高中化学第1章原子结构第1节原子结构模型学案鲁科版选修30922310

第1节 原子结构模型

1．了解玻尔原子结构模型的基本观点及如何用其解释氢原子光谱的特点。 2．能应用量子力学对原子核外电子的运动状态进行描述。(重点) 3．了解原子轨道和电子云的含义。(难点)

氢 原 子 光 谱 和 玻 尔 的 原 子 结 构 模 型 [基础·初探] 1．不同时期的原子结构模型

2．光谱和氢原子光谱 (1)光谱

①概念：利用仪器将物质吸收的光或发射的光的波长和强度分布记录下来的谱线。 ②形成原因：电子在不同轨道间跃迁时，会辐射或吸收能量。 (2)氢原子光谱：属于线状光谱。

氢原子外围只有1个电子，故氢原子光谱只有一条谱线，对吗？ 【提示】 不对。 3．玻尔原子结构模型 (1)基本观点 运动原子中的电子在具有确定半径的圆周轨道上绕原子核运动，并且不辐射能轨迹 量 能量在不同轨道上运动的电子具有不同的能量，而且能量是量子化的。轨道能 1

分布 量依n(量子数)值(1，2，3…)的增大而升高 电子跃迁 对氢原子而言，电子处于n＝1的轨道时能量最低，称为基态，能量高于基态的状态称为激发态。电子在能量不同的轨道之间跃迁时，辐射或吸收的能量以光的形式表现出来并被记录下来，就形成了光谱 (2)贡献 ①成功地解释了氢原子光谱是线状光谱的实验事实。

②阐明了原子光谱源自核外电子在能量不同的轨道之间的跃迁，而电子所处的轨道的能量是量子化的。

(1)道尔顿原子学说涉及到原子内部结构。(×) (2)氢原子光谱属于线状光谱。(√)

(3)基态氢原子转变成激发态氢原子时释放能量。(×) (4)焰色反应与电子跃迁有关，属于化学变化。(×)

[核心·突破]

1．光谱 (1)基态原子

吸收能量释放能量

激发态原子。

(2)同一原子不同状态的能量激发态大于基态；不同原子的能量不一定存在激发态大于基态。

(3)基态原子和激发态原子相互转化时吸收或释放能量，形成光谱。

(4)光谱分析：利用原子光谱上的特征谱线来鉴定元素。如焰色反应产生的原因是原子中的电子在能量不同轨道上跃迁。

2．玻尔原子结构模型

(1)基本观点：①电子在确定的轨道上运动 ②轨道能量是量子化的 ③电子跃迁产生能量变化

(2)意义：①成功解释了氢原子的线状光谱 ②说明核外电子是分层排布的 (3)不足：无法解释复杂光谱问题

[题组·冲关]

1．下列有关化学史知识错误的是( ) A．原子分子学说的建立是近代化学发展的里程碑

B．俄国科学家门捷列夫发现了元素周期律，编制了元素周期表

C．意大利科学家阿伏加德罗在总结气体反应体积比的基础上提出了分子的概念

2

D．英国科学家道尔顿首先发现了电子

【解析】 英国科学家汤姆逊首先发现了电子。 【答案】 D

2．下列说法正确的是( )

【导学号：66240000】

A．氢原子光谱是元素的所有光谱中最简单的光谱之一 B．“量子化”就是不连续的意思，微观粒子运动均有此特点

C．玻尔理论不但成功地解释了氢原子光谱，而且还能推广到其他原子光谱 D．原子中的电子在具有确定半径的圆周轨道上像火车一样高速运转着

【解析】 A项中氢原子光谱是元素的所有光谱中最简单的光谱；B项正确；C项中玻尔理论成功地解释了氢原子光谱，但对于解释多电子原子的光谱却遇到了困难；D项中电子运动没有确定的轨道，电子的运动特点决定了只能用统计的方法来描述电子在空间出现的概率，不能同时准确测定电子的位置和速度，D项错误。

【答案】 B

3．原子光谱是线状光谱，是由不连续的谱线组成的，这表明( ) A．在原子中只有某些电子能够跃迁产生光谱

B．原子中的电子可以处于某些特定的能量状态，即电子的能量是量子化的 C．原子发射的光是单色光 D．白光可以由多种单色光组成

【解析】 原子光谱是线状光谱，也就是由具有特定频率的光形成的谱线，原子光谱之所以产生这种特定的谱线，是由于电子的能量是量子化的，电子跃迁的始态和终态的能级差也是量子化的。

【答案】 B

4．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．电子跃迁时发光 B．氖气发光，发出红光

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

【解析】 原子发光的根本原因是由于电子跃迁释放或者吸收能量。 【答案】 A

【规律方法】 激发态原子不稳定，电子从能量较高的激发态跃迁到能量较低的激发态乃至基态时，将释放能量。光辐射是电子释放能量的重要形式之一。灯光、霓虹灯光、激光、焰火等可见光都与原子核外电子发生跃迁释放能量有关。激发态的电子从能量较高的轨道跃迁至能量较低的轨道时，以一定波长(可见光区域)光的形式释放能量是大多数金属发生焰色

3

反应的原因。电子的跃迁是物理变化，金属(元素)的焰色反应是物理变化。

量子力学对原子核外电子运动状态的描述 [基础·初探] 教材整理1 原子轨道 1．电子层

分层标准 电子离核的远近 1 K 2 L 3 M 4 N 由低到高――――――→ 由近到远――――――→ 5 O 6 P 7 Q n的取值 符号 能量 离核 2.能级 在同一电子层中，电子所具有的能量可能不同，所以同一电子层可分成不同的能级，用s、p、d、f表示。

3．原子轨道

(1)概念：原子中的单个电子的空间运动状态。 (2)n值所对应的能级和原子轨道的情况

n(电子层) 取值 符号 1 2 K L 能级 符号 s s p s 原子轨道 符号 数目 3 M p d s 4 N p d f 【答案】 1s 1 2s 1 2px、2py、2pz 3 3s 1 3px、3py、3pz 3 3d 5 4s 1 4px、4py、4pz 3 4d 5 4f 7

4．自旋运动状态

4

处于同一原子轨道上的电子自旋运动状态只有两种，分别用符号“↑”和“↓”表示。

(1)离核越近的电子，能量越低。(√)

(2)第n电子层共有n个能级，n2个原子轨道。(√) (3)每个轨道容纳的2个电子自旋方向不固定。(×) (4)n＝2时，有2s、2px、2py、2pz四个原子轨道。(√) 教材整理2 原子轨道的图形描述和电子云 1．原子轨道的图形描述

(1)对象：原子中单个电子的空间运动状态即原子轨道。 (2)方法：用直角坐标系标注。 (3)意义：表示原子轨道的空间分布。

(4)形状：s轨道球形；p轨道在空间的分布特点是分别相对于x、y、z轴对称，呈哑铃形(∞)。

2．电子云

(1)概念：描述电子在空间单位体积内出现概率大小的图形。

(2)含义：用单位体积内小点的疏密程度表示电子在原子核外出现概率的大小。

电子云中的每一个小点就是一个电子，对吗？ 【提示】 不对。

[合作·探究]

原子核外电子运动状态的探究

[探究背景]

多电子原子如氧原子，电子的运动区域不同，其能量不同，而且电子的运动轨迹也不同。 [探究问题]

1．多电子原子中，电子的运动区域与其能量的高低之间有何关系？

【提示】 多电子原子中，通常能量较低的电子在离核较近的区域运动，而能量较高的电子在离核较远的区域运动。

2．不同电子层的同种能级的原子轨道形状是否完全相同？

【提示】 不同能层的同种能级的原子轨道形状相似，但不完全相同。只是原子轨道的半径不同，能级序数n越大，电子的能量越大，原子轨道的半径越大。例如1s、2s、3s轨道均为球形，原子轨道半径：r(1s)＜r(2s)＜r(3s)。

[核心·突破]

1．电子层数(n)、能级数、原子轨道数、容纳电子数的关系：

5

n取值 能级数 原子轨道数 最多容纳电子数 1 1 1 2 2 2 4 8 3 3 9 18 4 4 16 32 n n n2 2n2 2.不同原子轨道能量大小的关系：

3．s轨道为球形，p轨道为“∞”形，并不是说s能级电子绕核做圆周运动，p能级电子绕核做“∞”形运动。

4．电子云图中的一个小黑点，不代表一个电子。 5．离核越近，电子在单位体积内出现的概率越大。

[题组·冲关]

1．下列有关认识正确的是( )

A．各能级的原子轨道数按s、p、d、f顺序依次为1、3、5、7 B．各电子层的能级都是从s能级开始至f能级结束 C．各电子层含有的能级数为n－1 D．各电子层含有的电子数为2n2个

【解析】 各电子层的能级数等于其所处的电子层数，即当n＝1时，它只有一个s能级，当n＝2时，它有两个能级：s能级和p能级，所以B、C均错误；而每个电子层最多容纳的电子数为2n个。

【答案】 A

2．某元素原子的核外有三个电子层，最外电子层有4个电子，该原子核内的质子数为( )

A．14 B．15 C．16 D．17

【解析】 原子核外共有三个电子层，最内层只有1s能级，可容纳2个电子，第二层有2s、2p两个能级，可容纳1×2＋3×2＝8个电子，最外层有4个电子，所以该原子核外有14个电子，又因在原子中，核外电子数等于核内质子数，故选A项。

【答案】 A

3．如图是2pz轨道电子云的示意图，请观察图，并判断下列说法中不正确的是( )

2

6

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