第一节原子结构模型

第一节原子结构模型

知识结构梳理：

（一）、原子结构的演变：

1、原子结构模型的演变过程：古代原子学说→道尔顿原子模型→汤姆孙原子模型→卢瑟福原子模型→玻尔原子模型→电子云模型。

道尔顿原子模型：

1808年英国自然科学家约翰·道尔顿提出了世界上第一个原子的理论模型。他的理论主要有以下三点：

①原子都是不能再分的粒子②同种元素的原子的各种性质和质量都相同③原子是微小的实心球体

汤姆生葡萄干布丁模型：

1904年汤姆生在发现电子的基础上提出了原子的葡萄干布丁模型，汤姆生认为：

①电子是平均的分布在整个原子上的，就如同散布在一个均匀的正电荷的海洋之中，它们的负电荷与那些正电荷相互抵消。

②在受到激发时，电子会离开原子，产生阴极射线。

卢瑟福核式模型：

1911年以经典电磁学为理论基础，提出了卢瑟福行星模型主要内容有：

①原子的大部分体积是空的②在原子的中心有一个很小的原子核③原子的全部正电荷在原子核内，且几乎全部质量均集中在原子核内部。带负电的电子在核空间进行绕核运动。

卢瑟福的原子结构理论遇到的问题：根据卢瑟福的原子结构模型和经典的电磁学观点，围绕原子核高速运动的电子一定会自动且连续地辐射能量，其光谱应是连续光谱而不应是线状光谱。那么，氢原子的光谱为什么是线性光谱而不是连续光谱呢？（氢原子从一个电子层跃迁到另一个电子层时，吸收或释放一定的能量，就会吸收或释放一定波长的光，所以得到线状光谱）

波尔的轨道模型：

1913年为了解释氢原子线状光谱这一事实，玻尔在行星模型的基础上提出了核外电子分层排布的原子结构模型。玻尔原子结构模型的基本观点是：

①原子中的电子在具有确定半径的圆周轨道上绕原子核运动，不辐射能量；

②在不同轨道上运动的电子具有不同的能量（E），轨道能量值依n（1，2，3，...）的增大而升高。而不同的轨道则分别被命名为K（n=1)、L(n=2)、M(n=3)、N(n=4)、O(n=5)、P(n=6)。（电子的能量是量子化的。）

③当且仅当电子从一个轨道跃迁到另一个轨道时，才会辐射或吸收能量。如果辐射或吸收的能量以光的形式表现并被记录下来，就形成了光谱。

2、基态：电子处于能量最低的状态，称为基态。

激发态：电子能量处于高于基态的状态，称为激发态。

基态原子和激发态原子的相互转化：基态原子吸收能量

激发态原子；激发态原子

释放能量

基态原子

【例题精讲】

1、道尔顿的原子学说曾经起了很大的作用。他的学说中包含有下述三个论点：①原子是不能再分的粒子；②同种元素的原子的各种性质和质量都相同；③原子是微小的实心球体。从现代的观点来看，你认为这三个论点中不确切的是

A．只有③B．只有①③

C．只有②③D．①②③

2、人们对原子结构的认识，同其他科学事实一样经历了一个不断探索，不断深化的过程，下列关于原子结构模型的演变过程中，正确的是（）

A．汤姆逊原子模型→道尔顿原子模型→卢瑟福原子模型→玻尔原子模型→量子力学模型

B．汤姆逊原子模型→卢瑟福原子模型→玻尔原子模型→量子力学模型→道尔顿原子模型

C．道尔顿原子模型→卢瑟福原子模型→汤姆逊原子模型→玻尔原子模型→量子力学模型

D．道尔顿原子模型→汤姆逊原子模型→卢瑟福原子模型→玻尔原子模型→量子力学模型

3、光谱技术是人们在研究物质的结构、性质，尤其是微观粒子的结构的过程中广泛使用的一种技术。原子的吸收光谱或发射光谱是线状的而不是连续的，其根本原因在于（）

A．原子中电子能量的高低不同

B．外界条件的影响

C．仪器设备的工作原理

D．原子轨道的能量是量子化的

4、在实验室中可以用光谱仪得到氢原子光谱，实验证明该光谱为线状光谱，该光谱的发现在原子结构的认识过程中，有极为重要的意义，根据它产生了（）

A．卢瑟福核式原子模型

B．汤姆逊“葡萄干布丁”模型

C．玻尔核外电子分层排布模型

D．原子结构的量子力学模型

5、首次将量子化概念应用到原子结构，并成功解释了氢原子光谱是线状光谱的科学家是（）

A．道尔顿B．爱因斯坦C．玻尔D．普朗克

6、玻尔理论中的一个重要观点是电子能量的“量子化”，即在不同轨道上运动的电子是“一份一份”的，不连续变化的，下列实验中能证明该观点的是（）

A．线状光谱B．连续光谱

C．粒子的散射实验D．电子脱离原子实验

（二）、量子力学对原子核外电子运动状态的描述：

1、原子轨道：量子力学中单个电子的空间运动状态称为原子轨道。每个原子轨道可由三个只能取整数的量子数n、l 、m共同描述。

2、四个量子数：n、l 、m、m s

①主量子数n: 描述电子离核的远近．（n 所表示的运动状态称为电子层）

n取值为正整数１，２，３，４，５，６…

对应符号为Ｋ，Ｌ，Ｍ，Ｎ，Ｏ，Ｐ…

②角量子数l : 描述(电子云)原子轨道的形状．

l 取值为0，１，２，３…(n-1)．共n个数值．

符号为s，p，d， f 等．

若电子n、l 的相同，则电子的能量相同。在一个电子层中，l 的取值有多少个，表示电子层有多少个不同的能级．③磁量子数m:描述磁场中原子轨道的能量状态

m可以取0、±1、±2 …±l共(2l +1) 个数值.

如l = 0, m只可以取0,对应的谱线只有一条.

如l = 1, m可以取0, ±1,对应的谱线有三条.

n、l 、m确定,原子轨道就确定了.

④自旋量子数m s：描述在能量完全相同时电子运动的特殊状态(简称为电子自旋状态).

处于同轨道上的电子的自旋状态只有两种：

分别用ms =+1/2(通常用符号↑表示).

ms= -1/2 (通常用符号↓表示).

小结：决定电子能量的量子数是：n、l

描述原子轨道的量子数是：n、l、m.

描述电子运动的量子数是：n、l、m 、m s.

n、l、m 、m s的取值与原子轨道数,可容纳的电子数的关系：

每层的能级数= 电子层数(n)

每层的轨道数= 电子层数的平方( n2 )

每层最多容纳的电子数为= 2 ×电子层数的平方( 2n2 )

多电子原子中四个量子数的关系为n>l>=m , m s = ±1/2

量子数和原子轨道的关系：

n l m 原子轨道m s

取值符号取值符号取值符号取值

1 K 0 s 0 1s ±1/2

2 L 0 s 0 2s ±1/2

1 p 0, ±1 2p x ;2p y ;2p z±1/2

3 M 0 s 0 3s ±1/2

1 p 0, ±1 3p x3p y3p z±1/2

2 d

0, ±1

±2

3d xy3d yz3d xz

3d x2-y23d z2±1/2

3、能层与能级：

能层：原子核外的电子是分层排布的，对多电子原子的核外电子，按能量的差异将其分成不同的能层(n) 。根据电子的能量差异，可将核外电子分层不同的能层。每层最多容纳的电子为2n2个。离核越近的能层能量越低。

能级：对于同一能层里能量不同的电子，将其分成不同的能级(l)；能级类型的种类数与能层数相对应；同一能层里，能级的能量按s、p、d、f的顺序升高，即E(s)＜E(p)＜E(d)＜E(f)。

各能层所包含的能级类型及各能层、能级最多容纳的电子数见下表：

能层(n) 一二三四五六七

符号K L M N O P Q

能级(l) 1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s 4p 4d 4f 5s ………

最多电子数2 2 6 2 6 10 2 6 10 14 2 ………

2 8 18 32 ……2n2

①、每个能层中，能级符号的顺序是ns、np、nd、nf……

②、任一能层，能级数=能层序数

③、s、p、d、f……可容纳的电子数依次是1、3、5、7……的两倍

4、电子云和原子轨道：

(1)电子运动的特点：①质量极小②运动空间极小③极高速运动。

因此，电子运动来能用牛顿运动定律来描述，只能用统计的观点来描述。我们不可能像描述宏观运动物体那样，确

定一定状态的核外电子在某个时刻处于原子核外空间如何，而只能确定它在原子核外各处出现的概率。通常用小圆

点的疏密程度来表示电子在原子核外出现概率的大小。点密集的地方，表示电子在那里出现的概率大；点稀疏的地方，表示电子在那里出现的概率小。

概率分布图看起来像一片云雾，因而被形象地称作电子云。常把电子出现的概率约为90%的空间圈出来，人们把这种电子云轮廓图成为原子轨道。

S电子的原子轨道是球形的，能层序数越大，原子轨道的半径越大。这是由于1s，2s，3s……电子的能量依次增高，电子在离核更远的区域出现的概率逐渐增大，电子云越来越向更大的空间扩展。

P的原子轨道是纺锤形的，每个P能级有3个轨道，它们互相垂直，分别以P x、P y、P z为符号。P原子轨道的平均半径也随能层序数增大而增大。

n d能级各有5个原子轨道；n f能级各有7个原子轨道。

5、各原子轨道能量的高低：

①、相同的电子层上原子轨道能量的高低：ns

②、形状相同的原子轨道能量的高低：1s<2s<3s<4s

③、电子层和形状相同的原子轨道的能量相等，如2p x ; 2p y ; 2p z

【例题精讲】

1、下列各电子层，不包含d能级的是（）。

A. N电子层

B. M电子层

C. O电子层

D. K电子层

2.下列能级中，轨道数为5的是（）。

A.s能级

B.p能级

C.d能级

D.f能级

3.下列几组量子数能够同时存在的是（）。

A. 3、2、2、-1/2

B. 3、0、-1、+1/2

C. 2、2、2、 2

D. 1、0、0、0

4.下列电子层中，原子轨道的数目为4的是（）

A．K层B．L层C．M层D．N层

5.如果每个轨道只能容纳2个电子，那么L电子层最多可容纳的电子数为( ) A．3个B．8个C．9个D．18个

6.P轨道电子云形状正确的是（）。

A.球形对称

B.圆形对称

C.极大值在x、y、z轴上的纺锤形

D.互相垂直的花瓣形

7、下列说法中正确的是（）

A．一个原子轨道上只能有一个电子

B．处在同一原子轨道上的电子运动状态完全相同

C．处在同一电子层上的电子（基态）能量一定相同

D．处在同一能级中的电子（基态）能量一定相同

8、下列关于氢原子电子云图的说法正确的是

A．黑点密度大的区域电子的数目大

B．黑点密度大的区域电子出现的概率大

C．该图表达了电子呈球形的客观事实

D．该图表达的是氢原子所特有的原子云

9、以下各能级能否存在？如果能存在，各包含多少轨道？

（1）2s （2）2d （3）4p （4）5d

课后练习：

1.下列关于电子云的说法不正确的是( )

A 电子云是描述核外某空间电子出现的几率密度的概念;

B 电子云是│Ψ│2的数学图形;

C 电子云有多种图形,黑点图只是其中一种;

D电子就象云雾一样在原子核周围运动,故称为电子云.

2.P轨道电子云形状正确叙述为( )

A 球形对称;

B 对顶双球;

C 极大值在X.Y.Z轴上的双梨形;

D 互相垂直的梅花瓣形.

3.描述一确定的原子轨道(即一个空间运动状态),需用以下参数( )

D 只需n

A n.l

B n.l.m

C n.l.m.m

s

4.n=4时m的最大取值为( )

A 4

B ±4

C 3

D 0

5.2p轨道的磁量子数可能有( )

A 1.2

B 0.1.2

C 1.2.3

D 0.+1.-1

6.原子中电子的描述不可能的量子数组合是( )

A 1.0.0.+?

B 3.1.1.-?

C 2.2.0.-?

D 4.3.-3.-?

7、玻尔理论不能解释（）

A．H原子光谱为线状光谱

B．在一给定的稳定轨道上，运动的核外电子不发射能量----电磁波

C．H原子的可见光区谱线

D．H原子光谱的精细结构

8、2p轨道的磁量子数可能有( )

A. 1.2

B. 0.1.2

C. 1.2.3

D. 0.+1.-1

9、描述核外电子空间运动状态的量子数组合是( )

A. n.l

B. n.l.m

C. n.l.m.m s

D. n.l.m s

10、n.l.m确定后，仍不能确定该量子数组合所描述的原子轨道的( )

A. 数目

B. 形状

C. 能量

D. 所填充的电子数目

11\对于原子中的电子，下面哪些量子数组是容许的?( )

A. n=3，l=1，m=-1

B. n=3，l=1，m=2

C. n=2，l=2，m=-1

D. n=4，l=-2，m=1

12、关于下列对四个量子数的说法正确的是( )

A. 电子的自旋量子数是?，在某一个轨道中有两个电子，所以总自旋量子数是1或是0;

B. 磁量子数m=0的轨道都是球形的轨道;

C. 角量子数l的可能取值是从0到n的正整数;

D. 多电子原子中，电子的能量决定于主量子数n和角量子数l.

13、在主量子数为4的电子层中，能容纳的最多电子数是( )

A. 18

B. 24

C. 32

D. 36

14、多电子原子中，在主量子数为n，角量子数为l的分层上，原子轨道数为( )

A. 2l+1

B. n-1

C. n-l+1

D. 2l-1

15、对于多电子原子来说，下列说法正确的是( )

A. 主量子数n决定原子轨道的能量;

B.主量子数n是决定原子轨道能量的主要因素;

C. 主量子数n值愈大，轨道能量正值愈大;

D. 主量子数n决定原子轨道的形状.