資源簡介

(共31張PPT)
1.1.1 原子結構模型
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、原子軌道和電子云的含義。
2、知道基態、激發態和原子光譜等概念，認識原子光譜分析的應用、描述原子核外電子運動狀態的四個量子數的含義。
3、理解用四個量子數描述原子核外電子的運動狀態。
必修二回顧
1. 構成原子的微粒及其性質
2. 電子層與其電子的能量
必修二回顧
3. 原子核外電子排布的一般規律
(1)“一低”——電子首先排布在能量較低的電子層里，排滿能量較低的電子層后，再排能量較高的電子層。
(2)
引入新課
通過必修的學習，我們對原子結構的知識已經有了初步了解。
宏觀物體的運動與微觀粒子的運動有什么區別？
原子核外電子的運動狀態應當如何描述？
元素的性質與原子結構之間究竟有怎樣的關系？
化學是在原子、分子水平上研究物質的組成、結構、性質、轉化及其應用的自然科學。結構決定性質、性質決定應用。
一、原子結構發展史
不同時期的原子結構模型
一、原子結構發展史
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。
二、氫原子光譜和玻爾原子結構模型
1. 處于最低能量狀態的原子稱為基態原子。若基態原子的電子吸收能量后，電子躍遷至能量較高軌道成為激發態原子。
原子基態與激發態相互轉化間的能量變化：
2. 光是電子釋放能量的重要形式之一，不同
元素的原子發生躍遷時會吸收或釋放不同的光，若用光譜儀攝取各種元素的電子的吸收光譜或發射光譜，則可確立某種元素的原子，這些光譜總稱原子光譜。
二、氫原子光譜和玻爾原子結構模型
二、氫原子光譜和玻爾原子結構模型
3. 原子光譜的三大應用：
光譜分析法：通過比較未知物質光譜與已知元素光譜，識別未知物質中的元素。
定性分析：根據光譜圖中是否出現某些特征譜線，可以判斷是否存在某種元素。這是因為每種元素都有其獨特的發射光譜或吸收光譜。
定量分析：根據特征譜線的強度，可以測定某種元素的含量。譜線強度與元素濃度之間存在一定的關系，通過測量譜線強度可以推算出元素的濃度。
核式模型的特點：不穩定，連續光譜，不符合原子穩定與線狀光譜的特點
二、氫原子光譜和玻爾原子結構模型
3. 玻爾電子分層排布模型
(1)電子在固定軌道上運動不輻射能量；
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，并不輻射能量。
(2)電子所處的軌道的能量是量子化的；
不同軌道上運動的電子具有不同的能量，而且能量值是不連
續的，稱為能量“量子化”。軌道能量依n值（1、2、3······）
的增大而升高，n稱為量子數。對氫原子而言，電子處在n=1的軌道時能量最低，這種狀態稱為基態；能量高于基態能量的狀態稱為激發態。
玻爾電子分層排布模型
3. 玻爾電子分層排布模型
(3)原子光譜源自核外電子在能量不同的軌道之間的躍遷；電子躍遷吸收(或放出)的能量也是量子化的。
只有當電子從一個軌道躍遷到另一個軌道時，才會輻射或吸收能量。當輻射或吸收的能量以光的形式表現出來并被記錄時，就形成了光譜。
玻爾原子結構模型能成功解釋氫原子光譜為線狀光譜，卻不
能解釋復雜的原子光譜（P4 聯想·質疑）量子力學模型可以
解釋氫原子光譜及復雜的原子光譜。
判斷正誤
(1)光是電子躍遷釋放能量的重要形式之一(　　)
(2)氫原子外圍只有一個電子，故氫原子光譜只有一條譜線(　　)
(3)氫原子光譜屬于線狀光譜(　　)
(4)基態氫原子轉變成激發態氫原子時釋放能量(　　)
(5)焰色試驗與電子躍遷有關，屬于化學變化(　　)
√
×
×
√
×
三、量子力學理論
1. 電子層
量子力學理論依然用量子數 n ，習慣上將 n 描述的電子運動狀態稱為電子層。n 的取值為正整數1,2,3,4,5,6，…，對應的符號為 K，L，M，N，O，P 等。n 越大，電子離核的平均距離越遠、能量越高。
2. 能級
當量子數 n 相同時，電子所具有的能量也可能不同，因此，對同一個電子層，還可分為若干個能級。n = x，就有 x 個能級，分別用 s、p、d、f 表示。
能級理論可以解釋相同兩個能層之間出現多條譜線的原因。
三、量子力學理論
科學實驗又發現，在存在外磁場時，處于同一能級的電子的空間運動狀態還會不同，此時譜線可能分裂為多條。
3. 原子軌道
用原子軌道來描述原子中的單個電子的空間運動狀態。當n＝1時，有1個能級，1個原子軌道，記作1s；當n＝2時，有2個能級，4個原子軌道，記作2s、2px、2py、2pz；當n＝3時，有3個能級，9個原子軌道，記作3s、3px、3py、3pz，和5個d軌道等等。
無外磁場時，同一能級的原子軌道能量相同。
原子軌道
軌道理論解釋了同一能級中出現多條譜線的原因。
量子數n 符號 能級符號 原子軌道 原子軌道數
n＝1 K s 1s 1
n＝2 L s 2s 1
p 2p 3
n＝3 M s 3s 1
p 3p 3
d 3d 5
… … … … …
三、量子力學理論
不僅如此，處在同一原子軌道上的電子運動狀態也不完全相同
4. 電子的“自旋”
處于同一軌道上的電子自旋運動狀態只能有兩種，分別用符號“↑”和“↓”表示。
“自旋”并不意味著電子“自轉”，其實質仍在探索。
不同原子軌道上的能量大小比較：
總結歸納
(1) 在多電子原子中，核外電子處于不同的電子層，電子層序數(主量子數) n 越大，電子離核越遠，能量越高。
(2) 處于同一電子層的電子，能量可能不同，可以把它們分成若干個不同的能級，用 s、p、d、f 等符號表示，其能量為 ns < np < nd < nf，能級數等于電子層數。
(3) 同一能級中，根據電子運動方向的不同，可分為若干個不同的原子軌道，同一能級上的原子軌道的能量相同，每個電子層中原子軌道總數為 n2 個。
(4) 處于同一個原子軌道上的電子有兩種不同的自旋狀態。在同一個原子中不存在兩個運動狀態完全相同的電子。
四、電子云與原子軌道圖形描述
1．原子軌道的圖形描述
(1)對象：原子中單個電子的空間運動狀態。
(2)意義：表示原子軌道的空間分布。
(3)形狀：s軌道呈球形，具有球對稱性；p軌道在空間的分布特點是分別相對于x、y、z軸對稱，呈啞鈴形(∞)如圖：
四、電子云與原子軌道圖形描述
2．電子在核外的空間分布
(1)原子核外電子的運動特點
與對宏觀物體運動的描述不同，對于質量非常小、運行速度極快且運動空間極小的微觀粒子(如電子，其質量僅為9.1×10－31 kg)而言，人們不可能同時準確地測定它的位置和速度，但能通過對波函數進行數學處理計算出電子在某個地方出現的概率。
(2)電子云圖
四、電子云與原子軌道圖形描述
2．電子在核外的空間分布
(2)電子云圖
①概念：描述電子在核外空間某處單位體積內的概率分布的圖形。
②含義：用單位體積內小點的疏密程度來表示電子在原子核外某處單位體積內出現概率的大小。
③電子云圖的形狀：s能級的電子概率分布呈球形；p能級的電子概率分布呈啞鈴形，有3種空間伸展方向。
四、電子云與原子軌道圖形描述
2．電子在核外的空間分布
(2)電子云圖
④意義：電子云不僅表示電子在核外空間某處單位體積內出現的概率，同時說明量子力學中軌道的含義與玻爾軌道的含義完全不同，它既不是圓周軌道，也不是其他經典意義上的固定軌跡。
⑤電子在 1s 軌道的電子云圖如圖所示。
1s軌道上的電子云圖呈球形對稱，離核越近，單位體積內電子出現的概率越大。
四、電子云與原子軌道圖形描述
3. 原子軌道圖形描述
圖1給出的是 1s 原子軌道、2s 原子軌道和 3s 原子軌道的示意圖，圖 2 給出的是同能級中三個 p 原子軌道的示意圖。
總結歸納
(1) s 原子軌道在三維空間分布的圖形是球形。即 s 原子軌道具有球對稱性。量子數 n 不同時，s 原子軌道的形狀相似、大小不同，1s < 2s < 3s <…
(2) p 原子軌道在三維空間分布的特征是三個p原子軌道分別相對于 x、y、z 軸對稱，軌道的形狀為相同大小的啞鈴形。即三個 p 原子軌道都是相同大小的、具有軸對稱性的啞鈴形，它們分別沿 x、y、z 軸三個相互垂直的方向伸展。量子數 n 不同時，p 原子軌道的形狀相似、大小不同，2p < 3p < 4p <…
(3)同理，d 原子軌道、f 原子軌道等也都有相應的圖像。
判斷正誤
(1)不同電子層的s能級中電子的能量完全相同(　　)
(2)第三電子層有s、p共兩個能級(　　)
(3)當電子層數為n＝2時，有2s、2px、2py、2pz四個原子軌道(　　)
(4)各能級的原子軌道數按s、p、d、f的順序依次為1、3、5、7(　　)
(5)各電子層的能級都是從s能級開始至f能級結束(　　)
(6)處于s能級的電子能量一定比處于p能級的電子能量低(　　)
×
×
√
√
×
×
應用體驗
1.原子核外電子的運動狀態決定因素有___________________________
。
(1)Na原子核外有 個電子，有 種運動狀態，即一個原子中______
(填“存在”或“不存在”)運動狀態相同的電子。
(2)電子層數n＝5時，該層電子的空間運動狀態有 種，原子軌道總數 個，s能級的表示符號為 。
電子層、能級、原子軌道、自
旋狀態
11
11
不存在
25
25
5s
應用體驗
2.下列各電子層不包含d能級的是
A.O層 B.N層 C.M層 D.K層
3.下列能級符號不正確的是
A.6s B.2d C.3p D.4f
D
B
跟蹤強化
1、玻爾理論不能解釋(　　)
A．氫原子光譜為線狀光譜
B．在一給定的穩定軌道上，運動的核外電子不輻射能量
C．氫原子的可見光區譜線
D．在有外加磁場時氫原子光譜有多條譜線
D
跟蹤強化
2、對充有氖氣的霓虹燈管通電，燈管發出紅光。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
A
跟蹤強化
3、觀察1s軌道上電子云示意圖，判斷下列說法正確的是(　　)
A．一個小黑點表示1個自由運動的電子
B．1s軌道的電子云形狀為圓形的面
C．電子在1s軌道上運動像地球圍繞太陽旋轉
D．1s軌道電子云的點的疏密表示電子在某一位置出現概率的大小
D
跟蹤強化
4、下列有關電子云和原子軌道的說法正確的是(　　)
A．原子核外的電子像云霧一樣籠罩在原子核周圍，故稱電子云
B．s 軌道呈球形，處在該軌道上的電子只能在球殼內運動
C．p 軌道呈啞鈴形，在空間有兩個伸展方向
D．與s電子原子軌道相同，p電子原子軌道的平均半徑隨電子層的增大而增大
D

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