2022-2023版高中化學 第1章 原子結構 第1節(jié) 原子結構模型 第1課時學案 魯科版選修3

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1、2022-2023版高中化學 第1章 原子結構 第1節(jié) 原子結構模型 第1課時學案 魯科版選修3 [學習目標定位]　1.了解原子結構模型的演變歷程和玻爾的原子結構模型的內容。2.知道基態(tài)、激發(fā)態(tài)和原子光譜等概念，認識原子光譜分析的應用。 一、原子結構模型的演變 1．不同時期的原子結構模型 時間或年代 1803年 1903年 1911年 1913年 20世紀20年代中期 原子結構 模型 模型名稱 實心球原子模型 葡萄干布丁模型 核式模型 電子分層排布模型 量子力學模型 相關科學家 道爾頓 湯姆遜 盧瑟福 玻爾 薛定諤 2

2、.盧瑟福原子結構模型的理論要點 原子的質量主要集中在原子核上，電子在原子核外空間做高速運動。 (1)道爾頓原子模型(1803年)：原子是組成物質的基本粒子，它們是堅實的、不可再分的實心球。 (2)湯姆遜原子模型(1903年)：原子是一個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。 (3)盧瑟福原子模型(1911年)：在原子的中心有一個帶正電荷的核，它的質量幾乎等于原子的全部質量，電子在它的周圍沿著不同的軌道運轉，就像行星環(huán)繞太陽運轉一樣。 (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動。 (5)原子

3、結構的量子力學模型(20世紀20年代中期)：現代物質結構學說。 例1　如圖①②③原子結構模型中依次符合盧瑟福、道爾頓、湯姆遜的觀點的是(　　) A．①②③ B．③①② C．③②① D．②①③ 答案　B 解析　盧瑟福提出了原子的核式模型，道爾頓認為原子是一個實心的球體，湯姆遜發(fā)現了電子，并提出了原子的“葡萄干布丁”模型。 例2　下列關于原子結構模型的說法中，正確的是(　　) A．道爾頓的原子結構模型將原子看作實心球，故不能解釋任何問題 B．湯姆遜“葡萄干布丁”原子結構模型成功地解釋了原子中的正、負粒子是可以穩(wěn)定共存的 C．盧瑟福核式原子結構模型指出了原子核和核外電子的

4、質量關系、電性關系及占有體積的關系 D．玻爾電子分層排布原子結構模型引入了量子化的概念，能夠成功解釋所有的原子光譜 答案　C 解析　道爾頓的原子理論成功地解釋了質量守恒定律等規(guī)律，A項不正確；湯姆遜“葡萄干布丁”原子結構模型提出了正、負電荷的共存問題，但同時認為在這樣微小的距離上有著極大的作用力，電子會被拉進去并會碰撞在帶正電的核心上，B項不正確；盧瑟福通過α粒子散射實驗提出了核式原子結構模型，散射實驗的結果能夠分析出原子核和核外電子的質量關系、電性關系及占有體積的關系，C項正確；玻爾電子分層排布原子結構模型只引入了一個量子數，只能夠解釋氫原子光譜，而不能解釋比較復雜的原子光譜，D項不正

5、確。 二、氫原子光譜和玻爾的原子結構模型 1．光譜及其分類 (1)含義：利用儀器將物質吸收的光或發(fā)射的光的波長和強度分布記錄下來，就得到所謂的光譜。 (2)分類 ①連續(xù)光譜：若光譜是由各種波長的光所組成，且相近的波長差別極小而不能分辨，則這種光譜為連續(xù)光譜。例如，陽光形成的光譜即為連續(xù)光譜。 ②線狀光譜：若光譜是由具有特定波長的、彼此分立的譜線組成，則所得光譜為線狀光譜。 (3) 氫原子光譜特點 氫原子光譜是線狀光譜。 2．玻爾的原子結構模型 (1)玻爾原子結構模型的基本觀點 運動軌跡 原子中的電子在具有確定半徑的圓周軌道上繞原子核運動，并且不輻射能量 能量分

6、布 在不同軌道上運動的電子具有不同的能量(E)，而且能量是量子化的。軌道能量與量子數n的取值有關。 對氫原子而言，電子處于n＝1的軌道時能量最低，這種狀態(tài)稱為基態(tài)；能量高于基態(tài)的狀態(tài)，稱為激發(fā)態(tài) 電子躍遷 只有當電子從一個軌道(Ei)躍遷到另一個軌道(Ej)時，才會輻射或吸收能量。如果輻射或吸收的能量以光的形式表現出來并被記錄下來，就形成了光譜 玻爾的核外電子分層排布的原子結構模型成功地解釋了氫原子光譜是線狀光譜的實驗事實。 (2)吸收光譜與發(fā)射光譜 (3)譜學分析：在現代化學中，常利用原子光譜上的特征譜線來鑒定元素，稱為譜學分析。 (1)玻爾原子結構模

7、型 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)光譜的分類 例3　玻爾理論不能解釋(　　) A．氫原子光譜為線狀光譜 B．氫原子的可見光區(qū)譜線 C．在有外加磁場時氫原子光譜有多條譜線 D．在一給定的穩(wěn)定軌道上，運動的核外電子不輻射能量 答案　C 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提出的。有外加磁場時氫原子有多條譜線，玻爾的原子結構模型已無法解釋這一現象，必須借助量子力學加以解釋。 特別提醒 玻爾理論中只引入一個量子數n，只能解釋氫原子光譜是線

8、狀光譜。若要解釋更復雜的原子光譜，需引入更多的量子數。 例4　對充有氖氣的霓虹燈管通電，燈管發(fā)出紅色光。產生這一現象的主要原因是(　　) A．電子由激發(fā)態(tài)向基態(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線 C．氖原子獲得電子后轉變成發(fā)出紅光的物質 D．在電流的作用下，氖原子與構成燈管的物質發(fā)生反應 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的軌道，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)或基態(tài)時，將釋放能量，從而產生紅光，故A項正確。 易錯警示　 焰色反應、物質燃燒或高

9、溫下發(fā)光等都與原子核外電子的躍遷有關，而化學反應中的顏色變化與原子核外電子的躍遷無關。 1．最早成功解釋了氫原子光譜為線狀光譜的原子結構模型是(　　) A．盧瑟福原子結構模型 B．玻爾原子結構模型 C．量子力學模型 D．湯姆遜原子結構模型 答案　B 解析　玻爾的原子結構模型最早成功解釋了氫原子光譜是線狀光譜；湯姆遜“葡萄干布丁”原子結構模型只解釋了原子中存在電子的問題；盧瑟福原子結構模型是根據α粒子散射實驗提出來的，解決了原子核的問題(帶正電的部分集中在一個核上)；量子力學模型是在量子力學理論的基礎上提出的，能解釋復雜的原子光譜現象。 2．首次將量子化概念應

10、用到原子結構，并解釋了原子的穩(wěn)定性的科學家是(　　) A．道爾頓 B．門捷列夫 C．玻爾 D．盧瑟福 答案　C 解析　道爾頓、門捷列夫、玻爾和盧瑟福的主要貢獻分別是原子學說、元素周期律、原子軌道理論和原子的核式模型。丹麥科學家玻爾引入量子化觀點，提出電子在一定軌道上運動的原子結構模型。 3．下列說法正確的是(　　) A．氫原子光譜是元素的所有光譜中最簡單的光譜 B．“量子化”就是不連續(xù)的意思，微觀粒子運動均有此特點 C．玻爾理論不但成功解釋了氫原子光譜，而且還推廣到其他原子光譜 D．原子中電子在具有確定半徑的圓周軌道上像火車一樣高速運動著 答案　A 解析　氫原子光

11、譜是元素的所有光譜中最簡單的光譜；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，其他微粒如分子、離子等無此特點；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難以解釋；原子中電子沒有確定的半徑，原子半徑是電子運動的“區(qū)域”。 4．為揭示氫原子光譜是線狀光譜這一事實，玻爾提出了核外電子的分層排布理論，下列說法中，不符合這一理論的是(　　) A．電子繞核運動具有特定的半徑和能量 B．在一給定的穩(wěn)定軌道上，運動的核外電子不輻射能量 C．電子躍遷時，會吸收或放出特定的能量 D．揭示氫原子光譜存在多條譜線 答案　D 解析　玻爾的原子結構模型只

12、能解釋氫原子光譜是線狀光譜，要解釋氫原子光譜的多重譜線，需用量子力學理論來解釋。 5．元素K的焰色反應呈紫色，其中紫色對應的輻射波長為(　　) A．404.4 nm B．553.5 nm C．589.2 nm D．670.8 nm 答案　A 解析　紫色波長介于400～435 nm之間，只有A符合。 6．用鎂粉、堿金屬鹽及堿土金屬鹽等可以做成焰火。燃放時，焰火發(fā)出五顏六色的光，請用原子結構的知識解釋發(fā)光的原因：______________________________________________ ____________________________________

13、____________________________________。 答案　燃燒時，電子獲得能量，從能量較低的軌道向能量較高的軌道躍遷，躍遷到能量較高的軌道的電子處于一種不穩(wěn)定的狀態(tài)，它隨即就會躍達到能量較低的軌道，并向外界以光能的形式釋放能量 解析　焰火在燃燒時產生五顏六色的光，是因為金屬原子的核外電子發(fā)生了從能量較低的軌道向能量較高的軌道躍遷，然后電子再從能量較高的軌道回到能量較低的軌道，此過程中釋放能量，放出的能量以光能的形式釋放，所以看到了不同顏色的光(電子躍遷時產生了發(fā)射光譜)。 [對點訓練] 題組1　原子結構模型的演變史 1．在物質結構研究的歷史上，首先提出原子

14、是一個實心球體的是(　　) A．湯姆遜 B．盧瑟福 C．道爾頓 D．玻爾 答案　C 解析　道爾頓在1803年提出原子是堅實的，不可再分的實心球。依次出現湯姆遜原子模型、盧瑟福原子模型、玻爾原子模型。 2．首先提出原子結構模型并開始涉及原子內部結構的科學家是(　　) A．盧瑟福 B．玻爾 C．湯姆遜 D．道爾頓 答案　C 解析　湯姆遜“葡萄干布丁”模型開始涉及原子內部的結構。盧瑟福提出原子結構的核式模型；玻爾建立了核外電子分層排布的原子結構模型；道爾頓建立了原子學說。 3．關于原子模型的演變過程，正確的是(　　) A．湯姆遜原子模型→道爾頓原子模型→盧瑟福原

15、子模型→玻爾原子模型→量子力學模型 B．湯姆遜原子模型→盧瑟福原子模型→玻爾原子模型→量子力學模型→道爾頓原子模型 C．道爾頓原子模型→盧瑟福原子模型→湯姆遜原子模型→玻爾原子模型→量子力學模型 D．道爾頓原子模型→湯姆遜原子模型→盧瑟福原子模型→玻爾原子模型→量子力學模型 答案　D 題組2　氫原子光譜及玻爾原子結構模型 4．在實驗室中用下列裝置可以得到氫原子光譜，實驗證明該光譜為線狀光譜，該光譜的發(fā)現在原子結構的認識過程中，有極為重要的意義，根據它產生了(　　) A．盧瑟福核式原子模型 B．湯姆遜“葡萄干布丁”模型 C．玻爾核外電子分層排布模型 D．原子結構的量子力學

16、模型 答案　C 解析　玻爾的原子結構模型是為了解釋氫原子光譜為線狀光譜而不是連續(xù)光譜而提出的。 5．原子光譜是線狀光譜，是由不連續(xù)的譜線組成的，這表明(　　) A．原子發(fā)射的光是單色光 B．白光可以由多種單色光組成 C．在原子中只有某些電子能夠躍遷產生光譜 D．原子中的電子可以處于某些特定的能量狀態(tài)，即電子的能量是量子化的 答案　D 解析　光譜分為連續(xù)光譜和線狀光譜，無論是單色光還是白光，都是連續(xù)光譜，原子光譜是線狀光譜，也就是由具有特定頻率的光形成的譜線。原子光譜之所以產生這種特定的譜線，是由于電子的能量是量子化的，電子躍遷的始態(tài)和終態(tài)的能量差也是量子化的。 6．元素

17、Na的焰色反應呈黃色，其中黃色對應的輻射波長為(　　) A．404.4 nm B．553.5 nm C．589.2 nm D．670.8 nm 答案　C 解析　黃色波長介于589.0～589.6 nm之間，只有C符合。 7．元素Na的焰色反應呈黃色，從能量變化的角度其光譜類型屬于(　　) A．發(fā)射光譜 B．吸收光譜 C．連續(xù)光譜 D．線狀光譜 答案　A 解析　焰色反應是待測物的金屬元素吸收能量后，原子中的電子發(fā)生躍遷變?yōu)榧ぐl(fā)態(tài)，而激發(fā)態(tài)不穩(wěn)定，釋放能量變?yōu)檩^低能量的激發(fā)態(tài)或基態(tài)，產生發(fā)射光譜。 題組3　基態(tài)與激發(fā)態(tài)原子 8．同一原子的基態(tài)和激發(fā)態(tài)相比較，正

18、確的是(　　) ①基態(tài)時的能量比激發(fā)態(tài)時高　 ②基態(tài)時比較穩(wěn)定 ③基態(tài)時的能量比激發(fā)態(tài)時低　 ④激發(fā)態(tài)時比較穩(wěn)定 A．①② B．②③ C．①④ D．③④ 答案　B 解析　對同一原子，基態(tài)時比較穩(wěn)定，基態(tài)時的能量比激發(fā)態(tài)時低，②③正確，①④錯誤。 9．下列說法正確的是(　　) A．自然界中的所有原子都處于基態(tài) B．同一原子處于激發(fā)態(tài)時的能量一定高于基態(tài)時的能量 C．無論原子種類是否相同，基態(tài)原子的能量總是低于激發(fā)態(tài)原子的能量 D．激發(fā)態(tài)原子的能量較高，極易失去電子，表現出較強的還原性 答案　B 解析　自然界中的原子有的處于基態(tài)，有的處于激發(fā)態(tài)，A項錯誤；同一種原

19、子處于激發(fā)態(tài)時的能量一定高于基態(tài)時的能量，若原子種類不同，則不一定如此，B項正確，C項錯誤；激發(fā)態(tài)原子的能量較高，容易躍遷到能量較低的激發(fā)態(tài)或基態(tài)，能量降低，激發(fā)態(tài)原子若要失去電子，仍必須再吸收能量，失去電子難易程度需根據原子的具體情況而定，有的激發(fā)態(tài)原子易失去電子，有的激發(fā)態(tài)原子難失去電子，D項錯誤。 10．下圖中所發(fā)生的現象與電子的躍遷無關的是(　　) 答案　D 解析　燃放煙火、霓虹燈、燃燒蠟燭等獲得的光能都是電子躍遷時能量以光的形式釋放出來導致的，而平面鏡成像則是光線反射的結果。 11．下列對焰色反應的描述正確的是(　　) A．焰色反應是單質的性質 B．焰

20、色反應是化學變化 C．焰色反應是金屬原子失去電子時吸收能量產生的現象 D．焰色反應是金屬原子或離子中的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)或基態(tài)時，將能量以光的形式釋放出來的現象 答案　D 解析　焰色反應是金屬原子或離子中的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)或基態(tài)時，將能量以光的形式釋放出來的現象，變化過程中并沒有新物質生成，是物理變化，而不是化學變化。 12．下列說法不能用玻爾的原子結構模型解釋的是(　　) A．氫原子光譜為線狀光譜 B．在一定的穩(wěn)定軌道上，運動的核外電子不能發(fā)射電磁波 C．氫原子中處于激發(fā)態(tài)的電子能量高 D．氫原子在可見光區(qū)形成紫色譜線時

21、說明電子從基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài) 答案　D 解析　原子核外電子從激發(fā)態(tài)躍遷到基態(tài)時才會形成發(fā)射光譜，D項符合題意。 [綜合強化] 13．回答下列問題： (1)日光等白光經棱鏡折射后產生的是________光譜。原子光譜是________光譜。 (2)吸收光譜是________的電子躍遷為________的電子產生的，此過程中電子________能量；發(fā)射光譜是________的電子躍遷為________的電子產生的，此過程中電子________能量。 答案　(1)連續(xù)　線狀　(2) 基態(tài)　激發(fā)態(tài)　吸收　激發(fā)態(tài)　基態(tài)　釋放 14．(1) 1861年德國人基爾霍夫(G.R.Kirchho

22、ff)和本生(R.W.Bunsen)研究鋰云母的某譜時，發(fā)現在深紅區(qū)有一新線，從而發(fā)現了銣元素，他們研究的是___________________________。 (2)含有鉀元素的鹽的焰色反應為______色。許多金屬鹽都可以發(fā)生焰色反應，其原因是________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 答案　(1)原子光譜 (2)紫　激發(fā)態(tài)的電子從能量較高的軌道躍遷到能量較低的軌道時，以一定波長(可見光區(qū)域)光的形式釋放能量