資源簡介

(共30張PPT)
1.1 原子結(jié)構(gòu)模型
核心素養(yǎng)目標(biāo)
1.宏觀辨識與微觀探析：
學(xué)生能從宏觀現(xiàn)象出發(fā)，深入理解原子結(jié)構(gòu)模型發(fā)展歷程中各階段模型與對應(yīng)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的關(guān)聯(lián)，從微觀層面理解原子的組成、電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)等，建立宏觀與微觀相互聯(lián)系的思維方式。
2.證據(jù)推理與模型認(rèn)知：
基于不同時(shí)期科學(xué)家的實(shí)驗(yàn)證據(jù)，如湯姆孫發(fā)現(xiàn)電子、盧瑟福的 α 粒子散射實(shí)驗(yàn)等，推理出相應(yīng)的原子結(jié)構(gòu)模型。認(rèn)識到模型是對客觀事實(shí)的一種近似描述，會(huì)隨著新證據(jù)的出現(xiàn)而不斷修正和完善，培養(yǎng)學(xué)生依據(jù)證據(jù)構(gòu)建模型、利用模型解釋現(xiàn)象和解決問題的能力。
3.科學(xué)態(tài)度與社會(huì)責(zé)任：
了解原子結(jié)構(gòu)模型發(fā)展過程中科學(xué)家們的貢獻(xiàn)，體會(huì)科學(xué)發(fā)展的艱辛與曲折，培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真、實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度。認(rèn)識到科學(xué)理論的發(fā)展對人類社會(huì)進(jìn)步的推動(dòng)作用，增強(qiáng)學(xué)生對科學(xué)的認(rèn)同感和社會(huì)責(zé)任感。
學(xué)習(xí)重難點(diǎn)
學(xué)習(xí)重點(diǎn)
1.了解原子結(jié)構(gòu)模型的演變歷程，包括道爾頓實(shí)心球模型、湯姆孫葡萄干布丁模型、盧瑟福核式結(jié)構(gòu)模型、玻爾原子模型以及量子力學(xué)模型等的主要內(nèi)容和對應(yīng)的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。
2.能層、能級、原子軌道的概念以及它們之間的關(guān)系。
2.理解量子力學(xué)對原子核外電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的描述。
學(xué)習(xí)難點(diǎn)
1.從量子力學(xué)角度理解原子核外電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。
2.運(yùn)用原子結(jié)構(gòu)模型解釋一些復(fù)雜的化學(xué)現(xiàn)象和規(guī)律。
新課導(dǎo)入
春秋戰(zhàn)國時(shí)期，墨子、惠子等哲學(xué)家同樣從不同角度提出了物質(zhì)有不能再分的最小單位的觀點(diǎn)。公元前450年以前，古希臘哲學(xué)家德謨克利特提出，宇宙萬物都是由最微小、堅(jiān)硬、不可入，不可分割的物質(zhì)粒子所構(gòu)成的。這種粒子就是原子。
從古代哲學(xué)家對原子的思辨性猜測，到如今我們借助先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)對原子結(jié)構(gòu)有了較為深入的認(rèn)識，這中間經(jīng)歷了漫長而曲折的過程。在這個(gè)過程中，科學(xué)家們提出了一個(gè)又一個(gè)原子結(jié)構(gòu)模型，每一個(gè)模型的提出都引發(fā)了科學(xué)界的巨大變革，推動(dòng)著我們對物質(zhì)世界的認(rèn)識不斷深入。那這些原子結(jié)構(gòu)模型究竟是什么樣的？它們是如何被提出的？又經(jīng)歷了怎樣的發(fā)展演變呢？讓我們帶著這些問題，一起走進(jìn)今天的化學(xué)課堂 —— 原子結(jié)構(gòu)模型。
氫原子光譜和玻爾的原子結(jié)構(gòu)模型
PART 01
1.原子結(jié)構(gòu)模型的演變
道爾頓——
實(shí)心球模型
湯姆生——
“葡萄干布丁”模型
盧瑟福——
行星模型
玻爾——
量子軌道模型
1.原子結(jié)構(gòu)模型的演變
20世紀(jì)20年代中期建立的量子力學(xué)理論，使人們對原子結(jié)構(gòu)有了更深刻的認(rèn)識，從而產(chǎn)生了原子結(jié)構(gòu)的量子力學(xué)模型。
埃爾溫·薛定諤
2.光譜和氫原子光譜
（1）光譜：許多物質(zhì)都能夠吸收光或發(fā)射光，人們常常利用原子光譜儀將物質(zhì)吸收的光或發(fā)射的光的頻率（或波長）和強(qiáng)度分布記錄下來得到光譜。
（2）光譜的類型：
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。
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。
2.光譜和氫原子光譜
（3）氫原子光譜：實(shí)驗(yàn)證明，氫原子是由具有特定波長、彼此分立的譜線組成的線狀光譜。
3.玻爾原子結(jié)構(gòu)模型
（1）基本觀點(diǎn)：
運(yùn)動(dòng)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(dòng)，并且不輻射能量。
能量分布：
①在不同軌道上運(yùn)動(dòng)的電子具有不同的能量(E),而且能量值是不連續(xù)的，這稱為能量“量子化”。
②軌道能量依n值（1、2、3、.......）的增大而升高，n稱為量子數(shù)。對氫原子而言，電子處在n=1的軌道時(shí)能量最低，這種狀態(tài)稱為基態(tài)；能量高于基態(tài)能量的狀態(tài)，稱為激發(fā)態(tài)。
3.玻爾原子結(jié)構(gòu)模型
3.玻爾原子結(jié)構(gòu)模型
（1）基本觀點(diǎn)：
電子躍遷：只有當(dāng)電子從一個(gè)軌道（能量為Ei）躍遷到另一個(gè)軌道（能量為Ej）時(shí)，才會(huì)輻射或吸收能量。當(dāng)輻射或吸收的能量以光的形式表現(xiàn)出來并被記錄時(shí)，就形成了光譜。
基態(tài)原子
吸收能量
釋放能量
激發(fā)態(tài)原子
吸收光譜
發(fā)射光譜
原子光譜的成因與分類：
3.玻爾原子結(jié)構(gòu)模型
特征:暗背景，亮線， 線狀不連續(xù)
特征:亮背景，暗線，線狀不連續(xù)
吸收光譜
發(fā)射光譜
（2）貢獻(xiàn)：
玻爾原子結(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)，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，指出了電子所處的軌道的能量是量子化的。
由于原子結(jié)構(gòu)的不同，不同元素的原子發(fā)射光譜和吸收光譜不盡相同，元素都有其對應(yīng)的特征譜線。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，稱為光譜分析。
指紋辨認(rèn)
發(fā)現(xiàn)新元素
3.玻爾原子結(jié)構(gòu)模型
3.玻爾原子結(jié)構(gòu)模型
焰色試驗(yàn)是電子躍遷的結(jié)果，故焰色試驗(yàn)是物理變化而不是化學(xué)變化。焰色試驗(yàn)發(fā)生的過程：
基態(tài)原子
激發(fā)態(tài)原子
吸收能量
較低能量的激發(fā)態(tài)或基態(tài)原子
同一原子處以激發(fā)態(tài)時(shí)的能量一定高于處于基態(tài)時(shí)的能量
輻射能量
量子力學(xué)對原子核外電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的描述
PART 02
1.原子軌道
玻爾引入了一個(gè)量子數(shù)n，解釋了氫原子光譜是線狀光譜的實(shí)驗(yàn)事實(shí)。但是某些復(fù)雜的光譜現(xiàn)象卻難以用玻爾原子結(jié)構(gòu)模型予以解釋。
如在通常條件下，鈉原子中處于n=4的狀態(tài)上的電子躍遷到n=3的狀態(tài)時(shí)會(huì)產(chǎn)生多條譜線。
上述問題只用玻爾的軌道概念和量子數(shù)n是無法解釋的。那么，應(yīng)該如何解釋氫原子的光譜和多電子原子的光譜的復(fù)雜現(xiàn)象呢？原子核外電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)是否還存在玻爾原子結(jié)構(gòu)模型未能描述的其他量子化現(xiàn)象呢？
（1）電子層（能層）
根據(jù)多電子原子光譜現(xiàn)象的復(fù)雜性及其在外磁場存在時(shí)的譜線分裂現(xiàn)象，可以推測同一量子數(shù)n所標(biāo)記的核外電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)中的不同電子所具有的能量可能還存在差異。
①含義：將量子數(shù)n所描述的電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)稱為電子層。
能層越高，電子的能量越高，能量的高低順序?yàn)镋(K)＜E(L)＜E(M)＜E(N)＜E(O)＜E(P)＜E(Q)
1.原子軌道
②各電子層符號、電子能量與其離核遠(yuǎn)近的關(guān)系如表所示：
1.原子軌道
分層標(biāo)準(zhǔn) 電子離核的遠(yuǎn)近 電子層(n) 1 2 3 4 5 6 7
符號 __ __ __ __ __ __ __
能量 _______ 離核 _______ K
L
M
N
O
P
Q
低→高
近→遠(yuǎn)
（2）能級——某一電子層的能級數(shù)等于該電子層序數(shù)。
①含義：多電子原子中，同一電子層（即n相同）內(nèi)的電子所具有的能量也可能不同，即同一個(gè)電子層還可以分成若干個(gè)能級。當(dāng)n=x時(shí)，有x個(gè)能級。在每一個(gè)電子層中，能級符號的順序是ns、np、nd、nf...（n代表電子層）。
1.原子軌道
②各電子層所包含的能級如表所示：
能層序數(shù) 1 2 3 4 能層 K L M N 最多電子數(shù) 2 8 18 32 能級
最多電子數(shù)
1s
2
2s
2
2p
6
3s
6
3p
2
10
3d
4s
2
6
4p
4d
10
4f
14
能層是樓層，能級是樓梯的階梯
1.原子軌道
K層
2S
3S
1S
2p
L層
M層
3p
3d
1.在每一能層中，能級符號的順序是ns、np、nd、nf......（n為能層序數(shù)）。
2.任一能層的能級總是從s能級考試，能級數(shù)等于該能層序數(shù)，即第一能層只有1個(gè)能級（1s），第二能層有2個(gè)能級（2s和2p），第三能層有3個(gè)能級（3s、3p和3d）以此類推 。
（3）原子軌道
1.原子軌道
①含義：用來描述原子中單個(gè)電子的空間運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。
②數(shù)目：
能級 ns np nd nf
原子軌道數(shù) 1 3 5 7
（4）電子的自旋狀態(tài)
核外運(yùn)動(dòng)的電子還存在一種被稱為“自旋”的量子化狀態(tài)。處于同一原子軌道上的電子自旋狀態(tài)只能有兩種，分別用符號“↑”和“↓”表示。
（4）歸納總結(jié)
1.原子軌道
電子層(n) 1 2 3 4 ...
電子層符號 ...
能級 ...
原子軌道數(shù) ...
每個(gè)能級最多容納電子數(shù) ...
每個(gè)電子層最多容納電子數(shù) ...
規(guī)律 K
1s
1
2
2
L
2s
2p
1
3
2
6
8
18
3s
3p
3d
M
1
3
5
2
6
10
N
4s
4p
4d
4f
1
3
5
7
2
6
10
14
32
對于確定的n值，其原子軌道數(shù)為n2；每個(gè)電子層最多容納的帶著你數(shù)為2n2
2.原子軌道的圖形描述
（1）s原子軌道
s原子軌道示意圖
規(guī)律： ①任一能層的s原子軌道形狀相同，均為球形，具有球?qū)ΨQ性。
②同一原子的能層越高，s原子軌道半徑越大。
（2）p原子軌道
規(guī)律：
①p能級的原子軌道都是啞鈴（紡錘）形的，
②每個(gè)p能級有3個(gè)相互垂直的原子軌道，分別以px、py、pz表示。
③在同一能層中px、py、pz的能量相同。
④能層越高，p原子軌道半徑越大。
右下標(biāo)x、y、z分別是p原子軌道在直角坐標(biāo)系里的取向。
2.原子軌道的圖形描述
p原子軌道示意圖
3.電子云
氫原子的1s電子在原子核外出現(xiàn)的概率密度分布圖
小點(diǎn)是1s電子在原子核外出現(xiàn)的概率密度的形象描述。小點(diǎn)越密，表明概率密度越大。
圖中的小點(diǎn)是什么呢？是電子嗎？
通常用單位體積內(nèi)小點(diǎn)的疏密程度來表示電子在原子核外某處單位體積內(nèi)出現(xiàn)概率的大小。
這種描述電子在核外空間某處單位體積內(nèi)的概率分布的圖形叫做電子云。
電子處在2p軌道
的電子云圖
隨堂練習(xí)
1.判斷下列說法是否正確,正確的打“√”,錯(cuò)誤的打“×”。
(1)1s電子云呈球形,表示電子繞原子核做圓周運(yùn)動(dòng)。(　　)
(2)電子云圖中的小黑點(diǎn)密度越大,說明該原子核外空間電子越多。(　　)
(3)能級就是電子層。(　　)
(4)對于確定的n值,其對應(yīng)的電子層的原子軌道數(shù)為n2。(　　)
(5)同一電子層中不同能級的能量高低相同。(　　)
隨堂練習(xí)
2.氮原子2p能級上的3個(gè)電子分別位于2px、2py、2pz 3個(gè)原子軌道上,則這3個(gè)電子不相同的是(　　)
A.能量 B.電子云圖
C.電子云伸展方向 D.質(zhì)量
3.下列電子層中包含有f能級的是(　　)
A.K能層 B.L能層
C.M能層 D.N能層
C
D
隨堂練習(xí)
4.下列敘述不正確的是(　　)
A.最易失去的電子能量最高
B.在離核最遠(yuǎn)區(qū)域內(nèi)運(yùn)動(dòng)的電子能量最高
C.p能級電子能量一定高于s能級電子能量
D.在離核最近區(qū)域內(nèi)運(yùn)動(dòng)的電子能量最低
5.在多電子原子中,一般決定原子軌道能量的是(　　)
A.電子層
B.電子層和能級
C.電子層、能級和原子軌道空間分布
D.原子軌道空間分布和電子自旋方向
C
B
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