2017-2018學年高中化學 第1章 原子結構 第1節(jié) 原子結構模型教學案 魯科版選修3.doc

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第1節(jié)　原子結構模型 [課標要求] 1．了解原子核外電子的運動狀態(tài)。 2．知道原子核外電子在一定條件下會發(fā)生躍遷，了解其簡單應用。 1.能級符號及所含軌道數(shù)：s、1，p、3，d、5，f、7。 2．每個電子層所含能級類型：K：s；L：s、p；M：s、p、d；N：s、p、d、f。 3．s軌道呈球形，p軌道呈“∞”形。 4．原子軌道能量高低關系： 同電子層不同能級：nf＞nd＞np＞ns； 不同電子層同能級：ns＞(n－1)s＞(n－2)s＞(n－3)s； 同電子層同能級：npx＝npy＝npz。 1．不同時期的原子結構模型 2．光譜和氫原子光譜 (1)光譜 ①概念：利用儀器將物質吸收的光或發(fā)射的光的波長和強度分布記錄下來的譜線。 ②形成原因：電子在不同軌道間躍遷時，會輻射或吸收能量。 (2)氫原子光譜：屬于線狀光譜。 3．玻爾原子結構模型的基本觀點 運動軌跡 原子中的電子在具有確定半徑的圓周軌道上繞原子核運動，并且不輻射能量 能量分布 在不同軌道上運動的電子具有不同的能量，而且能量是量子化的。軌道能量依n(電子層數(shù))值(1,2，3，…)的增大而升高 電子躍遷 對氫原子而言，電子處于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)。電子在能量不同的軌道之間躍遷時，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 [特別提醒]　 (1)基態(tài)原子激發(fā)態(tài)原子。 (2)基態(tài)原子和激發(fā)態(tài)原子的相互轉化時吸收或釋放能量，形成光譜。 (3)焰色反應產(chǎn)生的原因是原子中的電子在能量不同軌道上躍遷。 1．判斷正誤(正確的打“√”，錯誤的打“”)。 (1)門捷列夫提出原子學說，并發(fā)現(xiàn)元素周期律。(　　) (2)氫原子外圍只有一個電子，故氫原子光譜只有一條譜線。(　　) (3)氫原子光譜屬于線狀光譜。(　　) (4)基態(tài)氫原子轉變成激發(fā)態(tài)氫原子時釋放能量。(　　) (5)焰色反應與電子躍遷有關，屬于化學變化。(　　) 答案：(1)　(2)　(3)√　(4)　(5) 2．原子結構模型的建立經(jīng)歷了若干個階段，下列是這幾個階段中的主要成果和代表人物，請用線連接起來。 ?、瘛　　　　　　　　　　?Ⅱ 葡萄干布丁模型　　　　　　　 道爾頓 實心球體模型 盧瑟福 核式模型 湯姆遜 核外電子分層排布模型 玻爾 解析：原子結構模型在不同時期的主要成果和代表人物分別是：1803年英國化學家道爾頓創(chuàng)立的原子學說→1903年湯姆遜提出葡萄干布丁模型→1911年盧瑟福提出核式模型→1913年玻爾建立核外電子分層排布模型→20世紀20年代產(chǎn)生了量子力學模型。 答案： 1．原子軌道 (1)電子層(n) 分層標準 電子離核的遠近 n的取值 1 2 3 4 5 6 7 符號 K L M N O P Q 能量 離核 (2)能級 在同一電子層中，電子所具有的能量可能不同，所以同一電子層可分成不同的能級，用 s、p、d、f 表示。 (3)原子軌道 ①概念：原子中的單個電子的空間運動狀態(tài)。 ②n值所對應的能級和原子軌道的情況： n(電子層) 能級 原子軌道 取值 符號 符號 符號 數(shù)目 1 K s 1s 1 2 L s 2s 1 p 2px、2py、2pz 3 3 M s 3s 1 p 3px、3py、3pz 3 d 3d 5 4 N s 4s 1 p 4px、4py、4pz 3 d 4d 5 f 4f 7 (4)自旋運動狀態(tài) 處于同一原子軌道上的電子自旋運動狀態(tài)只有兩種，分別用符號“↑”和“↓”表示。 2．原子軌道的圖形描述和電子云 (1)原子軌道的圖形描述 ①對象：原子中單個電子的空間運動狀態(tài)即原子軌道。 ②方法：用直角坐標系標注。 ③意義：表示原子軌道的空間分布。 ④形狀：s軌道呈球形；p軌道在空間的分布特點是分別相對于x、y、z軸對稱，呈啞鈴形(∞)。 (2)電子云 ①概念：描述電子在空間單位體積內出現(xiàn)概率大小的圖形。 ②含義：用單位體積內小黑點的疏密程度表示電子在原子核外出現(xiàn)概率的大小。 1．量子力學從哪些方面描述原子核外電子的運動狀態(tài)？ 提示：從電子層、能級、原子軌道、自旋運動狀態(tài)、電子云五方面。 2．電子層數(shù)與該電子層中的能級數(shù)、原子軌道數(shù)有什么關系？能級與原子軌道數(shù)之間又有什么關系？ 提示：第n電子層中的能級數(shù)為n，原子軌道數(shù)為n2；s能級有1個原子軌道，p能級有3個原子軌道，d能級有5個原子軌道，f能級有7個原子軌道。 3．決定電子能量高低的因素是什么？ 提示：電子的運動區(qū)域離原子核越遠能量越高；原子軌道所處的電子層及能級決定電子的能量高低。 1．電子層數(shù)(n)、能級數(shù)、原子軌道數(shù)、容納電子數(shù)的關系： n取值 1 2 3 4 n 能級數(shù) 1 2 3 4 n 原子軌道數(shù) 1 4 9 16 n2 最多容納電子數(shù) 2 8 18 32 2n2 2.不同原子軌道能量高低的關系 不同電子層不同能級ns＜(n－2)f＜(n－1)a＜np 3．s軌道為球形，p軌道為“∞”字形，并不是說s能級電子繞核做圓周運動，p能級電子繞核做“∞”形運動。 4．電子云圖中的一個小黑點，不代表一個電子。 5．離核越近，電子在單位體積內出現(xiàn)的概率越大。 1．下列能級中軌道數(shù)為3的是(　　) A．s能級　　　　　　　　 B．p能級 C．d能級 D．f能級 解析：選B　s能級中軌道數(shù)為1，p能級中軌道數(shù)為3，d能級中軌道數(shù)為5，f能級中軌道數(shù)為7。 2．3px所代表的含義是(　　) A．px軌道上有3個電子 B．第三電子層px軌道有3個伸展方向 C．px電子云有3個伸展方向 D．第三電子層沿x軸方向伸展的p軌道 解析：選D　3px中，3表示第三電子層，px表示沿x軸方向伸展的p軌道。 3．寫出下列各電子層上的原子軌道數(shù)目。 K：_________，L：_________，M：_________，N：_________。 答案：1　4　9　16 [三級訓練節(jié)節(jié)過關]　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 1．下列說法中正確的是(　　) A．電子云通常是用小黑點來表示電子的多少 B．處于最低能量的原子叫基態(tài)原子 C．能量高的電子在離核近的區(qū)域運動，能量低的電子在離核遠的區(qū)域運動 D．電子僅在激發(fā)態(tài)躍遷到基態(tài)時才會產(chǎn)生原子光譜 解析：選B　A項，電子云通常用小黑點的疏密來表示單位體積內電子出現(xiàn)概率的大?。籆項，電子離核由近到遠，能量由低到高；D項，電子在基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)時也會產(chǎn)生原子光譜。 2．以下能級符號不正確的是(　　) A．3s　　　　　　　　　 B．3p C．3d D．3f 解析：選D　電子層序數(shù)與所含能級數(shù)目相同，第3電子層包含3s、3p、3d三種能級。 3．下列能級中，軌道數(shù)為5的是(　　) A．s能級 B．p能級 C．d能級 D．f能級 解析：選C　s、p、d、f能級所含的軌道數(shù)依次為1、3、5、7。 4．人們把電子云輪廓圖稱為原子軌道，下列有關說法錯誤的是(　　) A．s電子的原子軌道都是球形的，2s電子比1s電子能量高且電子云比1s更擴散 B．p電子的原子軌道都是啞鈴形的，每個p能級有3個原子軌道，它們相互垂直，能量相同 C．p電子能量一定高于s電子能量 D．處于同一原子軌道電子，自旋狀態(tài)有兩種 解析：選C　同一電子層上p電子能量高于s電子能量，不同電子層上p電子能量不一定高于s電子能量，如3s＞2p。 5．填空。 (1)用符號填寫電子層所含能級種類： K層：__________；L層：__________；M層：__________；N層：__________。 (2)用數(shù)字填寫能級所含原子軌道數(shù)目： s：____；p：____；d：____；f：____。 (3)比較下列原子軌道的能量高低(填“＜”“＝”或“＞”)。 ①4s____3s____2s____1s； ②3px____3py____3pz； ③4f____4d____4p____4s； ④1s____2p____3d____4f。 答案：(1)1s　2s、2p　3s、3p、3d　4s、4p、4d、4f (2)1　3　5　7 (3)＞　＞?。尽。健。健。尽。尽。尽。肌。肌。? 1．關于原子結構模型的演變過程，正確的是(　　) A．湯姆遜原子模型→道爾頓原子模型→盧瑟福原子模型→玻爾原子模型→量子力學模型 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→量子力學模型 解析：選D　模型建立先后順序為：道爾頓原子模型(1803年)→湯姆遜原子模型(1903年)→盧瑟福原子模型(1911年)→玻爾原子模型(1913年)→量子力學模型(20世紀20年代中期)。 2．成功解釋氫原子光譜為線狀光譜的原子結構模型的是(　　) A．盧瑟福原子結構模型 B．玻爾原子結構模型 C．量子力學模型 D．湯姆遜原子結構模型 解析：選B　玻爾原子結構模型最早成功解釋了氫原子光譜為線狀光譜；湯姆遜原子結構模型只解釋了原子中存在電子的問題(是在發(fā)現(xiàn)電子的基礎上提出來的)，其原子結構模型為“葡萄干布丁”模型；盧瑟福原子結構模型是根據(jù)α粒子散射實驗提出來的，解決了原子核的問題(帶正電的部分集中在一個核上)；量子力學模型是在量子力學理論的基礎上提出來的，是一個統(tǒng)計的結果。 3．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變成發(fā)出紅光的物質 D．在電流的作用下，氖原子與構成燈管的物質發(fā)生反應 解析：選A　霓虹燈發(fā)紅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躍遷回能量較低的軌道而以光的形式釋放能量。 4．電子層數(shù)n＝3時，電子的空間運動狀態(tài)(即原子軌道)有(　　) A．4種　　　　　　　 B．7種 C．8種 D．9種 解析：選D　電子層數(shù)n＝3的原子軌道有3s(1個原子軌道)，3p(3種伸展方向，即3個原子軌道)，3d(5種伸展方向，即5個原子軌道)共9(即n2)個原子軌道。 5．以下能級符號正確的是(　　) ①6s?、?d　③3f?、?p A．①② B．②③ C．③④ D．①④ 解析：選D　能級數(shù)與電子層數(shù)n相同，當n＝2時，只有2s、2p能級，不能出現(xiàn)d能級，而在n＝3時也不會出現(xiàn)3f能級。 6．下列電子層中，包含有f能級的是(　　) A．K電子層 B．L電子層 C．M電子層 D．N電子層 解析：選D　K層包含s能級，L層包含s、p能級，M層包含s、p、d能級，N層包含s、p、d、f能級。 7．下列各組多電子原子的原子軌道能量高低比較中，錯誤的是(　　) ①2s＜2p?、?px＜3py?、?s＜3d?、?s＞4p A．①② B．②③ C．①③ D．②④ 解析：選D　同一電子層上原子軌道的能量高低為ns＜np＜nd，①、③正確，④錯誤，同一能級上各原子軌道的能量相同，3px＝3py，②錯誤。 8．關于氫原子電子云圖的說法正確的是(　　) A．黑點密度大，電子數(shù)目大 B．黑點密度大，單位體積內電子出現(xiàn)的機會小 C．電子云圖是對電子運動無規(guī)律的描述 D．電子云圖描述了電子運動的客觀規(guī)律 解析：選D　電子云圖中的黑點不代表電子，只是利用其密度的大小來代表電子在此區(qū)域出現(xiàn)機會的大小。電子運動的客觀規(guī)律用圖形表現(xiàn)就是電子云圖。 9．寫出下列各能級上的原子軌道數(shù)目 1s：________，4d：________，5f：________，6p：________。 答案：1　5　7　3 10．以下各能級是否存在？如果存在，各包含多少個原子軌道？ (1)2s　(2)2d　(3)3p　(4)5d 解析：由電子層序數(shù)、能級數(shù)和原子軌道數(shù)之間的關系可知，存在著2s能級，且只有1個原子軌道；不存在2d能級，電子層數(shù)為2時只有2s、2p兩個能級；存在3p能級，且含有3個原子軌道，分別為3px、3py、3pz；存在5d能級，其含有5個原子軌道。 答案：(1)2s存在，原子軌道數(shù)為1； (2)2d不存在； (3)3p存在，原子軌道數(shù)為3； (4)5d存在，原子軌道數(shù)為5。 1．下列電子層中，原子軌道的數(shù)目為4的是(　　) A．K層 B．L層 C．M層 D．N層 解析：選B　s、p、d、f能級包含原子軌道數(shù)目依次為1、3、5、7；原子軌道數(shù)目為4，則該層包含s、p能級，故為L層。也可由原子軌道數(shù)n2＝4，得n＝2，即為L層。 2．N電子層含有的軌道類型數(shù)是(　　) A．3 B．4 C．5 D．6 解析：選B　N電子層為第4層，軌道類型數(shù)即能級類型數(shù)，電子層數(shù)＝所含能級數(shù)，故N電子層含4種類型能級，分別為4s、4p、4d、4f，則軌道類型數(shù)為4。 3．下列說法中正確的是(　　) A．1s、2px、2py、2pz軌道都具有球對稱性 B．因為p軌道是“8”字形的，所以p電子也是“8”字形 C．氫原子中只有一個電子，故氫原子只有一個軌道 D．原子軌道與電子云都是用來形象描述電子運動狀態(tài)的 解析：選D　s軌道是球形對稱的；p軌道呈啞鈴形，px、py、pz分別相對于x、y、z軸對稱；氫原子中只有一個電子，填充在1s軌道上，但也存在其他空軌道，使電子躍遷，產(chǎn)生光譜。 4．下列關于電子云示意圖的敘述正確的是(　　) A．電子云表示電子的運動軌跡 B．黑點的多少表示電子個數(shù)的多少 C．處于1s軌道上的電子在空間出現(xiàn)的概率分布呈球形對稱，而且電子在原子核附近出現(xiàn)的概率小，離核越遠電子出現(xiàn)的概率越大 D．處在2pz軌道的電子主要在xy平面的上、下方出現(xiàn) 解析：選D　電子云示意圖是用小黑點的疏密來表示電子在原子核外出現(xiàn)的概率的大小，A、B錯誤；1s軌道的電子云呈球形對稱，在原子核附近小黑點密集，電子出現(xiàn)的概率大，離核越遠電子出現(xiàn)的概率越小，C錯誤；處在2pz軌道上的電子在空間出現(xiàn)的概率分布相對于z軸對稱，電子主要在xy平面的上、下方出現(xiàn)，D正確。 5．下列說法正確的是(　　) A．同一個電子層中s能級的能量總是大于p能級的能量 B．2s原子軌道半徑比1s原子軌道半徑大，說明2s的電子云中的電子比1s的多 C．第2電子層上的電子，不論在哪一個原子軌道上，其能量都相等 D．N電子層的原子軌道類型數(shù)和原子軌道數(shù)分別為4和16 解析：選D　同一電子層中，s能級的能量小于p能級的能量，A不正確；2s原子軌道半徑比1s原子軌道半徑大，說明2s電子在離核更遠的區(qū)域出現(xiàn)的概率比1s電子的大，B不正確；當電子在同一電子層的不同能級上時，其能量不相同，因此C不正確；對于N電子層，n＝4，其軌道類型數(shù)為4，軌道數(shù)為n2＝42＝16。 6．下列說法中正確的是(　　) A．一般而言，n越大，電子離核平均距離越遠，能量越低 B．一般n越大，電子層中的能級數(shù)越多 C．對于確定的n值，其原子軌道數(shù)為2n2個 D．自旋狀態(tài)隨原子軌道的具體情況而確定 解析：選B　隨n值增大，電子離核越來越遠，但電子能量越來越高，A項錯誤；電子層數(shù)越大，其能級數(shù)越多，如n＝1，K層只有s能級，n＝2，L層有s、p能級，n＝3，M層有s、p、d三個能級，B項正確；一個電子層(電子層序數(shù)為n)上的原子軌道數(shù)為n2，電子有兩種自旋狀態(tài)(向上或向下)，該電子層容納的最多電子數(shù)為2n2，C項錯誤；自旋狀態(tài)與原子軌道無關，D項錯誤。 7．下列關于電子層與能級的說法中正確的是(　　) A．原子核外電子的每個電子層最多可容納的電子數(shù)為n2 B．任一電子層的能級總是從s能級開始，而且能級數(shù)等于該電子層序數(shù) C．同是s能級，在不同的電子層中所能容納的最多電子數(shù)是不相同的 D．能級能量4s＞4d 解析：選B　A項，每一電子層最多可容納的電子數(shù)為2n2；C項，只要是s能級，不論哪一電子層，所容納的電子數(shù)都為2；D項，能級能量4d＞4s。 8．若以E表示某能級的能量，下列能量大小順序中正確的是(　　) A．E(3p)＞E(2p)＞E(1p) B．E(3s)＞E(3p)＞E(3d) C．E(4f)＞E(4s)＞E(4d) D．E(5s)＞E(4s)＞E(5f) 解析：選A　B項，應為E(3d)＞E(3p)＞E(3s)；C項，應為E(4f)＞E(4d)＞E(4s)；D項，應為E(5f)＞E(5s)＞E(4s)。 9．K層有________個能級，用符號表示為________，L層有____________個能級，用符號分別表示為____________。M層有____________個能級，用符號分別表示為____________。由此可推知n電子層最多可能有________個能級，能量最低的兩個能級其符號分別表示為________，它們的原子軌道電子云形狀分別為________、________。 解析：此題對電子層和能級的關系作了總結，有助于理解和掌握以下幾個基本內容：①第n個電子層有n個能級；②核外電子的能量取決于該電子所處的電子層和能級；③s能級和p能級電子云的形狀。 答案：1　1s　2　2s、2p　3　3s、3p、3d　n　ns、np　球形　啞鈴形 10．比較下列多電子原子原子軌道的能量高低(填“＜”“＞”或“＝”)。 (1)2s______3s；(2)2s______3d； (3)2px______2py；(4)4f______6f。 解析：相同電子層上不同原子軌道能量的高低：ns＜np＜nd＜nf；形狀相同的原子軌道能量的高低：1s＜2s＜3s＜4s…，同一能級上的原子軌道具有相同的能量：npx＝npy＝npz等。 答案：(1)＜　(2)＜　(3)＝　(4)＜