資源簡介

2.1 第1課時　人類對原子結(jié)構(gòu)的認(rèn)識　原子核外電子的運動特征
【學(xué)習(xí)目標(biāo)】
1.能舉例說明原子結(jié)構(gòu)模型發(fā)展演變的歷程,認(rèn)識基于實驗證據(jù)建構(gòu)和優(yōu)化模型的思路。
2.能用軌道和能級概念描述核外電子的運動狀態(tài)。
【合作探究】
【學(xué)習(xí)情境】
　　人類對原子及其結(jié)構(gòu)的認(rèn)識是一個由淺入深、由現(xiàn)象到本質(zhì)、由不全面到比較全面的不斷深化、不斷完善的過程。這種過程將繼續(xù)下去,而不會停止。人類對原子及其結(jié)構(gòu)的認(rèn)識大約可分為17世紀(jì)前古代時期;17、18和19世紀(jì)近代萌芽時期;19世紀(jì)末、20世紀(jì)初近代時期和20世紀(jì)20年代至今的現(xiàn)代時期。若以學(xué)說、理論為里程碑,與上述時期相應(yīng)的有古代素樸的原子論、原子—分子論、盧瑟福的原子有核模型和舊量子論——玻爾學(xué)說及現(xiàn)代原子結(jié)構(gòu)理論。
任務(wù)1　人類對原子結(jié)構(gòu)的認(rèn)識
【新知生成】
1.根據(jù)盧瑟福α粒子散射現(xiàn)象(下圖),能得到關(guān)于原子結(jié)構(gòu)特點是　 。
2.玻爾原子結(jié)構(gòu)模型的觀點主要有:
(1)原子核外電子在一系列　　 　　上運動;電子在原子軌道上運動時,電子既不　　能量,也不　　能量。
(2)不同的原子軌道具有的能量　　　　,軌道的能量變化是　　　　　　。
(3)當(dāng)電子吸收或放出能量后,電子會在能量不同的軌道上發(fā)生　　　　。
3.電子云:用小黑點的疏密來描述電子在原子核外空間出現(xiàn)　　　　的大小所得的圖形叫電子云。離核越近,電子出現(xiàn)的機(jī)會　　　　,電子云密度越　　　　;離核越遠(yuǎn),電子出現(xiàn)的機(jī)會　　　　,電子云密度越　　　　。
【答案】1.原子的全部正電荷和幾乎全部質(zhì)量都集中在原子核里,帶負(fù)電荷的電子在核外空間里繞核旋轉(zhuǎn)
2.(1) 穩(wěn)定的軌道　放出　吸收　(2) 不同　不連續(xù)的　(3) 躍遷
3.機(jī)會　越大　大　越小　小
【核心突破】
　　典例1　氫原子的電子云如圖所示,下列說法正確的是 (　　)
A.電子云圖中小黑點的密度越小,電子數(shù)目越少
B.電子云圖中小黑點的密度越大,單位體積內(nèi)電子出現(xiàn)的概率越大
C.所有電子云輪廓圖都是球形
D.電子云圖中小黑點的密度小,表示電子在該區(qū)域內(nèi)運動的速率慢
【答案】B
【解析】電子在原子核外的運動可以用電子在核外空間出現(xiàn)的概率的大小來描述,通常用小黑點的疏密程度來表示電子在原子核外出現(xiàn)概率的大小。小黑點密集的地方,表示電子在那里出現(xiàn)的概率大;小黑點稀疏的地方,表示電子在那里出現(xiàn)的概率小。這種形象描述電子在核外空間出現(xiàn)概率大小的圖形就是電子云。氫原子的電子云輪廓圖是球形,但不是所有電子云輪廓圖都是球形。
疑難點撥　電子云圖中黑點的意義
電子云圖中的黑點絕無具體數(shù)目的意義,而有相對多少的意義。單位體積內(nèi)黑點數(shù)目較多(黑點密度較大),表示電子在該空間的單位體積內(nèi)出現(xiàn)的機(jī)會相對較大;單位體積內(nèi)黑點數(shù)目相對較少(黑點密度較小),表示電子在該空間的單位體積內(nèi)出現(xiàn)的機(jī)會相對較小。電子的運動無宏觀物體那樣的運動規(guī)律,但有它自身的規(guī)律。
　　訓(xùn)練1　1909年,科學(xué)家盧瑟福用帶正電荷的α粒子轟擊金箔,發(fā)現(xiàn)絕大多數(shù)α粒子穿過金箔后仍沿原來的方向前進(jìn),少數(shù)α粒子發(fā)生了較大的偏轉(zhuǎn),極少數(shù)α粒子的偏轉(zhuǎn)超過90°,有的甚至幾乎達(dá)到180°而被反彈回來。依據(jù)上述實驗現(xiàn)象可以得出的推論是 (　　)
A.金原子內(nèi)的質(zhì)量是均勻分布的
B.金原子內(nèi)的正電荷和負(fù)電荷是均勻分布的
C.金原子內(nèi)有體積很小、質(zhì)量遠(yuǎn)大于α粒子的核
D.金原子核內(nèi)含有質(zhì)子和中子
【答案】C
【解析】絕大多數(shù)α粒子穿過金箔后仍沿原來的方向前進(jìn),說明原子內(nèi)部絕大部分空間是空的,A項錯誤;若原子內(nèi)的正電荷和負(fù)電荷是均勻分布的,則不只是少數(shù)α粒子發(fā)生偏轉(zhuǎn),而是大多數(shù)發(fā)生偏轉(zhuǎn),B項錯誤;少數(shù)α粒子發(fā)生了較大的偏轉(zhuǎn),原因是α粒子在運動中途經(jīng)原子核附近時,受到斥力,能說明金原子內(nèi)有體積很小、質(zhì)量遠(yuǎn)大于α粒子的核,C項正確;通過上述實驗,能說明原子核位于原子中心,質(zhì)量主要集中在原子核上,但不能說明金原子核內(nèi)含有質(zhì)子和中子,D項錯誤。
任務(wù)2　原子核外電子的運動特征
【新知生成】
1.根據(jù)電子分層排布示意圖,交流討論:
(1)每一層最多排布的電子數(shù)為　 。
(2)54號元素的原子結(jié)構(gòu)示意圖為　　　　　　　　　　　。
2.原子軌道是量子力學(xué)描述電子在原子核外空間運動的　　　　　　　　,軌道的類型不同,能量不同,形狀也不同,包括　　　　　　　　　　　。
完成下表:
軌道符號 …
軌道形狀 … …
軌道數(shù)目 (軌道伸展方向)
　　3.1個原子軌道最多排　　　　個電子,它們的自旋方向　　　　,　　　　運動狀態(tài)完全相同的電子。
4.填寫下表,并回答下列問題:
電子層 原子軌道(能級)類型 原子軌道數(shù)目 可容納的電子數(shù)
1
2
3
4
n
(1)n=4的電子層有　　種原子軌道,有　　個原子軌道,最多容納的電子數(shù)是　　　個,電子有　　　種運動狀態(tài)。
(2)每層最多容納的電子數(shù)是2n2的原因是　　　　　　　　　　　　　　　。
5.決定電子能量高低的因素有　 。
【答案】1.(1)2n2,最外層電子數(shù)不超過8個(K為最外層時不超過2個),次外層不超過18個,倒數(shù)第三層不超過32個
(2)
2.主要區(qū)域　s、p、d、f
軌道符號 s p d f …
軌道形狀 球形 紡錘形 花瓣形 … …
軌道數(shù)目 (軌道伸展方向) 1 3 5 7
　　3.2　相反　沒有
4.
電子層 原子軌道(能級)類型 原子軌道數(shù)目 可容納的電子數(shù)
1 s 1 2
2 s　p 4 8
3 s　p　d 9 18
4 s　p　d　f 16 32
n — n2 2n2
(1)4　16　32　32
(2)軌道數(shù)為n2,每個軌道最多容納2個電子
5.①電子層:原子軌道符號相同時,電子層序數(shù)越大,電子能量越高
②原子軌道:在同一電子層的不同原子軌道中,s、p、d、f軌道的能量依次升高
【核心突破】
　　典例2　s能級和p能級的原子軌道示意圖如圖所示,下列說法正確的是 (　　)
A.s能級和p能級的原子軌道形狀相同
B.每個p能級都有6個原子軌道
C.s能級的原子軌道的半徑與電子層序數(shù)有關(guān)
D.Na原子的電子在11個原子軌道上高速運動
【答案】C
【解析】s軌道為球形,p軌道為紡錘形,它們的原子軌道形狀不同,A項錯誤;每個p能級只有3個原子軌道,B項錯誤;電子層序數(shù)越小,s能級的原子軌道的半徑越小,C項正確;Na原子核外有3層電子,電子在1s、2s、2p(有3個原子軌道)、3s共6個原子軌道上高速運動,D項錯誤。
疑難點撥　要完整地描述某個核外電子的運動狀態(tài),必須從電子層、原子軌道的形狀、原子軌道的伸展方向和電子的自旋方向四個方面來描述,歸納如下:
其中電子的能量高低由n、l兩個方面決定,電子所處的原子軌道是由n、l、m三個方面決定的;電子的運動狀態(tài)則由n、l、m、ms四個方面決定。
　　訓(xùn)練2　下列有關(guān)電子層和能級的敘述正確的是 (　　)
A.M電子層共有s、p 2個能級,最多能容納8個電子
B.第n電子層中有n個原子軌道
C.第n電子層上有n個能級
D.任一電子層都有s、p能級,但不一定有d能級
【答案】C
【解析】M電子層有s、p、d三個能級,M電子層最多容納的電子數(shù)為2n2=2×32=18個,A項錯誤;第n電子層上有n2個原子軌道,B項錯誤;第n電子層上有n個能級,C項正確;K電子層只有s能級,沒有p能級,D項錯誤。
　　訓(xùn)練3　按照量子力學(xué)對原子核外電子運動狀態(tài)的描述,下列說法不正確的是 (　　)
A.原子的核外電子處于能量最低的狀態(tài)稱為基態(tài)
B.在一個原子中,不可能出現(xiàn)運動狀態(tài)完全相同的兩個電子
C.原子核外電子從一個軌道躍遷到另一個軌道時,會輻射或吸收能量
D.電子云圖中點密集的地方表示電子在此處單位體積內(nèi)出現(xiàn)的數(shù)量多
【答案】D
【解析】基態(tài)是電子按構(gòu)造原理的順序進(jìn)入原子核外的軌道,此時整個原子的能量最低,基態(tài)原子是處于最低能量狀態(tài)的原子,A項正確;1個原子中有幾個電子就有幾種運動狀態(tài),在一個原子中,不可能出現(xiàn)運動狀態(tài)完全相同的兩個電子,B項正確;原子只能處于一系列不連續(xù)的能量狀態(tài)中,在這些狀態(tài)中原子是穩(wěn)定的,不同的軌道能量不同,且能量是量子化的,電子從一個軌道躍遷到另一個軌道時,才會輻射或吸收能量,C項正確;小黑點密度大表示電子在原子核外空間的單位體積內(nèi)出現(xiàn)的概率大,D項錯誤。
課堂小結(jié)
【隨堂檢測】
1.多電子原子中,原子軌道能量高低排列錯誤的是 (　　)
A.2s<3s<4s B.2px<2py<2pz C.3s<3p<3d D.2s<3p<4d
【答案】B
【解析】在多電子原子中,原子軌道的能量與電子所處的電子層、原子軌道的形狀有關(guān)。當(dāng)電子層和軌道形狀確定時,電子的能量就確定了,電子能量與原子軌道的伸展方向無關(guān),B項錯誤。
2.下列說法中正確的是 (　　)
A.3p能級有兩個軌道
B.處于最低能量的原子叫作基態(tài)原子
C.同一原子中,1s、2s、3s電子的能量逐漸減小
D.同一原子中,2p、3p、4p能級的軌道數(shù)依次增多
【答案】B
【解析】3p能級有三個軌道,A項錯誤;處于最低能量的原子叫作基態(tài)原子,B項正確;同一原子中,1s、2s、3s電子的能量逐漸增大,C項錯誤;同一原子中,2p、3p、4p能級的軌道數(shù)都是3,D項錯誤。
3.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軌道的原子軌道數(shù)依次增多
C.p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.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項正確;2p、3d、4f軌道的原子軌道數(shù)依次為3、5、7,依次增多,B項正確;無論在哪個電子層,p軌道數(shù)都是3,C項錯誤;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項正確。
4.圖1、圖2分別是1s電子的概率密度分布圖和原子軌道圖。下列有關(guān)敘述正確的是(　　)。
圖1
圖2
A.圖1中的每個小黑點表示1個電子
B.圖2表示1s電子只能在球體內(nèi)出現(xiàn)
C.圖2表明1s軌道呈球形,有無數(shù)對稱軸
D.圖1中的小黑點表示某一時刻,電子在核外所處的位置
【答案】C
【解析】小黑點表示在原子核外空間電子出現(xiàn)的概率,A項錯誤;圖2中,在界面內(nèi)出現(xiàn)電子的概率大于90%,界面外出現(xiàn)電子的概率不足10%,B項錯誤;球形軌道沿剖面直徑連線,所以有無數(shù)對稱軸,C項正確;小黑點表示在原子核外空間電子出現(xiàn)的概率,D項錯誤。
5.下列關(guān)于能層(電子層)、能級和軌道之間的關(guān)系不正確的是 (　　)
A.每個能層上所有的能級數(shù)與能層的序數(shù)相等
B.每個能層(K、L、M…)上所有的軌道數(shù)分別為1、3、5…
C.每個能級(s、p、d…)上所有的軌道數(shù)分別為1、3、5…
D.每個能層(n)上所有的軌道總數(shù)為n2
【答案】B
【解析】每個能層所包含的軌道數(shù)等于該能層各能級的軌道數(shù)之和,即能層序數(shù)的平方(n2)。
6.回答下列問題:
(1)在基態(tài)多電子原子中,關(guān)于核外電子能量的敘述錯誤的是　　　　(填字母,下同)。
a.最易失去的電子能量最高
b.同一個電子層上不同能級的原子軌道的能量大小不同
c.p軌道電子能量一定高于s軌道電子能量
d.在離核最近區(qū)域內(nèi)運動的電子能量最低
(2)下列說法正確的是　　　　。
a.一個原子軌道上只能有1個電子
b.處在同一原子軌道上的電子運動狀態(tài)完全相同
c.處在同一電子層上的電子(基態(tài))能量一定相同
d.處在同一能級中的電子(基態(tài))能量一定相同
(3)比較下列多電子原子的原子軌道的能量高低。
①1s,3d:　　　　;②3s,3p,3d:　　　　　　　　; ③2p,3p,4p:　　　　　;④3px,3py,3pz:　　　　　。
(4)基態(tài)鋁原子核外電子云有　　　　種不同的伸展方向,共有　　　　種不同能級的電子,有　　　　種不同運動狀態(tài)的電子。
【答案】(1)c　(2)d　(3)①1s<3d　②3s<3p<3d　③2p<3p<4p　④3px=3py=3pz　(4)4　5　13
【解析】(1)能量越高的電子在離核越遠(yuǎn)的區(qū)域內(nèi)運動,也就越容易失去,a項正確;多電子原子在第n層中不同能級的能量大小順序為E(ns)(2)同一原子軌道上最多容納2個電子,并且自旋方向相反,a、b兩項均錯誤;電子的能量由電子層和能級共同決定,同一電子層(n相同),根據(jù)能量的不同又分為不同的能級,所以同一電子層不同能級上的電子的能量不同,c項錯誤;處在同一能級中的電子能量相同,d項正確。
(3)在多電子原子中,原子軌道能量的高低存在如下規(guī)律:①形狀相同的原子軌道能量的高低:1s<2s<3s<4s,3d<4d<
5d;②相同電子層上原子軌道能量的高低:ns(4)鋁原子電子排布式為1s22s22p63s23p1,s軌道只有1種伸展方向、p軌道有3種伸展方向,Al原子核外有13個電子,涉及3個s軌道、2個p軌道,因此其核外電子云(軌道)的伸展方向有4種;有5種不同能級的電子;核外13個電子的運動狀態(tài)各不相同,因此核外有13種不同運動狀態(tài)的電子。
2

展開更多......

收起↑