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第1章 原子結構與元素性質
第1節 原子結構模型
原子結構模型的演變
公元前5世紀，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。
【思考】人類對原子結構的認識是如何演變的呢？
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(能量不連續)，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。
3.知道電子的運動狀態(空間分布及能量)可通過原子軌道和電子云模型來描述。
1.通過認識原子結構及核外電子排布，辨識微觀粒子與宏觀物體的運動狀態的不同。（宏觀辨識與微觀探析）
2.結合原子結構模型的演變過程，能論證證據與模型的建立及其發展之間的關系。（證據推理與模型認知）
3.體會在對物質微觀結構的科學探究中經歷基于實驗證據建立、優化甚至是重構模型的過程，既需要嚴謹的科學推理，又需要大膽的科學猜想。（科學探究與創新）
體會課堂探究的樂趣，
汲取新知識的營養，
讓我們一起 吧！
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堂
探究學習一 原子結構模型的演變
原子結構模型的演變
原子結構模型演變
探究學習二 光譜
（1）基態與激發態
原子
基態原子
激發態原子
吸收能量
釋放能量
處于最低能量
處于較高能量
光（輻射）是電子躍遷釋放能量的重要形式。
（2）光譜
利用儀器將物質吸收的光或發射的光的波長和強度分布記錄下來，就得到所謂的光譜。
①定義:不同元素的原子，電子發生躍遷時會吸收或釋放不同的光，可以用光譜儀攝取各種元素原子的發射光譜或吸收光譜，總稱原子光譜。
發射光譜
吸收光譜
暗背景
亮線
線狀不連續
亮背景
暗線
線狀不連續
原子光譜
②原子光譜的產生
基態
K
L
M
N
激發態
K
L
M
N
能量
能量
K
L
M
N
光
K
L
M
N
不穩定
吸收能量
電子躍遷
釋放能量
當基態原子的電子吸收一定能量后，電子被激發躍遷到較高能級，變成激發態原子
氫原子光譜是由具有特定波長、彼此分立的譜線組成的線狀光譜。
盧瑟福原子結構核式模型推論
原子的光譜應當是連續光譜，即波長的變化呈連續分布。
氫原子光譜特點
③原子光譜的應用
He 氦
發現新元素
檢驗元素
不同元素的焰色試驗
煙火
生產生活
霓虹燈
霓虹燈發光的原理是什么？
提示：充有氖氣的霓虹燈能發出紅光，產生這一現象的原因是通電后在電場作用下，放電管里氖原子中的電子吸收能量后躍遷到能量較高的能級，且處在能量較高的能級上的電子會很快地以光的形式釋放能量而躍遷回能量較低的能級上，該光的波長恰好處于可見光區域中的紅色波段。
【思考與討論】
探究學習三
量子力學對原子核外電子運動狀態的描述
原子是由原子核和核外電子組成的；
核外電子是分層排布的；
離核越遠的電子,能量越高。
【溫故知新】
電子層
能層
能層越高，電子的能量越高
（2）電子的能層由內向外排序，其序號、符號以及能容納的最多電子數。
1.能層（shell）（電子層）
（1）用來描述電子離核的遠近,量子數n表示的電子的運動狀態通常稱為電子層（能層）。
能層序數1、2、3、4、5、6、7分別用K、L、M、N、O、P、Q表示。能層越高,電子的能量越高。能量的高低順序為E(K)能層 一 二 三 四 五 六 七
符號 K　 L　 M　 N　 O P Q
最多電子數 2=2×12
8=2×22　 18=2×32
32=2×42　 50=2×52 72=2×62 98=2×72
離核由近及遠
能量由低到高
2.能級 (電子亞層、原子軌道的形狀)
在多電子的原子中,同一能層的電子,能量也可能不同,據此把它們分為不同的能級
（也叫電子亞層）（同一個能層中電子的能量相同的電子亞層）。
分別用字母s、p、d、f等表示。
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 …
①同一能層的電子,又被分成不同能級,分別用相應能層的序數和字母表示， 如n能層的能級按能量由低到高的排列順序為ns、np、nd、nf等表示。能級數=能層序數，任一能層的能級總是從s能級開始,能級的字 母代號按s、p、d、f……排序,每個能級最多可容納的電子數依次為自然數1、3、5、7……的2倍。
②每一能層中最多容納的電子數為2n2(n代表能層序數)。
③不同能層中符號相同的能級所容納的最多電子數相同。
能層與能級的組成以及能量的關系
(1)任一能層的能級總是從s能級開始，能級數=能層序數，即第一能層只有1個能級（1s），第二能層有2個能級（2s和2p），第三能層有3個能級（3s、3p和3d），依此次類推。
(2)在每一個能層中，能級符號的順序是ns、np、nd、nf......(n為能層序數)。
1
2
3
4
3.原子軌道 (電子云的伸展方向或電子的空間運動狀態）
（1）描述原子中單個電子的空間運動狀態
不同能級含有軌道數
s
p
d
f
1個
3個
5個
7個
px
py
pz
能量相同
（2）原子軌道的圖形描述
① s電子的原子軌道
s能級電子的原子軌道呈球形，即該原子軌道具有球對稱性，電子層(能層)序數越大，原子軌道的半徑越大。
② p電子的原子軌道
P電子的原子軌道是紡錘形(啞鈴形)形的，每個P原子軌道有3個軌道(伸展方向)，它們互相垂直， P軌道在空間的分布特點是分別相對于x、y、z軸對稱， P原子軌道在空間的分布分別沿x、y、z方向。P原子軌道的平均半徑也隨電子層序數增大而增大。
【大開眼界】
d能級原子軌道有5個
S能級的原子軌道
P能級的原子軌道
d能級原子軌道有5個
f能級原子軌道有7個
【大開眼界】
4.核外電子的自旋量子化狀態
描述在能量完全相同時運動的特殊狀態，簡稱為電子自旋狀態。
處于同一原子軌道上的電子，自旋狀態只有兩種，分別用符號“↑”和“↓”表示。
電子層 原子軌道類型 原子軌道數目 可容納電子數
1 1s 1 2
2 2s，2p 4 8
3 3s，3p，3d 9 18
4 4s，4p，4d，4f 16 32
n － n2 2n2
容納電子數=2n2
原子軌道數=n2
注意:電子自旋并不是像地球等行星一樣“自轉”,其實質還在探索中。
（5）核外電子的運動狀態：電子層、能級、原子軌道、自旋狀態
1.一個能層的能級數與能層序數(n)間存在什么關系？一個能層最多可容納的電子數與能層序數(n)間存在什么關系
2.以s、p、d、f為符號的能級分別最多可容納多少個電子 ？3d、4d、5d能級所能容納的最多電子數是否相同？
3.第五能層最多可容納多少個電子？它們分別容納在幾個能級中？各能級最多容納多少個電子？
【思考交流】
提示：能層的能級數等于該能層序數。一個能層最多可容納的電子數為2n2個。
提示：以s、p、d、f為符號的各能級可容納的最多電子數依次為1、3、5、7的二倍。3d、4d、5d能級所能容納的最多電子數相同。
提示：第五能層最多可容納50個電子；5個能級；各能級最多容納電子數分別為2,6,10,14,18個。
聯想質疑
原子軌道可以用波函數來表示，那么，又該如何理解波函數 怎樣形象地描述電子在空間中的運動與分布呢 宏觀物體與微觀粒子的運動狀態有什么區別？
探究學習四
量子力學對原子核外電子運動狀態的描述
電子云圖：
描述電子在核外空間某處單位體積內的概率分布的圖形。
①點密集的地方，表示電子在此處單位體積內出現的概率大;
②點稀疏的地方，表示電子在此處單位體積內出現的概率小。
含義：
電子在核外的空間分布
氫原子的1s電子在原子核外出現的概率分布圖
把電子出現的概率約為90%的空間圈出來，人們把這種電子云輪廓圖稱為原子軌道。
電子云和原子軌道的關系：
注意：量子力學中軌道的含義與玻爾軌道的含義不同，它既不是圓周軌道，也不是其他經典意義上的固定軌跡。
拓展視野
量子力學誕生于1925年末至1926年初，它是由兩組物理學家相互獨立地用不同方法建立的。直接因量子力學而獲得諾貝爾物理學獎的就有六位∶德布羅意（L.V.de Broglie，1929年）、海森堡（W.Heisenberg，1932年）、狄拉克（P.A.Dirac，1933年）和薛定諤（E.Schr dinger，1933年）、泡利（W.E.Pauli，1945年）和玻恩（M.Born，1954年）。
德布羅意
海森堡
狄拉克
薛定諤
泡利
玻恩
能級
基態與激發態
原子光譜
構 造原理
1.下列說法中有錯誤的是（ ）
A.某原子K層上只有一個電子
B.某離子M層和L層上的電子數均為K層的4倍
C.某原子M層上的電子數為L層電子數的4倍
D.存在核電荷數與最外層電子數相等的離子
C
2.下列多電子原子不同能級能量高低的比較錯誤的是（ ）
A.1s＜2s＜3s B.2p＜3p＜4p
C.3s＜3p＜3d D.4s＞3d＞3p
D
3.以下現象與核外電子的躍遷有關的是( )
①霓虹燈發出有色光?、诶忡R分光　③激光器產生激光　④石油蒸餾　⑤凸透鏡聚光　⑥燃放的焰火，在夜空中呈現五彩繽紛的禮花?、呷展鉄敉姲l光?、嗬鋮s結晶
A.①③⑥⑦ B.②④⑤⑧
C.①③⑤⑥⑦ D.①②③⑤⑥⑦
A
4.（雙選）下列有關能層和能級的敘述中正確的是( )
A.M能層有s、p共2個能級，最多能容納8個電子
B.3d能級最多容納10個電子，4f能級最多容納14個電子
C.無論哪一能層的s能級最多容納的電子數均為2
D.任一能層都有s、p能級，但不一定有d能級
BC

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