2012高二化学学案 2.1 原子核外电子运动 （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 （苏教版选修3） |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 134.1KB | ||
| 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）
新知预习
一、人类对原子结构的认识历史
1.1913年，丹麦物理学家______________研究了氢原子光谱后，根据量子论的观点，突破传统束缚，提出了新的原子结构模型：原子核外电子在一系列稳定轨道上运动，核外电子在这些稳定轨道上运动时，既不放出能量也不吸收能量。
2.原子核外电子质量小，运行速度快且无规则，像一团带负电荷的云雾笼罩在原子核上，我们称为______________。通过电子云图，科学家们发现电子在原子核外出现的机会是有规律的。运动区域离核越______________，电子出现的机会越大；运动区域离核越______________，电子出现的机会越小。
二、原子核外电子的运动特征
1.在多电子原子中，电子的能量往往是不同的。人们根据电子的______________和______________，认为核外电子分处在不同的电子层上。原子中由里向外的电子层数n可取1、2、3、4、5等正整数，对应电子层符号分别为______________、______________、______________、______________、O等。
2.量子力学研究表明，当不同电子处于同一个电子层时，也可以在不同类型的原子轨道上运动。轨道的类型不同，形状也不同。用小写英文字母s、p、d、f表示不同形状的轨道。s轨道呈______________，p轨道呈______________，d轨道呈花瓣形等。(原子轨道是描述电子在原子核外空间运动主要区域的)
3.形状相同的原子轨道在原子核外空间还具有不同的伸展方向。s轨道是球形对称的，所以s轨道只有1个轨道；p轨道在空间有x，y，z三个伸展方向，所以p轨道包括px、______________、______________3个轨道；d轨道有5个轨道，f轨道有7个轨道。
4.我们要想描述原子核外电子所在的原子轨道，那么我们首先要确定______________，然后确定轨道的______________、______________，如2s、3px。
5.处于同一原子轨道的电子，也可以有______________种不同的状态。这种运动状态称为“自旋”。(注意，这里的“自旋”不代表电子像地球那样绕轴“自转”，自旋运动的实质仍在探索中)
三、原子核外电子的排布
1.原子核外电子的排布是有规律的，遵循______________、______________和______________。
2.对原子核外电子的排布，我们可以用______________或______________来表示，如钠原子：1s22s22p63s1或。有时，为了书写的方便，省去“原子实”(内层电子已达到稀有气体结构的部分)，如钠原子______________。
3.在化学反应中，原子的______________发生变化而“原子实”不受影响。所以，描述原子核外电子排布式时，也可以省去“原子实”，仅写出原子的外围电子排布式（对于主族元素的原子，外围电子又称价电子）。
4.写出下列原子的电子排布式。
K：_________________或_________________。
Ar：_________________或_________________。
Cr：_________________或_________________。
多电子原子的原子轨道的能量高低顺序，是概括了大量实验事实后总结出的一般规律，适用于绝大多数原子的核外电子排布。
知识回顾
知识链接
通过对必修课的学习，我们已经知道：①原子是由原子核和核外电子构成，原子核是由带正电的质子和不显电性的中子组成。由于核外电子带负电，核内质子带正电且核外电子数等于核内质子数，因此整个原子不显电性。
原子
A(质量数)=Z(质子数)+N(中子数)
核外电子数=质子数=核电荷数
②原子中，原子核的体积非常小，原子核的半径约为原子半径的几万分之一。如果假设原子是一座庞大的体育场，而原子核只相当于体育场中央的一只蚂蚁。
③原子中，原子核体积虽小，但质量很大，原子的质量几乎全部集中于原子核上。
④原子核外的电子做高速无规则运动。
⑤核外电子排布时，第n层最多容纳2n2个电子，且最外层电子不超过8(K层2)个，次外层不超过18个。
背景链接
原子结构模型是科学家根据自己的认识，对原子结构的形象描摹。一种模型代表了人类对原子结构认识的一个阶段。人类认识原子的历史是漫长的，也是无止境的。下面介绍几种原子结构模型简明形象地表示出了人类对原子结构认识逐步深化的演变过程。
道尔顿原子模型(1803)：原子是组成物质的基本粒子，它们是坚实的、不可再分的实心球体。
汤姆生原子模型(1904)：原子是一个平均分布着正电荷的粒子，其中镶嵌着许多电子，中和了正电荷，从而形成中性原子。
卢瑟福原子模型(1911)：在原子中心有一个带正电的荷，它的质量几乎等于原子的全部质量，电子在它的周围沿着不同的轨道运转。
玻尔原子模型(1913)：电子在原子核外空间的一定轨道上绕核做高速圆周运动。
疏导引导
知识点1：人类对原子结构的认识历史
1.卢瑟福原子结构模型 玻尔原子模型
(原子的质量主要集中在原子 (原子核外电子在一系列
核上，电子在原子核外空间 稳定轨道上运动，既不放出
高速运动) 能量也不吸收能量)
2.电子在原子核外空间出现的机会是有规律的。用统计方法来描述电子在原子核外某一区域出现的机会的大小，称为电子云图。
3.原子核外电子，运动区域离核越近，电子出现的机会越大；运动区域离核越远，电子出现的机会越小。
知识点2：原子核外电子的运动特征
1.原子核外电子是分层排布的。1—6层分别为K、L、M、N、O、P。在不同电子层里运动的电子所具有的能量是不同的，n值越小，能量越低。
2.处在同一个电子层里的不同电子，运动状态也可能不同。把单个电子的空间运动状态称为原子轨道。原子轨道的类型不同，轨道形状不同，用小写的英文字母s、p、d、f分别表示不同形状的轨道。
s轨道：球形 p轨道：纺锤形 d轨道：花瓣形
3.形状相同的原子轨道在核外空间有不同的伸展方向。由于s轨道是球形对称的，所以有1个轨道，p轨道在空间有x、y、z三个伸展方向，所以有3个p轨道，d轨道有5个伸展方向，所以有5个d轨道，f轨道有7个伸展方向，所以有7个f轨道。
s轨道
p轨道
4.同一原子轨道的电子，也可以有2种运动状态，这种运动称为电子的“自旋”，通常用“↑”和“↓”来表示这两种不同的自旋状态。
5.确定一个电子所在原子轨道，需确定：①电子层(即n) ②轨道形状 ③轨道伸展方向，如3px，2s。
6.多电子原子中，电子填充原子轨道时，原子轨道的能量由电子层数(n)和轨道形状决定，规律如下：
①原子轨道形状相同时，n值越大，能量越高：2s＜3s＜4s。
(注意：一定是在形状相同的前提条件下)
②n值相同时，s＜p＜d＜f，如：3s＜3p＜3d。
③电子层(n)和轨道形状相同时，原子轨道能量相等。如：3px=3py=3pz。
知识点3：原子核外电子的排布
1.能量最低原理
原子核外电子先占据能量低的轨道，然后再依次进入能量较高的轨道，从而使整个原子处于最低的能量状态。(如下图为多电子原子轨道能级示意图)由图可知(ns＜(n-2)f＜(n-1)d，所以电子排满5p后先排6s再排4f再排5d。
2.泡利不相容原理
一个原子轨道中最多只能容纳两个电子，并且这两个电子的自旋方向不同。如锂原子核外有3个电子，按照能量最低原理，应排在1s轨道，但是一个原子最多容纳2个电子，因此在1s轨道上填充2个电子且自旋状态不同，2s轨道上填充1个电子。
3.洪特规则
原子核外电子在能量相同的各个轨道上排布时，电子尽可能分占不同的原子轨道且自旋状态相同，使整个原子的能量最低。
4.原子的轨道表示式
用“ ”表示一个原子轨道，用“↑”或“↓”来表示一个电子。如氮原子(注意“↑”和“↓”表示两种不同的自旋状态)
5.原子的电子排布式
在原子轨道符号右上角写上此原子轨道上的电子数且按n由小到大的顺序写。若n和轨道形状相同的原子轨道合起来写，如：2px2、2py2、2pz2写成2p6。镁原子：1s22s22p63s2，有时为了书写的方便，把内层电子已达到稀有气体结构的部分写成“原子实”。以稀有气体的元素符号外加方括号表示。
镁原子：［Ne］3s2，但不能写成［He］2s22p63s2。
6.外围电子排布式
省去电子排布式中的“原子实”，剩下的部分。如镁原子：3s2在元素周期表的前36号元素中，有两种元素需同学们特别记忆：Gr：3d54s1 Cu：3d104s1。这样写是因为当轨道处于半充满或全充满状态时能量最低。
7.观察主族元素外围电子排布式，我们会发现：外围电子数=族序数=最高正化合价。
活学巧用
1.在原子结构的有核模型的基础上进一步建立起核外电子分层排布的原子结构模型的科学家是( )
A.阿伏加德罗 B.汤姆生 C.玻尔 D.卢瑟福
解析：道尔顿提出的是原子是一个实心球体；汤姆生认为电子嵌在带正电荷的粒子中；玻尔认为电子在核外是分层排布的，在一定轨道中运动的电子既不吸收能量也不放出能量，故C正确。
答案：C
2.下列关于多电子原子核外电子的运动规律的叙述正确的是( )
A.核外电子是分层运动的 B.所有电子在同一区域里运动
C.能量高的电子在离核近的区域运动 D.能量低的电子在离核近的区域绕核旋转
解析：原子核外电子是分层排布的且核外电子在一定轨道上绕原子核运动。离原子越近，电子能量越低，故A、D正确。
答案：AD
3.轨道形状为纺锤形的轨道是( )
A.s轨道 B.p轨道 C.d轨道 D.f轨道
解析：s轨道是球形，p轨道为纺锤形，d轨道为花瓣形，f轨道更复杂，故B正确。
答案：B
4.下列轨道对应原子轨道个数正确的是( )
A.s轨道：3 B.p轨道：3 C.f轨道：5 D.d轨道：7
解析：s轨道由于球形对称，因此只包含1个原子轨道；p轨道有3种不同伸展方向，因此包含3个原子轨道，d和f轨道分别有5和7个伸展方向，因此分别包含5和7个原子轨道，故B正确。
答案：B
5.下列选项中，能够表示1个确定的原子轨道的是( )
A.3p B.3d C.s D.2px
解析：要确定一个原子轨道需确定3个量：电子层数(n)、轨道形状及伸展方向。故D正确。
答案：D
6.主族元素的原子失去最外层电子形成阳离子，主族元素的原子得到电子填充在最外层形成阴离子。下列各原子或离子的电子排布式错误的是( )
A.Ca2+ 1s22s22p63s23p6 B.F- 1s22s23p5
C.S 1s22s22p63s23p4 D.Ar 1s22s22p63s23p6
解析：B项中，F-核外共有10个电子，应该为1s22s22p6，故B项符合题意。
答案：B
7.多电子原子中，原子轨道能量高低排列错误的是( )
A.2s＜3s＜4s B.2px＜2py＜2pz C.3s＜3p＜3d D.2px=2py=2pz
解析：在多电子原子中，原子轨道的能量与n和轨道的形状有关。当n和轨道形状确定时，原子轨道的能量就确定，与其伸展方向无关，故B正确。
答案：B
8.下列电子排布违背能量最低原理的是( )
解析：A违背能量最低原理，B违背了泡利不相容原理，C违背了洪特规则，D无错误，故A正确。
答案：A
9.下列原子的轨道表示式或电子排布式正确的是( )
A.Be B.N 1s22s22p3
C.Cr ［Ar］3d44s2 D.Fe ［Ar］3d54s1
解析：A中Be核外共有4个电子，C中Cr应为［Ar］3d54s13d，半充满，能量低，D中Fe为［Ar］3d64s2，故B正确。
答案：B
10.下列原子的外围电子排布式不正确的是( )
A.Na 3s1 B.Cu 4s1 C.Mg 3s2 D.O 2s22p4
解析：Cu的外围电子排布式应为3d104s1，故B正确。
答案：B
11.下列有关外围电子排布式3s23p4的描述正确的是( )
A.它的元素符号为O
B.它的元素属于金属元素
C.它的核外电子排布式：1s22s22p63s23p4
D.其原子轨道排布式
解析：外围电子排布式为3s23p4的元素应是硫元素，它的元素符号为s，属于非金属元素，其核外电子排布式为1s22s22p63s23p4，轨道排布式为，故C正确。
答案：C
新知预习
一、人类对原子结构的认识历史
1.1913年，丹麦物理学家______________研究了氢原子光谱后，根据量子论的观点，突破传统束缚，提出了新的原子结构模型：原子核外电子在一系列稳定轨道上运动，核外电子在这些稳定轨道上运动时，既不放出能量也不吸收能量。
2.原子核外电子质量小，运行速度快且无规则，像一团带负电荷的云雾笼罩在原子核上，我们称为______________。通过电子云图，科学家们发现电子在原子核外出现的机会是有规律的。运动区域离核越______________，电子出现的机会越大；运动区域离核越______________，电子出现的机会越小。
二、原子核外电子的运动特征
1.在多电子原子中，电子的能量往往是不同的。人们根据电子的______________和______________，认为核外电子分处在不同的电子层上。原子中由里向外的电子层数n可取1、2、3、4、5等正整数，对应电子层符号分别为______________、______________、______________、______________、O等。
2.量子力学研究表明，当不同电子处于同一个电子层时，也可以在不同类型的原子轨道上运动。轨道的类型不同，形状也不同。用小写英文字母s、p、d、f表示不同形状的轨道。s轨道呈______________，p轨道呈______________，d轨道呈花瓣形等。(原子轨道是描述电子在原子核外空间运动主要区域的)
3.形状相同的原子轨道在原子核外空间还具有不同的伸展方向。s轨道是球形对称的，所以s轨道只有1个轨道；p轨道在空间有x，y，z三个伸展方向，所以p轨道包括px、______________、______________3个轨道；d轨道有5个轨道，f轨道有7个轨道。
4.我们要想描述原子核外电子所在的原子轨道，那么我们首先要确定______________，然后确定轨道的______________、______________，如2s、3px。
5.处于同一原子轨道的电子，也可以有______________种不同的状态。这种运动状态称为“自旋”。(注意，这里的“自旋”不代表电子像地球那样绕轴“自转”，自旋运动的实质仍在探索中)
三、原子核外电子的排布
1.原子核外电子的排布是有规律的，遵循______________、______________和______________。
2.对原子核外电子的排布，我们可以用______________或______________来表示，如钠原子：1s22s22p63s1或。有时，为了书写的方便，省去“原子实”(内层电子已达到稀有气体结构的部分)，如钠原子______________。
3.在化学反应中，原子的______________发生变化而“原子实”不受影响。所以，描述原子核外电子排布式时，也可以省去“原子实”，仅写出原子的外围电子排布式（对于主族元素的原子，外围电子又称价电子）。
4.写出下列原子的电子排布式。
K：_________________或_________________。
Ar：_________________或_________________。
Cr：_________________或_________________。
多电子原子的原子轨道的能量高低顺序，是概括了大量实验事实后总结出的一般规律，适用于绝大多数原子的核外电子排布。
知识回顾
知识链接
通过对必修课的学习，我们已经知道：①原子是由原子核和核外电子构成，原子核是由带正电的质子和不显电性的中子组成。由于核外电子带负电，核内质子带正电且核外电子数等于核内质子数，因此整个原子不显电性。
原子
A(质量数)=Z(质子数)+N(中子数)
核外电子数=质子数=核电荷数
②原子中，原子核的体积非常小，原子核的半径约为原子半径的几万分之一。如果假设原子是一座庞大的体育场，而原子核只相当于体育场中央的一只蚂蚁。
③原子中，原子核体积虽小，但质量很大，原子的质量几乎全部集中于原子核上。
④原子核外的电子做高速无规则运动。
⑤核外电子排布时，第n层最多容纳2n2个电子，且最外层电子不超过8(K层2)个，次外层不超过18个。
背景链接
原子结构模型是科学家根据自己的认识，对原子结构的形象描摹。一种模型代表了人类对原子结构认识的一个阶段。人类认识原子的历史是漫长的，也是无止境的。下面介绍几种原子结构模型简明形象地表示出了人类对原子结构认识逐步深化的演变过程。
道尔顿原子模型(1803)：原子是组成物质的基本粒子，它们是坚实的、不可再分的实心球体。
汤姆生原子模型(1904)：原子是一个平均分布着正电荷的粒子，其中镶嵌着许多电子，中和了正电荷，从而形成中性原子。
卢瑟福原子模型(1911)：在原子中心有一个带正电的荷，它的质量几乎等于原子的全部质量，电子在它的周围沿着不同的轨道运转。
玻尔原子模型(1913)：电子在原子核外空间的一定轨道上绕核做高速圆周运动。
疏导引导
知识点1：人类对原子结构的认识历史
1.卢瑟福原子结构模型 玻尔原子模型
(原子的质量主要集中在原子 (原子核外电子在一系列
核上，电子在原子核外空间 稳定轨道上运动，既不放出
高速运动) 能量也不吸收能量)
2.电子在原子核外空间出现的机会是有规律的。用统计方法来描述电子在原子核外某一区域出现的机会的大小，称为电子云图。
3.原子核外电子，运动区域离核越近，电子出现的机会越大；运动区域离核越远，电子出现的机会越小。
知识点2：原子核外电子的运动特征
1.原子核外电子是分层排布的。1—6层分别为K、L、M、N、O、P。在不同电子层里运动的电子所具有的能量是不同的，n值越小，能量越低。
2.处在同一个电子层里的不同电子，运动状态也可能不同。把单个电子的空间运动状态称为原子轨道。原子轨道的类型不同，轨道形状不同，用小写的英文字母s、p、d、f分别表示不同形状的轨道。
s轨道：球形 p轨道：纺锤形 d轨道：花瓣形
3.形状相同的原子轨道在核外空间有不同的伸展方向。由于s轨道是球形对称的，所以有1个轨道，p轨道在空间有x、y、z三个伸展方向，所以有3个p轨道，d轨道有5个伸展方向，所以有5个d轨道，f轨道有7个伸展方向，所以有7个f轨道。
s轨道
p轨道
4.同一原子轨道的电子，也可以有2种运动状态，这种运动称为电子的“自旋”，通常用“↑”和“↓”来表示这两种不同的自旋状态。
5.确定一个电子所在原子轨道，需确定：①电子层(即n) ②轨道形状 ③轨道伸展方向，如3px，2s。
6.多电子原子中，电子填充原子轨道时，原子轨道的能量由电子层数(n)和轨道形状决定，规律如下：
①原子轨道形状相同时，n值越大，能量越高：2s＜3s＜4s。
(注意：一定是在形状相同的前提条件下)
②n值相同时，s＜p＜d＜f，如：3s＜3p＜3d。
③电子层(n)和轨道形状相同时，原子轨道能量相等。如：3px=3py=3pz。
知识点3：原子核外电子的排布
1.能量最低原理
原子核外电子先占据能量低的轨道，然后再依次进入能量较高的轨道，从而使整个原子处于最低的能量状态。(如下图为多电子原子轨道能级示意图)由图可知(ns＜(n-2)f＜(n-1)d，所以电子排满5p后先排6s再排4f再排5d。
2.泡利不相容原理
一个原子轨道中最多只能容纳两个电子，并且这两个电子的自旋方向不同。如锂原子核外有3个电子，按照能量最低原理，应排在1s轨道，但是一个原子最多容纳2个电子，因此在1s轨道上填充2个电子且自旋状态不同，2s轨道上填充1个电子。
3.洪特规则
原子核外电子在能量相同的各个轨道上排布时，电子尽可能分占不同的原子轨道且自旋状态相同，使整个原子的能量最低。
4.原子的轨道表示式
用“ ”表示一个原子轨道，用“↑”或“↓”来表示一个电子。如氮原子(注意“↑”和“↓”表示两种不同的自旋状态)
5.原子的电子排布式
在原子轨道符号右上角写上此原子轨道上的电子数且按n由小到大的顺序写。若n和轨道形状相同的原子轨道合起来写，如：2px2、2py2、2pz2写成2p6。镁原子：1s22s22p63s2，有时为了书写的方便，把内层电子已达到稀有气体结构的部分写成“原子实”。以稀有气体的元素符号外加方括号表示。
镁原子：［Ne］3s2，但不能写成［He］2s22p63s2。
6.外围电子排布式
省去电子排布式中的“原子实”，剩下的部分。如镁原子：3s2在元素周期表的前36号元素中，有两种元素需同学们特别记忆：Gr：3d54s1 Cu：3d104s1。这样写是因为当轨道处于半充满或全充满状态时能量最低。
7.观察主族元素外围电子排布式，我们会发现：外围电子数=族序数=最高正化合价。
活学巧用
1.在原子结构的有核模型的基础上进一步建立起核外电子分层排布的原子结构模型的科学家是( )
A.阿伏加德罗 B.汤姆生 C.玻尔 D.卢瑟福
解析：道尔顿提出的是原子是一个实心球体；汤姆生认为电子嵌在带正电荷的粒子中；玻尔认为电子在核外是分层排布的，在一定轨道中运动的电子既不吸收能量也不放出能量，故C正确。
答案：C
2.下列关于多电子原子核外电子的运动规律的叙述正确的是( )
A.核外电子是分层运动的 B.所有电子在同一区域里运动
C.能量高的电子在离核近的区域运动 D.能量低的电子在离核近的区域绕核旋转
解析：原子核外电子是分层排布的且核外电子在一定轨道上绕原子核运动。离原子越近，电子能量越低，故A、D正确。
答案：AD
3.轨道形状为纺锤形的轨道是( )
A.s轨道 B.p轨道 C.d轨道 D.f轨道
解析：s轨道是球形，p轨道为纺锤形，d轨道为花瓣形，f轨道更复杂，故B正确。
答案：B
4.下列轨道对应原子轨道个数正确的是( )
A.s轨道：3 B.p轨道：3 C.f轨道：5 D.d轨道：7
解析：s轨道由于球形对称，因此只包含1个原子轨道；p轨道有3种不同伸展方向，因此包含3个原子轨道，d和f轨道分别有5和7个伸展方向，因此分别包含5和7个原子轨道，故B正确。
答案：B
5.下列选项中，能够表示1个确定的原子轨道的是( )
A.3p B.3d C.s D.2px
解析：要确定一个原子轨道需确定3个量：电子层数(n)、轨道形状及伸展方向。故D正确。
答案：D
6.主族元素的原子失去最外层电子形成阳离子，主族元素的原子得到电子填充在最外层形成阴离子。下列各原子或离子的电子排布式错误的是( )
A.Ca2+ 1s22s22p63s23p6 B.F- 1s22s23p5
C.S 1s22s22p63s23p4 D.Ar 1s22s22p63s23p6
解析：B项中，F-核外共有10个电子，应该为1s22s22p6，故B项符合题意。
答案：B
7.多电子原子中，原子轨道能量高低排列错误的是( )
A.2s＜3s＜4s B.2px＜2py＜2pz C.3s＜3p＜3d D.2px=2py=2pz
解析：在多电子原子中，原子轨道的能量与n和轨道的形状有关。当n和轨道形状确定时，原子轨道的能量就确定，与其伸展方向无关，故B正确。
答案：B
8.下列电子排布违背能量最低原理的是( )
解析：A违背能量最低原理，B违背了泡利不相容原理，C违背了洪特规则，D无错误，故A正确。
答案：A
9.下列原子的轨道表示式或电子排布式正确的是( )
A.Be B.N 1s22s22p3
C.Cr ［Ar］3d44s2 D.Fe ［Ar］3d54s1
解析：A中Be核外共有4个电子，C中Cr应为［Ar］3d54s13d，半充满，能量低，D中Fe为［Ar］3d64s2，故B正确。
答案：B
10.下列原子的外围电子排布式不正确的是( )
A.Na 3s1 B.Cu 4s1 C.Mg 3s2 D.O 2s22p4
解析：Cu的外围电子排布式应为3d104s1，故B正确。
答案：B
11.下列有关外围电子排布式3s23p4的描述正确的是( )
A.它的元素符号为O
B.它的元素属于金属元素
C.它的核外电子排布式：1s22s22p63s23p4
D.其原子轨道排布式
解析：外围电子排布式为3s23p4的元素应是硫元素，它的元素符号为s，属于非金属元素，其核外电子排布式为1s22s22p63s23p4，轨道排布式为，故C正确。
答案：C