高中化学 第一节原子结构模型教案 鲁科版选修3.docx
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高中化学第一节原子结构模型教案鲁科版选修3
安徽省怀远县包集中学高中化学选修3：
第一节原子结构模型
构造思想
化学思想就是人脑分析、思考、解答、处理化学问题过程中心理思维过程的总和。
建构模型思想是化学研究中重要的思想方法，其核心是抓住化学对象或问题的主要方面，剔除次要方面，从而建构实验过程中的理想模型或创建物质形态的理想模型；这种化学研究的思想在对微观世界的研究中有相当重要的位置。
在本章原子结构、核外电子的排布，能级和能层等的研究中有重要体现
本章导读
知识要点
重要指数
链接考题
学习策略
1.原子核外电子的运动特征及四个量子数的具体含义。
★
例2、（05`上海）
充分认识原子结构理论发展的过程是一个逐步深入完美的过程.学习时注重类比和归纳、能层类比楼层，能级类比楼梯；以帮助理解。
2.原子核外电子排布的基本规律，常见元素的电子排布式。
★★★★
例1、（06、江苏）
例3、（04·海淀）
例4、（04·天津）
例6、（04·济南）
以上规律是互相联系的，不能孤立地理解。
对于电子排布式要注意分层排布的特点。
3.元素性质、原子结构和元素周期表中的位置之间的关系
★★★★★
例7、（04·上海）
例8、（04·海淀）
例11、（06广东）
核心是弄清位-构-性三者的关系。
要注意另一化学思想的建立：
即元素性质的位-构-性思想
4.元素周期表的结构，元素原子周期性变化的规律
★★★★★
例12、（06天津理综）
例14、（06年北京）
元素周期表是元素周期律的具体表现形式，要注意二者的统一性、一致性和相互体现的特点。
5.元素性质的递变规律，电离能、电负性的概念，电负性与元素金属性、非金属性的关系
★★
例15、（03上海）
电负性和电离能的比较；元素的金属性和非金属性是元素的性质周期性变化的体现。
第1节原子结构模型
绚丽壮观的焰火增加了节日欢乐的气氛，都市夜空色彩夺目的美景会给你留下不可磨灭的记忆。
渐渐长大的你是否想过，这给你带来惊异和欢乐的美景是如何产生的？
是什么产生了这不同颜色的光？
这一节内容的学习，将会帮助我们揭开其中的秘密。
高手支招之一：
细品教材
一．原子结构模型的提出
原子结构模型简明形象地表示出了人类对原子结构认识逐步深化的演变过程。
1、道尔顿原子模型（1803年）：
原子是组成物质的基本的粒子，它们是坚实的、不可再分的实心球。
2、汤姆生原子模型（1904年）：
原子是一个平均分布着正电荷的粒子，其中镶嵌着许多电子，中和了正电荷，从而形成了中性原子。
3、卢瑟福原子模型（1911年）：
在原子的中心有一个带正电荷的核，它的质量几乎等于原子的全部质量，电子在它的周围沿着不同的轨道运转，就像行星环绕太阳运转一样。
4、玻尔原子模型（1913年）：
电子在原子核外空间的一定轨道上绕核做高速的圆周运动。
5、电子云模型（1927年——1935年）：
现代物质结构学说。
现在，科学家已能利用电子显微镜和扫描隧道显微镜拍摄表示原子图像的照片。
随着现代科学技术的发展，人类对原子的认识过程还会不断深化。
例1、下列对不同时期原子结构模型的提出时间排列正确的是（）
①电子分层排布模型②“葡萄干布丁”模型③量子力学模型④道尔顿原子学说
⑤核式模型
A、①③②⑤④ B、④②③①⑤C、④②⑤①③ D、④⑤②①③
解析：
①电子分层排布模型由玻尔1913年提出；②“葡萄干布丁”模型由汤姆逊1903年提出；③量子力学模型于1926年提出；④道尔顿原子学说于1803年提出；⑤核式模型由卢瑟福于1911年提出。
答案：
C
二、原子光谱和波尔的原子结构模型
1、原子光谱：
光（辐射）是电子释放能量的重要形式之一，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电子的吸收光谱或发射光谱，总称原子光谱。
（1）、通常所说的光是指人的视觉所能感觉到的在真空中波长介于400—700nm之间的电磁波。
不同波长的光在人的视觉中表现出不同的颜色，按波长由长到短依次为红橙黄绿青蓝紫。
实际上，广义的光即电磁波，除了可见光外，还包括红外光、紫外光、X射线等。
（2）、人们在真空放电管内充入低压氢气，并在放电管两端的电极间加上高压电时，氢气会放电发光，利用三棱镜可观察到不连续的线状光谱。
（3）、光谱分为连续光谱和线状光谱，氢原子光谱为线状光谱。
线状光谱－－具有特定波长、彼此分离的谱线所组成的光谱（图1-1）
锂、氦、汞的发射光谱锂、氦、汞的吸收光谱
图1-1
连续光谱－－由各种波长的光所组成，且相近的波长差别极小而不能分辨所得的光谱.如阳光形成的光谱。
例2：
下列波长的光不能被肉眼感知的是（）
A、300nmB、500nmC、600nmD、900nm
答案：
A、D
2、玻尔的原子结构模型
为了解释原子的稳定性和氢原子光谱是线状光谱的实验事实，丹麦科学家波尔在核式原子模型的基础上提出了核外电子分层排布的的原子结构模型。
玻尔的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，并且不辐射能量。
（2）、不同轨道上的电子具有不同的能量（E），而且能量是量子化的，即能量是“一份一份”的，不能任意连续变化而只能取某些不连续的数值，轨道能量依n值（1,2，3……）的增大而升高，n称为量子数。
对氢原子而言，电子处在n=1的轨道时能量最低，称为基态；能量高于基态的状态，称为激发态。
（3）、只有当电子从一个轨道（能量为Ei）跃迁到另一个轨道（能量为Ej）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。
（4）、玻尔的核外电子分层排布的原子结构模型成功地解释了氢原子光谱是线状光谱的实验事实。
玻尔的重大贡献在于指出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。
例3：
为揭示原子光谱是线状光谱这一事实，玻尔提出了核外电子的分层排布理论。
下列
说法中，不符合这一理论的是（）
A、电子绕核运动具有特定的半径和能量
B、电子在特定半径的轨道上运动时不辐射能量
C、电子跃迁时，会吸收或放出特定的能量
D、揭示了氢原子光谱存在多条谱线
解析：
D选项的内容无法用玻尔理论解释。
要解释氢原子光谱的多重谱线，需用量子力学所建立的四个量子数来描述核外电子的动动状态。
答案：
D
三．量子力学对原子核外电子运动状态的描述
1、原子轨道与四个量子数
根据量子力学理论，原子中的单个电子的空间运动状态可以用原子轨道来描述，而每个原子轨道由三个只能取整数的量子数n、l、m共同描述。
（1）、主量子数：
量子数n称为主量子数，n的取值为正整数1，2，3，4，5，6……对应的符号为K，L，M，N，O，P等。
一般而言，n越大，电子离核的平均距离越远，能量越高，因此将n值所表示的电子运动状态称为电子层。
（2）、角量子数：
量子数l称为角量子数。
对于确定的n值，l共有n个值：
0、1、2、3……（n-1），对应的符号分别为s,p,d,f等。
若两个电子所取的n、l值均相同，就表明这两个电子具有相同的能量。
我们用能级来表示具有相同n、l值的电子运动状态，在一个电子层中，l有多少个取值，就表示该电子层有多少个能级。
（3）、磁量子数：
科学实验发现，在没有外磁场时，量子数n、l相同的状态的能量是相同的；有外磁场时，这些状态的能量就不同，我们用磁量子数m来标记这些状态，对于每一个确定的l，m值可取0，±1，±2，…±l，共（2l+1）个值。
例4：
能够确定核外电子空间运动状态的量子数组合为（）
A、n、lB、n、l、ms
C、n、l、mD、n、l、m、ms
解析：
主量子数（n）决定电子的离核远近，角量子数（l）确定原子轨道的形状，磁量子数（m）决定原子轨道在空间的取向，故用n、l、m三个量子数可以确定一个电子的空间运动状态，即一个原子“轨道”。
答案：
C
（5）自旋量子数：
高分辨光谱实验事实揭示电子还存在着一种奇特的量子化运动，人们称其为自旋运动。
人们用自旋磁量子数mS来描述电子的自旋运动，处于同一原子轨道上的电子自旋运动状态，只能有两种，分别用自旋磁量子数ms=+1/2和ms=－1/2来描述。
（6）小结：
主量子数n对应着电子层；主量子数n和角量子数l对应着n电子层中的能级；主量子数n，角量子数l和磁量子数m对应着n电子层中l能级中的原子轨道；自旋磁量子数ms描述的是电子的自旋性质。
这样，原子中的电子运动状态可用由量子数n、l、m确定的原子轨道来描述，并取两种自旋状态中的一种。
所以,描述一个电子的运动状态,要用四个量子数:
n,l,m和ms
例5．下列各电子层中不包含d亚层的是
A．N电子层B．M电子层
C．L电子层D．K电子层
解析：
本题考查学生对四个量子数的掌握情况。
在一个多电子的原子中，若两个电子所占据原子轨道的n、l相同，就表明这两个电子具有相同的能量，我们就用电子亚层（或能级）来表达n、l相同电子运动状态。
对于确定的n值，l的取值就有n个：
0、1、2、3…、（n-1），对应符号为s、p、d、f…。
所以，当n＝1（K电子层）时，l＝0，即为s亚层；当n＝2（L电子层）时，l＝0，1，即为s亚层和p亚层；当n＝3（M电子层）时，l＝0，1，2，即为s亚层、p亚层和d亚层；当n＝4（N电子层）时，l＝0，1，2，3，即为s亚层、p亚层、d亚层和f亚层。
答案：
CD
2、原子轨道的图像描述和电子云
（1）、原子轨道的图像描述
s能级的原子轨道和p能级的原子轨道图分别如下，由此可见：
s电子的原子轨道都是球形的，p电子的原子轨道是纺锤形的，每个p能级的3个原子轨道相互垂直。
图1-2
例6、在1s、2px、2py、2pz轨道中，具有球对称性的是（）
A、1sB、2pxC、2pyD、2pz
解析：
1s轨道和2p轨道的图像分别为：
由图像可看出，呈球对称性的为1s原子轨道。
答案：
A
（2）、电子云
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。
这种形象地描述电子在空间出现概率大小的图形称为电子云图。
（如图1-3）
图1-3
例7、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微体积内出现的概率
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
解析：
为了形象地表示电子在原子核外空间的分布状况，人们常用小黑点的疏密程度来表示电子在原子核外出现几率的大小：
点密集的地方，表示电子出现的几率大；点稀疏的地方，表示电子出现的几率小，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，只是出现的几率很小。
答案：
A
高手支招之二：
基础整理
本节的核心内容首先是玻尔轨道模型解决了氢原子光谱的问题，其次是量子力学模型描述了核外电子的运动状态，用四个量子数n、l、m、n描述单个电子在核外运动的状态。
氢原子光谱---线状光谱
玻尔的原子结构模型---成功解释了氢原子光谱为线状光谱的实验事实
主量子数（n）
角量子数（L）
原子结构模型四个量子数磁量子数（m）
自旋量子数（ms）
图像描述
原子轨道
电子云
高手支招之三：
综合探究
1、能层与能级
多电子原子的核外电子的能量是不同的，由内而外可以分为：
第一、二、三、四、五、六、七……能层
符号表示K、L、M、N、O、P、Q……
能量由低到高
例如：
钠原子有11个电子，分布在三个不同的能层上，第一层2个电子，第二层8个电子，第三层1个电子。
由于原子中的电子是处在原子核的引力场中，电子总是尽可能先从内层排起，当一层充满后再填充下一层。
理论研究证明，原子核外每一层所能容纳的最多电子数如下：
能层一二三四五六七……
符号KLMNOPQ……
最多电子数28183250……
即每层所容纳的最多电子数是：
2n2（n：
能层的序数）
但是同一个能层的电子，能量也可能不同，还可以把它们分成能级（S、P、d、f），就好比能层是楼层，能级是楼梯的阶级。
各能层上的能级是不一样的。
能级的符号和所能容纳的最多电子数如下：
能层KLMNO……
能级1s2s2p3s3p3d4s4p4d4f……
最多电子数2262610261014……
各能层电子数28183250……
（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
2、如何理解基态、激发态与原子光谱？
处于最低能量的原子叫做基态原子，基态原子是稳定的，此时电子尽可能地在离核最近的轨道上运动，这时原子的能量最低，若不加外界条件，则电子既不吸收，也不释放能量。
当基态原子的电子吸收能量后，电子会跃迁到较高能级，变成激发态原子，此时的原子处于不稳定状态；相反，电子从较高能量的激发态跃迁到较低能量的激发态乃至基态时，将释放能量，吸收或释放的能量都是以光子的形式进行的。
因此，我们日常生活中看到的许多可见光，如灯光、霓虹灯光、激光、焰火等都与原子核外电子发生跃迁吸收或释放能量有关。
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，每种原子都有自己特征的光谱。
3、对于2PZ轨道提出了这样的观点：
①它们都表示电子沿着“∞”形围绕原子核运动；②电子云上的小黑点表示一个个电子围绕原子核运动。
你认为上述观点正确吗？
讲讲你的观点。
电子绕原子核运动是无规律的，没有确定的轨道。
这里说的轨道形状表示原子轨道在三维坐标系中的分布情况，而不表示电子运动的轨迹。
电子云上的小黑点是利用统计方法得到的结果，表示电子出现的几率，而不表示电子数目。
所以，两种说法都不正确。
高手支招之四：
典题例析
例1、下列电子层中，包含有f能级的是（）
A、K电子层B、L电子层
C、M电子层D、N电子层
解析：
K电子层（n=1）中,l的取值只能为O，对应的是1s能级；L电子层（n=2）中的取值只能为0或1，对应的是s、p能级（即2s和2p）；M电子层（n=3）中,l的取值有0、1、2,对应的是s、p、d能级（即3s、3p、3d）；N电子层（n=4）中，l的取值有0、1、2、3，对应的能级是s、p、d、f（即4s、4p、4d、4f）。
而根据l与n的关系规律，l=3时，n的最小取值是l+1=3+1=4。
即只有n≥4的电子层中才有f能级。
所以，当n的取值分别是1、2、3时对应的K电子层、L电子层和M电子层中均无f能级。
答案：
D
例2、观察ls轨道电子云示意图，判断下列说法正确的是（）
A、一个小黑点表示1个自
由运动的电子。
B、1s轨道的电子云形状为
圆形的面
C、电子在1s轨道上运动像地球围绕太阳旋转
D、1s轨道电子云的点的疏密表示电子在某一位置出现机会的多少
解析：
尽管人们不能确定某一时刻原子中的电子的精确位置，但能够统计出电子在什么地方出现的概率大，在什么地方出现的概率小。
为了形象地表示电子在原子核外空间的分布状况，人们常用小黑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。
这种形象地描述电子在空间出现的概率大小的图形称为电子云图。
由图可知，处于1s轨道上的电子在空间出现的概率分布呈球形对称，而且电子在原子核附近出现的概率最大，离核越远。
出现的概率越小。
图中的小黑点不表示电子，而表现电子曾经出现过的位置。
答案：
D
例3、下列关于四个量子数的说法中，正确的是（）
A、电子的自旋磁量子数是±
，表示一个原子轨道中的2个电子的运动状态完全相反
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
解析：
自旋磁量子数为±，只表示一个原子轨道中的两个电子的自旋方向相反，既然在同一原子轨道中，它们的主量子数、角量子数和磁量子数都相同，故A错误。
角量子数为零时，对应的为s轨道，在空间呈球形伸展方向，故B错误。
l最大取值为n－1，故C错误。
答案：
D
例4.下列说法是否正确？
如不正确，应如何改正？
（1）s电子绕核旋转，其轨道为一圆圈，而p电子是走∞字形。
（2）主量子数为1时，有自旋相反的两条轨道。
（3）主量子数为3时，有3s、3p、3d、3f四条轨道。
解析：
本题是涉及电子云及量子数的概念题。
必须从基本概念出发，判断正误。
（1）不正确，因为电子运动并无固定轨道。
应改为：
s电子在核外运动电子云图像或概率分布呈球型对称，其剖面图是个圆。
而p电子云图或概率分布呈哑铃型，其剖面图是∞形。
（2）不正确，因为n＝1，l＝0，m＝0，只有一个1s原子轨道。
应改为主量子数为1时，在1s原子轨道中有两个自旋相反的电子。
（3）不正确，因为n＝3时，l只能取0、1、2，所以没有3f。
另外3s、3p、3d的电子云形状不同，3p还有m＝0、±1三种空间取向不同的运动状态，有3个原子轨道，3d有m＝0、±1、±2五种空间取向，有5个原子轨道。
因此应改为：
主量子数为3时，有9个原子轨道。
高手支招之五：
思考发现
一、四个量子数的比较
名称与符号
意义
可能取值
主量子数n
确定电子能量的主要因素是电子离核的平均距离，它们随n增大而增大，n相同的电子处于同一电子层中
N=1、2、3、4，、、、，与K,L,M,N、、、电子层相对应
角量子数l
确定原子轨道形状（电子云），在多电子原子中，和n一起决定电子能量，相应l值的能级符号spdf、、、电子云形状分别为球形、哑铃形、花瓣形等
对应于nl可取0，1，2，3，、、、，（n-1）
磁量子数m
决定原子轨道的空间取向。
sp、d、f轨道，分别有1、3、5、7个空间取向不同的原子轨道，每一组允许的n、l、m值对应于一个原子轨道
对应每个l值，m可取0，±1，±2，、、、，±l
自旋量子数mS
确定电子自旋相反的两种状态，通常用↑和↓表示
每个原子轨道的两个电子自旋取值为±
二、必修中学习的原子核外电子排布规律：
1、核外电子排布的一般规律
（1）核外电子总是尽量先排布在能量较低的电子层，然后由里向外，依次
排布在能量逐步升高的电子层（能量最低原理）。
（2）原子核外各电子层最多容纳2n2个电子。
（3）原于最外层电子数目不能超过8个（K层为最外层时不能超过2个电
子）。
（4）次外层电子数目不能超过18个（K层为次外层时不能超过2个），倒
数第三层电子数目不能超过32个。
说明：
以上规律是互相联系的，不能孤立地理解。
例如；当M层是最外层
时，最多可排8个电子；当M层不是最外层时，最多可排18个电子
2、元素的原子结构的特殊性
（1）原子核中无中子的原子：
1H
（2）最外层有一个电子的元素：
HLiNa
（3）最外层有二个电子的元素：
BeMgHe
（4）最外层电子数等于次外层电子数的元素：
BeAr
（5）最外层电子数是次外层电子数二倍的元素：
C；是次外层电子数三倍的元素：
O；是次外层电子数四倍的元素地：
Ne
（6）电子层数与最外层电子数相等的元素：
HBeAl
（7）电子总数为最外层电子数二倍的元素：
Be
（8）次外层电子数是最外层电子数二倍的元素：
Si
（9）内层电子数是最外层电子数二倍的元素：
LiP
高手支招之六：
体验成功
基础强化：
1、首次将量子化概念应用到原子结构，并解释了原子的稳定性的科学家是（）
A、道尔顿B、爱因斯坦C、玻尔D、普朗克
解析：
道尔顿认为原子是实心球体，爱因斯坦提出了相对论，玻尔是提出核外存在电子运转的轨道，首次将量子化概念应用到原子结构，普朗克在量子物理方面做出了突出贡献。
答案：
C
2、玻尔理论不能解释（）
A、氢原子光谱为线状光谱
B、在一给定的稳定轨道上，运动的核外电子不辐射能量
C、氢原子的可见光区谱线
D、在有外加磁场时氢原子光谱有多条谱线
解析：
玻尔理论是针对原子的稳定存在和氢原子光谱为线状光谱的事实提出的，有外加磁场时氢原子有多条谱线，玻尔的原子结构模型已无法解释这一现象，必须借助量子力学加以解释。
答案：
D
3、原子的吸收光谱或发射光谱是线状的而不是连续的,根本上取决于（）
A.原子中电子能量的高低B.外界条件的能量
C.原子轨道的能量是量子化的D.仪器设备的工作原理
解析：
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。
答案：
C
4、某基态原子第四电子层只有2个电子，该原子的第三电子层电子数可能有（）
A.8B.18C.8～18D.18～32
解析：
考查知识点核外电子的排布规律。
第三电子层为原子的此外层时，对应原子轨道分别为3s3p3d，因为此时4s已填充电子，3s、3p肯定填满，3d可能填充，也可能未填充电子，其电子数一定在8～18之间。
答案：
C
5、下列有关n、l、m、ms四个量子数的说法中，正确的是（）
A、一般而言，n越大，电子离核平均距离越远，能量越低
B、l的数值多少，决定了某电子层不同能级的个数
C、对于确定的n值，m的取值共有2n+1个
D、ms可取±1/2两个数值，数值表示运动状态，正负号表示大小
解析：
随着n值的增大，电子离核的平均距离越来越远，能量越来越高；n值和l值相同的电子，能量相同，故同一电子层（n值相同）中能级个数取决于l的取值；对于确定的n值，m的取值共有n2个；ms所取的±1/2两个数值都表示电子自旋这一量子化运动的状态，正负号表示自旋方向而不表示大小。
答案：
B
6、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
解析：
s、p、d、f能级中的轨道分别为1、3、5、7。
答案：
C
7、能够确定核外电子空间运动状态的组合为（）
A.电子层、原子轨道的形状
B.电子层、原子轨道的形状、原子核外电子的自旋运动
C.电子层、原子轨道的形状、原子轨道在空间的伸展取向
D.电子层、原子轨道的形状、原子轨道在空间的伸展取向、核外电子的自旋运动
解析：
确定一个电子的空间运动状态，即一个原子“轨道”需要电子层（n）、原子轨道的形状、原子轨道在空间的取向。
答案：
C
8、某元素基态原子失去3个电子后，3d的轨道半充满，其原子序数为（）
A.24B.25C.26D.27
解析：
根据核外电子的排布失去3个电子后，3d轨道半充满即离子的电子排布式为〔Ar〕3d5，所以原子的原子序数为18＋5＋3＝26。
答案：
C
综合应用：
9、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、空间伸展方向C、能量高低D、电子数目
解析：
n、l、m确定后，原子轨道数目、空间伸展方向、能量高低都可以确定，而只有每个轨道所填充的电子数尚不知道。
例如，对n=1，l=0，m=0，可知其轨道的数目为1，轨道能量高低也可确
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