資源簡介

(共25張PPT)
第一節 原子結構
第1課時：能層與能級
基態與激發態 原子光譜
第一章 原子結構與性質
學習目標
1.了解有關核外電子運動模型的歷史發展過程，認識核外電子的運動特點。
2.知道電子運動的能量狀態，具有量子化的特征。能從電子躍遷角度初步解釋原子光譜的形成，強化“結構決定性質”的觀念。電子可以處于不同的能級，在一定條件下會發生激發與躍遷。
新課導入
比爾蓋茨的實體版元素周期表
推薦觀看紀錄片
BBC 《化學史》三集
BBC 《原子》 三集
推薦閱讀書籍
《上帝擲骰子嗎》
關于原子（“ατομ” atom）
原子是如何被發現的？
公元前460年，希臘哲學家德謨克利特等人認為 ：
萬物是由大量的不可分割的微粒構成的，即原子。
原子結構發展史
首臺掃描隧道顯微鏡1981年被發明
原子看不見，道爾頓是怎么知道的？
證據+推理
證據一：質量守恒定律
聯想
在化學反應中，參加反應前各物質的質量總和等于反應后生成各物質的質量總和。
質量守恒定律是俄國科學家羅蒙諾索夫于1756年最早發現的。
積木不變
房屋在變
表明物質在化學反應時以某種方式重組，得到了具有新的性質的新的物質
證據二：定比定律：化合物都有確定的組成，又稱為定組成定律。
屋頂上的銅綠
實驗室制取的堿式碳酸銅
天然礦石
57.48%Cu
5.43%C
0.91%H
36.18%O
不管來源是什么，堿式碳酸銅都有相同的組成
一種純凈的化合物，無論它的來源如何，無論用何種方法測定，他的組分元素的質量都有一定的比例
確定的質量比意味著？
當兩種元素化合生成一種以上的化合物時，與一定質量某種元素
化合的另一種元素的質量之間成簡單整數比。
氫氧化合物 總質量（g） 氫的質量（g） 氧的質量（g）
化合物A 100 11.11 88.89
化合物B 100 5.68 94.12
氮氧化合物 總質量（g） 氫的質量（g） 氧的質量（g）
化合物A 100 30.43 69.57
化合物B 100 46.67 53.33
化合物C 100 63.64 36.36
1.00
1.00
8.00
16.00
1.00
1.00
1.00
2.28
1.14
0.57
證據三：倍比定律
原子看不見，是怎么知道的？
整數 ：用來數“物體”的數目。
“物體”：擁有確定且相同質量的各微粒。
“微粒”：可稱為原子
早期原子分子論
1. 每種元素都是由微小的、相同的粒子組成，稱為原子。
2. 單一元素的所有原子都有相同的特征質量。
3. 這些原子的質量在化學反應中不會發生變化。
4. 每種化合物都是由相同的分子構成，即由原子間通過簡單整數比形成的相同的微粒。
哲學思辨
基于實證，科學理論
葡萄干面包模型
1897年，湯姆生通過陰極射線的偏轉實驗在原子內部發現了電子，人們終于拋棄了原子不可分割的陳舊觀念。
1911年，盧瑟福通過精密的
α粒子轟擊金箔實驗證明在原子中心有一個極小的核，電子繞核做高速旋轉。
核式（行星太陽）模型
1904年
1911年
原子模型的發展
盧瑟福的核式結構“困境”
1. 原子的穩定性
經典物理學中指出，任何帶電粒子在做加速運動的過程中都要以發射電磁波的方式放出能量，以致軌道半徑越來越小，最后消失在原子核中，并導致原子坍縮。
事實上原子的結構十分穩定
2. 原子的線性光譜
*光是一種電磁波。光是能量的一種形式。
氫原子的光譜不是連續的，而是線性的，在可見光區有4條譜線
1913年
電子分層排布模型
丹麥科學家
玻爾
研究了氫原子的光譜后，根據量子力學的觀點，大膽突破傳統思想的束縛，提出了新的原子結構模型基本假設
玻爾的原子模型
能量的量子化
位置和能量是連續的
位置和能量是不連續的
氫原子的能級圖
Hδ
Hγ
Hβ
Hα
H
可見光光子的能量范圍為:1.62eV～3.11eV
原子光譜
通常,電子處在能量最低的軌道(基態)上運動;
電子在高能量軌道（激發態）上運動
吸收
能量
釋放能量
每一次躍遷(輻射或吸收)的能量以光的形式產生一條分立的譜線，被記錄下來，
就形成了光譜。
躍遷
吸收光譜
發射光譜
暗色背景，亮譜線
亮色背景，暗譜線
激發態
K
L
M
N
能量
基態
原子光譜
通常,電子處在能量最低的軌道(基態)上運動;
電子在高能量軌道（激發態）上運動
吸收
能量
釋放能量
焰火
霓虹燈光
激光
LED燈光
學生活動：閱讀教材P8第一自然段和圖1-4，回答以下問題：
2.原子光譜的應用：
3.光譜分析的定義：
鑒定元素，發現新元素
例如：銫(1860年)和銣(1861年),其光譜圖中有特征的藍光和紅光，它們的拉丁文名稱由此得名。又如，稀有氣體氦的原意是“太陽元素”,是1868年分析太陽光譜發現的，最初人們以為它只存在于太陽，后來才在地球上發現。
在現代化學中，常利用原子光譜上的特征譜線來鑒定元素，稱為光譜分析
1.電子躍遷屬于物理變化還是化學變化？
電子的躍遷是物理變化(未發生電子轉移)
1913年
電子分層排布模型
丹麥科學家
玻爾
研究了氫原子的光譜后，根據量子力學的觀點，大膽突破傳統思想的束縛，提出了新的原子結構模型基本假設
(1)原子核外電子在一系列穩定的軌道上運動，這些軌道稱為原子軌道。
核外電子在原子軌道上運動時，既不輻射能量，也不吸收能量。
(2)不同的原子軌道具有不同的能量，原子軌道的能量變化是不連續的。能量最低的
狀態叫做基態，其他狀態叫激發態。
(3)電子在能量不同的軌道上發生躍遷時，才會輻射或吸收能量，形成光譜。
玻爾獲得了1922年的諾貝爾物理學獎
玻爾的原子模型
玻爾原子模型只限于解釋氫原子或類氫原子（單電子）的光譜
無法較好解釋多電子原子的光譜。
電子云模型
（1927~1935年）
現代物質結構學說。 [電子在原子核外很小的空間內做高速運動，其運動規律與一般物體不同，沒有確定的軌道]
氫原子電子云圖
(量子力學模型)
人類認識原子的歷史是漫長的，也是無止境的。
對應訓練
【典例1】下列現象和應用與電子躍遷無關的是（ ）
A.激光 B.焰色試驗 C.緩慢氧化放熱 D.霓虹燈
【解析】 電子躍遷本質上是組成物質的粒子(原子、離子或分子)中電子的一種能量變化，如激光、焰色試驗、霓虹燈都與電子躍遷有關。激光與電子躍遷有關，故A錯誤；當堿金屬及其鹽在火焰上灼燒時，原子中的電子吸收了能量，從能量較低的軌道躍遷到能量較高的軌道，但處于能量高軌道上的電子是不穩定的，很快躍遷回能量較低的軌道，這時就將多余的能量以光的形式放出，因而能使火焰呈現顏色，與電子躍遷有關，故B錯誤；緩慢氧化放熱是化學能轉化為熱能，與電子躍遷無關，故C正確；霓虹燈的各色的光是原子核外電子發生能級躍遷的結果，與電子躍遷有關，故D錯誤。答案：C
對應訓練
【典例2】對充有氖氣的霓虹燈管通電，燈管發出紅色光。產生這一
現象的主要原因是（ ）
A.電子由激發態向基態躍遷時以光的形式釋放能量
B.電子由基態向激發態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生反應
【解析】在電流作用下，基態氖原子的電子吸收能量躍遷到較高能級，變為激發態原子，這一過程要吸收能量，不會發出紅色光；而電子從較高能量的激發態躍遷到較低能量的激發態或基態時，將釋放能量，從而產生紅光，A項正確。答案：A
給原子核外空間分區—能層
能量規律：
原子核外電子總是盡可能先排布在能量較低的能層上，然后由內向外依次排布在能量逐漸升高的電子層。
一般情況下能層越高，電子的能量越高。
E(K)＜E(L)＜E(M)＜E(N)＜E(O)＜E(P)＜E(Q)
能層 一 二 三 四 五 六 七
符號 K L M N O P Q
最多電子數 2 8 18 32 50 72 98
2×12
2×22
2×32
2×42
2×52
2×62
2×72
2n2
數量規律： 第n層最多可容納的電子數為2n2
給原子核外空間分區—能層—能級
在多電子原子中，同一能層的電子，能量可能不同，還可以把能層分成不同的能級。
能層 K L M N O
能級 1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s 4p 4d 4f 5s 5p …
最多電子數 2 2 6 2 6 10 2 6 10 14 2 6 …
s、p、d、f…排序的各能級可容納的最多電子數依次為 ；
英文字母相同的不同能級中所能容納的最多電子數 ;
相同
1、3、5、7…的2倍
同一能層，各能級的能量順序： ;
ns各能級最多容納的電子數：
用能層能級描述你的位置
幼兒園
小學
初中
高中
大學
高中
二年級
能層——
能級——
【典例】電子由3d能級躍遷至4p能級時，可通過光譜儀直接攝取（ ）
A.電子的運動軌跡圖像
B.原子的吸收光譜
C.電子體積大小的圖像
D.原子的發射光譜
【解析】能量E(3d)

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