高中化學(xué) 1.1.1原子結(jié)構(gòu)課件 魯科版選修3.ppt

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第一節(jié) 原子結(jié)構(gòu)模型,原子是由_______和_________構(gòu)成的。原子核是由_____ 和_____構(gòu)成的，但_______原子核例外。在原子中，核電荷數(shù)＝_____數(shù)＝_________數(shù)。 核素 818O的意義是O原子核內(nèi)有___個質(zhì)子、___個中子、 質(zhì)量數(shù)為___。,1．,原子核,核外電子,質(zhì)子,中子,11H,質(zhì)子,核外電子,2．,8,10,18,請你補全“Rn”氡的原子結(jié)構(gòu)示意圖 ， 并且與其他同學(xué)交流你從原子結(jié)構(gòu)示意圖中獲得的信息： _____________。 通常所說的光是指人的____所能感覺到的，在真空中波長介于____________之間的電磁波。不同波長的光在人的視覺中表現(xiàn)出不同的_____，按波長由長到短依次為___、 ___、黃、___、___、___、___。,3．,電子排布規(guī)律,400～700nm,4．,顏色,紅,橙,綠,青,藍,紫,視覺,能用n、l、m、ms四個量子數(shù)描述核外電子的運動狀態(tài)及各量子數(shù)的意義。 理解科學(xué)假說、模型在原子結(jié)構(gòu)建立中的重要作用。 感悟科學(xué)家在科學(xué)創(chuàng)造中的豐功偉績。,1．,2．,3．,第1課時 原子結(jié)構(gòu),對原子結(jié)構(gòu)認識的發(fā)展過程 英國科學(xué)家_______在1803年建立了原子學(xué)說→1903年英國的________提出了原子結(jié)構(gòu)的“葡萄干布丁”模型→1911年英國物理學(xué)家盧瑟福提出了原子結(jié)構(gòu)的_________ → 1913年丹麥科學(xué)家玻爾建立起核外電子_____排布的原子結(jié)構(gòu)模型→20世紀20年代中期建立了原子結(jié)構(gòu)的________模型。,1.,道爾頓,湯姆遜,核式模型,分層,量子力學(xué),氫原子光譜 (1)光譜 ①光譜的定義 許多物質(zhì)都能夠吸收光或發(fā)射光。為了研究物質(zhì)的這種性質(zhì)，人們利用儀器將物質(zhì)吸收光或發(fā)射光的_____和_____分布記錄下來，就得到所謂的光譜。 ②光譜的分類 光譜的分類標(biāo)準有多種，一般我們只考慮_________和 _________的分類方法。 連續(xù)光譜：若由光譜儀獲得的光譜是由_________的光所 組成，且相近的波長差別極小而不能分辨，則所得光譜為,2．,波長,強度,連續(xù)光譜,線狀光譜,各種波長,連續(xù)光譜。例如，陽光形成的光譜即為連續(xù)光譜。 線狀光譜：若由光譜儀獲得的光譜是由具有_________ 的、彼此分立的譜線組成，則所得光譜為線狀光譜。例如氫原子光譜、氦原子光譜等都是線狀光譜。 ③光譜的應(yīng)用 在現(xiàn)代化學(xué)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。在歷史上，許多元素是通過原子光譜發(fā)現(xiàn)的，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。,特定波長,(2)氫原子光譜 氫原子光譜的特征：氫原子光譜是線狀光譜，是不連續(xù)的。 1913年，丹麥科學(xué)家玻爾(N.Bohr，1885～1962)第一次認識到氫原子光譜是由氫原子的電子躍遷產(chǎn)生的，并通過純粹的理論計算得到氫原子光譜的譜線波長，與實驗結(jié)果幾乎完全相同，科學(xué)界大為震驚。原子結(jié)構(gòu)理論從此長足發(fā)展，最后建立了量子力學(xué)，人類歷史從此進入了量子時代。,玻爾的原子結(jié)構(gòu)模型 玻爾原子結(jié)構(gòu)模型的基本觀點： (1)原子中的電子在具有確定半徑的_____軌道上繞_______運動，并且不輻射能量。 (2)在不同軌道上運動的電子具有_____的能量(E)，而且能量是_______的。 (3)只有當(dāng)電子從一個軌道(Ei)_____到另一個軌道(Ej)才會輻射或吸收能量。 hν＝|Ej－Ei|。,3．,圓周,原子核,不同,量子化,躍遷,光譜形成的原因 原子在正?；蚍€(wěn)定狀態(tài)時，電子盡可能處于能量最低的軌道，這種狀態(tài)稱為_____；電子受激發(fā)處于能量高于_____的狀態(tài)稱為_______。原子核外電子在一定條件下會發(fā)生躍遷，躍遷過程中伴隨著_____的變化。如果輻射或吸收的能量以光的形式表現(xiàn)并被記錄下來，就形成了光譜。,4．,基態(tài),基態(tài),激發(fā)態(tài),能量,能層 多電子原子的核外電子的_____是不同的，按電子的_____差異，可以把核外電子分為不同的能層，用符號K、L、______、O、P、Q表示，從K→Q，能量逐漸升高。 能級 在多電子原子中，同一能層的電子，能量也可能不同，還可以把它們分成能級，在每個能層中，能級符號的順序是___、___、nd、nf等。,1.,2．,能量,能量,M、N,ns,np,四個量子數(shù)(n、l、m、ms) 原子中單個電子的空間運動狀態(tài)可以用_________來描 述，而每個原子軌道由三個只能取整數(shù)的量子數(shù)__、__、 ___共同描述。 (1)主量子數(shù)n 決定軌道能量的高低。n的取值為正整數(shù)1，2，3，4…。n越大，電子離核的平均距離越遠，能量越___。n值與電子層相對應(yīng)，n＝1表示能量最___、離核最___的第一電子層。主量子數(shù)與電子層符號的對應(yīng)關(guān)系是：,3．,原子軌道,n,l,m,高,低,近,氫原子核外只有___個電子，不存在電子之間的相互作用，能量只決定于__________。 (2)角量子數(shù)l 量子數(shù)l稱為角量子數(shù)。對于確定的n值，l可取__個值，即0，1，2，3…，(n－1)。在多電子原子中，它和主量子數(shù)一起決定電子運動狀態(tài)的能量。若兩個電子的n與l相同，就表示這兩個電子具有___________。我們用_____來表示具有相同___、__值的電子運動狀態(tài)。在一個電子層中，l有多少個取值，就表示該電子層有多少個不同的_____。l＝0為__能級，l＝1為___能級，l＝2為__能級，l＝3為___能級。,一,主量子數(shù)n,n,相同的能量,能級,n,l,能級,s,p,d,f,n＝1，l＝0，l只有___個值，有一個能級(s)。 n＝2，l＝_____，l有___個值，有___個能級(s和p)。 … n＝n，l＝0，1…，(n－1)，l有__個值，有n個能級。 (3)磁量子數(shù)m 無外加磁場的一條譜線在外加磁場時分裂為___條，對每個 確定的l，m可取0，±1，±2…±l共_______個值。n、l、 m共同確定了原子核外電子的_____________。 (4)自旋磁量子數(shù)ms,一,0，1,兩,兩,n,多,(2l＋1),空間運動狀態(tài),自旋運動,兩,氫原子光譜呈線狀光譜的原因是什么？ 提示 根據(jù)玻爾理論，氫原子的一個電子通常在能量最低的軌道(基態(tài))上運動，不釋放能量。但當(dāng)氫原子受到激發(fā)(加熱或氫氣放電管放電)時，核外電子獲得能量，即由基態(tài)躍遷至激發(fā)態(tài)。而處于激發(fā)態(tài)的電子極不穩(wěn)定，它會迅速再躍遷至基態(tài)。在此躍遷過程中以光子的形式放出輻射能，發(fā)射出光子的頻率取決于電子躍遷兩軌道能級之差。由于各軌道的能量是不連續(xù)的(即量子化的)，所以由電子的躍遷而發(fā)射出的光的頻率也是不連續(xù)的，這便是氫原子光譜呈線狀光譜的原因。 線狀光譜與連續(xù)光譜在譜線特征上有所不同，線狀光譜是不連續(xù)的，連續(xù)光譜是連續(xù)的。彼此之間的關(guān)系為E0＝hν＝ΔE＝E末－E始。,【慎思1】,量子數(shù)與原子軌道有何關(guān)系？ 提示,【慎思2】,能層與能級的關(guān)系是如何的？ 提示 (1)不同能層的能級組成：任一能層的能級總是從s能級開始，能層的能級數(shù)等于該能層的序數(shù)：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)，依此類推。 (2)不同能層中各能級之間的能量大小關(guān)系 ①不同能層中同一能級，能層序數(shù)越大能量越高。例如：1s2s3s…，2p3p4p… ②同一能層中，各能級之間的能量大小關(guān)系是spdf。例如：第四能層中4s4p4d4f。 ③能層和形狀都相同的原子軌道的能量相等。 例如：2px＝2py＝2pz。,【慎思3】,警示：并不是高能層的所有能級的能量都比低能層的能級的能量高。例如：4s3d。,不同能層、能級可容納的最多電子數(shù)的解釋。 提示 (1)依據(jù)：①每個原子軌道最多只能容納2個電子；②不同能級含有原子軌道個數(shù)及最多可容納的電子數(shù)見下表：,【慎思4】,(2)不同能層、能級最多容納電子數(shù)見下表：,原子結(jié)構(gòu)認識的演變過程 原子結(jié)構(gòu)模型簡明形象地表示出了人類對原子結(jié)構(gòu)認識逐步深化的演變過程。 (1)道爾頓原子模型(1803年)：原子是組成物質(zhì)的基本的粒子，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。,1．,(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(zhì)量幾乎等于原子的全部質(zhì)量，電子在它的周圍沿著不同的軌道運轉(zhuǎn)，就像行星環(huán)繞太陽運轉(zhuǎn)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)電子云模型(1927年～1935年)：現(xiàn)代物質(zhì)結(jié)構(gòu)學(xué)說。 現(xiàn)在，科學(xué)家已能利用電子顯微鏡和掃描隧道顯微鏡拍攝表示原子圖像的照片。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人類對原子的認識過程還會不斷深化。,光譜和玻爾的原子結(jié)構(gòu)模型 原子光譜：光(輻射)是電子釋放能量的重要形式之一，不同元素的原子發(fā)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電子的吸收光譜或發(fā)射光譜，總稱原子光譜。 丹麥科學(xué)家玻爾在核式原子模型的基礎(chǔ)上提出了核外電子分層排布的原子結(jié)構(gòu)模型。玻爾的原子結(jié)構(gòu)模型的基本觀點是： (1)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，并且不輻射能量。,2．,(2)不同軌道上的電子具有不同的能量(E)，而且能量是量子化的，不能任意連續(xù)變化而只能取某些不連續(xù)的數(shù)值，軌道能量依n值(1，2，3……)的增大而升高，n稱為量子數(shù)。對氫原子而言，電子處在n＝1的軌道時能量最低，稱為基態(tài)；能量高于基態(tài)的狀態(tài)，稱為激發(fā)態(tài)。 (3)只有當(dāng)電子從一個軌道(能量為Ei)躍遷到另一個軌道(能量為Ej)時，才會輻射或吸收能量。如果輻射或吸收的能量以光的形式表現(xiàn)并被記錄下來，就形成了光譜。 (4)玻爾的核外電子分層排布的原子結(jié)構(gòu)模型成功地解釋了氫原子光譜是線狀光譜的實驗事實。玻爾的重大貢獻在于指出原子光譜源自核外電子在能量不同的軌道之間的躍遷，而電子所處的軌道的能量是量子化的。,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(wěn)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(qū)譜線 D在有外加磁場時氫原子光譜有多條譜線 解析 玻爾理論是針對原子的穩(wěn)定存在和氫原子光譜為線狀光譜的事實提出的。有外加磁場時氫原子有多條譜線，玻爾的原子結(jié)構(gòu)模型已無法解釋這一現(xiàn)象，必須借助量子力學(xué)加以解釋。 答案 D,【例1】?,氫原子光譜是元素的所有光譜中最簡單的光譜。玻爾理論成功地解釋了氫原子光譜，但對多電子原子的光譜卻遇到困難。,(2012·山東泰安一中高二月考)對充有氖氣的霓虹燈管通電，燈管發(fā)出紅色光。產(chǎn)生這一現(xiàn)象的主要原因是 ( )。 A．電子由激發(fā)態(tài)向基態(tài)躍遷時以光的形式釋放能量 B．電子由基態(tài)向激發(fā)態(tài)躍遷時吸收除紅光以外的光線 C．氖原子獲得電子后轉(zhuǎn)變成發(fā)出紅光的物質(zhì) D．在電流的作用下，氖原子與構(gòu)成燈管的物質(zhì)發(fā)生反應(yīng) 解析 霓虹燈之所以能發(fā)光，是因為電子吸收能量后躍遷到能量較高的軌道，能量較高軌道上的電子會很快以光的形式輻射能量而躍遷回能量較低的軌道。 答案 A,【體驗1】?,原子軌道與四個量子數(shù) 根據(jù)量子力學(xué)理論，原子中的單個電子的空間運動狀態(tài)可以用原子軌道來描述，而每個原子軌道由三個只能取整數(shù)的量子數(shù)n、l、m共同描述。 (1)主量子數(shù)： 主量子數(shù)n，決定軌道能量的高低。 主量子數(shù)n 1 2 3 4 5 6 7…… 電子層符號 K L M N O P Q 氫原子核外只有一個電子，不存在電子之間的相互作用，能量只決定于主量子數(shù)n。,1．,(2)角量子數(shù)(l)決定原子軌道或電子云的形狀，與電子運動的軌道角動量有關(guān)。 l 0 1 2 3 4…… 能級符號 s p d f g…… 軌道形狀 球形 啞鈴形 花瓣形…… (3)磁量子數(shù)：科學(xué)實驗發(fā)現(xiàn)，在沒有外磁場時，量子數(shù)n、l相同的狀態(tài)的能量是相同的；有外磁場時， 我們用磁量子數(shù)m來標(biāo)記這些狀態(tài)，對于每一個確定的l，m值可取0，±1，±2，…±l，共(2l＋1)個值。 利用三個量子數(shù)可以描述一個電子的空間運動狀態(tài)，即可將一個原子軌道描述出來。,自旋方向： 順時針 逆時針,主量子數(shù)n對應(yīng)著電子層；主量子數(shù)n和角量子數(shù)l對應(yīng)著n電子層中的能級；主量子數(shù)n，角量子數(shù)l和磁量子數(shù)m對應(yīng)著n電子層中l(wèi)能級中的原子軌道；自旋磁量子數(shù)ms描述的是電子的自旋性質(zhì)。這樣，原子中的電子運動狀態(tài)可用由量子數(shù)n、l、m確定的原子軌道來描述，并取兩種自旋狀態(tài)中的一種。所以，描述一個電子的運動狀態(tài)，要用四個量子數(shù)：n，l，m和ms。,下列電子層不包含p能級的是 ( )。 A．N電子層 B．K電子層 C．L電子層 D．M電子層 解析 本題考查了能級與主量子數(shù)n和角量子數(shù)l的關(guān)系。解題時要注意主量子數(shù)n不同時，角量子數(shù)l的取值不同。K層只包括s能級，L層只包括s、p能級。 答案 B,【例2】?,下列各電子層中不包含d能級的是 ( )。 A．N電子層 B．M電子層 C．L電子層 D．K電子層 解析 本題考查學(xué)生對四個量子數(shù)的掌握情況。在一個多電子的原子中，若兩個電子所占據(jù)原子軌道的n、l相同，就表明這兩個電子具有相同的能量，我們就用能級來表達n、l的相同的電子運動狀態(tài)。對于確定的n值，l的取值就有n個：0、1、2、3…、(n－1)，對應(yīng)符號為s、p、d、f…。所以，當(dāng)n＝1(K電子層)時，l＝0，即為s能級；當(dāng)n＝2(L電子層)時，l＝0，1即為s能級和p能級；當(dāng)n＝3(M,【體驗2】?,電子層)時，l＝0，1，2，即為s能級、p能級和d能級；當(dāng)n＝4(N電子層)時，l＝0，1，2，3，即為s能級、p能級、d能級和f能級。 答案 CD,能夠確定核外電子空間運動狀態(tài)的量子數(shù)組合為 ( )。 A．n、l B．n、l、ms C．n、l、m D．n、l、m、ms 解析 主量子數(shù)(n)決定電子的離核遠近，角量子數(shù)(l)確定原子軌道的形狀，磁量子數(shù)(m)決定原子軌道在空間的取向，故用n、l、m三個量子數(shù)可以確定一個電子的空間運動狀態(tài)，即一個原子“軌道”。 答案 C,【例3】?,當(dāng)n＝5時，l的可能值是多少？軌道的總數(shù)是多少？各軌道的量子數(shù)取值是什么？當(dāng)n＝n0(n05)時，l的可能值是多少？軌道的總數(shù)是多少？各軌道的量子數(shù)取值是什么？ 解析 電子運動狀態(tài)的種數(shù)(各電子層最多可能容納的電子數(shù)),【案例】,答案,