1、版化学新导学笔记人教选修3第一章 第一节 第2课时第2课时原子的基态与激发态、电子云与原子轨道学习目标定位1.知道原子的基态、激发态与光谱之间的关系。2.了解核外电子运动、电子云轮廓图和核外电子运动的状态。一、能量最低原理、原子的基态与激发态、光谱1.能量最低原理原子的电子排布遵循构造原理能使整个原子的能量处于最低状态，简称能量最低原理。2.基态原子与激发态原子(1)基态原子：处于最低能量的原子。(2)激发态原子：基态原子的电子吸收能量后，电子会跃迁到较高能级，变成激发态原子。(3)基态、激发态相互间转化的能量变化基态原子激发态原子。3.光谱(1)光谱的成因及分类(2)光谱分析：现代化学中，常
2、利用原子光谱上的特征谱线来鉴定元素，称为光谱分析。关于电子跃迁的注意事项(1)电子从较高能量的激发态跃迁到较低能量的激发态乃至基态时，将释放能量；反之，将吸收能量。光(辐射)是电子释放能量的重要形式之一。(2)电子的跃迁是物理变化(未发生电子转移)，而原子得失电子时发生的是化学变化。(3)一般在能量相近的能级间发生电子跃迁。例1(2018银川市育才中学月考)下列电子排布式是基态原子的电子排布式的是()Be：1s22s12p1O：1s22s22p4He：1s12s1Cl：1s22s22p63s23p5A. B.C. D.【考点】原子的基态与激发态、光谱【题点】原子的基态与激发态的判断与比较答案D
3、解析Be：1s22s12p1是激发态，2s能量低于2p，故错误；O：1s22s22p4符合能量最低原理，故正确；He：1s12s1是激发态，1s能量低于2s，故错误；Cl：1s22s22p63s23p5符合能量最低原理，故正确。例2对充有氖气的霓虹灯管通电，灯管发出红色光。产生这一现象的主要原因是()A.电子由激发态向基态跃迁时以光的形式释放能量B.电子由基态向激发态跃迁时吸收除红光以外的光线C.氖原子获得电子后转变成发出红光的物质D.在电流的作用下，氖原子与构成灯管的物质发生反应【考点】原子的基态与激发态、光谱【题点】电子跃迁与光谱答案A解析解答该题的关键是明确基态原子与激发态原子的相互转化
4、及其转化过程中的能量变化及现象。在电流作用下，基态氖原子的电子吸收能量跃迁到较高能级，变为激发态原子 ，这一过程要吸收能量，不会发出红色光；而电子从较高能量的激发态跃迁到较低能量的激发态或基态时，将释放能量，从而产生红光，故A项正确。二、电子云与原子轨道1.原子核外电子的运动特点(1)电子的质量很小(9.109 51031 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(3.0108 ms1)。2.电子云(1)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。(2)电子云轮廓图的形状：s能级的电子云轮廓图是
5、球形，p能级的电子云轮廓图是哑铃形。3.原子轨道(1)概念：量子力学把电子在原子核外的一个空间运动状态称为一个原子轨道。(2)形状s电子的原子轨道呈球形，能层序数越大，原子轨道的半径越大。p电子的原子轨道呈哑铃形，能层序数越大，原子轨道的半径越大。(3)各能级所含有原子轨道数目能级符号nsnpndnf轨道数目1357 原子轨道与能层序数的关系(1)不同能层的同种能级的原子轨道形状相同，只是半径不同。能层序数n越大，原子轨道的半径越大。如：(2)s能级只有1个原子轨道。p能级有3个原子轨道，它们互相垂直，分别以px、py、pz表示。在同一能层中px、py、pz的能量相同。(3)原子轨道数与能层序
6、数(n)的关系：原子轨道数目n2。例3(2017资阳高二检测)下列关于电子云的说法中，正确的是()A.电子云表示电子在原子核外运动的轨迹B.电子云表示电子在核外单位体积的空间出现的概率大小C.电子云界面图中的小黑点越密表示该核外空间的电子越多D.钠原子的1s、2s、3s电子云半径相同【考点】电子云与原子轨道【题点】电子云答案B解析电子云表示电子在核外单位体积的空间出现的概率大小，不是表示电子运动的轨迹，A错误，B正确；电子云界面图中的小黑点越密表示电子在核外空间出现的机会越多，C错误；钠原子的1s、2s、3s电子云半径逐渐增大，D错误。例4下列各能级中原子轨道数最多的是()A.7s B.6pC
7、.5d D.4f【考点】电子云与原子轨道【题点】原子轨道答案D解析ns能级有1个原子轨道，np能级有3个原子轨道，nd能级有5个原子轨道，nf能级有7个原子轨道。例5下列说法正确的是()A.因为p轨道是“8”字形，所以p电子是“8”字形B.能层数为3时，有3s、3p、3d 9个轨道C.氢原子中只有1个电子，故氢原子核外只有1个轨道D.电子云图即是电子云轮廓图，都是用来形象描述电子运动状态的【考点】电子云与原子轨道【题点】电子云与原子轨道的综合答案B解析p轨道呈哑铃形，是指电子出现概率高的区域，而不是电子的形状，A项错误；能层数为3时，有3s、3p、3d 3个能级，共有9个轨道，B项正确；氢原子
8、中确实只有1个电子，但轨道是人为规定的，可以是空轨道，C项错误。易错提醒电子云图与电子云轮廓图不是同一个概念，电子云轮廓图实际上是电子云图的大部分区域；电子云轮廓图就是我们通常所说的原子轨道图。1.基态原子的核外电子排布遵循构造原理。2.电子及其运动特点可概括为体积小、质量轻、带负电；绕核转、运动快、测不准(某时刻的位置和速度)；(离核的)距离不同、能量相异、描述概率(电子在核外空间某处出现的概率，即电子云)。3.原子轨道：同一能层，不同能级其原子轨道形状不同，数目不同；不同能层，同种能级其原子轨道形状相同，半径不同，能量不同。1.下列关于同一种原子中的基态和激发态说法中，正确的是()A.基态
9、时的能量比激发态时高B.激发态时比较稳定C.由基态转化为激发态过程中吸收能量D.电子仅在激发态跃迁到基态时才会产生原子光谱【考点】原子的基态与激发态、光谱【题点】原子的基态与激发态的含义答案C解析同一原子处于激发态时能量较高，较不稳定，A、B不正确；电子从能量较低的基态跃迁到能量较高的激发态时，也会产生原子光谱，D不正确。2.(2017武威高二月考)当碳原子的核外电子排布由1s22s22p2转变为1s22s12p3时，下列说法正确的是()A.碳原子由基态变为激发态B.碳原子由激发态变为基态C.碳原子要向外界环境中释放不同的光D.碳原子要向外界环境释放能量【考点】原子的基态与激发态、光谱【题点】
10、电子跃迁与光谱答案A解析当碳原子的核外电子排布由1s22s22p2转变为1s22s12p3时，电子发生跃迁，由基态变为激发态，A正确、B错误；该过程碳原子要从外界环境中吸收能量，不向外界环境中释放不同的光，C、D错误。3.电子由3d能级跃迁至4p能级时，可通过光谱仪直接摄取()A.电子的运动轨迹图像 B.原子的吸收光谱C.电子体积大小的图像 D.原子的发射光谱【考点】原子的基态与激发态、光谱【题点】电子跃迁与光谱答案B解析能量E(3d)E(4p)，故电子由3d能级跃迁到4p能级时，要吸收能量，形成吸收光谱。4.下列有关电子云和原子轨道的说法正确的是()A.原子核外的电子像云雾一样笼罩在原子核周
11、围，故称电子云B.s轨道呈球形，处在该轨道上的电子只能在球壳内运动C.p轨道呈哑铃形，在空间有两个伸展方向D.与s电子原子轨道相同，p电子原子轨道的平均半径随能层的增大而增大【考点】电子云与原子轨道【题点】电子云与原子轨道的综合答案D解析电子云是对电子运动的形象化描述，它仅表示电子在某一区域内出现的概率，并非原子核真被电子云雾所包裹，故A错误；原子轨道是电子出现的概率约为90%的空间轮廓，它表明电子在这一区域内出现的机会大，在此区域外出现的机会少，故B错误；p轨道在空间有x、y、z 3个伸展方向，故C错误；由于按2p、3p的顺序，电子的能量依次增大，电子在离核更远的区域出现的概率逐渐增大，电子
12、云越来越向更大的空间扩展，原子轨道的平均半径逐渐增大，故D正确。5.硅是重要的半导体材料，构成了现代电子工业的基础。基态Si原子中，电子占据的最高能层符号为_，该能层具有的原子轨道数为_，电子数为_。【考点】电子云与原子轨道【题点】原子轨道答案M94解析基态Si原子核外共有3个电子层，最高能层是M层，有4个电子。M能层具有1个s轨道、3个p轨道和5个d轨道，共9个原子轨道。对点训练题组一基态、激发态及光谱1.图中所发生的现象与电子的跃迁无关的是()【考点】原子的基态与激发态、光谱【题点】电子跃迁与光谱答案D解析燃放烟火、霓虹灯、燃烧蜡烛等获得的光能都是电子跃迁时能量以光的形式释放出来导致的，而
13、平面镜成像则是光线反射的结果。2.以下电子排布式表示基态原子电子排布的是()A.1s22s22p63s13p3B.1s22s22p63s23p63d104s14p1C.1s22s22p63s23p63d24s1D.1s22s22p63s23p63d104s24p1【考点】原子的基态与激发态、光谱【题点】原子的基态与激发态的判断与比较答案D解析基态核外电子排布应该是1s22s22p63s23p2，A错误；基态核外电子排布应该是1s22s22p63s23p63d104s2，B错误；基态核外电子排布应该是1s22s22p63s23p63d14s2，C错误； 1s22s22p63s23p63d104s
14、24p1符合原子核外电子排布规律，D正确。3.某基态原子的第五电子层上只有2个电子，则该原子的第四电子层的电子数可能为()A.32 B.08C.13 D.19【考点】原子的基态与激发态、光谱【题点】原子的基态与激发态的含义答案C解析某基态原子的第五电子层上只有2个电子，根据构造原理可知，其4s和4p能级一定是充满的，而4d能级上的电子数可以是0、1、2、5、10，所以该原子的第四电子层的电子数可能为8、9、10、13或18。4.下列说法中正确的是()A.焰色反应是化学变化B.基态碳原子的电子排布式是1s22s12p3C.焰色反应中观察到的特殊焰色是金属原子在电子从基态跃迁到激发态时产生的光谱谱
15、线的颜色D.同一原子处于激发态时的能量一定大于其处于基态时的能量【考点】原子的基态与激发态、光谱【题点】原子的基态与激发态、光谱的综合答案D解析基态碳原子的电子排布式为1s22s22p2，B项不正确；焰色反应中观察到的特殊焰色是金属原子在电子从激发态跃迁到基态时产生的光谱谱线的颜色，焰色反应是物理变化，A、C项不正确。5.X、Y两元素可形成X2Y3型化合物，则X、Y原子基态时最外层的电子排布可能是()X：3s23p1Y：3s23p5X：2s22p3Y：2s22p4X：3s23p1Y：3s23p4X：3s2Y：2s22p3A. B. C. D.【考点】原子的基态与激发态、光谱【题点】原子的基态与
16、激发态的判断与比较答案B解析X2Y3型化合物中X显3价或者6价，Y显2价或者4价，中X原子是Al，Y原子是Cl，可以组成AlCl3；中X原子是N，Y原子是O，可以组成N2O3；中X原子是Al，Y原子是S，可以组成Al2S3；中X原子是Mg，Y原子是N，可以组成Mg3N2，因此答案为B。题组二核外电子的运动特点及描述方法6.对原子核外的电子运动描述方法正确的是()A.根据一定的数据计算出它们某一时刻所在的位置B.用一定仪器测定或描述出它们的运动轨道C.核外电子的运动有确定的轨道D.核外电子的运动根本不具有宏观物体运动规律，只能用统计规律来描述【考点】电子云与原子轨道【题点】核外电子的运动特点答案
17、D解析核外电子的运动根本不具有宏观物体运动规律，只能用统计规律来描述。我们不能测定或计算出它在某一时刻所在的位置，也不能描画它的运动轨迹。7.(2018邢台市月考)图1和图2 分别是1s电子的概率密度分布图和原子轨道图。下列有关说法正确的是()A.图1中的每个小黑点表示1个电子B.图2 表示1s电子只能在球体内出现C.图2表明1s轨道呈球形，有无数对称轴D.图1中的小黑点表示电子在核外所处的位置【考点】电子云与原子轨道【题点】电子云答案C解析电子云就是用小黑点疏密来表示空间各电子出现概率大小的一种图形，小黑点表示空间各电子出现的几率，A、D错误；在界面内出现该电子的几率大于90%，界面外出现该
18、电子的几率不足10%，B错误。题组三原子轨道8.在1s、2px、2py、2pz轨道中，具有球对称性的是()A.1s B.2pxC.2py D.2pz【考点】电子云与原子轨道【题点】原子轨道答案A解析1s轨道和2p轨道的图像分别为由图像可看出，呈球对称性的为1s原子轨道。9.符号3px所代表的含义是()A.px轨道上有3个电子B.第三个电子层px轨道有3个伸展方向C.px电子云有3个伸展方向D.第三个电子层沿x轴方向伸展的p轨道【考点】电子云与原子轨道【题点】原子轨道答案D解析3px中，3表示第三电子层，p原子轨道在三维空间的分布分别沿x、y、z三个方向，px表示沿x轴方向伸展的p轨道。10.如
19、图是s能级和p能级的原子轨道图，下列说法正确的是()A.s能级和p能级的原子轨道形状相同B.每个p能级都有6个原子轨道C.s能级的原子轨道半径与能层序数有关D.钠原子的电子在11个原子轨道上高速运动答案C解析s轨道为球形，p轨道为哑铃形，A项错误；每个p能级只有3个原子轨道，B项错误；能层序数越小，s能级的原子轨道半径越小，C项正确；钠原子的电子在6个原子轨道上高速运动，D项错误。【考点】电子云与原子轨道【题点】原子轨道11.下列说法正确的是()A.p电子云是平面“8”字形的B.3p2表示3p能级中有两个原子轨道C.2d能级包含5个原子轨道，最多容纳10个电子D.s电子云是在空间各个方向上伸展
20、程度相同的对称形状【考点】电子云与原子轨道【题点】电子云与原子轨道的综合答案D解析p电子云形状是哑铃形，不是平面“8”字形，A项错误；3p2表示3p能级中容纳了两个电子，B项错误；L层没有d能级，C项错误。12.下列轨道上的电子在xy平面上出现的机会为零的是()A.3pz B.3px C.3py D.3s【考点】电子云与原子轨道【题点】原子轨道答案A解析px和py在xy平面上，3pz轨道沿z轴方向伸展，垂直于xy平面，故该轨道上的电子不可能出现在xy平面上，s轨道电子云为球形，各个方向都有，故A符合题意。综合强化13.下图是s能级和p能级的原子轨道图，试回答下列问题：(1)s电子的原子轨道呈_
21、形，每个s能级有_个原子轨道；p电子的原子轨道呈_形，每个p能级有_个原子轨道。(2)元素X的原子最外层电子排布式为nsnnpn1，原子中能量最高的是_电子，其电子云在空间有_方向。【考点】电子云与原子轨道【题点】原子轨道答案(1)球1哑铃3(2)2p三个互相垂直的伸展解析(1)ns能级各有1个轨道，np能级各有3个轨道，s电子的原子轨道都是球形的，p电子的原子轨道都是哑铃形的，每个p能级有3个原子轨道，它们相互垂直，分别以px、py、pz表示。(2)因为元素X的原子最外层电子排布式为nsnnpn1，np轨道已排上电子，说明ns轨道已排满电子，即n2，则元素X的原子核外电子排布式为1s22s2
22、2p3，则原子中能量最高的是2p电子，其电子云在空间有三个互相垂直的伸展方向。14.(1)基态氟原子核外9个电子，这些电子的电子云形状有_种；氟原子的最外层电子排布式为_。(2)已知锡位于第五周期，与C同主族，写出Sn2的最外层电子排布式：_；Cl中有_个填充电子的能级。(3)基态硼原子的核外电子排布式为_，有_种不同能量的电子。【考点】电子云与原子轨道【题点】电子云与原子轨道的综合答案(1)22s22p5(2)5s25(3)1s22s22p13解析(1)氟原子核外含有s轨道和p轨道2种原子轨道，则其电子的电子云形状有2种；氟原子的最外层含有7个电子，故其最外层电子排布式为2s22p5。(2)
23、同主族元素最外层电子数相同，Sn位于第五周期，与C同主族，则Sn2的最外层电子排布式为5s2；Cl的电子排布式为1s22s22p63s23p6，有1s、2s、2p、3s、3p 5个填充电子的能级。(3)基态硼原子的核外电子数为5，其核外电子排布式为1s22s22p1，不同能级上的电子具有不同的能量，故有3种不同能量的电子。15.下表列出了核电荷数为2125的元素的最高正化合价，回答下列问题：元素名称钪钛钒铬锰元素符号ScTiVCrMn核电荷数2122232425最高正化合价34567(1)写出下列元素基态原子的核外电子排布式：Sc_；Ti_；V_；Mn_。(2)已知基态铬原子的电子排布式是1s
24、22s22p63s23p63d54s1，并不符合构造原理。人们常常会碰到客观事实与理论不相吻合的问题，当你遇到这样的问题时，你的态度是_。(3)对比上述五种元素原子的核外电子排布与元素的最高正化合价，你发现的规律是_；出现这一现象的原因是_。【考点】原子的基态与激发态、光谱【题点】原子的基态与激发态的判断与比较答案(1)1s22s22p63s23p63d14s2或Ar3d14s21s22s22p63s23p63d24s2或Ar3d24s21s22s22p63s23p63d34s2或Ar3d34s21s22s22p63s23p63d54s2或Ar3d54s2(2)尊重客观事实，注重理论适用范围，掌握特例(或其他合理答案)(3)五种元素的最高正化合价数值等于各元素基态原子的最高能层s电子和次高能层d电子数目之和能级交错使得d电子也参与了化学反应解析(1)根据构造原理即可解答。(3)过渡元素的最高正化合价与主族元素不同，因为过渡元素在化学反应中，次外层上的电子也可能参与化学反应。
