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專題2　研究物質的基本方法
第三單元 人類對原子結構的認識
2.3.1 人類對原子結構的認識
蘇教版必修第一冊
【學習目標】
1.知道原子結構模型的演變。
2.熟知原子核的構成。
3.認識同位素的概念，能進行有關質量數、質子數、中子數、核外電子數的計算。
【知識回顧】
a. 原子由______ 和______ 構成
b. 化學變化中的最小微粒是________
c. 化學反應中保持物質化學性質的最小微粒是______
d. 原子不斷地________；原子雖很小但也有一定______。
e. 原子可以構成____，如一個氧分子是由兩個 ____構成的；也可以直接構成_____，如稀有氣體、鐵、汞等都是由原子直接構成的。
原子核
核外電子
原子
分子
運動著
質量
分子
氧原子
物質
人類探索自然界奧秘的一個重要方面是研究物質的微觀結構。早在我國古代的戰國時期就有了關于物質的微觀思考：“一尺之棰，日取其半，成世不竭”。19世紀初，英國科學家道爾頓時認為物質是由原子構成，原子不能被創造，也不能被毀滅，在化學變化中不能再分割，并提出了“原子學說”。隨著科學發展，人類對原子結構的認識經歷了一段曲折的過程，科學家依據實驗獲得的數據，提出了各種假設和學說，逐步提示了原子結構的奧秘。
一 、人類認識原子結構的歷程
約公元前460---公元前370，古希臘哲學家德謨克利特等人認為 ：物質是由不可分割的微粒（即原子）構成的。
1.原子結構模型的演變
道爾頓原子模型
1803年 ，英國科學家道爾頓提出近代原子學說，他認為原子是微小的不可分割的實心球體，在化學變化中本性不變。
湯姆生原子結構模型
“葡萄干面包式”模型
正電荷構成一個密度均勻的球體，電子“浸浮”其中。
原子并不是構成物質的最小微粒
——湯姆生發現原子中存在電子(1897年)
1911年，盧瑟福---α粒子散射實驗
盧瑟福用α粒子轟擊金箔的裝置圖
背景：α粒子散射實驗
盧瑟福的困惑
※絕大多數α粒子都可以穿過薄的金箔
※極少數α粒子反彈回來
※少數α粒子穿過薄的金箔時，發生了偏轉
【交流討論】
1.為什么絕大多數α粒子穿過了金箔？
2.為什么極少數α粒子被彈回來了？
3.為什么只有1/8000 α粒子穿過薄的金箔時，發生了超過90°的大角度偏轉？
玻爾
從氫氣放電管可以得到氫原子光譜
玻爾原子軌道模型
原有模型
宏觀類比
構建模型
量子理論提出
事實：氫原子光譜
提出假設
模型應用
“軌道模型”
玻爾“軌道”模型的構建
現代科學家們在實驗中發現，電子在原子核周圍有的區域出現的次數多，有的區域出現的次數少，就像“云霧”籠罩在原子核周圍。因而提出了“電子云模型”。
電子云密度大的地方，表明電子在核外單位體積內出現的機會多，反之，出現的機會少。
電子云
道爾頓模型（1803）
湯姆生模型
（1897）
盧瑟福模型（1911）
波爾模型
（1913）
電子云模型
（1935）
a.古希臘原子學說
古希臘哲學家曾經提出，物質由不可分割的微粒(即 )構成的。
b.道爾頓原子學說
19世紀初，道爾頓認為，物質由原子組成，原子不能被創造，也不能被毀滅，在化學變化中不可 ，在化學反應中保持本性不變。
c.湯姆生原子結構模型
1897年，湯姆生發現原子中存在 ，并提出了一個被稱為“________
_______”的原子結構模型。
答案
原子
再分割
電子
葡萄干
面包式
答案
d.盧瑟福原子結構模型
原子由 和 構成， 帶正電荷，位于原子中心，____帶負電荷，在原子核周圍空間做高速運動。
e.玻爾原子結構模型
原子核外，電子在一系列穩定的 上運動，每個 都有一個確定的能量值。核外電子在這些穩定的軌道上運動時，既不放出能量，也不吸收能量。
f.現代原子結構學說——電子云模型
原子核外電子的運動不遵循經典力學的原理，必須用 模型描述核外電子的運動。
原子核
核外電子
原子核
電子
軌道
軌道
量子力學
原子結構模型的演變：
a.原子結構的演變過程反映了科學家具有質疑、創新、求實、不畏艱辛等良好的科學品質。
b.研究探討原子結構模型離不開正確理論的指導，科學實驗和科學技術的應用。
c.人類在認識自然的過程中，經歷了無數的艱辛，先輩 們對真理執著追求的精神是我們人類不盡的財富。
d.隨著現代科學技術的發展，人類對原子的認識還會不斷深化。
【學習有感】
1.人類對原子結構的認識經歷了漫長的歷史階段。其中最有代表性的有：道爾頓的原子結構模型、湯姆生原子結構模型、盧瑟福原子結構模型和玻爾原子結構模型等。而這些原子結構模型都是建立在一定的實驗研究基礎上的。下列實驗事實與原子結構模型建立的關系正確的是(　　)
A.電子的發現：道爾頓的原子結構模型
B.α粒子散射：盧瑟福原子結構模型
C.α粒子散射：玻爾原子結構模型
D.氫原子光譜：盧瑟福原子結構模型
解析答案
解析　道爾頓的原子結構模型是道爾頓通過對大氣的物理性質進行研究而提出的。盧瑟福原子結構模型是通過α粒子散射實驗提出的。玻爾原子結構模型是玻爾在牛頓力學的基礎上吸收了量子論和光子學說的思想建立起來的。
答案　B
湯姆生
道爾頓
玻爾
盧瑟福
近代原子學說
“葡萄干面包式”原子結構模型
帶核原子結構模型
軌道原子結構模型
19世紀末，科學家們開始揭開原子內部的秘密，最早發現電子的科學家是(　　)
A．英國的道爾頓 B．英國的盧瑟福
C．丹麥的玻爾 D．英國的湯姆生
D
二、原子核的構成
原子核半徑小于原子半徑的萬分之一，體積占原子體積的幾千萬億分之一。（如同大型體育場與螞蟻）
※1919年 盧瑟福與助手用α粒子轟擊氮原子核等，發現原子核內有帶正電的質子，每個質子所帶電量與電子所帶電量相同。
※1932年 查德威克用α粒子轟擊鈹原子核等，從原子核中得到了一個不顯電性的粒子，命名為中子。
【質子和中子的發現】
構成原子的微粒有電子、質子和中子，質子和中子構成原子核。
微粒 電子 質子 中子
質量/kg 9.109×10－31 1.673×10－27 1.675×10－27
相對質量 0.000 544 7(1/1 836) 1.007 1.008
電量/C 1.602×10－19 1.602×10－19 0
電荷 －1 ＋1 0
N原子中微粒數 7 7
原子 質子數（Z） 中子數 （N） 質子數+中子數（A） 相對原子
質 量
F 9 10 18.998
Na 11 12 22.990
Al 13 14 26.982
幾種原子的質子數、中子數和相對原子質量
19
23
27
什么是質量數？AX的含義是什么？
z
元素：__________________________________
具有相同核電荷數的同一類原子的總稱。
核素：______________________________________
具有一定質子數和一定中子數的一種原子稱為一種核素
原子 質子數（Z） 中子數（N） 質子數+中子數（A） 相對原子質量 AZX
F 9 10 18.998
Na 11 12 22.990
Al 13 14 26.982
1、元素、核素、同位素
2、質量數:
________________________________________
將原子核內所有的質子和中子的相對質量取整數，加起來所得到的數值稱為質量數，用A表示，常用質子數（用Z表示）與中子數（用N表示）之和表示。
關系：A= Z + N
答案
【討論】
(1)決定原子質量的微粒有哪些？
答案　質子和中子。
(2) 在原子中質子數、中子數、電子數、核電荷數、原子序數、質量數之間的關系是怎樣的？
答案　質子數＝核電荷數＝原子序數＝核外電子數
質量數＝質子數＋中子數
陽離子中：質子數＝核電荷數＝核外電子數＋離子所帶電荷數。
陰離子中：質子數＝核電荷數＝核外電子數－離子所帶電荷數。
答案
(3)原子為什么顯中性？
答案　原子核所帶正電荷總數與核外電子所帶負電荷總數相等，故原子顯電中性。
(4)對于一種原子既有一定數目的質子又有一定數目的中子，如C－12原子的質量數為 ，質子數為 ，中子數為 ，那么如何表示這種原子呢？
A
Z
32
16
中子
A
Z
X
c+
-
-
+d
e
式中各個字母的含義：
A：
Z：
e：
c：
d:
質量數
質子數
原子個數
電荷數
化合價
答案
4.同位素
原子名稱 原子符號 原子核 質子數(Z) 中子數(N)
氕 ___ __ __
氘 _______ __ __
氚 _______ __ __
1
1
1
0
2
1
(1)H、D、T的原子結構相同點： ，不同點： 。
(2)它們雖然是不同的 ，但同屬于 元素。
(3)H、D、T又是 關系。
質子數相同
中子數不同
核素
氫
同位素
答案
【比較】元素、核素、同位素
元素 核素 同位素
本質 相同的一類原子 、 都一定的原子 相同、 不同的同一 的不同原子之間的互稱
決定 因素 _______ _______________ 質子數、中子數
舉例 H、C、N三種元素
互為同位素
質子數
質子數
中子數
質子數
中子數
元素
質子數
質子數、中子數
元素、核素、同位素之間的關系如下圖
核電荷數
質子
中子
質子數
中子數
a、醫學中用于顯影、診斷、治療、消毒等；
b、農業上的輻射育種技術，提高了農產品
的質量和數量；
c、14C的放射性被應用于考古斷代
d、2H、3H是制造氫彈的材料；…
1
6
1
1、現有下列9種微粒：11H、12H、613C、614C、714N、2656Fe2＋、2656Fe3＋、816O2、816O3。按要求完成以下各題：
(1)11H、12H、13H分別是氫元素的一種____，它們互稱為____。
(2)互為同素異形體的微粒是______。
(3)2656Fe2＋的中子數為______，核外電子數為_______。
(4)上述9種微粒中有____種核素，含有____種元素。
隨堂檢測
2、正誤判斷
(1)一種元素可以有多種核素，也可能只有一種核素，有多少種核素就有多少種原子( )
(2)不同的核素可能具有相同的質子數，也可能質子數、中子數、質量數均不相同( )
(4)中子數不同而質子數相同的微粒一定互為同位素( )
(5)通過化學變化可以實現16O與18O間的相互轉化( )
√
√
×
×
×
3、鐵60同位素的現身，揭秘了超新星爆炸歷史真相。下列說法中正確的是（ ）
A.鐵元素的質量數為60
D

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