2022-2023版高中化學(xué) 第1章 原子結(jié)構(gòu) 第1節(jié) 原子結(jié)構(gòu)模型 第1課時學(xué)案 魯科版選修3

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1、2022-2023版高中化學(xué) 第1章 原子結(jié)構(gòu) 第1節(jié) 原子結(jié)構(gòu)模型 第1課時學(xué)案 魯科版選修3 [學(xué)習(xí)目標(biāo)定位]　1.了解原子結(jié)構(gòu)模型的演變歷程和玻爾的原子結(jié)構(gòu)模型的內(nèi)容。2.知道基態(tài)、激發(fā)態(tài)和原子光譜等概念，認(rèn)識原子光譜分析的應(yīng)用。 一、原子結(jié)構(gòu)模型的演變 1．不同時期的原子結(jié)構(gòu)模型 時間或年代 1803年 1903年 1911年 1913年 20世紀(jì)20年代中期 原子結(jié)構(gòu) 模型 模型名稱 實(shí)心球原子模型 葡萄干布丁模型 核式模型 電子分層排布模型 量子力學(xué)模型 相關(guān)科學(xué)家 道爾頓 湯姆遜 盧瑟福 玻爾 薛定諤 2

2、.盧瑟福原子結(jié)構(gòu)模型的理論要點(diǎn) 原子的質(zhì)量主要集中在原子核上，電子在原子核外空間做高速運(yùn)動。 (1)道爾頓原子模型(1803年)：原子是組成物質(zhì)的基本粒子，它們是堅實(shí)的、不可再分的實(shí)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。 (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(yùn)轉(zhuǎn)，就像行星環(huán)繞太陽運(yùn)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(yùn)動。 (5)原子

3、結(jié)構(gòu)的量子力學(xué)模型(20世紀(jì)20年代中期)：現(xiàn)代物質(zhì)結(jié)構(gòu)學(xué)說。 例1　如圖①②③原子結(jié)構(gòu)模型中依次符合盧瑟福、道爾頓、湯姆遜的觀點(diǎn)的是(　　) A．①②③ B．③①② C．③②① D．②①③ 答案　B 解析　盧瑟福提出了原子的核式模型，道爾頓認(rèn)為原子是一個實(shí)心的球體，湯姆遜發(fā)現(xiàn)了電子，并提出了原子的“葡萄干布丁”模型。 例2　下列關(guān)于原子結(jié)構(gòu)模型的說法中，正確的是(　　) A．道爾頓的原子結(jié)構(gòu)模型將原子看作實(shí)心球，故不能解釋任何問題 B．湯姆遜“葡萄干布丁”原子結(jié)構(gòu)模型成功地解釋了原子中的正、負(fù)粒子是可以穩(wěn)定共存的 C．盧瑟福核式原子結(jié)構(gòu)模型指出了原子核和核外電子的

4、質(zhì)量關(guān)系、電性關(guān)系及占有體積的關(guān)系 D．玻爾電子分層排布原子結(jié)構(gòu)模型引入了量子化的概念，能夠成功解釋所有的原子光譜 答案　C 解析　道爾頓的原子理論成功地解釋了質(zhì)量守恒定律等規(guī)律，A項(xiàng)不正確；湯姆遜“葡萄干布丁”原子結(jié)構(gòu)模型提出了正、負(fù)電荷的共存問題，但同時認(rèn)為在這樣微小的距離上有著極大的作用力，電子會被拉進(jìn)去并會碰撞在帶正電的核心上，B項(xiàng)不正確；盧瑟福通過α粒子散射實(shí)驗(yàn)提出了核式原子結(jié)構(gòu)模型，散射實(shí)驗(yàn)的結(jié)果能夠分析出原子核和核外電子的質(zhì)量關(guān)系、電性關(guān)系及占有體積的關(guān)系，C項(xiàng)正確；玻爾電子分層排布原子結(jié)構(gòu)模型只引入了一個量子數(shù)，只能夠解釋氫原子光譜，而不能解釋比較復(fù)雜的原子光譜，D項(xiàng)不正

5、確。 二、氫原子光譜和玻爾的原子結(jié)構(gòu)模型 1．光譜及其分類 (1)含義：利用儀器將物質(zhì)吸收的光或發(fā)射的光的波長和強(qiáng)度分布記錄下來，就得到所謂的光譜。 (2)分類 ①連續(xù)光譜：若光譜是由各種波長的光所組成，且相近的波長差別極小而不能分辨，則這種光譜為連續(xù)光譜。例如，陽光形成的光譜即為連續(xù)光譜。 ②線狀光譜：若光譜是由具有特定波長的、彼此分立的譜線組成，則所得光譜為線狀光譜。 (3) 氫原子光譜特點(diǎn) 氫原子光譜是線狀光譜。 2．玻爾的原子結(jié)構(gòu)模型 (1)玻爾原子結(jié)構(gòu)模型的基本觀點(diǎn) 運(yùn)動軌跡 原子中的電子在具有確定半徑的圓周軌道上繞原子核運(yùn)動，并且不輻射能量 能量分

6、布 在不同軌道上運(yùn)動的電子具有不同的能量(E)，而且能量是量子化的。軌道能量與量子數(shù)n的取值有關(guān)。 對氫原子而言，電子處于n＝1的軌道時能量最低，這種狀態(tài)稱為基態(tài)；能量高于基態(tài)的狀態(tài)，稱為激發(fā)態(tài) 電子躍遷 只有當(dāng)電子從一個軌道(Ei)躍遷到另一個軌道(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)出來并被記錄下來，就形成了光譜 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(shí)驗(yàn)事實(shí)。 (2)吸收光譜與發(fā)射光譜 (3)譜學(xué)分析：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，稱為譜學(xué)分析。 (1)玻爾原子結(jié)構(gòu)模

7、型 ①原子光譜源自核外電子在能量不同的軌道之間的躍遷； ②電子所處的軌道的能量是量子化的； ③電子躍遷吸收(或放出)的能量也是量子化的。 (2)光譜的分類 例3　玻爾理論不能解釋(　　) A．氫原子光譜為線狀光譜 B．氫原子的可見光區(qū)譜線 C．在有外加磁場時氫原子光譜有多條譜線 D．在一給定的穩(wěn)定軌道上，運(yùn)動的核外電子不輻射能量 答案　C 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(shí)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。 特別提醒 玻爾理論中只引入一個量子數(shù)n，只能解釋氫原子光譜是線

8、狀光譜。若要解釋更復(fù)雜的原子光譜，需引入更多的量子數(shù)。 例4　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) 答案　A 解析　在電流作用下，基態(tài)氖原子的電子吸收能量躍遷到較高的軌道，變?yōu)榧ぐl(fā)態(tài)原子，這一過程要吸收能量，不會發(fā)出紅光；而電子從較高能量的激發(fā)態(tài)躍遷到較低能量的激發(fā)態(tài)或基態(tài)時，將釋放能量，從而產(chǎn)生紅光，故A項(xiàng)正確。 易錯警示　 焰色反應(yīng)、物質(zhì)燃燒或高

9、溫下發(fā)光等都與原子核外電子的躍遷有關(guān)，而化學(xué)反應(yīng)中的顏色變化與原子核外電子的躍遷無關(guān)。 1．最早成功解釋了氫原子光譜為線狀光譜的原子結(jié)構(gòu)模型是(　　) A．盧瑟福原子結(jié)構(gòu)模型 B．玻爾原子結(jié)構(gòu)模型 C．量子力學(xué)模型 D．湯姆遜原子結(jié)構(gòu)模型 答案　B 解析　玻爾的原子結(jié)構(gòu)模型最早成功解釋了氫原子光譜是線狀光譜；湯姆遜“葡萄干布丁”原子結(jié)構(gòu)模型只解釋了原子中存在電子的問題；盧瑟福原子結(jié)構(gòu)模型是根據(jù)α粒子散射實(shí)驗(yàn)提出來的，解決了原子核的問題(帶正電的部分集中在一個核上)；量子力學(xué)模型是在量子力學(xué)理論的基礎(chǔ)上提出的，能解釋復(fù)雜的原子光譜現(xiàn)象。 2．首次將量子化概念應(yīng)

10、用到原子結(jié)構(gòu)，并解釋了原子的穩(wěn)定性的科學(xué)家是(　　) A．道爾頓 B．門捷列夫 C．玻爾 D．盧瑟福 答案　C 解析　道爾頓、門捷列夫、玻爾和盧瑟福的主要貢獻(xiàn)分別是原子學(xué)說、元素周期律、原子軌道理論和原子的核式模型。丹麥科學(xué)家玻爾引入量子化觀點(diǎn)，提出電子在一定軌道上運(yùn)動的原子結(jié)構(gòu)模型。 3．下列說法正確的是(　　) A．氫原子光譜是元素的所有光譜中最簡單的光譜 B．“量子化”就是不連續(xù)的意思，微觀粒子運(yùn)動均有此特點(diǎn) C．玻爾理論不但成功解釋了氫原子光譜，而且還推廣到其他原子光譜 D．原子中電子在具有確定半徑的圓周軌道上像火車一樣高速運(yùn)動著 答案　A 解析　氫原子光

11、譜是元素的所有光譜中最簡單的光譜；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，其他微粒如分子、離子等無此特點(diǎn)；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難以解釋；原子中電子沒有確定的半徑，原子半徑是電子運(yùn)動的“區(qū)域”。 4．為揭示氫原子光譜是線狀光譜這一事實(shí)，玻爾提出了核外電子的分層排布理論，下列說法中，不符合這一理論的是(　　) A．電子繞核運(yùn)動具有特定的半徑和能量 B．在一給定的穩(wěn)定軌道上，運(yùn)動的核外電子不輻射能量 C．電子躍遷時，會吸收或放出特定的能量 D．揭示氫原子光譜存在多條譜線 答案　D 解析　玻爾的原子結(jié)構(gòu)模型只

12、能解釋氫原子光譜是線狀光譜，要解釋氫原子光譜的多重譜線，需用量子力學(xué)理論來解釋。 5．元素K的焰色反應(yīng)呈紫色，其中紫色對應(yīng)的輻射波長為(　　) A．404.4 nm B．553.5 nm C．589.2 nm D．670.8 nm 答案　A 解析　紫色波長介于400～435 nm之間，只有A符合。 6．用鎂粉、堿金屬鹽及堿土金屬鹽等可以做成焰火。燃放時，焰火發(fā)出五顏六色的光，請用原子結(jié)構(gòu)的知識解釋發(fā)光的原因：______________________________________________ ____________________________________

13、____________________________________。 答案　燃燒時，電子獲得能量，從能量較低的軌道向能量較高的軌道躍遷，躍遷到能量較高的軌道的電子處于一種不穩(wěn)定的狀態(tài)，它隨即就會躍達(dá)到能量較低的軌道，并向外界以光能的形式釋放能量 解析　焰火在燃燒時產(chǎn)生五顏六色的光，是因?yàn)榻饘僭拥暮送怆娮影l(fā)生了從能量較低的軌道向能量較高的軌道躍遷，然后電子再從能量較高的軌道回到能量較低的軌道，此過程中釋放能量，放出的能量以光能的形式釋放，所以看到了不同顏色的光(電子躍遷時產(chǎn)生了發(fā)射光譜)。 [對點(diǎn)訓(xùn)練] 題組1　原子結(jié)構(gòu)模型的演變史 1．在物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究的歷史上，首先提出原子

14、是一個實(shí)心球體的是(　　) A．湯姆遜 B．盧瑟福 C．道爾頓 D．玻爾 答案　C 解析　道爾頓在1803年提出原子是堅實(shí)的，不可再分的實(shí)心球。依次出現(xiàn)湯姆遜原子模型、盧瑟福原子模型、玻爾原子模型。 2．首先提出原子結(jié)構(gòu)模型并開始涉及原子內(nèi)部結(jié)構(gòu)的科學(xué)家是(　　) A．盧瑟福 B．玻爾 C．湯姆遜 D．道爾頓 答案　C 解析　湯姆遜“葡萄干布丁”模型開始涉及原子內(nèi)部的結(jié)構(gòu)。盧瑟福提出原子結(jié)構(gòu)的核式模型；玻爾建立了核外電子分層排布的原子結(jié)構(gòu)模型；道爾頓建立了原子學(xué)說。 3．關(guān)于原子模型的演變過程，正確的是(　　) A．湯姆遜原子模型→道爾頓原子模型→盧瑟福原

15、子模型→玻爾原子模型→量子力學(xué)模型 B．湯姆遜原子模型→盧瑟福原子模型→玻爾原子模型→量子力學(xué)模型→道爾頓原子模型 C．道爾頓原子模型→盧瑟福原子模型→湯姆遜原子模型→玻爾原子模型→量子力學(xué)模型 D．道爾頓原子模型→湯姆遜原子模型→盧瑟福原子模型→玻爾原子模型→量子力學(xué)模型 答案　D 題組2　氫原子光譜及玻爾原子結(jié)構(gòu)模型 4．在實(shí)驗(yàn)室中用下列裝置可以得到氫原子光譜，實(shí)驗(yàn)證明該光譜為線狀光譜，該光譜的發(fā)現(xiàn)在原子結(jié)構(gòu)的認(rèn)識過程中，有極為重要的意義，根據(jù)它產(chǎn)生了(　　) A．盧瑟福核式原子模型 B．湯姆遜“葡萄干布丁”模型 C．玻爾核外電子分層排布模型 D．原子結(jié)構(gòu)的量子力學(xué)

16、模型 答案　C 解析　玻爾的原子結(jié)構(gòu)模型是為了解釋氫原子光譜為線狀光譜而不是連續(xù)光譜而提出的。 5．原子光譜是線狀光譜，是由不連續(xù)的譜線組成的，這表明(　　) A．原子發(fā)射的光是單色光 B．白光可以由多種單色光組成 C．在原子中只有某些電子能夠躍遷產(chǎn)生光譜 D．原子中的電子可以處于某些特定的能量狀態(tài)，即電子的能量是量子化的 答案　D 解析　光譜分為連續(xù)光譜和線狀光譜，無論是單色光還是白光，都是連續(xù)光譜，原子光譜是線狀光譜，也就是由具有特定頻率的光形成的譜線。原子光譜之所以產(chǎn)生這種特定的譜線，是由于電子的能量是量子化的，電子躍遷的始態(tài)和終態(tài)的能量差也是量子化的。 6．元素

17、Na的焰色反應(yīng)呈黃色，其中黃色對應(yīng)的輻射波長為(　　) A．404.4 nm B．553.5 nm C．589.2 nm D．670.8 nm 答案　C 解析　黃色波長介于589.0～589.6 nm之間，只有C符合。 7．元素Na的焰色反應(yīng)呈黃色，從能量變化的角度其光譜類型屬于(　　) A．發(fā)射光譜 B．吸收光譜 C．連續(xù)光譜 D．線狀光譜 答案　A 解析　焰色反應(yīng)是待測物的金屬元素吸收能量后，原子中的電子發(fā)生躍遷變?yōu)榧ぐl(fā)態(tài)，而激發(fā)態(tài)不穩(wěn)定，釋放能量變?yōu)檩^低能量的激發(fā)態(tài)或基態(tài)，產(chǎn)生發(fā)射光譜。 題組3　基態(tài)與激發(fā)態(tài)原子 8．同一原子的基態(tài)和激發(fā)態(tài)相比較，正

18、確的是(　　) ①基態(tài)時的能量比激發(fā)態(tài)時高　 ②基態(tài)時比較穩(wěn)定 ③基態(tài)時的能量比激發(fā)態(tài)時低　 ④激發(fā)態(tài)時比較穩(wěn)定 A．①② B．②③ C．①④ D．③④ 答案　B 解析　對同一原子，基態(tài)時比較穩(wěn)定，基態(tài)時的能量比激發(fā)態(tài)時低，②③正確，①④錯誤。 9．下列說法正確的是(　　) A．自然界中的所有原子都處于基態(tài) B．同一原子處于激發(fā)態(tài)時的能量一定高于基態(tài)時的能量 C．無論原子種類是否相同，基態(tài)原子的能量總是低于激發(fā)態(tài)原子的能量 D．激發(fā)態(tài)原子的能量較高，極易失去電子，表現(xiàn)出較強(qiáng)的還原性 答案　B 解析　自然界中的原子有的處于基態(tài)，有的處于激發(fā)態(tài)，A項(xiàng)錯誤；同一種原

19、子處于激發(fā)態(tài)時的能量一定高于基態(tài)時的能量，若原子種類不同，則不一定如此，B項(xiàng)正確，C項(xiàng)錯誤；激發(fā)態(tài)原子的能量較高，容易躍遷到能量較低的激發(fā)態(tài)或基態(tài)，能量降低，激發(fā)態(tài)原子若要失去電子，仍必須再吸收能量，失去電子難易程度需根據(jù)原子的具體情況而定，有的激發(fā)態(tài)原子易失去電子，有的激發(fā)態(tài)原子難失去電子，D項(xiàng)錯誤。 10．下圖中所發(fā)生的現(xiàn)象與電子的躍遷無關(guān)的是(　　) 答案　D 解析　燃放煙火、霓虹燈、燃燒蠟燭等獲得的光能都是電子躍遷時能量以光的形式釋放出來導(dǎo)致的，而平面鏡成像則是光線反射的結(jié)果。 11．下列對焰色反應(yīng)的描述正確的是(　　) A．焰色反應(yīng)是單質(zhì)的性質(zhì) B．焰

20、色反應(yīng)是化學(xué)變化 C．焰色反應(yīng)是金屬原子失去電子時吸收能量產(chǎn)生的現(xiàn)象 D．焰色反應(yīng)是金屬原子或離子中的電子從較高能量的激發(fā)態(tài)躍遷到較低能量的激發(fā)態(tài)或基態(tài)時，將能量以光的形式釋放出來的現(xiàn)象 答案　D 解析　焰色反應(yīng)是金屬原子或離子中的電子從較高能量的激發(fā)態(tài)躍遷到較低能量的激發(fā)態(tài)或基態(tài)時，將能量以光的形式釋放出來的現(xiàn)象，變化過程中并沒有新物質(zhì)生成，是物理變化，而不是化學(xué)變化。 12．下列說法不能用玻爾的原子結(jié)構(gòu)模型解釋的是(　　) A．氫原子光譜為線狀光譜 B．在一定的穩(wěn)定軌道上，運(yùn)動的核外電子不能發(fā)射電磁波 C．氫原子中處于激發(fā)態(tài)的電子能量高 D．氫原子在可見光區(qū)形成紫色譜線時

21、說明電子從基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài) 答案　D 解析　原子核外電子從激發(fā)態(tài)躍遷到基態(tài)時才會形成發(fā)射光譜，D項(xiàng)符合題意。 [綜合強(qiáng)化] 13．回答下列問題： (1)日光等白光經(jīng)棱鏡折射后產(chǎn)生的是________光譜。原子光譜是________光譜。 (2)吸收光譜是________的電子躍遷為________的電子產(chǎn)生的，此過程中電子________能量；發(fā)射光譜是________的電子躍遷為________的電子產(chǎn)生的，此過程中電子________能量。 答案　(1)連續(xù)　線狀　(2) 基態(tài)　激發(fā)態(tài)　吸收　激發(fā)態(tài)　基態(tài)　釋放 14．(1) 1861年德國人基爾霍夫(G.R.Kirchho

22、ff)和本生(R.W.Bunsen)研究鋰云母的某譜時，發(fā)現(xiàn)在深紅區(qū)有一新線，從而發(fā)現(xiàn)了銣元素，他們研究的是___________________________。 (2)含有鉀元素的鹽的焰色反應(yīng)為______色。許多金屬鹽都可以發(fā)生焰色反應(yīng)，其原因是________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 答案　(1)原子光譜 (2)紫　激發(fā)態(tài)的電子從能量較高的軌道躍遷到能量較低的軌道時，以一定波長(可見光區(qū)域)光的形式釋放能量