1、ZK高一化學K1 第四講 閱讀材料核外電子運動特點：電子質量很小，9.1095×10-31 kg電子運動空間很小，1×10-10 m電子運動速度很快，3×108 m/s核外電子的運動狀態（拓展）一、【知識梳理】電子在原子核外很小的空間內作高速運動，其運動規律跟一般物體不同，它們沒有確定的軌道。因此，我們不能同時準確地測定電子在某一時刻所處的位置和運動的速度，也不能描畫出它的運動軌跡。那么，如何描述原子核外電子的運動狀態呢？一、電子云科學上應用統計的原理，以每一個電子在原子核外空間某處出現機會的多少，來描述原子核外電子運動狀態。電子在核外空間一定范圍內出現，好象帶負

2、電荷的云霧籠罩在原子核的周圍，所以我們形象地稱它為“電子云”。見下圖。 在電子云示意圖中，小黑點表示電子出現的次數，小黑點的疏密（電子云密度）表示電子出現的幾率。氫原子電子云： 球形；氫原子電子云示意圖 離核近，電子云密度大，表示電子出現幾率大； 離核遠，電子云密度小，表示電子出現幾率小。 為了便于理解，我們假想有一架特殊的照相機給氫原子照相。先給某個氫原子拍五張照片，得到下圖所示的不同的圖象。圖中表示原子核，一個小黑點表示電子在這里出現一次。氫原子的五次瞬間照相給氫原子拍上成千上萬張照片，研究每一張照片會使我們獲得這樣一個印象：電子運動毫無規律，一會兒在這里出現，一會兒在那里出現。如果我們將

3、這些照片疊印，就會看到如圖所示的圖象。圖象說明將若干張氫原子瞬間照相疊印的結果，對氫原子的照片疊印張數越多，就越能使人形成一團電子云霧籠罩原子核的印象，這團“電子云霧”呈球形對稱，在離核越近處密度越大，離核越遠處密度越小。原子核外電子的運動狀態可以從四個方面進行描述：1電子層 在含有多個電子的原子里，電子的能量并不相同，電子運動的區域也不相同，能量低的電子通常在離核近的區域運動，能量高的電子通常在離核遠的區域運動。根據電子的能量差異和通常運動區域離核的遠近不同，可以將核外電子分成不同電子層。離核最近的為第一層，離核稍遠的為第二層，依次類推，由近及遠為三、四、五、六、七層，用符號K、L、M、N、

4、O、P、Q表示。2電子亞層和電子云的形狀科學研究發現，在同一電子層中，電子的能量還稍有差別，電子云的形狀也不相同。根據這個差別，又可以把一個電子層分成一個或幾個亞層，分別用s、p、d、f等符號表示。s電子云為球形，p電子云為紡錘形，d電子云為花瓣形，f電子云為更復雜的花瓣形，它們均以原子核為對稱中心。形狀越復雜，電子的能量越高。每個電子層所轄亞層數不等，K電子層只有一個s亞層，L電子層有s、p兩個亞層，M電子層有s、p、d三個亞層，N電子層有s、p、d、f四個亞層。在同一個電子層，亞層電子的能量是按s、p、d、f的次序遞增的。3電子云的伸展方向（軌道）電子云不僅有確定的形狀，而且有一定的伸展方

5、向。S電子云是球形對稱的，在空間各個方向上伸展的程度相同；p電子云有三種伸展方向；d電子云有五種伸展方向；f電子云有七種伸展方向。如右圖。在一定的電子層上，具有一定形狀和伸展方向的電子云所占據的空間稱為一個軌道。電子亞層可再細分為“軌道”。每個電子亞層所轄軌道數不等，s亞層只有1個軌道，p亞層有3個軌道，d亞層有5個軌道，f亞層有7個軌道。4電子的自旋電子不僅在核外空間不停地運動，而且還作自旋運動。電子自旋有兩種狀態，相當于順時針和逆時針兩種方向。每個軌道最多容納2個自旋方向相反的電子。同一軌道中的2個電子稱成對電子，若一個軌道中只有1個電子，該電子被稱為單電子。表2-3是各電子層上的電子亞層

6、數、軌道數和最多容納電子數。表2-3電子層（n）電子亞層軌道數（n2）最多容納電子數（2n2）K1s12L2s、2p1+38M3s、3p、3d1+3+518（不可能出現在最外層）N4s、4p、4d、4f1+3+5+732（不可能出現在最外層和次外層）O5s、5p、5d、5f1+3+5+7P6s、6p、6d、6f1+3+5+7Q7s、7p、7d、7f1+3+5+7核外電子的能量 電子層核外電子的運動區域核外電子的運動狀態 電子亞層電子云的伸展方向電子的自旋原子核外電子排布規律核外電子排布必須遵循泡利不相容原理、能量最低原理和洪特規則。泡利不相容原理：在同一個原子中，不可能有運動狀態完全相同的兩個

7、電子存在（即運動狀態完全相同的電子在同一原子里是不能并存的、是互不相容的）。由此推論：同一原子中每一個軌道上只能容納兩個自旋方向相反的兩個電子。能量最低原理：在不違背泡利不相容原理的前提下，核外電子總是盡先占有能量最低的軌道，只有當能量較低的軌道占滿后，電子才依次進入能量較高的軌道。在同一電子層上，各亞層的能量順序為nsnpndnf；當電子層不同，電子亞層相同時，其能量順序為1s2s3s4s，2p3p4p，3d4d5d，4f5f6f。對于不同電子層的不同電子亞層，其能量高低較為復雜。見下圖多電子原子電子所處的能級示意圖。從圖中可以看出，從第三電子層起就出現能級交錯現象。如，3d的能量似乎應該低

8、于4s，而實際上E3dE4s。因此，按能量最低原理，電子是先排4s，再排3d。由于能級交錯，在次外層未達最大容量之前，已出現了最外層，而且最外層未達最大容量時，又進行次外層電子的填充，所以原子最外層和次外層電子數一般達不到最大容量。能級交錯：電子層數較大的某些軌道的能量反低于電子層數較小的某些軌道能量的現象。洪特規則：電子在進入同一亞層時，將盡可能分占不同的軌道，且自旋方向相同。量子力學證明，電子這樣排布可使能量最低。同時洪特為此又歸納出一種特例：對于同一電子亞層，當電子的排布為全充滿、半充滿或全空時，是比較穩定的。即：全充滿 p6或d10或f14，半充滿 p3或d5或f7，全空 p0或d0或

9、f0。例如：鉻（24Cr）1s22s22p63s23p63d54s1；銅（29Cu）1s22s22p63s23p63d104s1，這種表示原子核外電子排布的式子稱之為電子排布式。電子排布式：Na：1s2 2s2 2p6 3s1 Na+：1s2 2s2 2p6Cl：1s2 2s2 2p6 3s2 3p5 Cl-：1s2 2s2 2p6 3s2 3p6C：1s2 2s2 2p2原子軌道的能量相同電子層上原子軌道能量的高低：EnsEnpEndEnf。形狀相同的原子軌道能量的高低：E1sE2sE3sE4s ； E2pE3pE4pE5p電子層和形狀相同的原子軌道的能量相等，如E2px = E2py =E

10、2pz 二、【例題解析】例1 關于1s、2s、3s、4s原子軌道的說法正確的是（ ）A電子只能在電子云輪廓圖中運動 B能級不同，電子云輪廓圖形狀相同C軌道數目相同，電子云輪廓圖形狀、大小完全相同D能層不同，電子云輪廓圖形狀也不相同 解析：電子在原子核外空間一定范圍內出現，A錯誤；能級大小為1s<2s<3s<4s，但電子云輪廓圖均為球形，B正確，D不正確；電子云輪廓圖圖形大小依次增大，因此C不正確。三、【隨堂練習】1具有下列電子排布式的原子中，半徑最大的是（ ）Als22s22p63s23p3 B1s22s22p3 C1s22s2sp2 D1s22s22p63s23p42下列說

11、法中錯誤的是（ ）A在同一個原子里找能到兩個運動狀態完全相同的電子B在同一個原子里找能到兩個或多個能量相同的電子C在同一個原子里M層電子的能量肯定比L層上電子的能量高D處在2p亞層上僅有的兩個電子自旋方向相同3原子中的某一電子層（以n表示），當n作為該原子的最外層時，最多容納的電子數與（n-1）層相同；當n作該原子的為次外層時，最多容納的電子數比（n+1）層還多10個，則n層是（ ）AN 層 BM 層 CL 層 DK 層4某元素原子在K層上有2個電子，在N層上有1個電子，則在M層上的電子數為（ ）A18個 B8個 C2個 D10個5某元素的原子核外電子排布是1s22s22p63s23p63d1

12、04s24p5，說明該原子核外共有多少電子層，各電子層上有幾個亞層和多少個電子，該元素的原子的核電荷數為多少？6某原子共有5個電子層，則其O層可容納電子 個，N層可容納電子 個。7以下原子軌道的表示方法不正確的是（ ）A、3s B、3p C、3d D、3f8下列電子層不包含d軌道的是 A.N層 B.M層 C.L層 D.K層9關于1s、2s、 3s 、4s原子軌道的說法正確的是（ ）A、電子只能在電子云輪廓圖中運動B、能級不同，電子云輪廓圖形狀相同C、軌道數目相同，電子云輪廓圖形狀、大小完全相同D、能層不同，電子云輪廓圖形狀也不相同10下列軌道含有軌道數目為3的是A、1s B、2p C、3p D、4d 113d軌道中最多容納電子數為A、2 B、 10 C、 14 D、 1812第三電子層含有的軌道數為A、3 B、 5 C、 7 D、 9 13在硫原子核外共有 種不同運動狀態的電子，有 種不同能量的電子。 14、下列關于電子層與原子軌道類型的說法中不正確的是 ( ) A、原子核外電子的每一個電子層最多可容納的電子數為2n2B、任一電子層的原子軌道總是從s軌道開始，而且原子軌道類型數目等于該電子層序數C、同是s軌道