤核式模型
A.①③②⑤④ B.④②③①⑤
C.④②⑤①③ D.④⑤②①③
解析：①电子分层排布模型由玻尔1913年提出；②“葡萄干布丁”模型由汤姆逊1903年提出；③量子力学模型于1926年提出；④道尔顿原子学说于1803年提出；⑤核式模型由卢瑟福于1911年提出。
答案：C
【例2】下列关于光谱的说法正确的是（ ）
A.炽热固体、液体和高压气体发出的光生成连续光谱
B.各种原子的线状光谱中的明线和它的吸收光谱中的暗线必定一一对应
C.气体发出的光只能产生线状光谱
D.甲物质发出的白光通过低温的乙物质蒸气可得到甲物质的吸收光谱
解析：由于通常看到的吸收光谱中的暗线比线状光谱中的亮线要少一些，所以B选项不对，而气体发光时，若是高压气体发光形成连续光谱，若是稀薄气体发光形成线状光谱，故C选项也不对，甲物质发出的白光通过低温的乙物质蒸发后，看到的乙物质的吸收光谱，所以上述选项中只有A正确。
答案：A
类题演练 1
当氢原子的一个电子从第二能级跃迁到第一能级时，发射出光的波长是121.6 nm;当电子从第三能级跃迁到第二能级时，发射出光子的波长是656.3 nm。
试回答：
（1）哪一种光子的能量大？说明理由。
（2）求氢原子中电子的第三和第二能级的能量差及第二和第一能级的能量差。说明原子中的能量是否连续。
解析：（1）由公式E=hγ得,λ愈小，E愈大，所以第一种光子能量大。?
（2）由公式，可得（代入题中数据）ΔE2.1=1.63×10-18J ΔE3.2=3.03×10-19J。
答案：（1）第一种光子的能量大。由公式E=hγ得,?λ愈小，E愈大，所以第一种光子能量大。?
（2）ΔE2.1=1.63×10-18 J ΔE3.2=3.03×10-19 J原子中的能量是不连续的。
【例3】下列各组用四个量子数来描述核外电子的运动状态，哪些是合理的？哪些是不合理的？并说明理由。
(1)n=2 l=1 m=0 ms=+12
(2)n=3 l=3 m=2 ms=-12
(3)n=3 l=2 m=2 ms=+12
(4)n=4 l=2 m=3 ms=+12
(5)n=2 l=1 m=1 ms=-1
解析：根据量子数取值相互限制性，它们的取值是：l
答案：（1）合理。
（2）不合理，因取值l=n,错。
（3）合理。
（4）不合理，因取值m>l，错。
（5）不合理，因ms只能取+或-。
类题演练 2
下列对四个量子数的说法正确的是（ ）
A.电子的自旋量子数是，在某一个轨道中有两个电子，所以总自旋量子数是1或是0
B.磁量子数m=0的轨道都是球形的轨道
C.角量子数l的可能取值是从0到n的正整数
D.多电子原子中，电子的能量取决于主量子数n和角量子数l
解析：轨道的形状由角量子数l决定，磁量子数决定轨道的空间的分布特点，实际上m=0的轨道可以是球形，也可以是其他形状。角量子数的可能取值是从0到（n-1）的正整数。
答案：D?
类题演练 3
s、3s、3s1各代表什么意义？
答案：s:是原子轨道符号，表示l=0、m=0的电子运动状态，其空间图像为球形。?
3s:代表第三层中的s原子轨道，即n=3，l=0，m=0的电子运动状态。?
3s1:代表第三层s轨道中的一个电子。即n=3，l=0，m=0，ms=+或-的电子运动状态。
【例4】下列各组原子中，彼此化学性质一定相似的是（ ）
A.原子核外电子排布式为1s2的X原子与原子核外电子排布式为1s12s2的Y原子
B.原子核外M层上仅有两个电子的X原子与原子核外N层上仅有两个电子的Y原子
C.2p轨道上有一个未成对的电子的X原子与3p轨道上只有一个未成对的电子的Y原子
D.最外层都只有一个电子的X、Y原子
解析：本题考查的是核外电子排布的知识。A中1s2结构的原子为He,1s22s2结构为Be，两者性质不相似。B项X原子为Mg，Y原子N层上有2个电子的有多种元素，如第4周期中Ca、Fe等都符合，化学性质不一定相同。C项为同主族的元素，化学性质一定相似。D项最外层只有1个电子的第ⅠA族元素可以，过渡元素中也有很多最外层只有1个电子的。故性质不一定相似。
答案：C
类题演练 4
下列原子的外围电子排布式（或外围轨道表示式）中，哪一种状态的能量较低？试说明理由。
(1）氮原子：A. B.
(2）钠原子：A.3s1 B.3p1
(3)铬原子：A.3d54s1 B.3d44s2
(4)碳原子：
解析：本题考查的是核外电子排布所遵循的原理方面的知识。据洪特规则，电子在能量相同的各个轨道上排布时尽可能分占不同的原子轨道，且自旋状态相同，故（1）选B，（4）选A。据能量最低原理，核外电子先占有能量低的轨道，再占有能量高的轨道，（2）中由于s轨道能量低于p轨道能量，故选A。（3）中A选项d5为半充满状态，为相对稳定的状态，B不是，所以选A。?
答案：（1）B （2）A （3）A （4）A