《原子结构模型》导学案1

《原子结构模型》导学案

课程学习目标

1.了解原子结构的发展历程。

2.初步认识原子结构的量子力学模型，能用n、l、m、m s这四个量子数描述核外电子的

运动状态。

3.了解原子轨道的表示方法及意义。

知识体系梳理

一、氢原子光谱和波尔的原子结构模型

1.原子结构理论发展史

1803年提出原子是一个“实心球体”建立原子学说的是英国化学家①道尔顿，1903年汤姆逊提出原子结构的“②葡萄干布丁”模型，1911年卢瑟福提出了原子结构的③核式模型，1913年玻尔提出④核外电子分层排布的原子结构模型，建立于20世纪20年代中期的⑤量子力学模型已成为现代化学的理论基础。

2.氢原子光谱

人们常常利用仪器将物质吸收光或发射光的波长和强度分布记录下来，得到所谓的光谱，光谱分为⑥连续光谱和⑦线状光谱，氢原子光谱为⑧线状光谱。

3.玻尔原子结构模型

(1)玻尔原子结构模型基本观点

①原子中的电子在具有⑨确定半径的圆周轨道上绕原子核运动，并且⑩不辐射能量。可理解为行星模型，这里的“轨道”实际上就是我们现在所说的电子层。

②定态假设:玻尔原子结构理论认为同一电子层上的电子能量完全相同。在不同轨道上运动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。各电子层能量差具有不连续性，即E3-E2≠E2-E1。

③只有当电子从一个轨道(能量为E i)跃迁到另一个轨道时，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记录下来，就形成了光谱。

(2)玻尔原子结构模型理论成功地解释了氢原子光谱是线状光谱的实验事实，但不能解决氢原子光谱的精细结构问题和多原子复杂的光谱现象。

二、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量子数n、l、m共同描述。

1.主量子数(n)

主量子数(n)的取值与电子层符号的对应关系

主量子数(n):1、2、3、4、5、6、7等，电子层符号:K、L、M、N、O、P、

Q等。

n值所表示的电子运动状态称为电子层，n越大，电子离核的平均距离越远，能量越高。

2.角量子数(l)

①对多电子原子来讲，对于确定的n值，l共有n个值，分别用符号s、p、d、f等来表示。

②若两个电子的n和l均相同，就表明两个电子具有相同的能量，表示两电子所处的能级相同。

③l有多少个取值，就表示该电子层有多少个能量不同的能级。

当n=1时l有1个值，有1个能级即s能级；

当n=2时l有2个值，有2个能级即s能级和p能级；

当n=3时l有3个值，有3个能级即s能级、p能级、d能级；

当n=n时l有n个值，有n个能级。

3.磁量子数(m)

①在外磁场作用下，量子数n、l相同的状态能量是不同的，用磁量子数m来标记这些状态。对同一个能级l而言，电子的运动共有(2l+1)个状态。

②s能级有1个轨道；p能级有3个轨道；d能级有5个轨道；f能级有7个轨道，同一能级中不同轨道的能量是相同的。

4.自旋量子数m s

核外电子存在一种奇特的量子化运动，人们称其为自旋运动。常用自旋量子数m s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2种，分别用符号↑和↓标记。

总结:

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能级的原子轨道。

电子的运动状态可用量子数n、l、m确定的原子轨道来描述，并取两种自旋状态的一种。

三、原子轨道的图形描述和电子云

1.原子轨道的图形

s轨道是球形，即该原子轨道具有球形对称；p轨道是纺锤形，分别相对于x、y、z 轴对称。

2.电子云

为了形象地表示电子在核外空间的分布状况，人们常用单位体积内小点的疏密程度来表示电子在原子核外单位体积内出现概率的大小。点密集的地方表示电子出现的概率

大；点稀疏的地方表示电子出现的概率小。这种形象地描述电子在空间单位体积内出现的概率大小的图形称为电子云。

基础学习交流

1.原子核外电子的每一个电子层最多可容纳的电子数与电子层的序数(n)间存在什么关系？

【答案】每一个电子层最多可容纳的电子数为2n2。

2.不同的电子层分别有多少个能级？与电子层的序数(n)间存在什么关系？

【答案】第n电子层有n个能级；能级数等于序数n。

3.不同电子层的相同能级所能容纳的最多电子数是否相同？

【答案】相同。

4.硫原子有16个电子，分别分布在几个不同的电子层和能级上？各电子层与能级分别含有多少个电子？

【答案】分别分布在3个不同的电子层，5个不同的能级上。第一电子层2个电子，处于1s能级中；第二电子层8个电子，分别为2s能级含有2个电子，2p能级含有6个电子；第三电子层6个电子，分别为3s能级含有2个电子，3p能级含有4个电子。

预习检测

1.关于原子模型的演变过程，正确的是( )。

A.汤姆逊原子模型→道尔顿原子模型→卢瑟福原子模型→玻尔原子模型→量子力学模型

B.汤姆逊原子模型→卢瑟福原子模型→玻尔原子模型→量子力学模型→道尔顿原子模型

C.道尔顿原子模型→卢瑟福原子模型→汤姆逊原子模型→玻尔原子模型→量子力学模型

D.道尔顿原子模型→汤姆逊原子模型→卢瑟福原子模型→玻尔原子模型→量子力学模型【解析】1803年，道尔顿模型——原子是一个坚硬的小球；1903年，汤姆逊模型——原子是一个带正电荷的球，电子镶嵌在里面，原子好似一块“布满浆果的松糕”；1911年，卢瑟福模型——原子的大部分体积是空的，电子随意地围绕着一个带正电荷的很小的原子核运转；1913年，玻尔模型——电子不是随意占据在原子核的周围，而是在固定的轨道上运动，当电子从一个轨道跃迁到另一轨道时，原子便吸收或释放能量；20世纪20年代以来，现代模型(电子云模型)——电子绕核运动形成一个带负电荷的云团，在一个确定的时刻不能精确测定电子的确切位置。

【答案】D

2.下列各电子层中含有f轨道的是()。

A.N电子层

B.M电子层

C.L电子

D.K电子层

【答案】A