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1.1 課時3 電子云與原子軌道 課件 (共23張PPT)2023-2024學年高二化學人教版(2019)選擇性必修2

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1.1 課時3 電子云與原子軌道 課件 (共23張PPT)2023-2024學年高二化學人教版(2019)選擇性必修2

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(共23張PPT)
第一章 原子結構與性質
第一節 原子結構 課時3
1.知道電子的運動狀態(空間分布及能量)可通過原子軌道和電子云模型來描述。
2.能說明模型構建在人類認識原子結構過程中的重要性。
1911年,英國物理學家盧瑟福根據1910年進行的α粒子散射實驗,提出了原子結構的行星模型。在這個模型里,電子像太陽系的行星圍繞太陽轉一樣圍繞著原子核旋轉。
α粒子散射實驗
原子核外的電子運動狀態是怎么樣呢?
氫原子模型
1913年,丹麥科學家玻爾在盧瑟福模型的基礎上,他提出了氫原子模型,電子在線性軌道上運行,解決了原子結構的穩定性問題,描繪出了完整而令人信服的原子結構學說。氫原子結構理論成功的闡述了原子的穩定性,氫原子光譜的產生和不連續性。
氫原子光譜與氫原子能級
1.概率密度:
1926年,量子力學推翻了玻爾的氫原子模型,指出一定空間運動狀態的電子并不在玻爾假定的線性軌道上運行,而在核外空間各處都可能出現,但出現的概率不同,可以算出它們的概率密度分布。
一、電子云
P 表示電子在某處出現的概率
V 表示該處的體積
圖1-7 氫原子1s電子在原子核外出現的概率密度分布圖
圖1-7的點是什么呢?是電子嗎?
小點是1s電子在原子核外出現的概率密度的形象描述。小點越密,表明概率密度越大。由于核外電子的概率密度分布看起來像一片云霧,因而被形象的稱作“電子云”。
2.電子云概念
s電子云呈球形,p電子云呈啞鈴形。
對電子云圖的說明
(1)電子云圖表示電子在核外空間某處出現的概率,不代表電子的運動軌跡。
(2)電子云圖中的小黑點是電子在原子核外出現的概率密度的形象描述,小黑點越密,表明電子在核外出現的概率密度越大。
(3)電子云圖很難繪制,使用不方便,故常使用電子云輪廓圖。
3.電子云輪廓圖:
常把電子在原子核外空間出現的概率P=90%的空間圈起來,即為電子云輪廓圖。
如1s電子云輪廓圖的繪制過程:
繪制電子云輪廓圖的目的:表示電子云輪廓的形狀,對核外電子的空間運動狀態有一個形象化的簡便描述。
同一原子的s電子的電子云輪廓圖
1s
2s
3s
4s
所有原子的任意能層的s電子的電子云輪廓圖都是一個球形,只是球的半徑不同。同一原子的能層越高,s電子云半徑越大,是由于電子的能量依次增高,電子在離核更遠的區域出現的概率逐漸增大,電子云越來越向更大的空間擴展。
就像宇宙飛船必須提供能量推動才能克服地球引力上天,2s電子比1s電子能量高,克服原子核的吸引在離核更遠的空間出現的概率就比1s大,因而2s電子云必然比1s電子云更彌散。
(1)s電子的電子云輪廓圖
(2)p電子的電子云輪廓圖
p電子云輪廓圖是啞鈴狀的。每個p能級都有3個相互垂直的電子云,分別稱為px、py,和pz,右下標x、y、z分別是p電子云在直角坐標系里的取向,如圖所示。
圖:px、py、pz的電子云輪廓圖
p電子云輪廓圖的平均半徑隨能層序數的增大而增大。
z
y
x
z
y
x
z
y
x
2p
3p
d能級的電子云是花瓣形的,有 個。
5
(3)d能級的電子云輪廓圖
z
y
x
dxy orbital
z
y
x
dxz orbital
z
y
x
dyz orbital
z
y
x
z
y
x


(4)f能級的電子云輪廓圖
z
y
x







z
y
x
z
y
x
z
y
x
z
y
x
z
y
x
z
y
x
二、原子軌道(電子云的輪廓)
量子力學把電子在原子核外的一個空間運動狀態稱為一個原子軌道。
1.定義:
2.能級與原子軌道數目的關系
能級符號 ns np nd nf
軌道數目 1 3 5 7
②s能級只有1個原子軌道。p能級有3個原子軌道,它們互相垂直,分別以px、py、pz表示。在同一能層中px、py、pz的能量相同。同一能級中的軌道能量相等,稱為簡并軌道
③原子軌道數與能層序數(n)的關系:原子軌道數目=n2。
3.原子軌道與能層序數的關系
①不同能層的同種能級的原子軌道形狀相同,只是半徑不同。
同一原子的能層越高,s電子云半徑越大,是由于電子
的能量依次增高,電子在離核更遠的區域出現的概率
逐漸增大,電子云越來越向更大的空間擴展。
+
現代原子結構模型
原子軌道
能級 s p d f
原子軌道數
1 3 5 7
1s
2s
3s
4s
5s
2p
3p
4p
5p
3d
4d
5d
4f
5f
5g
4.s能級和p能級的原子軌道的對比
能級 s p
軌道圖形
軌道形狀 球形 啞鈴形
軌道數目 1 3(空間相互垂直)
最多容納電子數 2 6
相同點 ①均以原子核為對稱中心 ②原子軌道的平均半徑分別隨能層數增大而增大,且同種能級符號的原子軌道形狀相似
能層 能級 原子軌道數 原子軌道名稱 電子云輪廓圖的形狀與取向
形狀 取向
K 1s 1 1s 球形
L 2s 1 2s 球形
2p 3 2px、2py、2pz 啞鈴形 相互垂直
M 3s 1 3s 球形
3p 3 3px、3py、3pz 啞鈴形 相互垂直
3d 5 …… …… ……
N 4s 1 4s 球形
4p 3 4px、4py、4pz 啞鈴形 相互垂直
4d 5 …… …… ……
4f 7 …… …… ……
…… …… …… …… …… ……
左表為不同能層的能級、原子軌道及電子云輪廓圖。
n能層
能級數:n
軌道數:n2
電子數:2n2
5.不同能層中的原子軌道
練一練
1.下列關于電子云的敘述中不正確的是(  )
A.電子云是用小黑點的疏密程度來表示電子在核外空間出現概率大小的圖形
B.電子云實際上是電子運動形成的類似云一樣的圖形
C.電子云圖說明離核越近,電子出現概率越大;離核越遠,電子出現概率越小
D.能級類別不同,電子云的形態也不一樣
B 
2.如圖是s能級和p能級的原子軌道圖,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能級的原子軌道半徑與能層序數有關
D.鈉原子的電子在11個原子軌道上高速運動
C  
3.下列說法正確的是(  )
A.因為p軌道是“8”字形,所以p電子是“8”字形
B.能層數為3時,有3s、3p、3d 9個軌道
C.氫原子中只有1個電子,故氫原子核外只有1個軌道
D.電子云圖即是電子云輪廓圖,都是用來形象描述電子運動狀態的
B   
4.下面是s能級、p能級的原子軌道圖,據圖回答下列問題:
(1)s能級的原子軌道呈    形,每個s能級有  個原子軌道;p能級中的原子軌道分別相對于x、y、z軸    ,每個p能級有   個原子軌道。
(2)s能級原子軌道、p能級原子軌道的半徑與什么因素有關 是什么關系

對稱
1
3
原子軌道的半徑與能層數有關,并隨能層數增大而增大
原子軌道
軌道形狀
ns能級電子的原子軌道呈球形對稱
np能級電子的原子軌道呈紡錘形或 啞鈴形
各能級上的原子軌道數目
n s能級上1個軌道
n p能級上3個軌道
n d能級上5個軌道
n f能級上7個軌道
........
能量關系
(1) 同一能層上各原子軌道能量的高低:
ns<np<nd<nf……
(2)形狀相同的原子軌道能量的高低:
1s<2s<3s<4s<5s……
(3)同一能層內形狀相同而伸展方向不同的原子軌道的能量相等,如npx、npy和npz軌道的能量相等。

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