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第一節(jié) 原子結(jié)構(gòu)模型,原子是由_______和_________構(gòu)成的。原子核是由_____ 和_____構(gòu)成的，但_______原子核例外。在原子中，核電荷數(shù)＝_____數(shù)＝_________數(shù)。 核素 818O的意義是O原子核內(nèi)有___個(gè)質(zhì)子、___個(gè)中子、 質(zhì)量數(shù)為___。,1．,原子核,核外電子,質(zhì)子,中子,11H,質(zhì)子,核外電子,2．,8,10,18,請你補(bǔ)全“Rn”氡的原子結(jié)構(gòu)示意圖 ， 并且與其他同學(xué)交流你從原子結(jié)構(gòu)示意圖中獲得的信息： _____________。 通常所說的光是指人的____所能感覺到的，在真空中波長介于____________之間的電磁波。不同波長的光在人的視覺中表現(xiàn)出不同的_____，按波長由長到短依次為___、 ___、黃、___、___、___、___。,3．,電子排布規(guī)律,400～700nm,4．,顏色,紅,橙,綠,青,藍(lán),紫,視覺,能用n、l、m、ms四個(gè)量子數(shù)描述核外電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)及各量子數(shù)的意義。 理解科學(xué)假說、模型在原子結(jié)構(gòu)建立中的重要作用。 感悟科學(xué)家在科學(xué)創(chuàng)造中的豐功偉績。,1．,2．,3．,第1課時(shí) 原子結(jié)構(gòu),對原子結(jié)構(gòu)認(rèn)識(shí)的發(fā)展過程 英國科學(xué)家_______在1803年建立了原子學(xué)說→1903年英國的________提出了原子結(jié)構(gòu)的“葡萄干布丁”模型→1911年英國物理學(xué)家盧瑟福提出了原子結(jié)構(gòu)的_________ → 1913年丹麥科學(xué)家玻爾建立起核外電子_____排布的原子結(jié)構(gòu)模型→20世紀(jì)20年代中期建立了原子結(jié)構(gòu)的________模型。,1.,道爾頓,湯姆遜,核式模型,分層,量子力學(xué),氫原子光譜 (1)光譜 ①光譜的定義 許多物質(zhì)都能夠吸收光或發(fā)射光。為了研究物質(zhì)的這種性質(zhì)，人們利用儀器將物質(zhì)吸收光或發(fā)射光的_____和_____分布記錄下來，就得到所謂的光譜。 ②光譜的分類 光譜的分類標(biāo)準(zhǔn)有多種，一般我們只考慮_________和 _________的分類方法。 連續(xù)光譜：若由光譜儀獲得的光譜是由_________的光所 組成，且相近的波長差別極小而不能分辨，則所得光譜為,2．,波長,強(qiáng)度,連續(xù)光譜,線狀光譜,各種波長,連續(xù)光譜。例如，陽光形成的光譜即為連續(xù)光譜。 線狀光譜：若由光譜儀獲得的光譜是由具有_________ 的、彼此分立的譜線組成，則所得光譜為線狀光譜。例如氫原子光譜、氦原子光譜等都是線狀光譜。 ③光譜的應(yīng)用 在現(xiàn)代化學(xué)中，常利用原子光譜上的特征譜線來鑒定元素，稱為光譜分析。在歷史上，許多元素是通過原子光譜發(fā)現(xiàn)的，如銫(1860年)和銣(1861年)，其光譜圖中有特征的藍(lán)光和紅光，它們的拉丁文名稱由此得名。,特定波長,(2)氫原子光譜 氫原子光譜的特征：氫原子光譜是線狀光譜，是不連續(xù)的。 1913年，丹麥科學(xué)家玻爾(N.Bohr，1885～1962)第一次認(rèn)識(shí)到氫原子光譜是由氫原子的電子躍遷產(chǎn)生的，并通過純粹的理論計(jì)算得到氫原子光譜的譜線波長，與實(shí)驗(yàn)結(jié)果幾乎完全相同，科學(xué)界大為震驚。原子結(jié)構(gòu)理論從此長足發(fā)展，最后建立了量子力學(xué)，人類歷史從此進(jìn)入了量子時(shí)代。,玻爾的原子結(jié)構(gòu)模型 玻爾原子結(jié)構(gòu)模型的基本觀點(diǎn)： (1)原子中的電子在具有確定半徑的_____軌道上繞_______運(yùn)動(dòng)，并且不輻射能量。 (2)在不同軌道上運(yùn)動(dòng)的電子具有_____的能量(E)，而且能量是_______的。 (3)只有當(dāng)電子從一個(gè)軌道(Ei)_____到另一個(gè)軌道(Ej)才會(huì)輻射或吸收能量。 hν＝|Ej－Ei|。,3．,圓周,原子核,不同,量子化,躍遷,光譜形成的原因 原子在正?；蚍€(wěn)定狀態(tài)時(shí)，電子盡可能處于能量最低的軌道，這種狀態(tài)稱為_____；電子受激發(fā)處于能量高于_____的狀態(tài)稱為_______。原子核外電子在一定條件下會(huì)發(fā)生躍遷，躍遷過程中伴隨著_____的變化。如果輻射或吸收的能量以光的形式表現(xiàn)并被記錄下來，就形成了光譜。,4．,基態(tài),基態(tài),激發(fā)態(tài),能量,能層 多電子原子的核外電子的_____是不同的，按電子的_____差異，可以把核外電子分為不同的能層，用符號(hào)K、L、______、O、P、Q表示，從K→Q，能量逐漸升高。 能級(jí) 在多電子原子中，同一能層的電子，能量也可能不同，還可以把它們分成能級(jí)，在每個(gè)能層中，能級(jí)符號(hào)的順序是___、___、nd、nf等。,1.,2．,能量,能量,M、N,ns,np,四個(gè)量子數(shù)(n、l、m、ms) 原子中單個(gè)電子的空間運(yùn)動(dòng)狀態(tài)可以用_________來描 述，而每個(gè)原子軌道由三個(gè)只能取整數(shù)的量子數(shù)__、__、 ___共同描述。 (1)主量子數(shù)n 決定軌道能量的高低。n的取值為正整數(shù)1，2，3，4…。n越大，電子離核的平均距離越遠(yuǎn)，能量越___。n值與電子層相對應(yīng)，n＝1表示能量最___、離核最___的第一電子層。主量子數(shù)與電子層符號(hào)的對應(yīng)關(guān)系是：,3．,原子軌道,n,l,m,高,低,近,氫原子核外只有___個(gè)電子，不存在電子之間的相互作用，能量只決定于__________。 (2)角量子數(shù)l 量子數(shù)l稱為角量子數(shù)。對于確定的n值，l可取__個(gè)值，即0，1，2，3…，(n－1)。在多電子原子中，它和主量子數(shù)一起決定電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的能量。若兩個(gè)電子的n與l相同，就表示這兩個(gè)電子具有___________。我們用_____來表示具有相同___、__值的電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。在一個(gè)電子層中，l有多少個(gè)取值，就表示該電子層有多少個(gè)不同的_____。l＝0為__能級(jí)，l＝1為___能級(jí)，l＝2為__能級(jí)，l＝3為___能級(jí)。,一,主量子數(shù)n,n,相同的能量,能級(jí),n,l,能級(jí),s,p,d,f,n＝1，l＝0，l只有___個(gè)值，有一個(gè)能級(jí)(s)。 n＝2，l＝_____，l有___個(gè)值，有___個(gè)能級(jí)(s和p)。 … n＝n，l＝0，1…，(n－1)，l有__個(gè)值，有n個(gè)能級(jí)。 (3)磁量子數(shù)m 無外加磁場的一條譜線在外加磁場時(shí)分裂為___條，對每個(gè) 確定的l，m可取0，±1，±2…±l共_______個(gè)值。n、l、 m共同確定了原子核外電子的_____________。 (4)自旋磁量子數(shù)ms,一,0，1,兩,兩,n,多,(2l＋1),空間運(yùn)動(dòng)狀態(tài),自旋運(yùn)動(dòng),兩,氫原子光譜呈線狀光譜的原因是什么？ 提示 根據(jù)玻爾理論，氫原子的一個(gè)電子通常在能量最低的軌道(基態(tài))上運(yùn)動(dòng)，不釋放能量。但當(dāng)氫原子受到激發(fā)(加熱或氫氣放電管放電)時(shí)，核外電子獲得能量，即由基態(tài)躍遷至激發(fā)態(tài)。而處于激發(fā)態(tài)的電子極不穩(wěn)定，它會(huì)迅速再躍遷至基態(tài)。在此躍遷過程中以光子的形式放出輻射能，發(fā)射出光子的頻率取決于電子躍遷兩軌道能級(jí)之差。由于各軌道的能量是不連續(xù)的(即量子化的)，所以由電子的躍遷而發(fā)射出的光的頻率也是不連續(xù)的，這便是氫原子光譜呈線狀光譜的原因。 線狀光譜與連續(xù)光譜在譜線特征上有所不同，線狀光譜是不連續(xù)的，連續(xù)光譜是連續(xù)的。彼此之間的關(guān)系為E0＝hν＝ΔE＝E末－E始。,【慎思1】,量子數(shù)與原子軌道有何關(guān)系？ 提示,【慎思2】,能層與能級(jí)的關(guān)系是如何的？ 提示 (1)不同能層的能級(jí)組成：任一能層的能級(jí)總是從s能級(jí)開始，能層的能級(jí)數(shù)等于該能層的序數(shù)：第一能層只有1個(gè)能級(jí)(1s)，第二能層有2個(gè)能級(jí)(2s和2p)，第三能層有3個(gè)能級(jí)(3s、3p和3d)，依此類推。 (2)不同能層中各能級(jí)之間的能量大小關(guān)系 ①不同能層中同一能級(jí)，能層序數(shù)越大能量越高。例如：1s2s3s…，2p3p4p… ②同一能層中，各能級(jí)之間的能量大小關(guān)系是spdf。例如：第四能層中4s4p4d4f。 ③能層和形狀都相同的原子軌道的能量相等。 例如：2px＝2py＝2pz。,【慎思3】,警示：并不是高能層的所有能級(jí)的能量都比低能層的能級(jí)的能量高。例如：4s3d。,不同能層、能級(jí)可容納的最多電子數(shù)的解釋。 提示 (1)依據(jù)：①每個(gè)原子軌道最多只能容納2個(gè)電子；②不同能級(jí)含有原子軌道個(gè)數(shù)及最多可容納的電子數(shù)見下表：,【慎思4】,(2)不同能層、能級(jí)最多容納電子數(shù)見下表：,原子結(jié)構(gòu)認(rèn)識(shí)的演變過程 原子結(jié)構(gòu)模型簡明形象地表示出了人類對原子結(jié)構(gòu)認(rèn)識(shí)逐步深化的演變過程。 (1)道爾頓原子模型(1803年)：原子是組成物質(zhì)的基本的粒子，它們是堅(jiān)實(shí)的、不可再分的實(shí)心球。 (2)湯姆遜原子模型(1903年)：原子是一個(gè)平均分布著正電荷的粒子，其中鑲嵌著許多電子，中和了正電荷，從而形成了中性原子。,1．,(3)盧瑟福原子模型(1911年)：在原子的中心有一個(gè)帶正電荷的核，它的質(zhì)量幾乎等于原子的全部質(zhì)量，電子在它的周圍沿著不同的軌道運(yùn)轉(zhuǎn)，就像行星環(huán)繞太陽運(yùn)轉(zhuǎn)一樣。 (4)玻爾原子模型(1913年)：電子在原子核外空間的一定軌道上繞核做高速的圓周運(yùn)動(dòng)。 (5)電子云模型(1927年～1935年)：現(xiàn)代物質(zhì)結(jié)構(gòu)學(xué)說。 現(xiàn)在，科學(xué)家已能利用電子顯微鏡和掃描隧道顯微鏡拍攝表示原子圖像的照片。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人類對原子的認(rèn)識(shí)過程還會(huì)不斷深化。,光譜和玻爾的原子結(jié)構(gòu)模型 原子光譜：光(輻射)是電子釋放能量的重要形式之一，不同元素的原子發(fā)生躍遷時(shí)會(huì)吸收或釋放不同的光，可以用光譜儀攝取各種元素電子的吸收光譜或發(fā)射光譜，總稱原子光譜。 丹麥科學(xué)家玻爾在核式原子模型的基礎(chǔ)上提出了核外電子分層排布的原子結(jié)構(gòu)模型。玻爾的原子結(jié)構(gòu)模型的基本觀點(diǎn)是： (1)原子中的電子在具有確定半徑的圓周軌道上繞原子核運(yùn)動(dòng)，并且不輻射能量。,2．,(2)不同軌道上的電子具有不同的能量(E)，而且能量是量子化的，不能任意連續(xù)變化而只能取某些不連續(xù)的數(shù)值，軌道能量依n值(1，2，3……)的增大而升高，n稱為量子數(shù)。對氫原子而言，電子處在n＝1的軌道時(shí)能量最低，稱為基態(tài)；能量高于基態(tài)的狀態(tài)，稱為激發(fā)態(tài)。 (3)只有當(dāng)電子從一個(gè)軌道(能量為Ei)躍遷到另一個(gè)軌道(能量為Ej)時(shí)，才會(huì)輻射或吸收能量。如果輻射或吸收的能量以光的形式表現(xiàn)并被記錄下來，就形成了光譜。 (4)玻爾的核外電子分層排布的原子結(jié)構(gòu)模型成功地解釋了氫原子光譜是線狀光譜的實(shí)驗(yàn)事實(shí)。玻爾的重大貢獻(xiàn)在于指出原子光譜源自核外電子在能量不同的軌道之間的躍遷，而電子所處的軌道的能量是量子化的。,玻爾理論不能解釋 ( )。 A．氫原子光譜為線狀光譜 B．在一給定的穩(wěn)定軌道上，運(yùn)動(dòng)的核外電子不輻射能量 C．氫原子的可見光區(qū)譜線 D在有外加磁場時(shí)氫原子光譜有多條譜線 解析 玻爾理論是針對原子的穩(wěn)定存在和氫原子光譜為線狀光譜的事實(shí)提出的。有外加磁場時(shí)氫原子有多條譜線，玻爾的原子結(jié)構(gòu)模型已無法解釋這一現(xiàn)象，必須借助量子力學(xué)加以解釋。 答案 D,【例1】?,氫原子光譜是元素的所有光譜中最簡單的光譜。玻爾理論成功地解釋了氫原子光譜，但對多電子原子的光譜卻遇到困難。,(2012·山東泰安一中高二月考)對充有氖氣的霓虹燈管通電，燈管發(fā)出紅色光。產(chǎn)生這一現(xiàn)象的主要原因是 ( )。 A．電子由激發(fā)態(tài)向基態(tài)躍遷時(shí)以光的形式釋放能量 B．電子由基態(tài)向激發(fā)態(tài)躍遷時(shí)吸收除紅光以外的光線 C．氖原子獲得電子后轉(zhuǎn)變成發(fā)出紅光的物質(zhì) D．在電流的作用下，氖原子與構(gòu)成燈管的物質(zhì)發(fā)生反應(yīng) 解析 霓虹燈之所以能發(fā)光，是因?yàn)殡娮游漳芰亢筌S遷到能量較高的軌道，能量較高軌道上的電子會(huì)很快以光的形式輻射能量而躍遷回能量較低的軌道。 答案 A,【體驗(yàn)1】?,原子軌道與四個(gè)量子數(shù) 根據(jù)量子力學(xué)理論，原子中的單個(gè)電子的空間運(yùn)動(dòng)狀態(tài)可以用原子軌道來描述，而每個(gè)原子軌道由三個(gè)只能取整數(shù)的量子數(shù)n、l、m共同描述。 (1)主量子數(shù)： 主量子數(shù)n，決定軌道能量的高低。 主量子數(shù)n 1 2 3 4 5 6 7…… 電子層符號(hào) K L M N O P Q 氫原子核外只有一個(gè)電子，不存在電子之間的相互作用，能量只決定于主量子數(shù)n。,1．,(2)角量子數(shù)(l)決定原子軌道或電子云的形狀，與電子運(yùn)動(dòng)的軌道角動(dòng)量有關(guān)。 l 0 1 2 3 4…… 能級(jí)符號(hào) s p d f g…… 軌道形狀 球形 啞鈴形 花瓣形…… (3)磁量子數(shù)：科學(xué)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在沒有外磁場時(shí)，量子數(shù)n、l相同的狀態(tài)的能量是相同的；有外磁場時(shí)， 我們用磁量子數(shù)m來標(biāo)記這些狀態(tài)，對于每一個(gè)確定的l，m值可取0，±1，±2，…±l，共(2l＋1)個(gè)值。 利用三個(gè)量子數(shù)可以描述一個(gè)電子的空間運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，即可將一個(gè)原子軌道描述出來。,自旋方向： 順時(shí)針 逆時(shí)針,主量子數(shù)n對應(yīng)著電子層；主量子數(shù)n和角量子數(shù)l對應(yīng)著n電子層中的能級(jí)；主量子數(shù)n，角量子數(shù)l和磁量子數(shù)m對應(yīng)著n電子層中l(wèi)能級(jí)中的原子軌道；自旋磁量子數(shù)ms描述的是電子的自旋性質(zhì)。這樣，原子中的電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)可用由量子數(shù)n、l、m確定的原子軌道來描述，并取兩種自旋狀態(tài)中的一種。所以，描述一個(gè)電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，要用四個(gè)量子數(shù)：n，l，m和ms。,下列電子層不包含p能級(jí)的是 ( )。 A．N電子層 B．K電子層 C．L電子層 D．M電子層 解析 本題考查了能級(jí)與主量子數(shù)n和角量子數(shù)l的關(guān)系。解題時(shí)要注意主量子數(shù)n不同時(shí)，角量子數(shù)l的取值不同。K層只包括s能級(jí)，L層只包括s、p能級(jí)。 答案 B,【例2】?,下列各電子層中不包含d能級(jí)的是 ( )。 A．N電子層 B．M電子層 C．L電子層 D．K電子層 解析 本題考查學(xué)生對四個(gè)量子數(shù)的掌握情況。在一個(gè)多電子的原子中，若兩個(gè)電子所占據(jù)原子軌道的n、l相同，就表明這兩個(gè)電子具有相同的能量，我們就用能級(jí)來表達(dá)n、l的相同的電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。對于確定的n值，l的取值就有n個(gè)：0、1、2、3…、(n－1)，對應(yīng)符號(hào)為s、p、d、f…。所以，當(dāng)n＝1(K電子層)時(shí)，l＝0，即為s能級(jí)；當(dāng)n＝2(L電子層)時(shí)，l＝0，1即為s能級(jí)和p能級(jí)；當(dāng)n＝3(M,【體驗(yàn)2】?,電子層)時(shí)，l＝0，1，2，即為s能級(jí)、p能級(jí)和d能級(jí)；當(dāng)n＝4(N電子層)時(shí)，l＝0，1，2，3，即為s能級(jí)、p能級(jí)、d能級(jí)和f能級(jí)。 答案 CD,能夠確定核外電子空間運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的量子數(shù)組合為 ( )。 A．n、l B．n、l、ms C．n、l、m D．n、l、m、ms 解析 主量子數(shù)(n)決定電子的離核遠(yuǎn)近，角量子數(shù)(l)確定原子軌道的形狀，磁量子數(shù)(m)決定原子軌道在空間的取向，故用n、l、m三個(gè)量子數(shù)可以確定一個(gè)電子的空間運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，即一個(gè)原子“軌道”。 答案 C,【例3】?,當(dāng)n＝5時(shí)，l的可能值是多少？軌道的總數(shù)是多少？各軌道的量子數(shù)取值是什么？當(dāng)n＝n0(n05)時(shí)，l的可能值是多少？軌道的總數(shù)是多少？各軌道的量子數(shù)取值是什么？ 解析 電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的種數(shù)(各電子層最多可能容納的電子數(shù)),【案例】,答案,