【化學(xué)】2023-2024學(xué)年魯科版選擇性必修二 原子結(jié)構(gòu)模型 課件

第1節(jié)原子結(jié)構(gòu)模型課程標(biāo)準1．了解玻爾原子結(jié)構(gòu)模型的基本觀點及如何用其解釋氫原子光譜的特點。2．能用量子力學(xué)對原子核外電子的運動狀態(tài)進行描述，知道核外電子在一定條件下會發(fā)生躍遷。

學(xué)法指導(dǎo)1.通過閱讀教材P4“追根尋源”中的知識理解玻爾理論。2．通過閱讀教材P4“聯(lián)想·質(zhì)疑”及相關(guān)內(nèi)容了解能級和原子軌道。3．結(jié)合氫原子和鈉原子光譜體會電子的自旋狀態(tài)。4．類比數(shù)學(xué)中函數(shù)與函數(shù)圖像之間的關(guān)系學(xué)習(xí)原子軌道的圖形描述。知識點一

氫原子光譜和玻爾的原子結(jié)構(gòu)模型1.原子結(jié)構(gòu)模型的演變時間或年代原子結(jié)構(gòu)模型科學(xué)家及模型1803年________________________1904年________________________道爾頓實心球原子模型(原子論)湯姆孫“葡萄干布丁”模型1911年________________________1913年________________________20世紀20年代中期________________________盧瑟福原子結(jié)構(gòu)的核式模型玻爾核外電子分層排布的原子結(jié)構(gòu)模型量子力學(xué)模型2.光譜及氫原子光譜(1)光譜①含義：利用原子光譜儀將物質(zhì)________或________的頻率(或波長)和強度分布記錄下來的譜線。②形成原因：電子在不同軌道間________時，會輻射或吸收能量。(2)氫原子光譜：實驗證明，氫原子光譜是由具有特定波長、彼此分立的譜線組成的________光譜。吸收的光發(fā)射的光躍遷線狀3．玻爾的原子結(jié)構(gòu)模型(1)基本觀點運動軌跡原子中的電子在具有確定半徑的圓周軌道上繞________運動，并且不輻射能量能量分布在不同軌道上運動的電子具有________的能量，而且能量值是________的。軌道能量值依n(量子數(shù))值(1、2、3…)的增大而________電子躍遷對氫原子而言，電子處在n＝1的軌道時能量最低，這種狀態(tài)稱為________；能量高于基態(tài)能量的狀態(tài)稱為________。電子在能量不同的軌道之間躍遷時，輻射或吸收的能量以光的形式表現(xiàn)出來并被記錄時，就形成了________原子核不同不連續(xù)升高基態(tài)激發(fā)態(tài)光譜(2)貢獻①成功地解釋了氫原子光譜是________的實驗事實。②闡明了原子光譜源自核外電子在能量不同的軌道之間的躍遷，指出電子所處的軌道的能量是________的。線狀光譜量子化

(3)霓虹燈發(fā)光原理霓虹燈的發(fā)光機制與氫原子光譜形成的機制基本相同。對霓虹燈而言，燈管中填充的氣體不同，在高電壓的激發(fā)下發(fā)出的光的顏色就不同。例如，在燈管中充入氖氣，通電后在電場作用下，放電管里氖原子中的電子吸收能量后激發(fā)到能量較高的軌道，但處在能量較高軌道上的電子會很快以光的形式輻射能量而躍遷回能量較低的軌道，所發(fā)出的光的波長恰好位于可見光區(qū)域中的紅色波段，所以我們看到的是紅色光。通電后氬氣發(fā)藍紫色光、氦氣發(fā)粉紅色光等也是同樣的道理。學(xué)思用1．判斷下列說法是否正確，正確的打“√”，錯誤的打“×”。(1)原子核外電子繞核做圓周運動。(

)(2)氫原子核外只有一個電子，故氫原子光譜只有一條譜線。(

)(3)基態(tài)氫原子轉(zhuǎn)變成激發(fā)態(tài)氫原子時釋放能量。(

)(4)玻爾理論不能解釋在有外加磁場時氫原子光譜有多條譜線。(

)×××√2．下列圖像中所發(fā)生的現(xiàn)象與電子躍遷無關(guān)的是(

)答案：D解析：平面鏡成像為物理學(xué)原理中的光學(xué)現(xiàn)象，與電子躍遷無關(guān)。知識點二

量子力學(xué)對原子核外電子運動狀態(tài)的描述1．核外電子運動狀態(tài)的描述(1)電子層(n)分層標(biāo)準電子離核的遠近取值123456符號________________________能量________離核________K

L

M

N

O

P

低→高近→遠(2)能級不同能級s

p

d

f(3)原子軌道(4)自旋運動：處于同一原子軌道上的電子自旋狀態(tài)只有____種，分別用符號“____”和“____”表示。表述單個電子在原子核外的空間運動狀態(tài)各能級上對應(yīng)的原子軌道數(shù)nsnpndnf________________1357兩↑↓2．原子軌道的圖形描述和電子在核外的空間分布(1)原子軌道的圖形描述①表述：原子中單個電子的____________即原子軌道。②形狀：(2)電子云圖①表述：描述電子在核外空間某處單位體積內(nèi)的________的圖形。②含義：用單位體積內(nèi)小點的疏密程度來表示電子在原子核外某處單位體積內(nèi)出現(xiàn)________的大小。s軌道________p軌道相對于x、y、z軸對稱，呈啞鈴形(∞)空間運動狀態(tài)球形概率分布概率微點撥(1)s軌道為球形，p軌道為“∞”形，并不是說s能級電子繞核做圓周運動，p能級電子繞核做“∞”形運動。(2)電子云圖中的一個小黑點，不代表一個電子。(3)離核越近，電子在單位體積內(nèi)出現(xiàn)的概率越大。(4)核外電子運動狀態(tài)包含電子所處的電子層、能級、原子軌道和自旋四個方面，它與電子在核外的空間運動狀態(tài)是有區(qū)別的，空間運動狀態(tài)不包括電子的自旋，如：Li的基態(tài)原子核外電子運動狀態(tài)為3種，但空間運動狀態(tài)為2種。學(xué)思用1．判斷下列說法是否正確，正確的打“√”，錯誤的打“×”。(1)各能級的原子軌道數(shù)按s、p、d、f順序依次為1、3、5、7。(

)(2)p電子的原子軌道呈啞鈴形，s電子的原子軌道呈球形。(

)(3)各電子層的能級都是從s能級開始至f能級結(jié)束。(

)(4)各電子層含有的能級數(shù)為n2，各電子層含有的電子數(shù)為2n2個。(

)(5)pz軌道電子先沿z軸正半軸運動，然后再沿負半軸運動。(

)√√×××2．圖①和圖②分別是1s電子的概率密度分布圖和電子云輪廓圖。下列認識正確的是(

)A．圖①中的每個小黑點表示1個電子B．圖②表明1s電子云呈球形，有無數(shù)條對稱軸C．圖②表示1s電子只能在球體內(nèi)出現(xiàn)D．不同能層的s電子云的半徑相等答案：B解析：電子云只表示電子在原子核外空間出現(xiàn)的概率密度，小黑點并不表示電子，A項錯誤；電子云輪廓圖是把電子在原子核外空間出現(xiàn)概率為90%的空間圈出來繪制而成的，電子在這一空間出現(xiàn)的概率大，不表示電子不能在這一空間外出現(xiàn)，C項錯誤；s電子云的半徑隨能層序數(shù)的增大而增大，D項錯誤。提升點一

氫原子光譜和玻爾的原子結(jié)構(gòu)模型1.玻爾原子結(jié)構(gòu)模型(1)內(nèi)容歸納①原子光譜源自核外電子在能量不同的軌道之間的躍遷；②電子所處的軌道的能量是量子化的；③電子躍遷吸收(或放出)的能量也是量子化的。(2)局限性：玻爾理論中只引入一個量子數(shù)n，只能解釋氫原子光譜是線狀光譜。無法解釋多電子原子光譜的復(fù)雜現(xiàn)象及其在外磁場存在的譜線分裂現(xiàn)象，需要引入更多的量子數(shù)。2．光譜分類互動探究問題1

為什么氫原子光譜是由具有特定波長、彼此分立的譜線組成的？

提示：根據(jù)玻爾理論，電子所處的軌道的能量是量子化的，軌道間的能量差也是確定的，因此形成的是具有特定波長的線狀光譜。問題2

在日常生活中，我們看到許多可見光，如焰火、霓虹燈光、激光、螢光、LED燈光……這些光產(chǎn)生的原因是什么？

提示：產(chǎn)生的光都與原子核外電子躍遷釋放能量有關(guān)。典例示范[典例1]

(雙選)激發(fā)態(tài)原子和基態(tài)原子可以通過電子躍遷的方式相互轉(zhuǎn)換，躍遷過程中可得到原子光譜，下列說法正確的是(

)A．LED燈發(fā)光與電子躍遷有關(guān)B．以上實驗裝置測得的是氫原子的吸收光譜C．電子僅從激發(fā)態(tài)躍遷到基態(tài)時才會產(chǎn)生原子光譜D．原子光譜可以用于定性鑒定元素答案：AD解析：該實驗裝置測得的是氫原子的發(fā)射光譜，B項錯誤；原子光譜包括吸收光譜和發(fā)射光譜，電子由激發(fā)態(tài)躍遷到基態(tài)時產(chǎn)生的原子光譜屬于發(fā)射光譜，電子由基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)時產(chǎn)生的原子光譜屬于吸收光譜，C項錯誤。素養(yǎng)訓(xùn)練[訓(xùn)練1]對充有氖氣的霓虹燈通電，燈管發(fā)出紅色的光。產(chǎn)生這一現(xiàn)象的主要原因是(

)A．電子由較高能量的激發(fā)態(tài)向較低能量的激發(fā)態(tài)乃至基態(tài)躍遷時以光的形式釋放能量B．電子由基態(tài)向激發(fā)態(tài)躍遷時吸收除紅光以外的光C．氖原子獲得電子后轉(zhuǎn)變成能發(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)答案：A解析：在電流作用下，基態(tài)氖原子的電子吸收能量躍遷到較高能級，變?yōu)榧ぐl(fā)態(tài)原子，這一過程要吸收能量，不會發(fā)出紅色的光；而電子從較高能量的激發(fā)態(tài)躍遷到較低能量的激發(fā)態(tài)乃至基態(tài)時，將釋放能量，從而產(chǎn)生紅光，故A項正確。提升點二

核外電子運動狀態(tài)的描述1.電子層數(shù)(n)、能級數(shù)、原子軌道數(shù)及最多容納電子數(shù)的關(guān)系電子層(n)1234…電子層符號KLMN…能級1s2s2p3s3p3d4s4p4d4f…原子軌道數(shù)1131351357…最多容納的電子數(shù)每個能級2262610261014…每個電子層281832…能量K＜L＜M＜N＜…2.不同原子軌道能量高低的關(guān)系互動探究問題1

每個電子層上都有s、p、d、f能級嗎？

提示：并不是每個電子層上都有s、p、d、f能級。由于電子層數(shù)等于該電子層上的能級的數(shù)目，如K層只有s能級，L層只有s、p能級。問題2

Na原子核外有多少個電子？有多少種運動狀態(tài)？原子核外電子的運動狀態(tài)決定因素有哪些？

提示：11；11；電子層、能級、原子軌道、自旋運動狀態(tài)共同決定了原子核外電子運動狀態(tài)，即一個原子中不存在運動狀態(tài)完全相同的電子。

問題3

如何比較兩個原子軌道能量的高低？提示：①原子軌道的能量取決于電子層和能級，若兩者相同則能量相等，如npx＝npy＝npz。②相同電子層不同能級的原子軌道能量的高低：ns＜np＜nd＜nf。③不同電子層相同能級的原子軌道能量的高低：1s＜2s＜3s＜4s。典例示范[典例2]下列有關(guān)電子層和能級的敘述中正確的是(

)A．M電子層有s、p共2個能級，最多能容納8個電子B．3d能級最多容納5個電子，3f能級最多容納7個電子C．無論哪一電子層的s能級，最多容納的電子數(shù)均為2D．任一電子層都有s、p能級，但不一定有d能級答案：C解析：A項，M電子層有s、p、d共3個能級，最多容納18個電子；B項，3d能級最多容納10個電子且不存在3f能級；D項，K電子層只有s能級，不含有p能級。素養(yǎng)訓(xùn)練[訓(xùn)練2]根據(jù)所學(xué)知識，回答下列問題：(1)K層有________個能級，用符號表示為________；L層有________個能級，用符號分別表示為________；M層有________個能級，用符號分別表示為__________。由此可推知第n電子層有______個能級。每個電子層中一定含有的能級符號為________，其對應(yīng)的原子軌道電子云形狀為________。(2)基態(tài)鈣原子電子占據(jù)的能量最高電子層符號是________，其核外共有________種運動狀態(tài)不同的電子。(3)比較下列多電子的原子軌道的能量高低(填“>”“<”或“＝”)。2s________3s，2s________3d，2px________2py

，4f________6f。1

1s

2

2s、2p

33s、3p、3d

n

s球形N

20＜＜＝＜解析：(1)第n個電子層有n個能級；每個電子層中都含有s能級，s能級對應(yīng)的原子軌道電子云形狀為球形。(2)一個原子中，不存在運動狀態(tài)完全相同的兩個電子。(3)相同電子層上原子軌道能量由低到高的順序是ns<np<nd<nf；相同形狀的原子軌道能量由低到高的順序是1s<2s<3s<4s……同一電子層上形狀相同的原子軌道的能量相等。提升點三

原子軌道的圖形描述和電子在核外的空間分布1.原子軌道的圖形描述(1)s能級的原子軌道：特征：s能級的原子軌道是球形的，電子序數(shù)越大，原子軌道的半徑越大。原因：1s、2s、3s……電子的能量依次增高，電子在離核更遠的區(qū)域出現(xiàn)的概率逐漸增大，電子云越來越向更大的空間擴展。因而2s電子云必然比1s電子云更稀疏。(2)p能級的原子軌道：特征：p能級的原子軌道是啞鈴形的，每個p能級有3個軌道，分別相對于x、y、z軸呈軸對稱，相互垂直，分別以px、py、pz為符號。p能級的原子軌道的平均半徑也隨著電子層序數(shù)的增大而增大。2．電子云圖(1)電子的特點：質(zhì)量非常小、運行速度極快、運動空間極小。(2)電子云圖的含義：由于微觀電子運動的特點與宏觀物體運動的特點不同，人們不可能同時準確地測定它的位置和速度，只能確定它在原子核外各處出現(xiàn)的概率。用單位體積內(nèi)小點的疏密程度來表示電子在原子核外某處單位體積內(nèi)出現(xiàn)概率的大小?；犹骄繂栴}1

電子云圖中的小黑點的含義是什么？小黑點的密度表示什么？

提示：小黑點是電子在原子核外出現(xiàn)的概率密度的形象描述。小黑點密度越大，表明電子在此處出現(xiàn)的概率越大。問題2

電子在原子核外出現(xiàn)的概率有什么規(guī)律？提示：離原子核越近，電子出現(xiàn)的概率越大，電子云越密集。如2s電子云比1s電子云更稀疏(或彌散)。問題3

已知N原子的L電子層的p能級上有2px、2py、2pz三個原子軌道，這三個p軌道上的電子的能量是否相同？三個p軌道的形狀是否相同？電子云在空間的伸展方向是否相同？提示：2px、2py、2pz表示的是相同能級上的原子軌道，其電子能量相同，這三個p軌道的電子云形狀相同，都是啞鈴形；電子云在空間的伸展方向互相垂直。典例示范[典例3]下列有關(guān)敘述正確的是(

)A．原子軌道和電子云都是用來形象地描述電子運動狀態(tài)的B．因為s軌道呈球形，所以電子在s軌道上做圓周運動C．某基態(tài)多電子原子的3px、3py、3pz軌道上的電子的能量不同D．p能級的原子軌道半徑與能層序數(shù)無關(guān)答案：A解析：原子軌道和電子云都是用來描述電子的運動狀態(tài)，A項正確；電子的運動是無規(guī)則的，沒有固定的軌跡，B項錯誤；3px、3py、3pz屬于同一能級，其軌道上的電子的能量相同，C項錯誤；p能級的原子軌道半徑隨能層序數(shù)的增大而增大，D項錯誤。素養(yǎng)訓(xùn)練[訓(xùn)練3]人們把電子云輪廓圖稱為原子軌道，下列有關(guān)說法錯誤的是(

)A．s電子的原子軌道都是球形的，2s電子比1s電子能量高且電子云比1s更擴散B．p電子的原子軌道都是啞鈴形的，每個p能級有3個原子軌道，它們相互垂直，能量相同C．p電子能量一定高于s電子能量D．處于同一原子軌道的電子，自旋狀態(tài)有兩種答案：C解析：同一電子層上p電子能量高于s電子能量，不同電子層上p電子能量不一定高于s電子能量，如3s＞2p。課

堂

總

結(jié)[知識導(dǎo)圖][誤區(qū)警示]1．同一電子層上的電子能量不一定相同，但同一能級上的電子能量一定相同。2．不同電子層的能級上的電子能量一定不同。3．處于同一個原子軌道上的電子有兩種不同的自旋狀態(tài)。在同一個原子中不存在兩個運動狀態(tài)完全相同的電子。4．原子軌道不是固定軌跡，也不是圓周軌道，而是電子運動的空間，電子云圖是電子運動的概率圖，有一定的形狀和伸展方向。1．如圖①②③④原子結(jié)構(gòu)模型中依次符合盧瑟福、道爾頓、湯姆孫、玻爾的觀點的是(

)A．①②③④B．①②④③C．④①②③D．③④①②答案：B解析：盧瑟福提出了帶核的原子結(jié)構(gòu)模型，應(yīng)為圖①；道爾頓提出近代原子學(xué)說，他認為原子是微小的不可分割的實心球體，應(yīng)為圖②；湯姆孫發(fā)現(xiàn)了電子，1904年提出“葡萄干布丁式”的原子結(jié)構(gòu)模型，應(yīng)為圖④；玻爾提出了核外電子分層排布的原子結(jié)構(gòu)模型，應(yīng)為圖③。2．下列關(guān)于多電子原子核外電子的運動規(guī)律的敘述正確的是(

)A．所有的電子在同一區(qū)域里運動B．在離原子核較近的區(qū)域內(nèi)運動的電子能量較高，在離原子核較遠的區(qū)域內(nèi)運動的電子能量較低C．處于最低能量的原子叫基態(tài)原子D．同一原子中，4s、4p、4d、4f所能容納的電子數(shù)依次增多，各能級能量大小相等答案：C解析：在含有多個電子的原子里，電子分別在能量不同的區(qū)域內(nèi)運動，A錯誤；在多個電子的原子中，電子的能量是不相同的，在離原子核較近的區(qū)域內(nèi)運動的電子能量較低，在離原子核較遠的區(qū)域內(nèi)運動的電子能量較高，B錯誤；處于最低能量的原子叫基態(tài)原子，當(dāng)基態(tài)原子的電子吸收能量后，電子會躍遷到較高能級，變成激發(fā)態(tài)原子，C正確；同一原子中，4s、4p、4d、4f所能容納的電子數(shù)依次增多，但第四能層中，能級的能量大小不同：E(4s)<E(4p)<E(4d)<E(4f)，所以D錯誤。3．下列有關(guān)原子軌道的敘述中正確的是(

)A．氫原子的2s軌道能量較3p軌道高B．電子層n＝4的原子軌道最多可容納16個電子C．p能級的原子軌道呈啞鈴形，隨著電子層序數(shù)的增加，p能級原子軌道也在增多D．鋰原子的2s與5s軌道皆為球形分布答案：D解析：H原子的2s軌道能量低于3p軌道，故A錯誤；每個電子層最多能容納2n2個電子，所以電子層n＝4的原子軌道最多可容納32個電子，故B錯誤；所有的p能級軌道都含有3個軌道，所以隨著電子層序數(shù)的增加，p能級原子軌道不變，故C錯誤；所有的s軌道電子云輪廓圖都是球形，所以鋰原子的2s與5s軌道皆為球形分布，故D正確。4．下列說法正確的是(

)①原子中處于第三電子層的電子躍遷到第二電子層時會釋放能量；②M層可以有s、p、d、f能級；③3pz表示有3個pz軌道；④