2019-2020年高中化学第1章第1节原子结构模型教案鲁科版选修3.doc

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1、第1节原子结构模型目标与素养：1.了解玻尔原子结构的基本观点及如何用其解释氢原子光谱的特点。(微观探析)2.能应用量子力学对原子核外电子的运动状态进行描述，知道核外电子在一定条件下会发生跃迁。(变化观念)一、氢原子光谱和玻尔的原子结构模型1不同时期的原子结构模型2光谱和氢原子光谱(1)光谱概念：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。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)基本观点运动轨迹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

2、，并且不辐射能量能量分布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。轨道能量依n(主量子数)值(1,2,3，)的增大而升高对氢原子而言，电子处在n1的轨道时能量最低，称为基态；能量高于基态的状态，称为激发态电子跃迁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)贡献成功地解释了氢原子光谱是线状光谱的实验事实。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。二、量子力学对原子核外电子运动状态的描述1原子轨道与量子数根据量子力学理论，人们将描述单电子运动状态的波函数称为原子轨道。原子中的单个电子

3、的空间运动状态用原子轨道来描述，其中每个原子轨道由3个只能取整数的量子数n、l、m共同描述。(1)主量子数n：n的取值为正整数1,2,3,4,5,6，对应的符号为K，L，M，N，O，P等。一般而言，n越大，电子离核的平均距离越远，能量越高，因此，也将n值所表示的电子运动状态称为电子层。引入主量子数n解决了什么问题？提示引入主量子数n解决了氢原子光谱为线状光谱而不是连续光谱的问题。(2)角量子数l：对于确定的n值，l共有n个值：0,1,2,3，(n1)，对应的符号分别为s，p，d，f等。若两个电子所取的n，l值均相同，就表明这两个电子具有相同的能量。我们用能级来表达具有相同n，l的电子运动状态，

4、在一个电子层中，l有多少个取值，就表示该电子层有多少个不同的能级。可见，同一电子层内的电子根据能量的不同，可以分成不同的能级，第n电子层内有n个能级，如在K层中只有1个s能级；在L层中有1个s能级和1个p能级；在M层中有1个s能级、1个p能级和1个d能级；等等。引入角量子数l解决了什么问题？提示引入角量子数l解决了多电子原子多条谱线的问题，例如钠原子，处于n4状态的电子跃迁到n3的状态时，会产生多条谱线的问题。(3)磁量子数m：在没有外磁场时，量子数n，l相同的状态的能量是相同的；在有外磁场时，这些状态的能量就不同，我们用磁量子数m来标记这些状态，对于每一个确定的l，m值可取0，1，2，l，共

5、(2l1)个值。磁量子数用来描述核外电子的空间运动方向。引入磁量子数m解决了什么问题？提示引入磁量子数m解决了在外磁场的作用下，某一特定跃迁原来产生的一条谱线都可能分裂为多条的问题。2原子轨道的图形描述和电子云(1)原子轨道的图形描述对象：原子中单电子的空间运动状态即原子轨道。方法：用直角坐标系标注。意义：表示原子轨道的空间分布。形状：s轨道为球形；p轨道在空间的分布特点是分别相对于x、y、z轴对称，呈纺锤形(哑铃形)。(2)电子云概念：描述电子在空间单位体积内出现概率大小的图形。含义：用单位体积内小点的疏密程度来表示电子在原子核外单位体积内出现概率的大小。1.判断正误(正确的打“”，错误的打

6、“”)(1)氢原子光谱属于线状光谱。()(2)基态氢原子转变成激发态氢原子时释放能量。()(3)焰色反应与电子跃迁有关，属于化学变化。()(4)电子云中的每一个小点就是一个电子。()2以下能级符号不正确的是()A3sB3pC3d D3f答案D3写出下列各电子层的原子轨道数目。K：1，L：4，M：9，N：16。光谱与光谱分析1基态与激发态原子(1)基态：最低能量状态。处于最低能量状态的原子称为基态原子。(2)激发态：较高能量状态(相对基态而言)。如基态原子的电子吸收能量后，电子跃迁至较高能级成为激发态原子。(3)基态、激发态相互转化与能量的关系：基态原子激发态原子。2光谱与光谱分析光谱：不同元素

7、的原子发生跃迁时会吸收或释放不同的光，可以用光谱仪摄取各种元素原子的电子的吸收光谱或发射光谱，总称原子光谱。光谱分析：在现代化学中常利用原子光谱上的特征谱线来鉴定元素，称为光谱分析。发射光谱形成示意图吸收光谱形成示意图3基态、激发态与光谱的联系当基态原子的电子吸收能量，电子会跃迁到能量较高的轨道上，变成激发态原子。例如，电子可以从1s跃迁到2s、2p相反，电子从较高能量的激发态跃迁到较低能量的激发态乃至基态，将释放能量。光是电子释放能量的重要形式之一。在日常生活中，我们看到的许多可见光，如灯光、霓虹灯光、激光，还包括燃放的焰火等都与原子核外电子发生跃迁释放能量有关。【典例1】原子光谱是线状光谱

8、，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B光谱分为连续光谱和线状光谱，无论是单色光还是白光，都是连续光谱。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。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以下现象与核外电子的跃迁有关的是()霓虹灯发出有色光棱镜分光激光器产生激光石油蒸馏凸透镜聚光燃放的焰火，

9、在夜空中呈现五彩缤纷的礼花日光灯通电发光冷却结晶A BC D答案A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。核外电子运动状态的描述1.电子层：在含有多个核外电子的原子中，电子的能量往往是不同的。人们根据电子的能量差异和主要运动区域的不同，认为核外电子分别处于不同的电子

10、层(或能层)上。原子中由里向外的电子层数n可取1,2,3,4,5等正整数，对应的电子层符号分别为K，L，M，N，O等，能量依次升高。2能级：处于同一电子层的电子，能量也可能不同，还可以把它们分成能级，并用s，p，d，f等符号表示。每一电子层的能级数等于该层的层数(n)：第一层只有1个能级(1s)，第二层有2个能级(2s和2p)，第三层有3个能级(3s,3p,3d)，依次类推。3原子轨道：处于同一能级的电子可以在不同类型的原子轨道上运动。不同的轨道有不同的形状和不同的伸展方向。例如，s能级是球形对称的，s能级中只有1个原子轨道；p能级呈纺锤形，有3个原子轨道，在空间分别向x、y、z三个方向伸展，

11、每个p能级的3个原子轨道相互垂直，记作px、py、pz；d能级有5个伸展方向不同的轨道，f能级有7个伸展方向不同的轨道。4电子的自旋：每一个原子同一轨道上的电子有不同的自旋状态，分别用向上和向下的箭头(和)表示。以s，p，d，f，排序的各能级可容纳的最多电子数依次为1,3,5,7，的2倍。总之，核外电子可看作是在某一电子层的某一能级中的某一轨道上运动的，并有一定的自旋方向。这也就决定了每一个电子层、能级中的原子轨道数，以及所容纳的电子总数。主量子数1234n电子层符号KLMN能级符号1s2s2p3s3p3d4s4p4d4f能级中轨道数1131351357电子层中轨道数14916n2电子运动状态

12、种数2818322n25.不同原子轨道能量大小的关系【典例2】下列说法是否正确？如不正确，说出为什么，应如何改正？(1)s电子绕核旋转，其轨道为一圆圈，而p电子是走“”字形。(2)主量子数为1时，有自旋相反的两条轨道。(3)主量子数为3时，有3s、3p、3d、3f四条轨道。答案(1)不正确，因为电子运动并无固定轨道。应改为s电子在核外运动电子云图形或概率分布呈球形对称，其剖面图是个圆。而p电子云图形或概率分布呈纺锤形，其剖面图是“”形。(2)不正确，因为n1，l0，只有一个1s原子轨道。应改为主量子数为1时，在1s原子轨道中可能有两个自旋相反的电子。(3)不正确，因为n3时，l只能取0、1、2

13、，所以没有3f。另外3s、3p、3d的电子云形状不同，3p有三种空间取向不同的运动状态，有3个原子轨道，3d有五种空间取向，有5个原子轨道。因此应改为主量子数为3时，有9个原子轨道。要明确描述电子运动状态的电子层、电子层中的能级和能级中的原子轨道的递进关系和分别对应着的量子数。2比较下列多电子原子的原子轨道的能量高低。(1)2s_3s(2)2s_3d(3)3p_3s (4)4f_5d(5)3d_4s (6)3px_3pz解析相同电子层上不同原子轨道能量的高低顺序：nsnpndnf；不同电子层上形状相同的原子轨道能量的高低顺序：1s2s3s4s；电子层、能级均相同的原子轨道能量相等：3px3py

14、3pz；对于处在不同电子层的不同能级，电子排布的先后顺序为ns、(n2)f、(n1)d、np。答案(1)(2)(4)(6)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()A2pz轨道上的电子在空间出现的概率分布是z轴对称B点密集的地方表明电子出现的机会多C电子先沿z轴正半轴运动，然后在负半轴运动D2pz轨道形状为纺锤形C电子云是电子在一定区域内出现概率大小的图形，它并不是电子运动的实际轨迹(或轨道)，故C错；电子云的疏密表示了电子在该区域出现机会的多少，越密集，说明出现机会越多，故B对；观察该图可知A对；该p轨道为纺锤形(或哑铃形)，D对。由于电子在核外运动没有确定的

15、轨道和速度，也不能预测某时刻的位置，人们只能用统计图示的方法来形象地描绘电子在原子核外空间出现的概率大小，并不是一种真实的图形。1下列说法正确的是()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BA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

16、率，不能同时准确测定电子的位置和速度，D项错误。2当镁原子由1s22s22p63s21s22s22p63p2时，以下说法正确的是()A镁原子由基态转化成激发态，这一过程中吸收能量B镁原子由激发态转化成基态，这一过程中释放能量C转化后镁原子的性质更稳定D转化后镁原子与硅原子电子层结构相同，化学性质相似A镁原子3s能级上的电子被激发到3p能级上，要吸收能量变为激发态原子，其性质比基态更不稳定，所以A项正确，B、C项错误；变成激发态后，Mg与Si电子层结构不同，化学性质也不相似，所以D项错误。3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

17、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A原子发光的根本原因是由于电子跃迁释放或者吸收能量。4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、7B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n1D各电子层含有的电子数为2n2个A各电子层的能级数等于其所处的电子层数，即当n1时，它只有一个s能级，当n2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2n2个。5比较下列能级的能量大小(填“”“”或“”)：(1)2s_4s；(2)3p_3d；(3)3d_4s；(4)4d_5d；(5)2p_3s；(6)4d_5f。解析由构造原理可知，能级相同时，能层数越高，电子能量越高；同一能层的能级能量高低顺序为nsnpndnf；不同能层之间，能量会产生能级交错现象，即能层序数大，其能级的能量不一定高，如3d具有的能量介于4s和4p具有的能量之间。根据构造原理不难比较各能级能量的大小。答案(1)(2)(3)(4)(5)(6)