資源簡介

1.1 第1課時　氫原子光譜和玻爾的原子結構模型
【學習目標】
1.了解原子結構模型的誕生及人類認識原子結構的歷程。
2.了解氫原子光譜、基態和激發態。
3.了解氫原子光譜的特點。
4.了解玻爾原子結構模型的基本觀點及其對氫原子光譜特點的解釋。　
【自主預習】
1.原子結構模型的演變
時間或年代 原子結構模型 科學家及模型
1803年 道爾頓　　　
1904年 　　　　“葡萄干布丁”模型
1911年 盧瑟福　　　
1913年 　　　　核外電子分層排布的原子結構模型
20世紀20 年代中期 　　　
2.光譜及氫原子光譜
(1)光譜
①含義:利用原子光譜儀將物質　　　　或　　　　的頻率(或波長)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　　　　時,會輻射或吸收能量。
(2)氫原子光譜屬于線狀光譜。
3.玻爾的原子結構模型
(1)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,而且能量值是不連續的。軌道能量依n(量子數)值(1、2、3…)的增大而　　　
電子躍遷 對氫原子而言,電子處在n=1的軌道時能量最低,這種狀態稱為　　　　;能量高于基態能量的狀態,稱為　　　　。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出來并被記錄下來,就形成了　　　　
(2)貢獻
①成功地解釋了氫原子光譜是線狀光譜的實驗事實。
②闡明了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。
【參考答案】1.原子論　湯姆孫　核式模型　玻爾　量子力學模型
2.吸收的光　發射的光　躍遷
3.升高　基態　激發態　光譜
【效果檢測】
1.判斷正誤(正確的打“√”,錯誤的打“×”)。
(1)玻爾提出了原子學說,并提出電子分層排布模型。(　　)
(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)基態氫原子轉變成激發態氫原子時釋放能量。(　　)
(5)焰色試驗與電子躍遷有關,屬于化學變化。 (　　)
【答案】(1)×　(2)×　(3)√　(4)×　(5)×
2.為什么氫原子光譜是由具有特定波長、彼此分立的譜線組成的
【答案】根據玻爾理論,電子所處的軌道的能量是量子化的,軌道間的能量差也是確定的,因此形成的是具有特定波長的線狀光譜。
3.舉例說明什么是連續光譜
【答案】若由光譜儀獲得的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,則所得光譜為連續光譜。如陽光等。
【合作探究】
任務1：氫原子光譜和玻爾原子結構模型
情境導入　氫原子光譜
氫原子光譜實驗表明:氫原子在一般情況下并不輻射電磁波;氫原子光譜不是連續光譜,而是線狀光譜。
問題生成
1.氫原子外圍只有1個電子,氫原子光譜是否只有1條譜線
【答案】不是。氫原子電子躍遷到不同原子軌道時產生不同的光譜譜線。
2.下圖是氫原子的兩個光譜,分別是發射光譜和吸收光譜。兩者有什么共同點
【答案】氫原子光譜是線狀的,譜線的位置相同且是不連續的。
3.氫原子光譜為什么是線狀光譜
【答案】電子在不同軌道上運動時能量不同,且能量值是不連續的,氫原子的電子從一個能級躍遷到另一個能級時,吸收或釋放一定的能量,就會吸收或釋放具有一定頻率的光,并被光譜分析儀記錄下來,得到線狀光譜。
【核心歸納】
1.玻爾原子結構模型
(1)內容歸納
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)局限性:玻爾理論中只引入一個量子數n,只能解釋氫原子光譜是線狀光譜。無法解釋多電子原子光譜的復雜現象及其在外磁場存在的譜線分裂現象,需要引入更多的量子數。
2.光譜分類
【典型例題】
【例1】原子光譜是線狀光譜,是由不連續的譜線組成的,這表明(　　)。
A.在原子中只有某些電子能夠躍遷產生光譜
B.原子中的電子可以處于某些特定的能量狀態,即電子的能量是量子化的
C.原子發射的光是單色光
D.白光可以由多種單色光組成
【答案】B
【解析】光譜分為連續光譜和線狀光譜,無論是單色光還是白光,都是連續光譜,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,電子躍遷的始態和終態的能量差也是量子化的。
【例2】1913年,丹麥科學家玻爾第一次認識到氫原子光譜是氫原子的電子躍遷產生的。玻爾的原子結構理論,一個很大的成就是(　　)。
A.證明了原子核外電子在圓形軌道上運動
B.提出了原子核是可以進一步細分的
C.解決了氫原子光譜和原子能級之間的關系
D.應用了量子力學理論中的概念和方法
【答案】D
【解析】玻爾提出電子在一定軌道上運動的原子結構模型,成功地解釋了氫原子光譜是線狀光譜的原因,為后來人們用更多的量子數來標記核外電子的運動狀態,來解釋復雜的原子光譜提供了可以借鑒的方法,D項符合題意。
任務2：基態和激發態
情境導入　霓虹燈是城市的美容師,每當夜幕降臨時,華燈初上,五顏六色的霓虹燈就把城市裝扮得格外美麗。2022年1月29日晚,“濱城之約　燃情冬奧”泰達MSD創意街區秀如期點亮,北京冬奧會主題口號“一起向未來”燃亮了整個街區。
問題生成
1.光是怎樣產生的 日常生活中看到的燈光、激光、焰火等,都與哪些原理有關
【答案】光(輻射)是電子釋放能量的重要形式,電子從較高能量的激發態躍遷到較低能量的激發態乃至基態時,將以光的形式釋放能量。日常生活中看到的燈光、激光、焰火等可見光,都與原子核外電子發生躍遷釋放能量有關。
2.電子躍遷是不是僅指電子由基態躍遷至激發態
【答案】不是。電子在不同能級中的躍遷均屬于電子躍遷,可由高能量的能級躍遷至低能量的能級,也可以由低能量的能級躍遷至高能量的能級。
3.許多金屬鹽都可以發生焰色試驗,請用原子結構的知識解釋其原因
【答案】金屬原子吸收能量,電子從基態躍遷到激發態后,電子從高能級軌道躍遷回到低能級軌道時,將能量以光能的形式釋放出來。
【核心歸納】
1.光譜與光譜分析
光譜:不同元素的原子發生躍遷時會吸收或釋放不同的光,可以用光譜儀攝取各種元素原子的電子的吸收光譜或發射光譜,總稱原子光譜。
光譜分析:在現代化學中常利用原子光譜上的特征譜線來鑒定元素,稱為光譜分析。
發射光譜形成示意圖　吸收光譜形成示意圖
2.基態、激發態與光譜的聯系
當基態原子的電子吸收能量,電子會躍遷到能量較高的軌道上,變成激發態原子。電子從較高能量的激發態躍遷到較低能量的激發態乃至基態,將釋放能量。
光是電子釋放能量的重要形式之一。在日常生活中,我們看到的許多可見光,如燈光、霓虹燈光、激光,還包括燃放的焰火等都與原子核外電子發生躍遷釋放能量有關。
【典型例題】
【例3】對充有氖氣的霓虹燈管通電,燈管發出紅色光。產生這一現象的主要原因是(　　)。
A.電子由激發態向較低能量的激發態或基態躍遷時以光的形式釋放能量
B.電子由基態向激發態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生反應
【答案】A
【解析】霓虹燈發紅光是因為電子吸收能量后躍遷到能量較高的能級,能量較高能級上的電子會躍遷回能量較低的能級而以光的形式釋放能量。
解題引導：解答本題注意兩點:(1)發光是釋放能量的一種形式;(2)原子的能量:基態<激發態。
【隨堂檢測】
1.玻爾理論不能解釋(　　)。
A.氫原子光譜為線狀光譜
B.在一給定的穩定軌道上,運動的核外電子不輻射能量
C.氫原子的可見光區譜線
D.在有外加磁場時氫原子光譜有多條譜線
【答案】D
【解析】玻爾理論是針對原子的穩定存在和氫原子光譜為線狀光譜的事實提出的,在有外加磁場時氫原子有多條譜線,玻爾的原子結構模型已無法解釋這一現象,必須借助量子力學加以解釋。
2.元素“氦、銣、銫”等是用下列哪種科學方法發現的(　　)。
A.紅外光譜 B.質譜
C.原子光譜 D.核磁共振譜
【答案】C
3.以下現象與核外電子躍遷有關的是(　　)。
①霓虹燈發出有色光　②棱鏡分光　③激光器產生激光　④石油蒸餾　⑤凸透鏡聚光　⑥燃放的焰火在夜空中呈現五彩繽紛的禮花　⑦日光燈通電發光　⑧冷卻結晶
A.①③⑥⑦ B.②④⑤⑧
C.①③⑤⑥⑦ D.①②③⑤⑥⑦
【答案】A
【解析】電子躍遷本質上是組成物質的粒子(原子、離子或分子)中電子的一種能量變化。根據能量守恒原理,粒子的外層電子從低能級躍遷到高能級的過程中會吸收能量;從高能級躍遷到低能級則會釋放能量。能量大小為兩個能級能量之差的絕對值。①③⑥⑦與核外電子躍遷有關。
4.下列關于同一原子中的基態和激發態說法中,正確的是(　　)。
A.基態時的能量比激發態時高
B.激發態時比較穩定
C.由基態轉化為激發態過程中吸收能量
D.電子僅在激發態躍遷到基態時才會產生原子光譜
【答案】C
【解析】激發態時能量較高,較不穩定,A、B兩項錯誤。電子從較低能量的基態躍遷到較高能量的激發態時,也會產生原子光譜,D項錯誤。
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