1、第1节原子结构模型基础课时1原子结构模型学 习 任 务1通过了解有关核外电子运动模型的历史发展过程，体会科学家在科学探究中的艰辛和丰功伟绩，培养科学态度与社会责任的核心素养。2知道电子运动的能量状态具有量子化的特征(能量不连续) 电子可以处于不同的能级，在一定条件下会发生激发与跃迁。培养宏观辨识与微观探析的核心素养。3认识核外电子的运动特点。知道电子的运动状态(空间分布及能量)可通过原子轨道和电子云模型来描述。建立认知模型，培养证据推理与模型认知的核心素养。一、氢原子光谱和玻尔的原子结构模型1原子结构模型的发展史道尔顿原子论 汤姆孙“葡萄干布丁”模型 卢瑟福核式模型 玻尔核外电子分层排布的原子
2、结构模型 量子力学模型2光谱和氢原子光谱(1)光谱概念：利用原子光谱仪将物质吸收的光或发射的光的频率(或波长)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，氢原子光谱是否只有1条谱线？提示：不是。氢原子电子跃迁到不同原子轨道时产生不同的光谱谱线。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，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(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
3、，称为_基态；能量高于基态能量的状态，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，指出了电子所处的轨道的能量是量子化的。如图是氢原子的两个光谱，分别是发射光谱和吸收光谱。两者有什么共同点？提示：氢原子光谱是线状的，且是不连续的。二、量子力学对原子核外电子运动状态的描述1原子轨道(1)电子层将量子数n所描述的电子运动状态称为电子层。分层标准电子离核的远近取值1234567符号KLMNOPQ能量逐渐升高离核越来越远(2)能级：
4、在同一电子层中，电子所具有的能量可能不同，所以同一电子层可分成不同的能级，用s、p、d、f等来表示。电子层序数与能级数之间有何关系？提示：电子层序数能级数，如M电子层有3个能级。(3)原子轨道概念单个电子在原子核外的空间运动状态各能级上对应的原子轨道数nsnpndnf1357电子层序数与原子轨道数之间有何关系？提示：电子层为n的状态含有n2个原子轨道。(4)自旋运动状态在核外运动的电子还存在一种被称为“自旋”的量子化运动。处于同一原子轨道上的电子自旋状态只能有2种，分别用符号“”和“”表示。2原子轨道的图形描述单个电子的空间运动状态|3电子在核外的空间分布(1)电子云图：描述电子在核外空间某处
5、单位体积内的概率分布的图形。(2)意义：点密集的地方，表示电子在此处单位体积内出现的概率大；点稀疏的地方，表示电子在此处单位体积内出现的概率小。(1)电子的自旋状态与地球的自转类似。()(2)电子云中的每一个小点就是一个电子。()答案(1)(2)正确认识原子的能量状态与光谱的关系氢原子光谱氢原子光谱实验表明：氢原子在一般情况下并不辐射电磁波；氢原子光谱不是连续光谱，而是线状光谱。1电子跃迁是不是仅指电子由基态跃迁至激发态？提示：不是。电子在不同能级中的跃迁均属于电子跃迁，可由高能量的能级跃迁至低能量的能级，也可以由低能量的能级跃迁至高能量的能级。2氢原子光谱为什么是线状光谱？提示：电子在不同轨
6、道上运动时能量不同，且能量值是不连续的，氢原子的电子从一个能级跃迁到另一个能级时，吸收或释放一定的能量，就会吸收或释放具有一定频率的光，并被光谱分析仪记录下来，得到线状光谱。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：2光谱与光谱分析光谱：不同元素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
7、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。1下列图象中所发生的现象与电子跃迁无关的是()A燃放烟花B霓虹灯广告C燃烧蜡烛D平面镜成像D平面镜成像为物理学原理中的光学现象，与电子跃迁无关。2下列说法正确的是()A自然界中的所有原子都处于基态B
8、同一种原子处于激发态时的能量一定高于基态时的能量C无论原子种类是否相同，基态原子的能量总是低于激发态原子的能量D激发态原子的能量较高，极易失去电子，表现出较强的还原性B自然界中的原子有的处于基态，有的处于激发态，A项错误；同一种原子处于激发态时的能量一定高于基态时的能量，若原子种类不同，则不一定如此，所以B项正确，C项错误；激发态原子的能量较高，容易转换成能量较低的激发态或基态，能量降低，该过程为物理变化，与还原性无关，故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为()A电子由激发态向基态跃迁时以光的形式释放能量B电子由基态向激发态跃迁时吸收除红光以外的光线C
9、氖原子获得电子后转变成发出红光的物质D在电流作用下，氖原子与构成灯管的物质反应A通电后基态氖原子的电子吸收能量，跃迁到较高能级，由于处于激发态的氖原子不稳定，则电子从激发态跃迁到较低能级的激发态乃至基态时，多余的能量以光的形式释放出来，光的波长对应一定的颜色，则A正确，B错误；霓虹灯发光过程中没有新物质生成，则C、D错误。正确认识核外电子运动状态某品牌氮化镓充电器是1A1C双口设计，可以支持电脑和笔记本一起充电，体积肯定也是足够小巧便携的，而且插脚还能折叠。镓元素为第A族的金属元素，其原子结构示意图为。1该元素的原子核外共有多少个电子层？第4层上的能级符号如何表示？分别是多少？ 提示：该元素的
10、原子核外共有4个电子层，第4层上的能级符号分别为4s、4p、4d、4f。2该元素原子的次外层上电子有多少种空间运动状态？多少个电子的运动状态？提示：电子的空间运动状态是指原子轨道，该元素的次外层为第三层(M层)，共有3个能级9个原子轨道；在原子中每个电子的运动状态都是不同的，故第三层共有18种电子的运动状态。31s轨道与2s轨道有何区别？提示：1s轨道的形状与2s轨道形状相同，但大小不同，1s轨道的电子能量比2s轨道能量低。1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能级呈哑铃形，有
11、3个原子轨道，在空间分别向x、y、z三个方向伸展，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。s轨道为球形，p轨道为哑铃形(或纺锤形)，并不是说s能级电子绕核做圆周运动，p能级电子绕核做“”运动。2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。3电子层、能级和原子轨道之间的关系量子数(电子层)1234n电子层符号KLMN能级符号1s2s2p3s3p3d4s4p4d4f能级中轨道数1131351357
12、电子层中轨道数14916n2电子运动状态种数2818322n24不同电子层、相同能级的原子轨道的结构特点：电子层序数n不同时，s轨道的形状相同，大小不同，即s轨道半径大小关系为1s2s3s；同理，p轨道形状也相同，但大小不同。5不同原子轨道能量大小的关系每一电子层最多能容纳的电子数为2n2(n为电子层序数)。原子核外电子按能量不同分为不同的电子层，同一电子层又按能量不同分为不同的能级，每个能级(s能级除外)中又分为能量相同但空间分布不同的原子轨道，每个轨道中最多填充2个自旋状态不同的电子。由此可知，在任何一个原子中找不到两个完全相同的电子。1下列关于核外电子的运动状态的说法错误的是()A核外电
13、子是分层运动的B只有电子层、能级、电子云的空间伸展方向以及电子的自旋状态都确定时，电子运动状态才能被确定C只有电子层、能级、电子云的空间伸展方向以及电子的自旋状态都确定时，才能确定每一个电子层的最多轨道数D电子云的空间伸展方向与电子的能量大小无关C电子所具有的能量不同，会在不同的电子层上运动，A项正确；电子运动状态是由电子层、能级、电子云的空间伸展方向以及电子的自旋状态共同决定的，B项正确；同一能级的电子具有相同的能量，与电子云的空间伸展方向无关，D项正确；可由电子层数确定原子轨道数，C项错误。2(2021日照高二检测)下列电子层中，包含有f能级的是()AK电子层BL电子层CM电子层DN电子层
14、DK层包含s能级，L层包含s、p能级，M层包含s、p、d能级，N层包含s、p、d、f能级。3(2021宁德高二检测)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Bs电子的电子云形状是球形对称的C电子先沿z轴正半轴运动，然后再沿负半轴运动D2px轨道能量与2pz轨道能量相同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A对、C错；s轨道是球形对称的，s电子的电子云是球形对称的，故B对；观察该图可知A对；2p三个轨道的能量相同，D对。1下图的原子结构模型中依次符合卢瑟福、道尔顿、汤
15、姆孙的观点的是()ABCDB卢瑟福提出了原子结构的核式模型；道尔顿认为原子是一个实心的球体；汤姆孙在发现电子的基础上提出了原子结构的“葡萄干布丁”模型。2玻尔理论不能解释()A氢原子光谱为线状光谱B在一给定的稳定轨道上运动的核外电子不辐射能量C氢原子的可见光区谱线D在外加磁场存在时氢原子光谱有多条谱线D玻尔只引入一个量子数n，比较好地解释了氢原子光谱为线状光谱，稳定轨道上运动的核外电子不辐射能量，但是对于较复杂的光谱现象(如在外加磁场存在时，氢原子光谱中的一条谱线分裂为多条)却难以解释，而这些就要靠量子力学理论来解释。3下列各组多电子原子的原子轨道能量高低比较中，错误的是 ()A2s2p B3
16、px3py C3s3pB同一电子层上原子轨道的能量高低为nsnp3p，D正确。4图甲和图乙分别是1s电子的概率密度分布图和原子轨道图。下列有关认识正确的是()甲 乙A图甲中的每个小黑点表示1个电子B图甲中的小黑点表示某一时刻，电子在核外所处的位置C图乙表示1s电子只能在球体内出现D图乙表明1s轨道呈球形，有无数对称轴D图甲中每个小黑点并不代表一个电子，而是代表电子出现的概率密度，不是电子在核外所处的位置，故A、B错误；“轨道”是指电子在原子核外空间出现概率较大的区域，故C错误；1s轨道呈球形，有无数对称轴，故D正确。5K层有_个能级，用符号分别表示为_，L层有_个能级，用符号分别表示为_，M层有_个能级，用符号分别表示为_。由此可推知n电子层最多可能有_个能级，能量最低的两个能级其符号分别表示为_，它们的原子轨道电子云形状各为_、_。解析此题对电子层和能级的关系作了总结，有助于理解和掌握以下几个基本内容：第n个电子层有n个能级；核外电子的能量取决于该电子所处的电子层和能级；s能级和p能级电子云的形状。答案11s22s、2p33s、3p、3dnns、np球形哑铃形