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化学选择性必修2第一单元 原子核外电子的运动精品第1课时当堂达标检测题
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这是一份化学选择性必修2第一单元 原子核外电子的运动精品第1课时当堂达标检测题，共14页。
第1课时 原子核外电子的运动特征
[核心素养发展目标]
1.能举例说明原子结构模型发展演变的历程，认识基于实验证据建构和优化模型的思路，培养宏观辨识与微观探析的化学学科核心素养。
2.理解“电子云”的概念，能用轨道和能级概念描述核外电子的运动状态，培养证据推理和模型认知的化学学科核心素养。
一、人类对原子结构的认识
原子的内部世界充满着无穷的奥秘，吸引了无数的科学家去探索。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。
1．人类对原子结构的认识演变
(1)19世纪，英国科学家道尔顿提出了近代原子论，认为原子有质量、不可分割，但该理论无法解释很多事实。
(2)19世纪末，英国物理学家汤姆生发现了电子，提出电子普遍存在于原子中。
(3)1911年，英国物理学家卢瑟福根据α粒子散射实验，提出了原子结构的有核模型，该理论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。卢瑟福被称为“原子之父”。
(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。
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。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。
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机会大小所得到的图形。
(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而是代表电子在该处出现过一次。小点的疏密程度表示电子在原子核外出现的概率大小。小点稀疏的地方，表示电子在该处出现的概率小；小点密集的地方，表示电子在该处出现的概率大。
②离核越近，电子出现的概率越大，小点越密集。
(1)道尔顿的近代原子论是基于实验证据建构和优化模型提出的( × )
(2)玻尔认为，原子轨道的能量变化是不连续的，即量子化的( √ )
(3)在电子云图中，1个小点代表一个电子( × )
(4)在电子云轮廓图外面无电子出现( × )
1．自从19世纪英国科学家道尔顿提出了原子学说，人类对原子结构的认识就不断深入、发展，并通过实验事实不断地完善对原子结构的认识。下列关于原子结构模型的说法正确的是( )
A．道尔顿的原子结构模型将原子看作实心球，故不能解释任何问题
B．汤姆生“葡萄干面包式”原子结构模型成功地解释了原子中的正负粒子是可以稳定共存的
C．卢瑟福原子结构的有核模型指出了原子核和核外电子的质量关系、电性关系及占有体积的关系
D．玻尔的原子结构模型引入了量子化的概念，能够成功解释所有的原子光谱
答案 C
解析 道尔顿的原子理论成功地解释了质量守恒定律等规律，A项错误；汤姆生“葡萄干面包式”原子结构模型提出了正负电荷的共存问题，但同时认为在这样微小的距离上有着极大的作用力，存在着电子会被拉进去并会碰撞在带正电的核心上这样的问题，B项错误；卢瑟福通过α粒子散射实验提出了原子结构的有核模型，散射实验的结果能够分析出原子核和核外电子的质量关系、电性关系及占有体积的关系，C项正确；玻尔的原子结构模型只引入了一个量子化的概念，只能够解释氢原子光谱，而不能解释比较复杂的原子光谱，D项错误。
2．下列关于氢原子电子云的说法正确的是( )
A．通常用小点来表示电子的多少，小点密度大，电子数目多
B．小点密度大，单位体积内电子出现的机会大
C．通常用小点来表示电子绕核做高速圆周运动
D．电子云是对运动无规律性的描述
答案 B
解析 小点的疏密表示电子出现机会的大小，不表示电子数目的多少，小点密度大，电子出现的机会大，故A错误、B正确；小点表示电子在核外空间某处出现的机会，不代表电子的运动轨迹，故C错误；电子云图反映电子在核外无规则运动时在某点出现的概率，是对运动的描述，故D错误。
二、原子核外电子的运动特征
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，能量高的电子在离核远的区域里运动，能量低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能量是不同的。能量不同的电子在核外不同的区域内运动，这种不同的区域称为电子层(n)。
(2)电子层的表示方法：
2.原子轨道
(1)类型及形状
①类型：即同一电子层中含有不同类型的原子轨道，分别用s、p、d、f表示，不同的轨道其形状不相同。
②形状：s轨道呈球形，p轨道呈纺锤形，d轨道和f轨道较复杂。
(2)原子轨道数目(电子云伸展方向)及表示方法
①同一类型的原子轨道形状相同，但伸展方向不一定相同。每一种伸展方向代表一个原子轨道。
②原子轨道表示方法及含有的轨道数
(3)电子层序数与原子轨道数目、可容纳电子数的关系
①原子轨道数目与电子层序数(n)的关系是原子轨道数目为n2。
②处于同一个原子轨道上的电子有两种不同的自旋状态。每个电子层可容纳电子数最多为2n2。
(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：ns＜np＜nd＜nf。
②不同电子层上形状相同的原子轨道的能量n值越大，能量越高，如1s＜2s＜3s＜4s。
③电子层和形状均相同的原子轨道的能量相等，如2px、2py、2pz轨道的能量相等。
3．电子自旋
原子核外电子还存在一种称为“自旋”的运动，可以有两种不同的状态，通常用向上箭头“↑”和向下箭头“↓”来表示。
1．正误判断，正确的打“√”，错误的打“×”
(1)从空间角度看，2s轨道比1s轨道大，其空间包含了1s轨道( √ )
(2)2p、3p、4p能级的轨道数依次增大( × )
(3)2px、2py、2pz轨道相互垂直，但能量相等( √ )
(4)多电子原子中不存在运动状态完全相同的两个电子( √ )
2．s能级和p能级的原子轨道存在哪些方面的差异？
提示 轨道图形、形状、数目、最多容纳电子数等不同。
3．不同电子层中的s轨道和p轨道电子云轮廓图分别相同吗？能量分别相同吗？
提示 电子云轮廓图相同(s轨道均为球形，p轨道均为纺锤形)。能量不同(电子层序数越大，能量越高)。
4．将下列多电子原子的原子轨道按轨道能量由低到高的顺序排列。
(1)2p、3p、4p：__________。
(2)1s、4p、2s、3s、5f、4s：____________。
提示 (1)2p＜3p＜4p (2)1s＜2s＜3s＜4s＜4p＜5f
1．下列原子轨道的符号错误的是( )
A．2p B．3f
C．4s D．5d
答案 B
解析 每一电子层的原子轨道数与电子层序数相等，且具有的原子轨道依次为s、p、d、f……，M电子层具有的原子轨道有s、p、d轨道，没有f轨道。
2．下列关于电子层与原子轨道的说法正确的是( )
A．不同的电子层中的s原子轨道的能量相同
B．原子核外电子的每一个电子层最多可容纳的电子数为n2
C．每种类型的原子轨道里最多可容纳的电子数与原子轨道数目相等
D．电子层中所含有的原子轨道类型数等于该电子层序数
答案 D
解析 A项中不同电子层中的s原子轨道的能量不同，电子层序数越大，能量越高；B项中每一个电子层最多可容纳的电子数为2n2；C项中每种类型原子轨道里最多可容纳的电子数是原子轨道数目的2倍。
1．成功运用α粒子散射实验研究原子结构的科学家是( )
A．道尔顿 B．汤姆生
C．卢瑟福 D．玻尔
答案 C
解析 用α粒子散射实验研究原子结构的科学家是卢瑟福。
2．下列关于电子云的叙述不正确的是( )
A．电子云是用单位体积内小点的疏密程度来表示电子在核外空间某处单位体积内出现概率大小的图形
B．电子云实际上是电子运动形成的类似云一样的图形
C．电子云图说明离核越近，电子出现概率越大；离核越远，电子出现概率越小
D．若电子云的形状与大小不一样，则轨道不同
答案 B
解析 电子在原子核外空间做高速运动，其质量很小、惯性小、运动速度很快，我们不可能像描述宏观物体那样指出其运动的轨迹，只能指出其在原子核外空间某处出现机会的多少。为了形象地表示电子在原子核外空间的分布状况，人们常用单位体积内小点的疏密程度来表示电子在原子核外空间某处单位体积内出现概率的大小。点密集的地方，表示电子在该处单位体积内出现的概率大；点稀疏的地方，表示电子在此处单位体积内出现的概率小。
3．对p轨道电子云的形状叙述正确的是( )
A．球形对称
B．极大值在x、y、z轴上的纺锤形
C．玫瑰花形
D．互相垂直的花瓣形
答案 B
解析 不同原子轨道的电子云形状不同，s轨道的电子云形状为球形对称；p轨道的电子云为纺锤形，是极大值在x、y、z轴上的纺锤形。
4．可正确表示原子轨道的是( )
A．1p B．2d C．3pz D．3f
答案 C
5．回答下列问题：
(1)n＝2的电子层有________种类型的原子轨道，______种形状不同的电子云，有________个原子轨道，最多容纳________个电子。
(2)用相应的符号描述电子层序数为2的所有的原子轨道：________________。
(3)基态K原子中，核外电子占据的最高电子层符号为________，占据该电子层电子的电子云轮廓图的形状为________，该原子核外电子共有________种运动状态。
答案 (1)2 2 4 8 (2)2s、2px、2py、2pz (3)N 球形 19
解析 (1)第2电子层有s、p两种类型的原子轨道，有s、p两种形状不同的电子云，有2s、2px、2py、2pz 4个原子轨道，每个轨道最多容纳2个电子，所以n＝2的电子层最多容纳8个电子。
(2)n＝2的原子轨道为2s、2px、2py、2pz。
(3) K原子核外有四个电子层，N层上只有一个电子，占据4s轨道，电子云轮廓图为球形，原子核外有多少个电子就有多少种运动状态，即K原子中的核外电子共有19种运动状态。
题组一 人类对原子结构的认识及电子云
1．氢原子的电子云中小点表示的意义是( )
A．一个小点表示1个自由运动的电子
B．小点的多少表示电子个数的多少
C．小点的疏密表示电子在核外空间出现机会的大小
D．以上说法都不对
答案 C
解析 氢原子只有1个电子，氢原子的电子云中有许许多多小点，一个小点不表示1个自由运动的电子，小点的多少不表示电子个数的多少，小点的疏密表示电子在核外空间出现机会的大小。
2．(2020·青岛高二质检)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中的小点表示电子在核外所处的位置
答案 C
解析 电子云就是用小点疏密来表示空间各电子出现概率大小的一种图形，小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%，界面外出现该电子的几率不足10%，B错误。
题组二 电子层与原子轨道
3．在多电子原子中，轨道能量是由以下哪些因素决定的( )
①电子层 ②轨道类型 ③电子云的伸展方向 ④电子的自旋状态
A．①② B．①④ C．②③ D．③④
答案 A
解析 轨道能量决定于电子层、轨道类型，而与电子云的伸展方向、电子的自旋状态无关。
4．在基态多电子原子中，关于核外电子能量的叙述错误的是( )
A．最易失去的电子能量最高
B．在离核最远的区域内运动的电子能量最高
C．p轨道电子能量一定高于s轨道电子能量
D．在离核最近的区域内运动的电子能量最低
答案 C
解析 最易失去的电子，性质活泼，所以能量最高，A正确；在离核最近的区域内运动的电子能量最低，在离核越远的区域内运动的电子能量越高，B、D正确；处于同一电子层时，p轨道电子能量一定高于s轨道电子能量，C错误。
5．在同一个原子中，M电子层上的电子与Q电子层上的电子的能量( )
A．前者大于后者 B．后者大于前者
C．前者等于后者 D．无法确定
答案 B
6．下列原子轨道符号表示正确且最多容纳的电子数按照从少到多的顺序排列的是( )
A．1s、2p、3d B．1s、2s、3s
C．2s、2p、2d D．3p、3d、3f
答案 A
7．在1s、2px、2py、2pz轨道中，具有球形对称的是( )
A．1s B．2px C．2py D．2pz
答案 A
解析 1s轨道和2p轨道的图像分别为
由图像可看出，呈球形对称的为1s轨道。
8.根据2pz轨道电子云示意图(如图所示)判断，下列说法错误的是( )
A．2pz轨道上的电子在空间出现的概率分布呈z轴对称
B．点密集的地方表明电子出现的机会大
C．电子先沿z轴正半轴运动，然后在负半轴运动
D．2pz轨道的形状为两个椭圆球
答案 C
解析 观察2pz轨道电子云示意图发现，处于2pz轨道上的电子在空间出现的概率分布相对于z轴对称，电子主要在xy平面的上、下方出现，A正确；电子云中的小点疏密程度代表电子出现的概率大小，所以点密集的地方表明电子出现的机会大，B正确；在图中，电子出现的概率分布关于z轴对称，电子云并不是电子的真实运动轨迹，C错误；2pz轨道电子云形状为两个椭圆球，而不是面，D正确。
9．符号3px所代表的含义是( )
A．px轨道上有3个电子
B．第三电子层px轨道有3个伸展方向
C．px电子云有3个伸展方向
D．第三电子层沿x轴方向伸展的p轨道
答案 D
解析 p能级有3个轨道，沿x、y、z三个不同的方向延伸，3px所代表的含义是第三电子层沿x轴方向伸展的p轨道。
10．对于钠原子的第二电子层的p轨道2px、2py、2pz间的差异，下列说法正确的是( )
A．电子云形状不同
B．原子轨道的对称类型不同
C．电子(基态)的能量不同
D．电子云空间伸展的方向不同
答案 D
解析 2px、2py、2pz所表示的是同一电子层同一类型的不同原子轨道，其能量相同；2px、2py、2pz的电子云轮廓图形状、原子轨道都是纺锤形的，都是轴对称图形；在空间伸展方向上，2px电子云沿x轴方向伸展，2py电子云沿y轴方向伸展，2pz电子云沿z轴方向伸展。
11．下列有关电子层和原子轨道的叙述正确的是( )
A．M电子层有s、p共2个轨道，最多能容纳8个电子
B．3d轨道最多容纳5个电子，3f轨道最多容纳7个电子
C．无论哪一电子层的s轨道最多容纳的电子数均为2
D．任一电子层都有s、p轨道，但不一定有d轨道
答案 C
解析 A项，M电子层有s、p、d共3种不同类型原子轨道，最多能容纳18个电子；B项，3d轨道最多容纳10个电子，从N电子层开始有f轨道，最多容纳14个电子，不存在3f轨道；C项，每个电子层都从s轨道开始，且s轨道最多容纳2个电子；D项，K电子层只有s轨道，不含有p轨道。
12．原子核外电子的运动情况是化学学科的研究对象，下列关于电子运动规律的叙述合理的是( )
A．核外电子质量很小，在原子核外做高速运动
B．电子在核外运动时有确定的轨道和轨迹，电子云就是对其运动轨迹的准确描述
C．量子力学中，n值决定电子能量，一般而言n值越大，电子离核越远，电子能量越低
D．玻尔理论能成功地解释钠原子的黄光谱线为双线结构的实验事实
答案 A
解析 核外电子质量很小，在原子核外做高速运动，A项正确；电子云是从概率上描述电子运动情况的，其点的疏密只反映了电子在相关区域出现概率的大小，不是电子的真实轨迹的图像，B项错误；n值越大，电子离核越远，能量越高，C项错误；玻尔理论仅能解释简单原子的光谱，对于多电子原子的光谱需要用量子力学理论解释， D项错误。
13．下列有关核外电子运动状态的说法正确的是( )
A．电子自旋就是电子围绕轴“自转”
B．原子轨道可用来描述核外电子的运动状态
C．第二电子层有自旋相反的两个轨道
D．原子轨道可用来描述核外电子的运动轨迹
答案 B
解析 电子的自旋表示处于同一原子轨道上电子的量子化运动，自旋不是“自转”，A项错误；原子轨道可用来描述核外电子的运动状态，B项正确；第二电子层有四个轨道，分别为2s、2px、2py、2pz，C项错误；原子轨道可用来描述原子中单个电子的空间运动状态，它只能描述核外电子高频出现的“区域”，而不是核外电子运动的轨迹，D项错误。
14．下列对核外电子运动状态的描述正确的是( )
A．电子的运动与行星的运动相似，围绕原子核在固定的轨道上高速旋转
B．电子层数为3时，有3s、3p、3d、3f四个轨道
C．氢原子中只有一个电子，故氢原子只有一个轨道
D．在同一轨道上运动的电子，其运动状态肯定不同
答案 D
解析 A项，质量很小的电子在做高速运动时，其运动规律跟普通物体不同，电子没有确定的运动轨道；B项，第三电子层只有3s、3p、3d三种轨道，而3s轨道有1个轨道、3p轨道有3个轨道、3d轨道有5个轨道，故第三电子层有9个轨道；C项，氢原子中只有1个电子，在1s轨道，但还存在其他空轨道；D项，电子的运动状态与电子层、原子轨道和自旋状态有关，在同一原子内部没有两个电子存在完全相同的运动状态。
15．下图是s轨道、p轨道的原子轨道图，试回答下列问题：
(1)s轨道呈______形，每个s轨道有______个原子轨道；p轨道呈______形，每个p轨道有______个原子轨道。
(2)s原子轨道、p原子轨道的能量与___________有关，________越大，原子轨道的能量越大。
答案 (1)球 1 纺锤 3 (2)电子层序数 电子层序数
16．(1)处于一定空间运动状态的电子在原子核外出现的概率密度分布可用________形象化描述。
(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．电子的自旋方向
c．电子云的形状 d．电子云的伸展方向
(3)O2－核外电子占有的原子轨道数目为________。
答案 (1)电子云 (2)b (3)5
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来形象化地描述。
(2)排布在2s轨道上的电子，在第2电子层的s轨道上，s轨道的电子云形状为球形，不能确定电子的自旋方向。
(3)O2－核外有10个电子，每个原子轨道最多容纳2个电子，故共占据5个原子轨道。
17．按要求填空：
(1)基态Si原子中，电子占据的能量最高的电子层符号为________，该电子层具有的原子轨道数为________，电子数为________。
(2)基态N原子中，核外电子占据________个电子层，______个原子轨道，共有______种不同运动状态的电子；占据能量最高的原子轨道的电子的电子云轮廓图形状为__________。
答案 (1)M 9 4 (2)2 5 7 纺锤形
解析 (1)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。
(2)基态N原子核外共有2个电子层，K、L两个电子层共含有5个原子轨道，原子中每个电子的运动状态都不同，共有7种不同运动状态的电子；N原子中能量最高的原子轨道是2p轨道，其形状为纺锤形。电子层(n)
1
2
3
4
5
6
7
……
符号
K
L
M
N
O
P
Q
……
离核远近
由近到远
能量高低
由低到高
原子轨道符号
ns
np
nd
nf
轨道数目
1
3
5
7
第1课时 原子核外电子的运动特征
[核心素养发展目标]
1.能举例说明原子结构模型发展演变的历程，认识基于实验证据建构和优化模型的思路，培养宏观辨识与微观探析的化学学科核心素养。
2.理解“电子云”的概念，能用轨道和能级概念描述核外电子的运动状态，培养证据推理和模型认知的化学学科核心素养。
一、人类对原子结构的认识
原子的内部世界充满着无穷的奥秘，吸引了无数的科学家去探索。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。
1．人类对原子结构的认识演变
(1)19世纪，英国科学家道尔顿提出了近代原子论，认为原子有质量、不可分割，但该理论无法解释很多事实。
(2)19世纪末，英国物理学家汤姆生发现了电子，提出电子普遍存在于原子中。
(3)1911年，英国物理学家卢瑟福根据α粒子散射实验，提出了原子结构的有核模型，该理论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。卢瑟福被称为“原子之父”。
(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。
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。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。
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机会大小所得到的图形。
(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而是代表电子在该处出现过一次。小点的疏密程度表示电子在原子核外出现的概率大小。小点稀疏的地方，表示电子在该处出现的概率小；小点密集的地方，表示电子在该处出现的概率大。
②离核越近，电子出现的概率越大，小点越密集。
(1)道尔顿的近代原子论是基于实验证据建构和优化模型提出的( × )
(2)玻尔认为，原子轨道的能量变化是不连续的，即量子化的( √ )
(3)在电子云图中，1个小点代表一个电子( × )
(4)在电子云轮廓图外面无电子出现( × )
1．自从19世纪英国科学家道尔顿提出了原子学说，人类对原子结构的认识就不断深入、发展，并通过实验事实不断地完善对原子结构的认识。下列关于原子结构模型的说法正确的是( )
A．道尔顿的原子结构模型将原子看作实心球，故不能解释任何问题
B．汤姆生“葡萄干面包式”原子结构模型成功地解释了原子中的正负粒子是可以稳定共存的
C．卢瑟福原子结构的有核模型指出了原子核和核外电子的质量关系、电性关系及占有体积的关系
D．玻尔的原子结构模型引入了量子化的概念，能够成功解释所有的原子光谱
答案 C
解析 道尔顿的原子理论成功地解释了质量守恒定律等规律，A项错误；汤姆生“葡萄干面包式”原子结构模型提出了正负电荷的共存问题，但同时认为在这样微小的距离上有着极大的作用力，存在着电子会被拉进去并会碰撞在带正电的核心上这样的问题，B项错误；卢瑟福通过α粒子散射实验提出了原子结构的有核模型，散射实验的结果能够分析出原子核和核外电子的质量关系、电性关系及占有体积的关系，C项正确；玻尔的原子结构模型只引入了一个量子化的概念，只能够解释氢原子光谱，而不能解释比较复杂的原子光谱，D项错误。
2．下列关于氢原子电子云的说法正确的是( )
A．通常用小点来表示电子的多少，小点密度大，电子数目多
B．小点密度大，单位体积内电子出现的机会大
C．通常用小点来表示电子绕核做高速圆周运动
D．电子云是对运动无规律性的描述
答案 B
解析 小点的疏密表示电子出现机会的大小，不表示电子数目的多少，小点密度大，电子出现的机会大，故A错误、B正确；小点表示电子在核外空间某处出现的机会，不代表电子的运动轨迹，故C错误；电子云图反映电子在核外无规则运动时在某点出现的概率，是对运动的描述，故D错误。
二、原子核外电子的运动特征
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，能量高的电子在离核远的区域里运动，能量低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能量是不同的。能量不同的电子在核外不同的区域内运动，这种不同的区域称为电子层(n)。
(2)电子层的表示方法：
2.原子轨道
(1)类型及形状
①类型：即同一电子层中含有不同类型的原子轨道，分别用s、p、d、f表示，不同的轨道其形状不相同。
②形状：s轨道呈球形，p轨道呈纺锤形，d轨道和f轨道较复杂。
(2)原子轨道数目(电子云伸展方向)及表示方法
①同一类型的原子轨道形状相同，但伸展方向不一定相同。每一种伸展方向代表一个原子轨道。
②原子轨道表示方法及含有的轨道数
(3)电子层序数与原子轨道数目、可容纳电子数的关系
①原子轨道数目与电子层序数(n)的关系是原子轨道数目为n2。
②处于同一个原子轨道上的电子有两种不同的自旋状态。每个电子层可容纳电子数最多为2n2。
(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：ns＜np＜nd＜nf。
②不同电子层上形状相同的原子轨道的能量n值越大，能量越高，如1s＜2s＜3s＜4s。
③电子层和形状均相同的原子轨道的能量相等，如2px、2py、2pz轨道的能量相等。
3．电子自旋
原子核外电子还存在一种称为“自旋”的运动，可以有两种不同的状态，通常用向上箭头“↑”和向下箭头“↓”来表示。
1．正误判断，正确的打“√”，错误的打“×”
(1)从空间角度看，2s轨道比1s轨道大，其空间包含了1s轨道( √ )
(2)2p、3p、4p能级的轨道数依次增大( × )
(3)2px、2py、2pz轨道相互垂直，但能量相等( √ )
(4)多电子原子中不存在运动状态完全相同的两个电子( √ )
2．s能级和p能级的原子轨道存在哪些方面的差异？
提示 轨道图形、形状、数目、最多容纳电子数等不同。
3．不同电子层中的s轨道和p轨道电子云轮廓图分别相同吗？能量分别相同吗？
提示 电子云轮廓图相同(s轨道均为球形，p轨道均为纺锤形)。能量不同(电子层序数越大，能量越高)。
4．将下列多电子原子的原子轨道按轨道能量由低到高的顺序排列。
(1)2p、3p、4p：__________。
(2)1s、4p、2s、3s、5f、4s：____________。
提示 (1)2p＜3p＜4p (2)1s＜2s＜3s＜4s＜4p＜5f
1．下列原子轨道的符号错误的是( )
A．2p B．3f
C．4s D．5d
答案 B
解析 每一电子层的原子轨道数与电子层序数相等，且具有的原子轨道依次为s、p、d、f……，M电子层具有的原子轨道有s、p、d轨道，没有f轨道。
2．下列关于电子层与原子轨道的说法正确的是( )
A．不同的电子层中的s原子轨道的能量相同
B．原子核外电子的每一个电子层最多可容纳的电子数为n2
C．每种类型的原子轨道里最多可容纳的电子数与原子轨道数目相等
D．电子层中所含有的原子轨道类型数等于该电子层序数
答案 D
解析 A项中不同电子层中的s原子轨道的能量不同，电子层序数越大，能量越高；B项中每一个电子层最多可容纳的电子数为2n2；C项中每种类型原子轨道里最多可容纳的电子数是原子轨道数目的2倍。
1．成功运用α粒子散射实验研究原子结构的科学家是( )
A．道尔顿 B．汤姆生
C．卢瑟福 D．玻尔
答案 C
解析 用α粒子散射实验研究原子结构的科学家是卢瑟福。
2．下列关于电子云的叙述不正确的是( )
A．电子云是用单位体积内小点的疏密程度来表示电子在核外空间某处单位体积内出现概率大小的图形
B．电子云实际上是电子运动形成的类似云一样的图形
C．电子云图说明离核越近，电子出现概率越大；离核越远，电子出现概率越小
D．若电子云的形状与大小不一样，则轨道不同
答案 B
解析 电子在原子核外空间做高速运动，其质量很小、惯性小、运动速度很快，我们不可能像描述宏观物体那样指出其运动的轨迹，只能指出其在原子核外空间某处出现机会的多少。为了形象地表示电子在原子核外空间的分布状况，人们常用单位体积内小点的疏密程度来表示电子在原子核外空间某处单位体积内出现概率的大小。点密集的地方，表示电子在该处单位体积内出现的概率大；点稀疏的地方，表示电子在此处单位体积内出现的概率小。
3．对p轨道电子云的形状叙述正确的是( )
A．球形对称
B．极大值在x、y、z轴上的纺锤形
C．玫瑰花形
D．互相垂直的花瓣形
答案 B
解析 不同原子轨道的电子云形状不同，s轨道的电子云形状为球形对称；p轨道的电子云为纺锤形，是极大值在x、y、z轴上的纺锤形。
4．可正确表示原子轨道的是( )
A．1p B．2d C．3pz D．3f
答案 C
5．回答下列问题：
(1)n＝2的电子层有________种类型的原子轨道，______种形状不同的电子云，有________个原子轨道，最多容纳________个电子。
(2)用相应的符号描述电子层序数为2的所有的原子轨道：________________。
(3)基态K原子中，核外电子占据的最高电子层符号为________，占据该电子层电子的电子云轮廓图的形状为________，该原子核外电子共有________种运动状态。
答案 (1)2 2 4 8 (2)2s、2px、2py、2pz (3)N 球形 19
解析 (1)第2电子层有s、p两种类型的原子轨道，有s、p两种形状不同的电子云，有2s、2px、2py、2pz 4个原子轨道，每个轨道最多容纳2个电子，所以n＝2的电子层最多容纳8个电子。
(2)n＝2的原子轨道为2s、2px、2py、2pz。
(3) K原子核外有四个电子层，N层上只有一个电子，占据4s轨道，电子云轮廓图为球形，原子核外有多少个电子就有多少种运动状态，即K原子中的核外电子共有19种运动状态。
题组一 人类对原子结构的认识及电子云
1．氢原子的电子云中小点表示的意义是( )
A．一个小点表示1个自由运动的电子
B．小点的多少表示电子个数的多少
C．小点的疏密表示电子在核外空间出现机会的大小
D．以上说法都不对
答案 C
解析 氢原子只有1个电子，氢原子的电子云中有许许多多小点，一个小点不表示1个自由运动的电子，小点的多少不表示电子个数的多少，小点的疏密表示电子在核外空间出现机会的大小。
2．(2020·青岛高二质检)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中的小点表示电子在核外所处的位置
答案 C
解析 电子云就是用小点疏密来表示空间各电子出现概率大小的一种图形，小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%，界面外出现该电子的几率不足10%，B错误。
题组二 电子层与原子轨道
3．在多电子原子中，轨道能量是由以下哪些因素决定的( )
①电子层 ②轨道类型 ③电子云的伸展方向 ④电子的自旋状态
A．①② B．①④ C．②③ D．③④
答案 A
解析 轨道能量决定于电子层、轨道类型，而与电子云的伸展方向、电子的自旋状态无关。
4．在基态多电子原子中，关于核外电子能量的叙述错误的是( )
A．最易失去的电子能量最高
B．在离核最远的区域内运动的电子能量最高
C．p轨道电子能量一定高于s轨道电子能量
D．在离核最近的区域内运动的电子能量最低
答案 C
解析 最易失去的电子，性质活泼，所以能量最高，A正确；在离核最近的区域内运动的电子能量最低，在离核越远的区域内运动的电子能量越高，B、D正确；处于同一电子层时，p轨道电子能量一定高于s轨道电子能量，C错误。
5．在同一个原子中，M电子层上的电子与Q电子层上的电子的能量( )
A．前者大于后者 B．后者大于前者
C．前者等于后者 D．无法确定
答案 B
6．下列原子轨道符号表示正确且最多容纳的电子数按照从少到多的顺序排列的是( )
A．1s、2p、3d B．1s、2s、3s
C．2s、2p、2d D．3p、3d、3f
答案 A
7．在1s、2px、2py、2pz轨道中，具有球形对称的是( )
A．1s B．2px C．2py D．2pz
答案 A
解析 1s轨道和2p轨道的图像分别为
由图像可看出，呈球形对称的为1s轨道。
8.根据2pz轨道电子云示意图(如图所示)判断，下列说法错误的是( )
A．2pz轨道上的电子在空间出现的概率分布呈z轴对称
B．点密集的地方表明电子出现的机会大
C．电子先沿z轴正半轴运动，然后在负半轴运动
D．2pz轨道的形状为两个椭圆球
答案 C
解析 观察2pz轨道电子云示意图发现，处于2pz轨道上的电子在空间出现的概率分布相对于z轴对称，电子主要在xy平面的上、下方出现，A正确；电子云中的小点疏密程度代表电子出现的概率大小，所以点密集的地方表明电子出现的机会大，B正确；在图中，电子出现的概率分布关于z轴对称，电子云并不是电子的真实运动轨迹，C错误；2pz轨道电子云形状为两个椭圆球，而不是面，D正确。
9．符号3px所代表的含义是( )
A．px轨道上有3个电子
B．第三电子层px轨道有3个伸展方向
C．px电子云有3个伸展方向
D．第三电子层沿x轴方向伸展的p轨道
答案 D
解析 p能级有3个轨道，沿x、y、z三个不同的方向延伸，3px所代表的含义是第三电子层沿x轴方向伸展的p轨道。
10．对于钠原子的第二电子层的p轨道2px、2py、2pz间的差异，下列说法正确的是( )
A．电子云形状不同
B．原子轨道的对称类型不同
C．电子(基态)的能量不同
D．电子云空间伸展的方向不同
答案 D
解析 2px、2py、2pz所表示的是同一电子层同一类型的不同原子轨道，其能量相同；2px、2py、2pz的电子云轮廓图形状、原子轨道都是纺锤形的，都是轴对称图形；在空间伸展方向上，2px电子云沿x轴方向伸展，2py电子云沿y轴方向伸展，2pz电子云沿z轴方向伸展。
11．下列有关电子层和原子轨道的叙述正确的是( )
A．M电子层有s、p共2个轨道，最多能容纳8个电子
B．3d轨道最多容纳5个电子，3f轨道最多容纳7个电子
C．无论哪一电子层的s轨道最多容纳的电子数均为2
D．任一电子层都有s、p轨道，但不一定有d轨道
答案 C
解析 A项，M电子层有s、p、d共3种不同类型原子轨道，最多能容纳18个电子；B项，3d轨道最多容纳10个电子，从N电子层开始有f轨道，最多容纳14个电子，不存在3f轨道；C项，每个电子层都从s轨道开始，且s轨道最多容纳2个电子；D项，K电子层只有s轨道，不含有p轨道。
12．原子核外电子的运动情况是化学学科的研究对象，下列关于电子运动规律的叙述合理的是( )
A．核外电子质量很小，在原子核外做高速运动
B．电子在核外运动时有确定的轨道和轨迹，电子云就是对其运动轨迹的准确描述
C．量子力学中，n值决定电子能量，一般而言n值越大，电子离核越远，电子能量越低
D．玻尔理论能成功地解释钠原子的黄光谱线为双线结构的实验事实
答案 A
解析 核外电子质量很小，在原子核外做高速运动，A项正确；电子云是从概率上描述电子运动情况的，其点的疏密只反映了电子在相关区域出现概率的大小，不是电子的真实轨迹的图像，B项错误；n值越大，电子离核越远，能量越高，C项错误；玻尔理论仅能解释简单原子的光谱，对于多电子原子的光谱需要用量子力学理论解释， D项错误。
13．下列有关核外电子运动状态的说法正确的是( )
A．电子自旋就是电子围绕轴“自转”
B．原子轨道可用来描述核外电子的运动状态
C．第二电子层有自旋相反的两个轨道
D．原子轨道可用来描述核外电子的运动轨迹
答案 B
解析 电子的自旋表示处于同一原子轨道上电子的量子化运动，自旋不是“自转”，A项错误；原子轨道可用来描述核外电子的运动状态，B项正确；第二电子层有四个轨道，分别为2s、2px、2py、2pz，C项错误；原子轨道可用来描述原子中单个电子的空间运动状态，它只能描述核外电子高频出现的“区域”，而不是核外电子运动的轨迹，D项错误。
14．下列对核外电子运动状态的描述正确的是( )
A．电子的运动与行星的运动相似，围绕原子核在固定的轨道上高速旋转
B．电子层数为3时，有3s、3p、3d、3f四个轨道
C．氢原子中只有一个电子，故氢原子只有一个轨道
D．在同一轨道上运动的电子，其运动状态肯定不同
答案 D
解析 A项，质量很小的电子在做高速运动时，其运动规律跟普通物体不同，电子没有确定的运动轨道；B项，第三电子层只有3s、3p、3d三种轨道，而3s轨道有1个轨道、3p轨道有3个轨道、3d轨道有5个轨道，故第三电子层有9个轨道；C项，氢原子中只有1个电子，在1s轨道，但还存在其他空轨道；D项，电子的运动状态与电子层、原子轨道和自旋状态有关，在同一原子内部没有两个电子存在完全相同的运动状态。
15．下图是s轨道、p轨道的原子轨道图，试回答下列问题：
(1)s轨道呈______形，每个s轨道有______个原子轨道；p轨道呈______形，每个p轨道有______个原子轨道。
(2)s原子轨道、p原子轨道的能量与___________有关，________越大，原子轨道的能量越大。
答案 (1)球 1 纺锤 3 (2)电子层序数 电子层序数
16．(1)处于一定空间运动状态的电子在原子核外出现的概率密度分布可用________形象化描述。
(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．电子的自旋方向
c．电子云的形状 d．电子云的伸展方向
(3)O2－核外电子占有的原子轨道数目为________。
答案 (1)电子云 (2)b (3)5
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来形象化地描述。
(2)排布在2s轨道上的电子，在第2电子层的s轨道上，s轨道的电子云形状为球形，不能确定电子的自旋方向。
(3)O2－核外有10个电子，每个原子轨道最多容纳2个电子，故共占据5个原子轨道。
17．按要求填空：
(1)基态Si原子中，电子占据的能量最高的电子层符号为________，该电子层具有的原子轨道数为________，电子数为________。
(2)基态N原子中，核外电子占据________个电子层，______个原子轨道，共有______种不同运动状态的电子；占据能量最高的原子轨道的电子的电子云轮廓图形状为__________。
答案 (1)M 9 4 (2)2 5 7 纺锤形
解析 (1)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。
(2)基态N原子核外共有2个电子层，K、L两个电子层共含有5个原子轨道，原子中每个电子的运动状态都不同，共有7种不同运动状态的电子；N原子中能量最高的原子轨道是2p轨道，其形状为纺锤形。电子层(n)
1
2
3
4
5
6
7
……
符号
K
L
M
N
O
P
Q
……
离核远近
由近到远
能量高低
由低到高
原子轨道符号
ns
np
nd
nf
轨道数目
1
3
5
7
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