高二化学物质结构与性质优质学案2：1.1原子结构模型

第1节原子结构模型学习目标1.了解氢原子光谱的特点及玻尔原子结构模型的基本观点。

2.了解原子核外电子在一定条件下发生跃迁与光谱的联系。

3.理解原子轨道和电子云的含义。

自主学习知识点一氢原子光谱和玻尔的原子结构模型1.原子结构理论的发展史道尔顿―→实心球原子模型汤姆逊―→“葡萄干布丁”模型卢瑟福―玻尔―→核外电子分层排布模型现代―2．光谱(1)连续光谱：由各种波长的光组成，且相近的波长差别极小而不能分辨。

如阳光形成的光谱即为连续光谱。

(2)线状光谱：由具有特定波长、彼此分立的谱线组成。

如氢原子光谱为线状光谱。

3．玻尔原子模型的基本观点(2)贡献①成功地解释了氢原子光谱是线状光谱的实验事实。

②阐明了原子光谱源自核外电子在能量不同的轨道之间的跃迁，而电子所处的轨道的能量是量子化的。

思考交流1．电子跃迁时只吸收能量吗？知识点二量子力学对原子核外电子运动状态的描述1．原子轨道(1)电子层：在多电子原子中，根据电子离核的平均距离远近、能量的高低分为多个电子层；用n表示，n的取值为正整数1,2,3,4,5,6，……，对应符号K，L，M，N，O，P等。

(2)能级：当n相同时，电子所具有的能量也可能不同，因此，对同一个电子层，还可分为若干个能级。

如n＝2时，有1个s能级和1个p能级。

(3)原子轨道：用来描述原子中的单个电子的空间运动状态。

(4)n值所对应的能级和原子轨道的情况。

思考交流2．多电子原子中，电子的运动区域与其能量的高低之间有何关系？2．原子轨道的图形描述3．电子云(1)定义：描述电子在空间单位体积内出现概率大小的图形称为电子云图。

(2)含义：用单位体积内小点的疏密程度表示电子在原子核外单位体积内出现概率的大小。

点密的地方，表示在那里电子在单位体积内出现的概率大；点疏的地方，表示在那里电子在单位体积内出现的概率小。

探究学习探究一 基态、激发态与原子光谱 【问题导思】①原子光谱形成的原因是什么？【提示】 不同元素的原子发生跃迁时会吸收或释放不同的光，形成原子光谱。

②霓虹灯的发光原理与氢原子光谱相同吗？【提示】 基本相同，都是气体在高电压激发下发生电子跃迁产生的。

1．基态原子与激发态原子2．不同元素的原子发生跃迁时会吸收或释放不同的光，可以用光谱仪摄取各种元素的电子的吸收光谱或发射光谱，总称原子光谱。

3．光谱分析：利用原子光谱上的特征谱线来鉴定元素。

4．玻尔原子结构模型(1)基本观点：①电子在确定的轨道上运动 ②轨道能量是量子化的 ③电子跃迁产生能量变化(2)意义：①成功解释了氢原子的线状光谱 ②说明核外电子是分层排布的 (3)不足：无法解释复杂光谱问题【例1】可见光光子的能量在1.61～3.10 eV 范围内。

若氢原子从高能级跃迁到量子数为n 的低能级的谱线中有可见光，根据氢原子能级图可判断n 为( )A ．1B ．2C ．3D ．4变式训练1．原子光谱是线状光谱，是由不连续的谱线组成的，这表明( ) A ．在原子中只有某些电子能够跃迁产生光谱B ．原子中的电子可以处于某些特定的能量状态，即电子的能量是量子化的C ．原子发射的光是单色光D ．白光可以由多种单色光组成 探究二 电子层、能级和原子轨道【问题导思】①电子层序数和其对应的能级数有何关系？【提示】 能级数＝电子层序数②某一电子层最多容纳的电子数是多少？【提示】 2n 2(n 为电子层数)1．电子层：用符号K 、L 、M 、N 、O 、P 、Q ……表示。

2．能级：用s 、p 、d 、f ……表示，各能级可容纳最多电子数依次为1、3、5、7……的二倍。

3．原子轨道原子轨道形状⎩⎪⎨⎪⎧s 电子的原子轨道呈球形p 电子的原子轨道呈哑铃形原子轨道数目⎩⎪⎨⎪⎧n s ：1个n p ：3个n d ：5个n f ：7个……能量关系⎩⎪⎨⎪⎧①相同电子层上原子轨道能量的高低：n s<n p<n d<n f 。

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轨道 的能量相等。

4．三者之间的联系【例2】某元素原子的核外有三个电子层，最外电子层有4个电子，该原子核内的质子数为( )A ．14B ．15C ．16D ．17 变式训练2．(2013·新课标Ⅰ高考节选)硅是重要的半导体材料，构成了现代电子工业的基础。

回答下列问题：(1)基态Si 原子中，电子占据的最高能层符号为________，该能层具有的原子轨道数为__________，电子数为__________。

(2)硅主要以硅酸盐、________等化合物的形式存在于地壳中。

探究三 电子云【问题导思】①s 轨道的电子云图与p 轨道的电子云图有何区别？【提示】 s 电子云图为球形，p 电子云图为哑铃形。

②电子云中小点的疏密程度有何意义？【提示】 点疏密的程度表示了电子在原子核外出现概率的大小。

1．电子云图中的点不代表一个电子，也不表示电子在此出现过一次。

2．点疏密的程度表示了电子在原子核外出现概率的大小。

点疏的地方表示电子在那里出现的概率小，点密的地方表示电子在那里出现的概率大。

3．离核越近，电子出现的概率越大，电子云越密集。

如2s电子云比1s电子云更扩散。

4．s能级的电子云为球形，只有一种空间伸展方向。

p能级的电子云为哑铃形有三种空间伸展方向。

【例3】下列有关电子云的叙述中，正确的是()A．电子云形象地表示了电子在核外某处单位体积内出现的概率B．电子云直观地表示了核外电子的数目C．1s电子云界面图是一个球面，表示在这个球面以外，电子出现的概率为零D．电子云是电子绕核运动形成了一团带负电荷的云雾变式训练3．下列有关氢原子电子云图的说法中正确的是()A．小点密度大，电子数目大B．小点密度大，单位体积内电子出现的概率大C．电子云图是对电子运动无规律性的描述D．可以预言电子在某一时刻出现在何处随堂训练1．自从1803年英国化学家、物理学家道尔顿提出了原子学说，人类对原子结构的认识就不断深入、发展，并通过实验事实不断地完善对原子结构的认识。

下列关于原子结构模型的说法中，正确的是()A．道尔顿的原子结构模型将原子看作实心球，故不能解释任何问题B．汤姆逊“葡萄干布丁”原子结构模型成功地解释了原子中的正负粒子是可以稳定共存的C．卢瑟福核式原子结构模型指出了原子核和核外电子的质量关系、电性关系及占有体积的关系D．玻尔电子分层排布原子结构模型引入了量子化的概念，能够成功解释所有的原子光谱2．以下能级符号不正确的是()A．3s B．3p C．3d D．3f3．对充有氖气的霓虹灯管通电，灯管发出红色光。

产生这一现象的主要原因是() A．电子由激发态向基态跃迁时以光的形式释放能量B．电子由基态向激发态跃迁时吸收除红光以外的光线C．氖原子获得电子后转变成发出红光的物质D．在电流的作用下，氖原子与构成灯管的物质发生反应4．下列元素的原子中，原子轨道能量与能级无关的是()A．Na B．C C．H D．Ne5．下列有关电子云和原子轨道的说法正确的是()A．原子核外的电子像云雾一样笼罩在原子核周围，故称电子云B. s轨道呈球形，处在该轨道上的电子只能在球壳内运动C. p轨道呈纺锤形，在空间有两个伸展方向D. 与s电子原子轨道相同，p电子原子轨道的平均半径随电子层的增大而增大6．比较下列多电子原子的原子轨道的能量高低(填“＞”“＜”或“＝”)。

(1)2s________5s；(2)2s________2p；(3)2p x________2p y；(4)4f________6f。

——★参考答案★——思考交流1．[答案]不是。

电子从低能量轨道跃迁到高能量轨道时吸收能量，从高能量轨道跃迁到低能量轨道时释放能量。

2．[答案]多电子原子中，通常能量较低的电子在离核较近的区域运动，而能量较高的电子在离核较远的区域运动。

【例1】[解析]原子吸收光子或放出光子的能量是量子化的。

须满足hν＝|E j－E i|，根据氢原子能级关系图，只有氢原子以n＝3态跃迁到n＝2态放出的能量为1.89 eV，在可见光光子的能量范围之内。

[答案]B【例2】[解析]原子核外共有三个电子层，最内层只有1s能级，可容纳2个电子，第二层有2s、2p两个能级，可容纳1×2＋3×2＝8个电子，最外层有4个电子，所以该原子核外有14个电子，又因在原子中，核外电子数等于核内质子数，故选A项。

[答案]A【例3】[解析]为了形象地表示电子在原子核外空间的分布状况，人们常用小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，表示电子出现的概率大；点稀疏的地方，表示电子出现的概率小，这就是电子云。

1s电子云界面以外，电子出现的概率(几率)不为零，只是出现的概率很小。

[答案]A变式训练1．[解析]原子光谱是线状光谱，也就是由具有特定频率的光形成的谱线，原子光谱之所以产生这种特定的谱线，是由于电子的能量是量子化的，电子跃迁的始态和终态的能级差也是量子化的。

[答案]B2．[解析](1)硅是14号元素，基态电子排布式为1s22s22p63s23p2，对应能层分别为K、L、M，其中能量最高的为M能层，该能层有s、p、d能级，s能级有1个原子轨道，p能级有3个原子轨道，d能级有5个原子轨道，共有9个原子轨道。

硅原子的M能层有4个电子。

(2)硅是一种亲氧元素，在自然界无单质存在，主要以二氧化硅和硅酸盐形式存在于地壳中。

[答案](1)M94(2)二氧化硅3．[解析]电子云是电子在核外空间各处出现概率大小的形象描述，密度越大说明电子在此出现的概率大，并非电子数目大，A、C、D错，B正确。

[答案]B随堂训练1．[解析]道尔顿的原子理论成功地解释了质量守恒定律等规律，故A选项是错误的。

汤姆逊“葡萄干布丁”原子结构模型提出了正负电荷的共存问题，但同时认为在这样微小的距离上有着极大的作用力，存在着电子会被拉进去并会碰撞在带正电的核心上这样的问题，故B选项是错误的。

卢瑟福通过α粒子散射实验提出了核式原子结构模型，散射实验的结果能够分析出原子核和核外电子的质量关系、电性关系及占有体积的关系，故C选项是正确的。

玻尔电子分层排布原子结构模型只引入了一个量子化的概念，只能够解释氢原子光谱，而不能解释比较复杂的原子光谱，故D选项是错误的。

[答案]C2．[解析]n＝3时，有3个能级，3s、3p、3d，没有3f能级。

[答案]D3．[解析]氖原子中能量较高轨道上的电子以光的形式向外辐射能量跃迁到能量较低的轨道上，所发出的光的波长恰好位于可见光区域中的红色波段。

[答案]A4．[解析]对于氢原子来说，它只有1个电子，轨道能量只与n有关；而多电子原子，其轨道能量不仅与n有关，还与能级有关。