1、第2节 原子结构 玻尔 理论 -2- 知识梳理 考点自诊 一、原子结构 1.电子的发现 英国物理学家汤姆孙在研究阴极射线时发现了 电子 ,提出了 原子的“枣糕模型”。 2.原子的核式结构 (1)英籍物理学家 卢瑟福 进行了粒子散射实验,提出了核式结 构模型。 -3- 知识梳理 考点自诊 (2)粒子散射实验的结果:绝大多数粒子穿过金箔后,基本上仍 沿原来的方向前进,但有少数粒子发生了 大角度偏转 ,偏转的 角度甚至 大于90 ,也就是说它们几乎被“撞了回来”,如图所 示。 粒子散射实验图象 (3)原子的核式结构模型:原子中带正电部分的体积 很小 ,但几 乎占有全部 质量 ,电子在正电体的外面运动
2、。 -4- 知识梳理 考点自诊 二、氢原子光谱、玻尔理论 1.光谱:用光栅或棱镜可以把光按波长展开,获得光的 波长 (频 率)和强度分布的记录,即光谱。 2.光谱分类 3.氢原子光谱的实验规律 巴耳末线系是氢原子光谱在可见光区的谱线,其波长公式1 =R 1 22 - 1 2 (n=3,4,5,),R 是里德伯常量,R=1.1010 7 m -1 ,n 为量子数。 -5- 知识梳理 考点自诊 4.光谱分析:利用每种原子都有自己的 线状 谱线,可以用来鉴 别物质和确定物质的组成成分,且灵敏度很高,在发现和鉴别化学 元素上有着重大的意义。 -6- 知识梳理 考点自诊 三、氢原子的能级结构、能级公式
3、1.定态:原子只能处于一系列 不连续 的能量状态中,在这些能 量状态中原子是 稳定 的,电子虽然绕核运动,但并不向外辐射能 量。 2.跃迁:原子从一种定态跃迁到另一种定态时,它 辐射 或 吸收 一定频率的光子,光子的能量由这两个定态的能量差决定,即h= Em-En 。(h是普朗克常量,h=6.62610-34 J s) 3.轨道:原子的不同能量状态跟电子在不同的圆周轨道绕核运动 相对应。原子的定态是不连续的,因此电子的可能轨道也是 不连 续 的。 -7- 知识梳理 考点自诊 4.氢原子的能级、能级公式 (1)氢原子的能级图(如图所示) -8- 知识梳理 考点自诊 (2)氢原子的能级和轨道半径
4、氢原子的能级公式:En= 1 2E1(n=1,2,3,),其中 E1为基态能量,其数值为E1=-13.6 eV。 氢原子的轨道半径公式:rn=n2r1(n=1,2,3,),其中r1为基态半径, 又称玻尔半径,其数值为r1=0.5310-10 m。 5.电离 电离态:n=,E=0 基态电离态:E吸=0-(-13.6 eV)=13.6 eV电离能。 n=2电离态:E吸=0-E2=3.4 eV 如吸收能量足够大,克服电离能后,获得自由的电子还携带动能。 -9- 知识梳理 考点自诊 1.在卢瑟福粒子散射实验中,有少数粒子发生了大角度偏转,其原 因是( ) A.原子的正电荷和绝大部分质量集中在一个很小的
5、核上 B.正电荷在原子内是均匀分布的 C.原子中存在着带负电的电子 D.原子只能处于一系列不连续的能量状态中 答案 解析 解析 关闭 卢瑟福粒子散射实验中使卢瑟福感到惊奇的就是粒子发生了较大角度 的偏转,这是由于粒子带正电,而原子核极小,且原子核带正电,A正确,B错 误。粒子能接近原子核的机会很小,大多数粒子都从核外的空间穿过, 而与电子碰撞时如同子弹碰到尘埃一样,运动方向不会发生改变,C、D的 说法没错,但与题意不符。 答案 解析 关闭 A -10- 知识梳理 考点自诊 2.(多选)(2017 江苏南京鼓楼区期末)右图为卢瑟福和他的同事们做 粒子散射实验装置的示意图,荧光屏和显微镜一起分别放
6、在图中 的A、B、C、D四个位置时所观察到的现象,下述说法正确的是 ( ) A.放在A位置时,相同时间内观察到屏上的闪光次数最多 B.放在B位置时,相同时间内观察到屏上的闪光次数只比A位置时稍 少些 C.放在C、D位置时,屏上观察不到闪光 D.放在D位置时,屏上仍能观察到一些闪光,但次数极少 答案 解析 解析 关闭 根据粒子散射实验,绝大多数粒子沿原方向前进,少数粒子发生较大偏 转,所以A、D正确。 答案 解析 关闭 AD -11- 知识梳理 考点自诊 3.一个氢原子从n=3能级跃迁到n=2能级,该氢原子( ) A.放出光子,能量增加 B.放出光子,能量减少 C.吸收光子,能量增加 D.吸收光
7、子,能量减少 答案 解析 解析 关闭 氢原子从高能级向低能级跃迁时,放出光子,能量减少,故选项B正确,选项 A、C、D错误。 答案 解析 关闭 B -12- 知识梳理 考点自诊 4.右图为氢原子的能级示意图,其中E1为基态,若氢原子A处于激发 态E2,氢原子B处于激发态E3,则下列说法正确的是( ) A.原子A可能辐射出3种频率的光子 B.原子B可能辐射出3种频率的光子 C.原子A能够吸收原子B发出的光子 并跃迁到能级E4 D.原子B能够吸收原子A发出的光子 并跃迁到能级E4 答案 解析 解析 关闭 原子A从激发态E2跃迁到E1,只辐射一种频率的光子,A错误;原子B从激发 态E3跃迁到基态E1
8、可能辐射三种频率的光子,B正确;由原子能级跃迁理论 可知,原子A可能吸收原子B由E3跃迁到E2时放出的光子并跃迁到E3,但不 能跃迁到E4,C错误;A原子发出的光子能量E=E2-E1大于E=E4-E3,故原 子B不可能吸收A原子发出的光子能量,也就不能跃迁到能级E4,D错误。 答案 解析 关闭 B -13- 命题点一 命题点二 原子的核式结构原子的核式结构 1.粒子散射实验 (1)粒子散射实验装置 (2)粒子散射实验的结果:绝大多数粒子穿过金箔后基本上仍 沿原来的方向前进,但少数粒子穿过金箔后发生了大角度偏转,极 少数粒子甚至被“撞了回来”。 -14- 命题点一 命题点二 2.原子的核式结构模
9、型 (1)粒子散射实验结果分析 核外电子不会使粒子的速度发生明显改变。 汤姆孙模型不能解释粒子的大角度散射。 绝大多数粒子沿直线穿过金箔,说明原子中绝大部分是空的; 少数粒子发生较大角度偏转,反映了原子内部集中存在着对粒子 有斥力的正电荷;极少数粒子甚至被“撞了回来”,反映了个别粒 子正对着质量比粒子大得多的物体运动时,受到该物体很大的斥 力作用。 (2)核式结构模型的局限性 卢瑟福的原子核式结构模型能够很好地解释粒子散射实验现 象,但不能解释原子光谱是特征光谱和原子的稳定性。 -15- 命题点一 命题点二 例1(2017 上海理工大附中期中)如图所示为卢瑟福粒子散射实 验装置的示意图,图中的
10、显微镜可在圆周轨道上转动,通过显微镜 前相连的荧光屏可观察粒子在各个角度的散射情况。下列说法 正确的是( ) A.在图中的A、B两位置分别进行观察,相同时间内观察到屏上的 闪光次数一样多 B.在图中的B位置进行观察,屏上观察不到任何闪光 C.卢瑟福选用不同金属箔片作为粒子散射的靶,观察到的实验 结果基本相似 D.粒子发生散射的主要原因是粒子撞击到金原子后产生的反 弹 答案 解析 解析 关闭 放在A位置时,相同时间内观察到屏上的闪光次数应最多,说明大多数射线 基本不偏折,可知金箔原子内部很空旷,故A错误;放在B位置时,相同时间 内观察到屏上的闪光次数较少,说明较少射线发生偏折,可知原子内部带 正
11、电的体积小,故B错误;选用不同金属箔片作为粒子散射的靶,观察到的 实验结果基本相似,故C正确;粒子发生散射的主要原因是粒子撞击到金 原子后,因库仑力作用,且质量较大,从而出现的反弹,故D错误。 答案 解析 关闭 C -16- 命题点一 命题点二 即学即练即学即练 1.(2016 上海卷)卢瑟福通过对粒子散射实验结果的分析,提出了 原子内部存在( ) A.电子 B.中子 C.质子 D.原子核 答案 解析 解析 关闭 粒子散射实验的实验现象是当粒子打在金箔上时,大部分粒子不发生 偏转或偏转角度很小,说明金箔原子存在大量的“空白”区间,只有少部分 粒子偏转角度很大,说明金箔原子存在一个质量很大的“核
12、”,D选项正确。 答案 解析 关闭 D -17- 命题点一 命题点二 2.(多选)根据粒子散射实验,卢瑟福提出了原子的核式结构模型。 如图所示为原子核式结构模型的粒子散射图景,图中实线表示粒 子运动轨迹。其中一个粒子在从a运动到b、再运动到c的过程 中,粒子在b点时距原子核最近。下列说法正确的是( ) A.卢瑟福在粒子散射实验中发现了电子 B.粒子出现较大角偏转的原因是粒子 接近原子核时受到的库仑斥力较大 C.粒子出现较大角偏转的过程中电势能 先变小后变大 D.粒子出现较大角偏转的过程中加速度 先变大后变小 答案 解析 解析 关闭 粒子在接近金原子核的过程中,斥力越来越大,做负功;在远离金原子
13、核 的过程中,斥力越来越小,斥力做正功。 答案 解析 关闭 BD -18- 命题点一 命题点二 3.下图是卢瑟福的粒子散射实验装置示意图,在一个小铅盒里放 有少量的放射性元素钋,它发出的粒子从铅盒的小孔射出,形成很 细的一束射线,射到金箔上,最后打在荧光屏上产生闪烁的光点。 下列说法正确的是( ) A.该实验是卢瑟福建立原子核式结构模型的重要依据 B.该实验证实了汤姆孙原子模型的正确性 C.粒子与原子中的电子碰撞会发生大角度偏转 D.绝大多数的粒子发生大角度偏转 答案 解析 解析 关闭 卢瑟福根据粒子散射实验,提出了原子核式结构模型,选项A正确,B错误; 电子质量太小,与粒子碰撞对粒子运动的影
14、响不大,选项C错误;粒子散 射实验的现象是绝大多数粒子穿过金箔后,基本上仍沿原方向前进,D错 误。 答案 解析 关闭 A -19- 命题点一 命题点二 氢原子的能级及能级跃迁氢原子的能级及能级跃迁 1.定态间的跃迁满足能级差 (1)从低能级(n)高能级(m)吸收能量。 h=Em-En (2)从高能级(m)低能级(n)放出能量。 h=Em-En 2.电离 电离态与电离能 电离态:n=,E=0 基态电离态:E吸0-(-13.6 eV)=13.6 eV。 激发态电离态:E吸0-En=En 如吸收能量足够大,克服电离能后,获得自由的电子还携带动能。 -20- 命题点一 命题点二 例2(多选)(2017
15、 山东东营垦利月考)氢原子能级如图所示,当氢原 子从n=3能级跃迁到n=2的能级时,辐射光的波长为656 nm。以下 判断正确的是( ) A.氢原子从n=2能级跃迁到n=1的能级时, 辐射光的波长大于656 nm B.用波长为325 nm的光照射,可使氢原子 从n=1跃迁到n=2的能级 C.一群处于n=3能级上的氢原子向低能级 跃迁时最多产生3种谱线 D.用波长为633 nm的光照射,不能使氢原 子从n=2能级跃迁到n=3的能级 答案 解析 解析 关闭 根据氢原子的能级图和能级跃迁规律,当氢原子从 n=2 能级跃迁到 n=1的能级时,辐射光的波长一定小于656 nm,因此A选项错误;波长 为
16、325 nm 光子的能量 E=h=h =6.6310 -34 3108 3.2510-7 J=6.1210 -19 J=3.83 eV,根据发生跃迁只能吸收和辐射一定频率的光子,可知 B选 项错误,D 选项正确;一群处于 n=3 能级上的氢原子向低能级跃迁时 可以产生 3 种频率的光子,所以 C 选项正确。 答案 解析 关闭 CD -21- 命题点一 命题点二 解答氢原子能级图和原子跃迁问题的注意事项 (1)能级之间发生跃迁时放出(吸收)光子的频率由h=Em-En决定,波 长可由公式c=求得。 (2)一群氢原子跃迁发出可能的光谱线条数的两种求解方法 利用能级图求解:在氢原子能级图中将氢原子跃迁
17、的各种可能情 况一一画出,然后相加。 用数学中的组合知识求解:N=n 2 = n(n-1) 2 。 -22- 命题点一 命题点二 即学即练即学即练 4.(2017 东北师大附中高三质检)如图所示,氢原子在不同能级间发 生a、b、c三种跃迁时,释放光子的波长分别是a、b、c,则下列说 法正确的是( ) A.从n=3能级跃迁到n=1能级时,释放光子的波长可表示为 b= + B.从n=3能级跃迁到n=2能级时,电子的势能减小,氢原子的能量增 加 C.若用波长为c的光照射某金属时恰好能发生光电效应,则用波长 为a的光照射该金属时也一定能发生光电效应 D.用12.09 eV的光子照射大量处于基态的氢原子
18、时,一个氢原子可 以辐射出三种频率的光 答案 解析 解析 关闭 从 n=3 能级跃迁到 n=1 能级,有 h =h +h ,解得 b= + ,选项 A 正确;从 n=3 能级跃迁到 n=2 能级,放出光子,原子能量减小,选项 B 错误;从 n=2 能级跃迁到 n=1 能级的能量比从 n=3 能级跃迁到 n=2 能级放出的能量大,可知波长为 c的光的频率比波长为 a的光的频 率大,根据光电效应发生的条件可知,选项 C 错误;根据跃迁的条件, 可知用 12.09 eV 的光子照射处于基态的氢原子,氢原子可以跃迁到 n=3 的能级,可以辐射出三种不同频率的光,但一个氢原子只能辐射 一种频率的光,选项
19、 D 错误。 答案 解析 关闭 A -23- 命题点一 命题点二 5.(多选)(2017 山东枣庄模拟)根据玻尔假设,若规定无穷远处的能 量为0,则量子数为n的氢原子的能量En= ,E1为基态的能量,经计 算为-13.6 eV,现规定氢原子处于基态时的能量为0,则( ) A.量子数n=2时能级的能量为0 B.量子数 n=3 时能级的能量为-81 9 C.若要使氢原子从基态跃迁到第 4 能级,则需要吸收的光子能量为- 151 16 D.若采用能量为-91 10 的高速电子轰击而跃迁到激发态,这些氢原子从 激发态向低能级跃迁的过程中可释放出 10 种不同频率的光子 1 2 答案 解析 解析 关闭
20、若规定无穷远处的能量为 0,则量子数为 n=2 时的能量为 E2=-13.6 22 eV=-3.4 eV,若氢原子处于基态时的能量为 0,则量子数 n=2 时能级 的能量为 10.2 eV,选项 A 错误;量子数 n=3 时能级的能量为 1 32-E1=- 81 9 ,选项B正确;若要使氢原子从基态跃迁到第4能级,则需要 吸收的光子能量为 1 42-E1=- 151 16 ,选项 C正确;采用能量为-9 1 10 的高速电 子轰击而跃迁到激发态,根据 Em-En=h,氢原子获得能量跃迁到 n=3 激发态,则这些氢原子从激发态向低能级跃迁的过程中可释放出 3 种不同频率的光子,故 D 错误。 答案 解析 关闭 BC -24- 命题点一 命题点二 6.(2016 北京卷)处于n=3能级的大量氢原子,向低能级跃迁时,辐射 光的频率有( ) A.1种 B.2种 C.3种 D.4种 答案 解析 解析 关闭 处于n=3 能级的氢原子向低能级跃迁辐射光的种类C3 2=3,故C项正 确。 答案 解析 关闭 C
