1、第2节 原子结构 玻尔理论-2-基础夯实 自我诊断 一、原子结构 1.电子的发现 英国物理学家汤姆孙在研究阴极射线时发现了电子,提出了原子的“枣糕模型”。2.原子的核式结构(1)19091911年,英籍物理学家卢瑟福 进行了粒子散射实验,提出了核式结构模型。粒子散射实验图象-3-基础夯实 自我诊断(2)粒子散射实验的结果:绝大多数粒子穿过金箔后,基本上仍沿原来的方向前进,但有少数粒子发生了大角度偏转,偏转的角度甚至大于90,也就是说它们几乎被“撞了回来”,如图所示。(3)原子的核式结构模型:原子中带正电部分的体积很小,但几乎占有全部质量,电子在正电体的外面运动。-4-基础夯实 自我诊断 二、氢
2、原子光谱 玻尔理论 1.光谱:用光栅或棱镜可以把光按波长展开,获得光的波长(频率)和强度分布的记录,即光谱。2.光谱分类 3.氢原子光谱的实验规律 巴耳末线系是氢原子光谱在可见光区的谱线,其波长公式1=R 122-12 (n=3,4,5,),R 是里德伯常量,R=1.10107 m-1,n 为量子数。-5-基础夯实 自我诊断 4.光谱分析:利用每种原子都有自己的线状 谱线,可以用来鉴别物质和确定物质的组成成分,且灵敏度很高,在发现和鉴别化学元素上有着重大的意义。-6-基础夯实 自我诊断 三、氢原子的能级结构、能级公式 1.定态:原子只能处于一系列不连续 的能量状态中,在这些能量状态中原子是稳定
3、 的,电子虽然绕核运动,但并不向外辐射能量。2.跃迁:原子从一种定态跃迁到另一种定态时,它辐射 或吸收 一定频率的光子,光子的能量由这两个定态的能量差决定,即h=Em-En。(h是普朗克常量,h=6.62610-34 Js)3.轨道:原子的不同能量状态跟电子在不同的圆周轨道绕核运动相对应。原子的定态是不连续的,因此电子的可能轨道也是不连续 的。-7-基础夯实 自我诊断 4.氢原子的能级、能级公式(1)氢原子的能级图(如图所示)-8-基础夯实 自我诊断(2)氢原子的能级和轨道半径 氢原子的能级公式:En=E1(n=1,2,3,),其中E1为基态能量,其数值为E1=-13.6 eV。氢原子的轨道半
4、径公式:rn=n2r1(n=1,2,3,),其中r1为基态半径,又称玻尔半径,其数值为r1=0.5310-10 m。12-9-基础夯实 自我诊断 请判断下列说法是否正确?(1)原子中绝大部分是空的,原子核很小。()(2)核式结构学说是卢瑟福在粒子散射实验的基础上提出的。()(3)氢原子光谱是由一条一条亮线组成的。()(4)玻尔理论成功地解释了氢原子光谱,也成功地解释了氦原子光谱。()(5)按照玻尔理论,核外电子均匀分布在各个不连续的轨道上。()-10-基础夯实 自我诊断 1.在卢瑟福粒子散射实验中,有少数粒子发生了大角度偏转,其原因是()A.原子的正电荷和绝大部分质量集中在一个很小的核上 B.
5、正电荷在原子内是均匀分布的 C.原子中存在着带负电的电子 D.原子只能处于一系列不连续的能量状态中 答案 解析 解析 关闭卢瑟福粒子散射实验中使卢瑟福惊奇的就是粒子发生了较大角度的偏转,这是由于粒子带正电,而原子核极小,且原子核带正电,A正确,B错误。粒子能接近原子核的机会很小,大多数粒子都从核外的空间穿过,而与电子碰撞时如同子弹碰到尘埃一样,运动方向不会发生改变,C、D的说法没错,但与题意不符。答案 解析 关闭A-11-基础夯实 自我诊断 2.(多选)右图为卢瑟福和他的同事们做粒子散射实验装置的示意图,荧光屏和显微镜一起分别放在图中的A、B、C、D四个位置时所观察到的现象,下述说法正确的是(
6、)A.放在A位置时,相同时间内观察到屏上的闪光次数最多 B.放在B位置时,相同时间内观察到屏上的闪光次数只比A位置时稍少些 C.放在C、D位置时,屏上观察不到闪光 D.放在D位置时,屏上仍能观察到一些闪光,但次数极少 答案 解析 解析 关闭根据粒子散射现象,绝大多数粒子沿原方向前进,少数粒子发生较大偏转,所以A、B、D正确。答案 解析 关闭ABD-12-基础夯实 自我诊断 3.一个氢原子从n=3能级跃迁到n=2能级,该氢原子()A.放出光子,能量增加B.放出光子,能量减少 C.吸收光子,能量增加D.吸收光子,能量减少 答案 解析 解析 关闭氢原子从高能级向低能级跃迁时,放出光子,能量减少,故选
7、项B正确,选项A、C、D错误。答案 解析 关闭B-13-基础夯实 自我诊断 4.右图为氢原子的能级示意图,其中E1为基态,若氢原子A处于激发态E2,氢原子B处于激发态E3,则下列说法正确的是()A.原子A可能辐射出3种频率的光子 B.原子B可能辐射出3种频率的光子 C.原子A能够吸收原子B发出的光子并跃迁到能级E4 D.原子B能够吸收原子A发出的光子并跃迁到能级E4 答案 解析 解析 关闭原子A从激发态E2跃迁到E1,只辐射一种频率的光子,A错误;原子B从激发态E3跃迁到基态E1可能辐射三种频率的光子,B正确;由原子能级跃迁理论可知,原子A可能吸收原子B由E3跃迁到E2时放出的光子并跃迁到E3
8、,但不能跃迁到E4,C错误;A原子发出的光子能量E=E2-E1大于E=E4-E3,故原子B不可能吸收A原子发出的光子能量,也就不能跃迁到能级E4,D错误。答案 解析 关闭B-14-考点一 考点二 考点一 原子的核式结构(自主悟透)1.粒子散射实验(1)粒子散射实验装置(2)粒子散射实验的结果:绝大多数粒子穿过金箔后基本上仍沿原来的方向前进,但少数粒子穿过金箔后发生了大角度偏转,极少数粒子甚至被“撞了回来”。-15-考点一 考点二 2.原子的核式结构模型(1)粒子散射实验结果分析 核外电子不会使粒子的速度发生明显改变。汤姆孙模型不能解释粒子的大角度散射。绝大多数粒子沿直线穿过金箔,说明原子中绝大
9、部分是空的;少数粒子发生较大角度偏转,反映了原子内部集中存在着对粒子有斥力的正电荷;极少数粒子甚至被“撞了回来”,反映了个别粒子正对着质量比粒子大得多的物体运动时,受到该物体很大的斥力作用。(2)核式结构模型的局限性 卢瑟福的原子核式结构模型能够很好地解释粒子散射实验现象,但不能解释原子光谱是特征光谱和原子的稳定性。-16-考点一 考点二 突破训练 1.在卢瑟福粒子散射实验中,金箔中的原子核可以看作静止不动,下列各图画出的是其中两个粒子经历金箔散射过程的径迹,正确的是()答案 解析 解析 关闭金箔中的原子核与粒子都带正电,粒子接近原子核过程中受到斥力而不是引力作用,A、D错误;由原子核对粒子的
10、斥力作用及物体做曲线运动的条件,知曲线轨迹的凹侧应指向受力一方,选项B错,C对。答案 解析 关闭C-17-考点一 考点二 2.下图是卢瑟福的粒子散射实验装置示意图,在一个小铅盒里放有少量的放射性元素钋,它发出的粒子从铅盒的小孔射出,形成很细的一束射线,射到金箔上,最后打在荧光屏上产生闪烁的光点。下列说法正确的是()A.该实验是卢瑟福建立原子核式结构模型的重要依据 B.该实验证实了汤姆孙原子模型的正确性 C.粒子与原子中的电子碰撞会发生大角度偏转 D.绝大多数的粒子发生大角度偏转 答案 解析 解析 关闭卢瑟福根据粒子散射实验,提出了原子核式结构模型,选项A正确,B错误;电子质量太小,与粒子碰撞对
11、粒子运动的影响不大,选项C错误;粒子散射实验的现象是绝大多数粒子穿过金箔后,基本上仍沿原方向前进,D错误。答案 解析 关闭A-18-考点一 考点二 考点二 氢原子的能级及能级跃迁(多维探究)1.定态间的跃迁满足能级差(1)从低能级(n)高能级(m)吸收能量。h=Em-En(2)从高能级(m)低能级(n)放出能量。2.电离 电离态与电离能 电离态:n=,E=0 基态电离态:E吸0-(-13.6 eV)=13.6 eV。激发态电离态:E吸0-En=En 如吸收能量足够大,克服电离能后,获得自由的电子还携带动能。-19-考点一 考点二 考向1 能级图的理解和应用 例1(多选)氢原子能级如图所示,当氢
12、原子从n=3能级跃迁到n=2的能级时,辐射光的波长为656 nm。以下判断正确的是()A.氢原子从n=2能级跃迁到n=1的能级时,辐射光的波长大于656 nm B.用波长为325 nm的光照射,可使氢原子从n=1跃迁到n=2的能级 C.一群处于n=3能级上的氢原子向低能级跃迁时最多产生3种谱线 D.用波长为633 nm的光照射,不能使氢原子从n=2能级跃迁到n=3的能级 答案 解析 解析 关闭根据氢原子的能级图和能级跃迁规律,当氢原子从 n=2 能级跃迁到n=1的能级时,辐射光的波长一定小于 656 nm,因此 A选项错误;波长为 325 nm 光子的能量 E=h=h=6.6310-34310
13、83.2510-7 J=6.1210-19J=3.83 eV,根据发生跃迁只能吸收和辐射一定频率的光子,可知 B 选项错误,D 选项正确;一群处于 n=3 能级上的氢原子向低能级跃迁时可以产生 3 种频率的光子,所以 C 选项正确。答案 解析 关闭CD-20-考点一 考点二 考向2 氢原子能量分析 例2(2016福建三明模拟)按照玻尔理论,一个氢原子中的电子从一半径为ra的圆轨道自发地直接跃迁到一半径为rb的圆轨道上,已知rarb,则在此过程中()A.原子要放出某一频率的光子,电子的动能增大,原子的电势能减小,原子的能量也减小 B.原子要吸收某一频率的光子,电子的动能减小,原子的电势能减小,原
14、子的能量也减小 C.原子要放出一系列频率的光子,电子的动能减小,原子的电势能减小,原子的能量也减小 D.原子要吸收一系列频率的光子,电子的动能增大,原子的电势能增大,原子的能量也增大 答案 解析 解析 关闭由玻尔氢原子理论知,电子轨道半径越大,原子能量越大,当电子从 ra跃迁到 rb 时,原子能量减小,放出光子;在电子跃迁过程中,库仑力做正功,原子的电势能减小;库仑力提供电子做圆周运动的向心力,即 22=2,r 减小,电子速度增大,动能增大,综上所述可知 A 正确。答案 解析 关闭A-21-考点一 考点二 规律总结解答氢原子能级图和原子跃迁问题应注意:(1)能级之间发生跃迁时放出(吸收)光子的
15、频率由h=Em-En决定,波长可由公式c=求得。(2)一个氢原子跃迁发出可能的光谱线条数最多为(n-1)。(3)一群氢原子跃迁发出可能的光谱线条数的两种求解方法 用数学中的组合知识求解:N=利用能级图求解:在氢原子能级图中将氢原子跃迁的各种可能情况一一画出,然后相加。C2=(-1)2。-22-考点一 考点二 突破训练 3.(多选)(2016广东汕头一模)氢原子的能级如图所示。氢原子从n=4能级直接向n=1能级跃迁所放出的光子,恰能使某金属产生光电效应,下列判断正确的是()A.氢原子辐射出光子后,氢原子能量变大 B.该金属的逸出功W0=12.75 eV C.用一群处于n=3能级的氢原子向低能级跃
16、迁时所发出的光照射该金属,该金属仍有光电子逸出 D.氢原子处于n=1能级时,其核外电子在最靠近原子核的轨道上运行 答案 解析 解析 关闭氢原子发生跃迁,辐射出光子后,氢原子能量变小,故A错误;因为恰能使某金属产生光电效应,由于E=13.6 eV-0.85 eV=12.75 eV,所以逸出功W0=12.75 eV,故B正确;一群处于n=3能级的氢原子向低能级跃迁时,辐射的能量小于从n=4能级直接向n=1能级跃迁所放出的光子能量,则不会发生光电效应,故C错误;根据玻尔原子模型可知,处于n=1能级时,其核外电子在最靠近原子核的轨道上运动,故D正确。答案 解析 关闭BD-23-考点一 考点二 4.氢原
17、子在基态时轨道半径r1=0.5310-10 m,能量E1=-13.6 eV,求氢原子处于基态时(1)电子的动能。(2)原子的电势能。(3)用波长是多少的光照射可使其电离?答案 解析 解析 关闭(1)设处于基态的氢原子核外电子的速度为 v1,则有k 212=121所以电子动能 Ek1=12 12=221=9109(1.610-19)220.5310-101.610-19 eV=13.6 eV。(2)因为 E1=Ek1+Ep1所以 Ep1=E1-Ek1=-13.6 eV-13.6 eV=-27.2 eV。(3)设用波长为 的光照射可使氢原子电离,有=0-E1所以=-1=-6.6310-343108-13.61.610-19m=9.1410-8 m。答案 解析 关闭(1)13.6 eV(2)-27.2 eV(3)9.1410-8 m
