高中化学 1.1.1《原子结构》教学课件 鲁科版选修3.ppt

第一节第一节 原子结构模型原子结构模型原子是由原子是由_和和_构成的。原子核是由构成的。原子核是由_和和_构成的，但构成的，但_原子核例外。在原子中，核原子核例外。在原子中，核电电荷荷数数_数数_数。数。核素核素 818O的意的意义义是是O原子核内有原子核内有_个个质质子、子、_个中子、个中子、质质量数量数为为_。1原子核原子核核外核外电电子子质质子子中子中子11H质质子子核外核外电电子子281018请请你你补补全全“Rn”氡氡的原子的原子结结构示意构示意图图 ，并且与其他同学交流你从原子并且与其他同学交流你从原子结结构示意构示意图图中中获获得的信息：得的信息：_。通常所通常所说说的光是指人的的光是指人的_所能感所能感觉觉到的，在真空中波到的，在真空中波长长介于介于_之之间间的的电电磁波。不同波磁波。不同波长长的光在人的的光在人的视视觉觉中表中表现现出不同的出不同的_，按波，按波长长由由长长到短依次到短依次为为_、_、黄、黄、_、_、_、_。3电电子排布子排布规规律律400700nm4颜颜色色红红橙橙绿绿青青蓝蓝紫紫视觉视觉能用能用n、l、m、ms四个量子数描述核外四个量子数描述核外电电子的运子的运动动状状态态及及各量子数的意各量子数的意义义。理解科学假理解科学假说说、模型在原子、模型在原子结结构建立中的重要作用。构建立中的重要作用。感悟科学家在科学感悟科学家在科学创创造中的丰功造中的丰功伟绩伟绩。123第第1课时课时 原子结构原子结构对对原子原子结结构构认识认识的的发发展展过过程程英国科学家英国科学家_在在1803年建立了原子学年建立了原子学说说1903年英年英国的国的_提出了原子提出了原子结结构的构的“葡萄干布丁葡萄干布丁”模型模型1911年英国物理学家年英国物理学家卢卢瑟福提出了原子瑟福提出了原子结结构的构的_ 1913年丹麦科学家玻年丹麦科学家玻尔尔建立起核外建立起核外电电子子_排布的原子排布的原子结结构模型构模型20世世纪纪20年代中期建立了原子年代中期建立了原子结结构的构的_模型。模型。笃学笃学一一氢原子光谱和玻尔原子结构模型氢原子光谱和玻尔原子结构模型1.道道尔尔顿顿汤汤姆姆逊逊核式模型核式模型分分层层量子力学量子力学氢氢原子光原子光谱谱(1)光光谱谱光光谱谱的定的定义义许许多物多物质质都能都能够够吸收光或吸收光或发发射光。射光。为为了研究物了研究物质质的的这这种性种性质质，人，人们们利用利用仪仪器将物器将物质质吸收光或吸收光或发发射光的射光的_和和_分布分布记录记录下来，就得到所下来，就得到所谓谓的光的光谱谱。光光谱谱的分的分类类光光谱谱的分的分类标类标准有多种，一般我准有多种，一般我们们只考只考虑虑_和和_的分的分类类方法。方法。连续连续光光谱谱：若由光：若由光谱仪获谱仪获得的光得的光谱谱是由是由_的光所的光所组组成，且相近的波成，且相近的波长长差差别别极小而不能分辨，极小而不能分辨，则则所得光所得光谱为谱为2波波长长强强度度连续连续光光谱谱线线状光状光谱谱各种波各种波长长连续连续光光谱谱。例如，阳光形成的光。例如，阳光形成的光谱谱即即为连续为连续光光谱谱。线线状光状光谱谱：若由光：若由光谱仪获谱仪获得的光得的光谱谱是由具有是由具有_的、彼此分立的的、彼此分立的谱线组谱线组成，成，则则所得光所得光谱为线谱为线状光状光谱谱。例如。例如氢氢原子光原子光谱谱、氦原子光、氦原子光谱谱等都是等都是线线状光状光谱谱。光光谱谱的的应应用用在在现现代化学中，常利用原子光代化学中，常利用原子光谱谱上的特征上的特征谱线谱线来来鉴鉴定元素，定元素，称称为为光光谱谱分析。在分析。在历历史上，史上，许许多元素是通多元素是通过过原子光原子光谱发现谱发现的，如的，如铯铯(1860年年)和和铷铷(1861年年)，其光，其光谱图谱图中有特征的中有特征的蓝蓝光和光和红红光，它光，它们们的拉丁文名称由此得名。的拉丁文名称由此得名。特定波特定波长长(2)氢氢原子光原子光谱谱氢氢原子光原子光谱谱的特征：的特征：氢氢原子光原子光谱谱是是线线状光状光谱谱，是不，是不连续连续的。的。1913年，丹麦科学家玻年，丹麦科学家玻尔尔(N.Bohr，18851962)第一次第一次认认识识到到氢氢原子光原子光谱谱是由是由氢氢原子的原子的电电子子跃跃迁迁产产生的，并通生的，并通过纯过纯粹的理粹的理论计论计算得到算得到氢氢原子光原子光谱谱的的谱线谱线波波长长，与，与实验结实验结果几果几乎完全相同，科学界大乎完全相同，科学界大为为震惊。原子震惊。原子结结构理构理论论从此从此长长足足发发展，最后建立了量子力学，人展，最后建立了量子力学，人类历类历史从此史从此进进入了量子入了量子时时代。代。玻玻尔尔的原子的原子结结构模型构模型玻玻尔尔原子原子结结构模型的基本构模型的基本观观点：点：(1)原子中的原子中的电电子在具有确定半径的子在具有确定半径的_轨轨道上道上绕绕_运运动动，并且不，并且不辐辐射能量。射能量。(2)在不同在不同轨轨道上运道上运动动的的电电子具有子具有_的能量的能量(E)，而且能，而且能量是量是_的。的。(3)只有当只有当电电子从一个子从一个轨轨道道(Ei)_到另一个到另一个轨轨道道(Ej)才会才会辐辐射或吸收能量。射或吸收能量。h|EjEi|。3圆圆周周原子核原子核不同不同量子化量子化跃跃迁迁光光谱谱形成的原因形成的原因原子在正常或原子在正常或稳稳定状定状态时态时，电电子尽可能子尽可能处处于能量最低的于能量最低的轨轨道，道，这这种状种状态态称称为为_；电电子受激子受激发处发处于能量高于于能量高于_的状的状态态称称为为_。原子核外。原子核外电电子在一定条件下会子在一定条件下会发发生生跃跃迁，迁，跃跃迁迁过过程中伴随着程中伴随着_的的变变化。如果化。如果辐辐射或吸收射或吸收的能量以光的形式表的能量以光的形式表现现并被并被记录记录下来，就形成了光下来，就形成了光谱谱。4基基态态基基态态激激发态发态能量能量能能层层多多电电子原子的核外子原子的核外电电子的子的_是不同的，按是不同的，按电电子的子的_差异，可以把核外差异，可以把核外电电子分子分为为不同的能不同的能层层，用符号，用符号K、L、_、O、P、Q表示，从表示，从KQ，能量逐，能量逐渐渐升高。升高。能能级级在多在多电电子原子中，同一能子原子中，同一能层层的的电电子，能量也可能不同，子，能量也可能不同，还还可以把它可以把它们们分成能分成能级级，在每个能，在每个能层层中，能中，能级级符号的符号的顺顺序是序是_、_、nd、nf等。等。笃学二笃学二能层、能级和四个量子数能层、能级和四个量子数1.2能量能量能量能量M、Nnsnp四个量子数四个量子数(n、l、m、ms)原子中原子中单单个个电电子的空子的空间间运运动动状状态态可以用可以用_来描来描述，而每个原子述，而每个原子轨轨道由三个只能取整数的量子数道由三个只能取整数的量子数_、_、_共同描述。共同描述。(1)主量子数主量子数n决定决定轨轨道能量的高低。道能量的高低。n的取的取值为值为正整数正整数1，2，3，4。n越大，越大，电电子离核的平均距离越子离核的平均距离越远远，能量越，能量越_。n值值与与电电子子层层相相对应对应，n1表示能量最表示能量最_、离核最、离核最_的第一的第一电电子子层层。主量子数与主量子数与电电子子层层符号的符号的对应对应关系是：关系是：3原子原子轨轨道道nlm高高低低近近主量子数主量子数n1234567电电子子层层符号符号KLMNOPQ氢氢原子核外只有原子核外只有_个个电电子，不存在子，不存在电电子之子之间间的相互作用，的相互作用，能量只决定于能量只决定于_。(2)角量子数角量子数l量子数量子数l称称为为角量子数。角量子数。对对于确定的于确定的n值值，l可取可取_个个值值，即，即0，1，2，3，(n1)。在多。在多电电子原子中，它和主量子数子原子中，它和主量子数一起决定一起决定电电子运子运动动状状态态的能量。若两个的能量。若两个电电子的子的n与与l相同，相同，就表示就表示这这两个两个电电子具有子具有_。我。我们们用用_来表示来表示具有相同具有相同_、_值值的的电电子运子运动动状状态态。在一个。在一个电电子子层层中，中，l有多少个取有多少个取值值，就表示，就表示该电该电子子层层有多少个不同的有多少个不同的_。l0为为_能能级级，l1为为_能能级级，l2为为_能能级级，l3为为_能能级级。一一主量子数主量子数nn相同的能量相同的能量能能级级nl能能级级spdfn1，l0，l只有只有_个个值值，有一个能，有一个能级级(s)。n2，l_，l有有_个个值值，有，有_个能个能级级(s和和p)。nn，l0，1，(n1)，l有有_个个值值，有，有n个能个能级级。(3)磁量子数磁量子数m无外加磁无外加磁场场的一条的一条谱线谱线在外加磁在外加磁场时场时分裂分裂为为_条，条，对对每个每个确定的确定的l，m可取可取0，1，2l共共_个个值值。n、l、m共同确定了原子核外共同确定了原子核外电电子的子的_。(4)自旋磁量子数自旋磁量子数ms一一0，1两两两两n多多(2l1)空空间间运运动动状状态态自旋运自旋运动动两两 氢氢原子光原子光谱谱呈呈线线状光状光谱谱的原因是什么？的原因是什么？提示提示根据玻根据玻尔尔理理论论，氢氢原子的一个原子的一个电电子通常在能量最低子通常在能量最低的的轨轨道道(基基态态)上运上运动动，不，不释释放能量。但当放能量。但当氢氢原子受到激原子受到激发发(加加热热或或氢氢气放气放电电管放管放电电)时时，核外，核外电电子子获获得能量，即由基得能量，即由基态跃态跃迁至激迁至激发态发态。而。而处处于激于激发态发态的的电电子极不子极不稳稳定，它会迅定，它会迅速再速再跃跃迁至基迁至基态态。在此。在此跃跃迁迁过过程中以光子的形式放出程中以光子的形式放出辐辐射射能，能，发发射出光子的射出光子的频频率取决于率取决于电电子子跃跃迁两迁两轨轨道能道能级级之差。之差。由于各由于各轨轨道的能量是不道的能量是不连续连续的的(即量子化的即量子化的)，所以由，所以由电电子子的的跃跃迁而迁而发发射出的光的射出的光的频频率也是不率也是不连续连续的，的，这这便是便是氢氢原子原子光光谱谱呈呈线线状光状光谱谱的原因。的原因。线线状光状光谱谱与与连续连续光光谱谱在在谱线谱线特征上有所不同，特征上有所不同，线线状光状光谱谱是是不不连续连续的，的，连续连续光光谱谱是是连续连续的。彼此之的。彼此之间间的关系的关系为为E0hEE末末E始始。【慎思慎思1】量子数与原子量子数与原子轨轨道有何关系？道有何关系？提示提示【慎思慎思2】主量子主量子数数n角量子数角量子数l磁量子磁量子数数m原子轨道原子轨道自旋磁自旋磁量子数量子数ms取取值值符符号号取值取值符符号号取值取值符号符号取值取值1K0s01s2L0s02s1p0，12px，2py，2pz3M0s03s1p0，13px，3py，3pz2d0,1，23dxy、3dyz、3dzx、3dz2、3dx2y2 能能层层与能与能级级的关系是如何的？的关系是如何的？提示提示(1)不同能不同能层层的能的能级组级组成：任一能成：任一能层层的能的能级总级总是从是从s能能级级开始，能开始，能层层的能的能级级数等于数等于该该能能层层的序数：第一能的序数：第一能层层只只有有1个能个能级级(1s)，第二能，第二能层层有有2个能个能级级(2s和和2p)，第三能，第三能层层有有3个能个能级级(3s、3p和和3d)，依此，依此类类推。推。(2)不同能不同能层层中各能中各能级级之之间间的能量大小关系的能量大小关系不同能不同能层层中同一能中同一能级级，能，能层层序数越大能量越高。例如：序数越大能量越高。例如：1s2s3s，2p3p4p同一能同一能层层中，各能中，各能级级之之间间的能量大小关系是的能量大小关系是spdf。例如：第四能例如：第四能层层中中4s4p4d4f。能能层层和形状都相同的原子和形状都相同的原子轨轨道的能量相等。道的能量相等。例如：例如：2px2py2pz。【慎思慎思3】警示警示：并不是高能层的所有能级的能量都比低能层的能级：并不是高能层的所有能级的能量都比低能层的能级的能量高。例如：的能量高。例如：4s5)时时，l的可能的可能值值是多少？是多少？轨轨道的道的总总数是多少？各数是多少？各轨轨道的量子数取道的量子数取值值是什是什么？么？解析解析电电子运子运动动状状态态的种数的种数(各各电电子子层层最多可能容最多可能容纳纳的的电电子子数数)【案例案例】主量子主量子数数n1234n电子层电子层符号符号KLMN角量子角量子数数l0010120123能级符能级符号号1s2s2p3s3p3d4s4p4d4f磁量子磁量子数数m000、100、10、1、200、10、1、21、2、3电子层轨电子层轨道数道数14916n2电子运动电子运动状态种数状态种数2818322n2能级轨道能级轨道数数1131351357答案答案主量子主量子数数n角量子数角量子数l磁量子数磁量子数m原子原子轨轨道数道数500110，1320，1，2530，1，2，3740，1，2，3，49原子原子轨轨道道总总数数25主量子数主量子数n角量子角量子数数l磁量子数磁量子数m原子原子轨轨道数道数n0(n05)00110，1320，1，2530，1，2，3740，1，2，3，490，1，2，3，4n010，1，2，3，(n01)2 n01原子原子轨轨道数道数总计总计n02同学们来学校和回家的路上要注意安全同学们来学校和回家的路上要注意安全