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课时1　人类对原子结构的认识　原子核外电子的运动特征
1. 了解有关核外电子运动模型的历史发展过程。
2. 认识核外电子的运动特点。
3. 知道电子的运动状态可通过电子云模型、原子轨道来描述。
4. 了解各电子层包含的原子轨道类型、数目和容纳的电子数，了解原子轨道的能量高低，了解电子的自旋状态。
1. 从以下几个方面，说说你所知道的原子结构的有关结论。
(1) 原子是由哪些粒子构成的？原子核是由哪些粒子构成的？元素的种类取决于哪一种粒子的数目？
(2) 原子中的质子数、核外电子数、中子数、核电荷数、质量数之间有哪些定量关系？
2. 画出下列粒子的结构示意图。
(1) 锂原子　　　(2) 氖原子　　　(3) 铝离子　　　(4) 氯离子
3. 原子核外电子的运动有什么特点？
1. 19世纪科学家道尔顿、汤姆生分别对原子结构有什么认识？
2. 20世纪初，科学家如何认识原子结构？科学家如何基于实验证据建构和优化原子模型？
3. 卢瑟福是如何修正汤姆生的原子结构模型的？他提出的原子结构的有核模型的主要内容是什么？
　　　　　　　　
卢瑟福的α粒子散射实验
4. 丹麦物理学家玻尔在研究氢原子光谱后，根据________的观点，提出了新的原子结构模型。
　　　　
　　 玻尔的原子结构模型　　　　　　 氢原子光谱的形成
玻尔原子结构模型的内容包括哪些？
5. 玻尔认为，原子轨道的能量变化是不连续的，即________的。当电子吸收了能量(如光能、热能)后，会如何变化？当电子从能量较高的轨道回到能量较低的轨道时，就会发射出光子，发出的光的波长取决于什么？
6. 不能用处理宏观物体的办法来描述电子的运动。科学家采用统计方法来描述电子在原子核外某一区域出现的机会。下图是处于能量最低状态的氢原子的电子云示意图。
处于能量最低状态的氢原子的电子云示意图
该状态的氢原子的电子在原子核外运动有什么规律？
7. 什么叫电子云？电子云中的小点、小点的疏密的意义是什么？
1. 在含有多个核外电子的原子中，电子的能量往往不同。人们根据电子的能量差异和主要运动区域不同，认为原子核外电子处于不同的电子层上。人们习惯用英文字母________表示电子层数，由内向外的电子层数n依次取1、2、3、4、5等正整数，对应的电子层符号分别为__________________等。讨论各电子层距原子核的距离大小及能量高低关系，距离由小到大顺序：__________________，能量由低到高顺序：__________________。
2. 了解原子轨道概念。
(1) 原子轨道是量子力学描述电子在原子核外空间运动的主要区域。实验和量子力学研究表明，处于同一电子层的原子核外电子，可以在不同类型的原子轨道上运动，其能量也不相同，即同一电子层(能层)可进一步划分为不同的________。
(2) 原子轨道有不同的类型，它们能量不同，形状也不同，人们常用小写的英文字母s、p、d、f分别表述不同形状的轨道。
s轨道 p轨道
阅读方法导引，各种原子轨道分别是什么形状？分别有几种空间伸展方向？
(3) 如何表示原子核外电子所处的轨道？
(4) 原子轨道最多容纳的电子数＝原子轨道中轨道数目的2倍。s、p、d、f……轨道所包含的轨道数分别为1、3、5、7……，每个原子轨道最多容纳的电子数为其轨道数的2倍。各层最多容纳的电子数为2n2个。填写下表中各能层包含的原子轨道数目和最多可容纳的电子数。
电子层 原子轨道类型 原子轨道数目 最多可容纳电子数
1 1s
2 2s、2p
3 3s、3p、3d
4 4s、4p、4d、4f
n —
3. 阅读教材，了解原子轨道能量高低规律。
(1) 处于相同电子层的原子轨道能量的高低：________________。
(2) 形状相同的原子轨道能量的高低：______________________。
(3) 电子层和形状均相同的原子轨道的能量相等，如2px、2py、2pz轨道的能量________。
4. 原子核外电子还存在一种称为自旋的运动，原子核外电子的自旋可以有两种不同的状态，通常人们用向上箭头“↑”和向下箭头“↓”来表示这两种不同的自旋状态。 “电子自旋”真像地球绕轴自转一样吗？
5. 怎样描述原子核外某电子运动状态？
1. [2024无锡南菁高级中学期中]人类对原子结构的探索从未停止过。下列有关原子结构的说法正确的是(　　)
A. 所有的原子都含有质子、中子和电子
B. 实验测得原子核外的电子绕核在固定的轨道上做高速圆周运动
C. 在化学反应过程中，原子核和原子的最外层电子数都可能发生变化
D. 科学家汤姆生首先发现了电子并提出了“葡萄干面包式”的原子结构模型
2. [2024无锡阶段练习]下列说法正确的是(　　)
A. 处于最低能量的原子叫激发态原子
B. 4p2表示4p能级有2个轨道
C. 同一原子中，1s、2s、3s电子的能量逐渐减小
D. 2p、3p、4p的电子云轮廓越来越大
3. 下列各原子轨道中轨道数为7的是(　　)
A. s　 B. p 　 C. d 　　　 D. f
4. [2024镇江阶段练习]下列说法正确的是(　　)
①n＝4的电子层含有5种原子轨道类型　②原子中处于n＝4状态的电子跃迁到n＝3的状态时会释放能量　③s轨道呈圆形，随着电子层数的增加，s轨道所含的轨道数也增加　④电子云中，通常用小点来表示电子绕核做高速圆周运动　⑤处于3px、3py、3pz轨道上的电子，具有相同的能量，其电子云形状也相同
A. ①④　 B. ②⑤　 C. ①②③　 D. ③④⑤
5. 如图是s轨道和p轨道的原子轨道示意图，下列说法正确的是(　　)
　　　　　　　　　
A. s轨道和p轨道的原子轨道形状相同
B. 每个p轨道都有6个原子轨道
C. s轨道的半径与电子层序数有关
D. Na原子的电子只在s轨道上高速运动
6. [2024泰兴期中]下列关于能层、能级的说法正确的是(　　)
A. 2px、2py、2pz轨道相互垂直，能量不相等
B. p能级的能量一定比s能级的能量高
C. P3-中有15种电子运动状态，占据了9个原子轨道
D. 从空间角度看，2s轨道比1s轨道大，其空间包含了1s轨道
7. 玻尔理论、量子力学理论都是对核外电子运动的描述方法，下列叙述正确的是(　　)
A. 因为s轨道的形状是球形的，所以s电子做的是圆周运动
B. 任何一个能层最多只有s、p、d、f四个能级
C. 不同能层中s电子的原子轨道半径相同
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
8. 人类对核外电子运动的认知不断进步。下列说法正确的是(　　)
A. 电子在线性轨道上绕核运行
B. 电子从激发态跃迁到基态时能产生吸收光谱
C. 2px、2py、2pz轨道相互平行、能量相等
D. 3s轨道比2s轨道大
9. [2024苏州阶段练习]下列有关原子轨道的叙述正确的是(　　)
A. 硫原子的2s轨道能量较3p轨道高
B. 电子层序数n＝4的原子轨道最多可容纳16个电子
C. 铯原子的2s与5s电子云轮廓图均为球形
D. 因为s轨道的形状是球形，故s电子做的是圆周运动
10. 下列关于原子结构、原子轨道的说法正确的是(　　)
A. N层中有4s、4p、4d、4f 4个能级，共16个轨道，可容纳32种运动状态的电子
B. 在K层中，有自旋相反的两条轨道
C. s电子绕核运动，其轨道为球面，而p电子在纺锤形曲面上运动
D. 电子云的轮廓图称为原子轨道，不同原子的1s能级能量相同
11. 下图是s轨道、p轨道的原子轨道图，试回答问题。
　　　　　　　　　
(1) s轨道呈________形，每个s轨道有________个原子轨道；p轨道的原子轨道呈________形，每个p轨道有________个原子轨道。
(2) s轨道的原子轨道、p轨道的原子轨道的半径与____________有关，其越大，原子轨道半径越大。
12. [2024南京溧水期中]英国物理学家卢瑟福领导的科研小组在1911年通过α粒子散射实验提出了新的原子结构模型，标志着人类对原子结构的认识进入了新阶段。
(1) 卢瑟福团队用到α粒子(4He2+)来轰击金箔，该化学符号中4代表的含义是________；在1～18号元素中，最外层电子数与氦原子相等的元素是________。
(2) 氦元素在自然界中仅有3He和4He两种原子，它们具有相同的_________(填字母)。
A. 质子数　 B. 中子数　 C. 物理性质　 D. 化学性质
下表是某文献当中关于氮元素的相关记载，其中的“99.999 863%”表示的是____________________________________________________________________，“4.002 602”表示的是______________________________________。
3He 3.016 010 0.000 137%
4He 4.002 603 99.999 863%
平均 4.002 602
(3) 关于α粒子散射实验现象的记载如下：________(填“绝大多数”“极少数”或“个别”，下同)α粒子都直线穿过金箔，________α粒子发生偏转，________α粒子甚至被直接反弹回去。通过该实验，卢瑟福得出了原子结构的________模型。
课时1　人类对原子结构的认识原子核外电子的运动特征
【活动方案】
活动一：
1. (1) 原子由原子核和核外电子构成。原子核由质子和中子构成。元素的种类取决于质子的数目。
(2) 核电荷数＝质子数＝核外电子数。质量数＝质子数＋中子数。
2. (1) 　　(2) (3) 　　(4)
3. (1) 电子的质量很小(9.109 5×10-31 kg)，带负电荷；(2) 相对于原子和电子的体积而言，电子运动的空间很大；(3) 电子运动的速度很快，接近光速(3.0×108 m/s)。
活动二：
1. 道尔顿提出了近代原子论，认为原子有质量，不可分割；汤姆生发现了电子，提出电子普遍存在于原子中。
2. 20世纪初，科学家建立了实验和模型结合的方法来认识原子结构。科学家根据实验事实，经过分析和推理，提出原子结构模型；再根据新的实验事实对提出的原子结构模型进行修正，进而提出新的原子结构模型。依据一系列的实验事实，科学家对模型不断进行优化，直至形成更符合原型特点的模型。
3. 卢瑟福根据α粒子的散射实验，修正了汤姆生的原子结构模型。他提出了原子结构的有核模型，认为原子的质量主要集中于原子核上，电子在原子核外空间做高速运动。
4. 量子力学　①原子核外电子在一系列稳定的轨道上运动，这些轨道称为原子轨道。核外电子在原子轨道上运动时，既不放出能量，也不吸收能量。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不连续的。③原子核外电子可以在能量不同的轨道上发生跃迁。
5. 量子化　会从能量较低的轨道跃迁到能量较高的轨道上。发出光的波长取决于两个轨道的能量之差。
6. 电子主要在原子核周围的球形区域内运动。运动区域离核近，电子出现的机会大；运动区域离核远，电子出现的机会小。
7. 用小点的疏密来描述电子在原子核外空间出现的机会的大小所得到的图形叫作电子云图。小点代表电子在核外空间区域内出现的机会，小点的疏密描述电子在原子核外某一区域出现的机会的大小。
活动三：
1. n　K、L、M、N、O　K2. (1) 能级
(2) s轨道呈球形，p轨道呈纺锤形，d轨道和f轨道的形状较复杂。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 3个伸展方向，所以p轨道包括px、py、pz 3个轨道。d轨道有5个伸展方向(5个轨道)，f轨道有7个伸展方向(7个轨道)。
(3) 将表示电子层的n和表示原子轨道形状的s、p、d、f结合起来表示原子轨道，如1s、2s、2p(2px、2py、2pz)、3d等。
(4)
电子层 原子轨道类型 原子轨道数目 最多可容纳电子数
1 1s 1 2
2 2s、2p 4 8
3 3s、3p、3d 9 18
4 4s、4p、4d、4f 16 32
n — n2 2n2
3. (1) ns(3) 相等
4. 电子自旋并不是真像地球绕轴自转一样，它只是代表电子的两种不同状态。
5. 描述原子核外某电子运动状态必须说明其所在的电子层、原子轨道的类型、原子轨道的伸展方向和电子的自旋状态，这四个方面缺少任何一个，都不能准确描述电子运动的状态。
【课堂反馈】
1. D　H中不含中子，A错误；量子力学指出，一定空间运动状态的电子并不在玻尔假定的线性轨道上运行，而在核外空间各处都可能出现，B错误；在化学反应过程中，原子核不发生变化，C错误。
2. D　处于最低能量的原子叫基态原子，A错误；4p2表示4p能级上有2个电子，B错误；同一原子中，1s、2s、3s电子的能量逐渐增大，C错误。
3. D　s、p、d、f轨道中的轨道数分别是1、3、5、7，D正确。
4. B　n＝4的电子层含有4种原子轨道类型：4s、4p、4d、4f，①错误；电子从N能层(能量高)跃迁到M能层(能量低)，能量降低，需要释放能量，②正确；任何能层的s能级都有1个原子轨道，③错误；电子云中，通常用小点来表示电子在该点的出现机会而不是表示电子绕核做高速圆周运动，④错误；p能级有3个能量相同的轨道：3px、3py、3pz，p轨道的电子云形状为纺锤形，⑤正确。故选B。
5. C　s轨道为球形，p轨道为纺锤形，A错误；每个p轨道都有3个空间伸展方向，B错误；电子层序数越小，s轨道的半径越小，C正确；Na原子的电子在6个原子轨道上高速运动，D错误。
6. D　2px、2py、2pz能量相等，A错误；能级的能量与能层有关，故p能级的能量不一定比s能级的能量高，B错误；P3-中有18个电子，共有18种电子运动状态，C错误。
7. D　s轨道的形状是球形的，表示电子主要在原子核周围的球形区域内运动，而不表示电子运动轨迹，A错误；能层序数与该能层具有的能级数目相等，K能层只有s能级，L能层有s、p两个能级，M能层有3个能级等等，可见不同能层具有的能级数目是不同的，B错误；原子核外电子的能量不同，围绕原子核做高速运动时离核的远近不同，故不同能层中s电子的原子轨道半径不同，C错误。
8. D　量子力学指出，一定空间运动状态的电子并不在玻尔假定的线性轨道上运行，而在核外空间各处都可能出现，但出现的概率不同，A错误；电子从激发态跃迁到基态时能产生发射光谱，B错误；2px、2py、2pz轨道相互垂直、能量相等，C错误；3s轨道比2s轨道大，D正确。
9. C　根据原子轨道由低到高的排列原则，2s轨道能量低于3p轨道，A错误；电子层序数n＝4的原子轨道最多可容纳2×42＝32个电子，B错误；所有s轨道电子云轮廓图都是球形，C正确；电子的运动是无规则的，没有固定的轨道，D错误。
10. A　N层有4种能级，分别为4s、4p、4d、4f，各能级分别有1、3、5、7个轨道，共有16个轨道，每个轨道最多能容纳2个电子，则可容纳32种运动状态的电子，A正确；在K层中只有s轨道，能容纳自旋方向相反的两个电子，B错误；s能级电子绕核运动，其电子云轮廓图为球形，而p电子的电子云轮廓图是纺锤形，电子云只说明电子在某个区域出现的概率，C错误；电子云的轮廓图称为原子轨道，不同原子的1s能级能量不同，D错误。
11. (1) 球　1　纺锤　3
(2) 电子层序数
12. (1) 质量数　Be、Mg　
(2) AD　自然界中4He这种核素占整个He元素的原子个数百分比(或称为自然丰度)　He元素的平均相对原子质量
(3) 绝大多数　极少数　个别　有核

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