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专题2　原子结构与元素性质
第一单元　原子核外电子的运动
第一课时　人类对原子结构的认识　原子核外电子的运动特征
学习目标：1.进一步认识卢瑟福和玻尔的原子结构模型。2.了解原子核外电子的运动 特征。3.了解原子轨道与电子填充顺序。
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研习任务一　人类对原子结构的认识
质量　
不
可　
电子普遍存在于原子中
α粒子散射　
有
核模型　
原子核上　
高速　
（4）1913年，丹麦物理学家玻尔研究了氢原子的光谱后，根据量子力学的观点，提 出了新的原子结构模型。
Ⅰ.该理论认为：
①原子核外电子在一系列稳定的轨道上运动，这些轨道称为 。核外电子 在 上运动时，既不 ，也不 。
②不同的原子轨道具有不同的能量，原子轨道的能量变化是 。
③原子核外电子可以在能量不同的轨道上发生跃迁。
Ⅱ.玻尔原子结构模型的局限性：该模型无法解释氢原子线状光谱的精细结构，更无法 解释多电子原子的光谱。
原子轨道　
原子轨道　
放出能量　
吸收能量　
不连续的　
2. 原子核外电子运动状态的描述——电子云
（1）电子云：用小点的疏密来描述电子在原子核外空间出现的 所得到 的图形。
机会大小　
（2）电子云轮廓图：是指量子力学描述电子在原子核外空间运动的主要区域。一般 是将出现的概率约为90％的空间圈出来，制作电子云的轮廓图，称为原子轨道。如氢 原子核外电子的电子云轮廓图的绘制：
说明： ①电子云中的小点并不代表一个电子。小点的疏密程度表示电子在原子核外 出现的机会大小。小点稀疏的地方，表示电子在该处出现的机会小；小点密集的地 方，表示电子在该处出现的机会大。
②离核越近，电子出现的机会越大，小点越密集。

√


问题　探讨
1. 电子云图中的一个小点表示一个电子吗？表示电子出现的位置吗？
提示：都不是。电子云图中的一个小点并不代表一个电子，也不表示电子在此位置出 现过一次，电子云图只用小点的疏密描述电子在原子核外空间出现机会的相对大小。
2. 原子核外电子的运动是否遵循宏观物体所具有的运动规律？
提示：不遵循。
3. 电子在原子核外空间出现的机会是否有规律？
提示：有规律。
4. 量子力学用什么模型描述核外电子的运动？
提示：电子云。
A. ①③②⑤④ B. ④②③①⑤
C. ④②⑤①③ D. ④⑤②①③
解析：④道尔顿学说1803年，②“葡萄干面包”模型1904年，⑤核式模型1911年，① 电子分层排布模型1913年，③量子力学模型20世纪初。
C
A. ①②③ B. ③①②
C. ③②① D. ②①③
解析：卢瑟福提出了原子结构的核式模型；道尔顿认为原子是一个实心的球体；汤姆 生发现了电子，并提出了原子结构的“葡萄干面包”模型。
B
A. 电子云图是用小点的疏密程度来表示电子在空间出现概率大小的图形
B. 电子云图实际是电子运动形成的类似云一样的图形
C. 小点密集的地方电子在那里出现的概率大
D. 轨道不同，电子云的形状也不一样
解析：用统计的方法描述电子在核外空间出现的概率大小的图形称为电子云图，通常 用小点的疏密程度来表示电子在原子核外出现概率的大小。小点密集的地方，表示电 子在那里出现的概率大，小点稀疏的地方，表示电子在那里出现的概率小。
B
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，小点密表示电子在核外空间单位体积内出现的机会大
C
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研习任务二　原子核外电子的运动特征
教材　认知
对于多电子原子来说，常从以下几个方面来描述：
1. 电子层
（1）电子层：如图所示，在多电子原子中，核外电子是分层运动的， 的 电子在离核远的区域里运动， 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 是不同的。 不同的电子在 的区域 内运动，这种不同的区域称为电子层（ n ）。
能量高　
能量低　
能量　
能量　
核外不同　
（2）电子层的表示方法
电子层（ n ） 1 2 3 4 5 6 7 ……
符号 K L M N O P Q ……
离核远近
能量高低
由近到远　
由低到高　
2. 原子轨道
（1）类型及形状
①类型：同一电子层中含有不同类型的原子轨道，分别用 表示，不同 的轨道其形状不相同。
②形状：s轨道呈 形，p轨道呈 形，d轨道和f轨道的形状较复杂。
s、p、d、f　
球　
纺锤　
相同　
不一定相同　
伸展方
向　
原子轨道符号 n s n p n d n f
轨道数目
1　
3　
5　
7　
（3）电子层、轨道数、最多可容纳电子数关系
电子层 1 2 3 4 n
原子轨
道类型 1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s 4p 4d 4f —
轨道数目 1 1 3 1 3 5 1 3 5 7 n2
4 9 16
可容纳的
电子数目 2 8 18 32 2 n2
②形状相同的原子轨道能量的高低：1s＜2s＜3s＜4s…
③电子层和形状均相同的原子轨道的能量 ，如2p x 、2p y 、2p z 轨道的能 量 。
相等　
相等　
（4）原子轨道的能量比较
①处于相同电子层的原子轨道能量的高低： n s＜ n p＜ n d＜ n f。
3. 电子自旋
原子核外电子还存在一种称为“ ”的运动，可以有 种不同的状态，通 常用向上箭头“ ”和向下箭头“ ”来表示。
自旋　
两　
↑　
↓　
自我　排查
正误判断




√
√
问题　探讨
1. 多电子原子中，各电子的能量是否相同？
提示：各电子的能量是不同的，有的电子能量低，有的电子能量高。
2. 核外电子共分为几个能层？它们的能量高低顺序是什么？
提示：核外电子按能量不同共分成7个能层，由内到外的排列序号分别为K、L、M、 N、O、P、Q；其能量高低顺序为 E （K）＜ E （L）＜ E （M）＜ E （N）＜ E （O） ＜ E （P）＜ E （Q）。
3. M电子层中有几个能级？分别用哪些符号来表示？各能级最多容纳的电子数 是多少？
提示：M能层中共有3个能级；分别表示为3s、3p、3d；s能级最多容纳2个电子，p能 级最多容纳6个电子，d能级最多容纳10个电子。
4. 多电子原子中，同一电子层各能级的能量是否相同？若不相同，其能量高低顺序是 什么？
提示：不相同； E （ n s）＜ E （ n p）＜ E （ n d）＜ E （ n f）。
A. 同一原子中，1s、2s、3s电子的能量逐渐减小
B. 同一原子中，2p上的电子较3p上的电子离核远
C. 能量高的电子在离核近的区域运动，能量低的电子在离核远的区域运动
D. 各电子层含有的能级数为 n （ n 为电子层序数）
解析：同一原子中电子层序数越大，形状相同的原子轨道中电子的能量越高，离核越 远，A、B、C项错误。
D
A. 每个电子层最多可容纳的电子数为 n2
B. 不同的电子层中p能级所能容纳的最多电子数是相同的
C. 任一电子层的能级总是从s能级开始至f能级结束
D. 同一能级上的不同轨道能量不同
解析：每个电子层最多可容纳的电子数是2 n2个，故A错误；p能级最多容纳6个电 子，即p能级在不同的电子层中所能容纳的最多电子数是相同的，故B正确；第一电 子层只有s能级，所以任一电子层的能级总是从s能级开始，但不是都到f能级结束，有 的电子层没有f能级，故C错误；同一能级上的不同轨道能量相同，故D错误。
B
A. 电子云图中，小点密集表示该处的电子多
B. 原子轨道表示原子核外电子运动的轨迹
C. 3p轨道和2p轨道都呈纺锤形，3p轨道比2p轨道数目多
D. 多电子原子中电子离核的平均距离：4s＞3s＞2s
解析：不管2p或3p或任何其他电子层的p轨道，总是3个互相垂直的轨道，所以C项错 误；电子层序数越大，则它的各种轨道伸展程度就越大，即电子运动离核平均距离越 远，D项正确。
D
A. 第 n 电子层中具有的原子轨道类型为 n 种
B. 第 n 电子层中具有的原子轨道数为 n2个
C. 第 n 电子层中最多具有的电子数为2 n2个
D. 同一原子轨道上的电子能量一定相同，不同原子轨道上的电子能量一定不同
解析：不同的原子轨道，只要对应的电子层数和原子轨道类型相同，则能量相同，D 项错误。
D
A. 第三电子层有s、p两个类型原子轨道
B. 3d轨道最多容纳5个电子
C. 第三电子层最多容纳8个电子
D. 无论哪一电子层的s轨道最多容纳的电子数均为2个
解析：每一电子层包含的轨道类型数等于该电子层的序数，故第三电子层有s、p、d 三个类型原子轨道，A错误；d轨道最多容纳的电子数是10，B错误；每一电子层最多 容纳的电子数为2 n2，第三电子层最多容纳18个电子，C错误；s轨道最多容纳的电子 数均为2，D正确。
D
（1）某电子层的轨道类型数＝电子层序数（ n ）。
（2）某电子层的轨道数＝电子层序数的平方（ n2）。
（3）s、p、d、f轨道的轨道数目分别为1、3、5、7。
（4）每一个原子轨道最多容纳2个电子。
（5）每一个电子层最多容纳的电子数为2 n2（ n 为电子层序数）。
（6）
核外电子的空间运动状态：层、形、伸。核外电子的运动状态：层、形、伸、旋。
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课时作业
A. 1803年，英国化学家道尔顿提出了原子论，他认为原子是不可被分割的
B. 1904年，汤姆生提出了原子结构的“葡萄干布丁”模型
C. 1911年，卢瑟福根据α粒子散射实验提出了原子结构的核式模型
D. 1913年，波尔根据原子光谱实验建立了核外电子分层排布的原子结构模型，他认 为在不同轨道上运动的电子具有相同的能量，能量值是连续的
D
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解析：1803年，英国化学家道尔顿提出了原子论，他认为物质是由原子直接构成的， 原子是一个不可再分割的实心球体，故A正确；1904年，汤姆生在发现电子的基础上 提出了原子结构的“葡萄干布丁”模型，开始涉及原子的内部结构，故B正确；1911 年，卢瑟福根据α粒子散射实验提出了原子结构的核式模型，原子是由原子核和核外 电子构成的，故C正确；1913年，波尔根据原子光谱实验建立了核外电子分层排布的 原子结构模型，他认为在不同轨道上运动的电子具有不同的能量，能量值是不连续 的，故D错误。
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A. 通常用小黑点来表示电子的多少，黑点密度大，电子数目多
B. 电子云是处于一定空间运动状态的电子在原子核外空间的概率密度分布的形象化 描述
C. 电子绕核做高速圆周运动
D. 电子云轮廓图是把电子在原子核外空间出现概率 P ＝80％的空间圈出来得到的图形
B
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解析：通常用小黑点来表示电子在原子核外某处出现的概率密度，黑点密度越大，代 表电子在该处出现的概率密度越大，故A错误；电子云是处于一定空间运动状态的电 子在原子核外空间的概率密度分布的形象化描述，故B正确；电子在原子核外不是绕 核做高速圆周运动的，只能用小黑点来表示电子在原子核外某处出现的概率密度，故 C错误；电子云轮廓图是把电子在原子核外空间出现概率 P ＝90％的空间圈出来得到 的图形，故D错误。
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A. 电子云图（即概率密度分布图）就是原子轨道图
B. 3p2表示3p能级中有两个原子轨道
C. 由图乙可知，s能级的电子云轮廓图呈圆形，有无数条对称轴
D. 由图丙可知，p能级的原子轨道图呈哑铃形，且有3个伸展方向
D
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解析：电子云轮廓图与电子云图不是同一个概念，而是我们常说的原子轨道图，A项 错误；3p2表示3p能级中容纳了两个电子，B项错误；s能级的电子云轮廓图呈球形而 不是圆形，C项错误；p能级的原子轨道图呈哑铃形，有p x 、p y 、p z 三个伸展方向，并 且互相垂直，D项正确。
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A. 同一原子中，2p、3d、4f能级的轨道数依次增多
B. 某离子M层和L层上的电子数均为K层的4倍
C. 原子核外每一能层最多可容纳的电子数为 n2
D. 存在核电荷数与最外层电子数相等的离子
解析：2p、3d、4f能级的轨道数依次为3、5、7，故A正确；Cl－、K＋等离子M层和L 层上的电子数均为K层的4倍，故B正确；原子核外每一个能层最多可容纳的电子数为 2 n2，故C错误；O2－的核电荷数为8，核外最外层电子数也为8，故D正确。
C
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A. 各能层含有的原子轨道数为 n2（ n 为能层序数）
B. 2p、3p、4p的轨道形状均为哑铃形
C. 从空间角度看，2s轨道比1s轨道大，其空间包含了1s轨道
D. 在同一轨道上运动的电子，其运动状态肯定相同
解析：各能层最多含有的电子数为2 n2，每个原子轨道含有2个电子，所以各能层含有 的原子轨道数为 n2（ n 为能层序数），故A正确；p能级轨道形状为哑铃型，形状与能 层无关，故B正确；s轨道都是球形，2s轨道半径大于1s轨道半径，其空间包含了1s轨 道，故C正确；在同一原子内部没有两个电子存在完全相同的运动状态，D错误。
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A. 原子轨道就是原子核外电子运动的轨道，这与宏观物体运动轨道的含义相同
B. 第 n 电子层上共有 n2个原子轨道
C. 任意电子层上的p能级都有3个伸展方向相互垂直的原子轨道
D. 处于同一原子轨道上的电子，自旋方向相反
解析：原子轨道与宏观物体的运动轨道完全不同，它是指电子出现的主要区域，而不 是电子运动的实际轨迹，A项错误；第 n 电子层上共有 n2个原子轨道，B项正确；任 意电子层上的p能级都有3个伸展方向相互垂直的原子轨道，C项正确；处于同一原子 轨道上的电子，自旋方向相反，D项正确。
A
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A. 因为s轨道的形状是球形的，所以s电子做圆周运动
B. 3p x 、3p y 、3p z 的差异之处在于三者中电子（基态）的能量不同
C. 在同一能级上运动的电子，其运动状态肯定相同
D. 原子轨道和电子云都是用来形象地描述电子运动状态的
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A. 第三电子层有3s、3p、3d轨道
B. s能级的原子轨道呈球形，处在该轨道上的电子只能在球壳内运动
C. 任意电子层上的p能级都有3个伸展方向相互垂直的原子轨道
B
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A. M层才开始出现d轨道
B. d轨道最早出现在第4周期元素
C. 电子排布时，3d轨道能量高于4s轨道
D. d轨道有10种空间伸展方向
解析：d轨道出现在M层，最早出现在第4周期元素中，电子排布时，3d轨道能量高于 4s轨道，A、B、C正确；d轨道有5种空间伸展方向，D错误。
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A. M电子层共有s、p 2个能级，最多能容纳8个电子
B. 第 n 电子层中有 n 个轨道
C. 第 n 电子层上有 n 个能级
D. 任一电子层都有s、p能级，但不一定有d能级
解析：A项，M电子层有s、p、d 3个能级，M电子层最多容纳的电子数为2 n2＝2×32 ＝18个；B项，第 n 电子层上有 n2个原子轨道；C项，第 n 电子层共有 n 个能级，即能 级数＝ n ；D项，K电子层只有s能级，不含有p能级。
C
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11. （1）可正确表示原子轨道的是 （填字母）。
A. 2s B. 2d C. 3p D. 3f
解析：（1）L电子层包括s、p能级，M电子层包括s、p、 d能级，所以L层不存在2d轨道，M层不存在3f轨道，故 选AC。
AC　
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①s能级的原子轨道呈 形，每个s能级有 个原子轨道；p能级的原子轨道分 别相对于 x 、 y 、 z 轴 ，每个p能级有 个原子轨道。
②s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。
解析：（2）s轨道在三维空间分布呈球形，p轨道空间分 布分别相对于 x 、 y 、 z 轴对称，原子轨道的半径与电子 层数有关，并随电子层数的增大而增大。
球　
1　
对称　
3　
电子层数　
电子层数　
（2）如图是s能级、p能级的原子轨道图，试回答下列问题：
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12. （1）在基态多电子原子中，关于核外电子能量的叙述错误的是 （填字 母）。
a.最易失去的电子能量最高
b.同一个电子层上的不同能级上的原子轨道，能量大小不同
c.p轨道电子能量一定高于s轨道电子能量
d.在离核最近区域内运动的电子能量最低
解析：（1）能量越高的电子在离核越远的区域内运动，也就越容易失去，a项正确； 多电子原子在第 n 层中不同能级的能量大小顺序为 E （ n s）＜ E （ n p）＜ E （ n d） ＜ E （ n f），b项正确；同一电子层中的p轨道电子能量一定比s轨道电子能量高，但 外层s轨道电子能量比内层p轨道电子能量高，c项不正确；离核越近，电子能量越 低，d项正确。
c　
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①1s 3d。
②3s 3p 3d。
③2p 3p 4p。
④3p x 3p y 3p z 。
解析：（2）在多电子原子中，原子轨道能量的高低存在如下规律： ①相同的原子轨 道能量的高低：1s＜2s＜3s＜4s……，3d＜4d＜5d……；②相同电子层上原子轨道能 量的高低： n s＜ n p＜ n d＜ n f；③电子层和能级均相同的原子轨道的能量相等，如3p x ＝3p y ＝3p z 。
（3）基态铝原子有 种不同运动状态的电子。
解析：（3）基态铝原子核外13个电子的运动状态各不相同，因此核外有13种不同运 动状态的电子。
＜　
＜　
＜　
＜　
＜　
＝　
＝　
13　
（2）比较下列多电子原子的原子轨道的能量高低。
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解析：（1）电子在原子核外出现的概率密度分布通常用电子云形象化地描述。
（2）对于排布在2s轨道上的电子，不能确定的是 （填字母）。
A. 电子所在的电子层
B. 电子的自旋状态
C. 电子云的形状
D. 电子云的伸展方向
解析：（2）排布在2s轨道上的电子，在第2电子层的s轨道上，s能级的电子云形状为 球形，不能确定电子的自旋状态。
（3）O2－核外有 种不同运动状态的电子。
解析：（3）O2－核外有10个电子，则O2－核外有10种不同运动状态的电子。
电子
云　
B　
10　
1
2
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4
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