1.1 原子结构理论的发展
原子结构和元素周期表
知电子的质量为9.11 10-28g)
解：普朗克常数h= 6.626 10-34J.s，而1J=1kg.m2.s-2
用(1-4)式：（运算时注意量纲）
m h v (9 6 .1 .1 1 6 1 2 0 2 g 8 3 0 )6 4 5 ( 1 .9 3 0 g 7 1 m 6 2 m 0 s s 1 1 )
pz轨道的角度分布。图6
（2）电子云的角度分布图 电子云是电子在核外空间出现的概率密
度分布的形象化描述，而概率密度的大小可用| |2来表示，因此以| |2
作图，可以得到电子云的图像。电子云的角度分布图和相应的原子轨道
的角度分布图之间主要区别有两点： 由于Y<1，因此Y2一定小于Y，
因而电子云的角度分布图要比原子轨道角度分布图“瘦”些； 原子
(r,,) = R ( r) () ()
(4)
其中R是电子离核距离r的函数， 、 则分别是角度 和的函数。解 薛定锷方程就是分别求得此三个函数的解，再将三者相乘，就得到波函数。
通常把与角度有关的两个函数合并为Y (,)，则：
(r,,) = R ( r) Y(,)
(5)
R ( r)称为波函数的径向部分， Y(,) 称为波函数的角度部分。
（1）在原子中，电子只能沿着符合于一定条件的轨道旋转。
（2）电子在不同轨道上旋转时可具有不同的能量，电子运动时所处 能量状态称能级。电子的能量是量子化的。
E B n2
上式中n称为量子数，B的值为2.1810-18J。
（3）只有当电子从某一轨道跃迁到另一轨道时，才有能量的吸收或
放出。
E2-E1= E=hv
对它的 = 1.00。
.
11
根据屏蔽效应计算出的有效核电荷，可以很好地解释能级交错现象。我 们知道钾原子的电子层结构是： 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s1 ，而不是1s2 2s22p6 3s23p63d1，即在钾原子中，4s的能级低于3d，能级是交错的。现在我们根 据屏蔽效应来计算有效核电荷，看一看4s的能量是否低于3d：
《中学化学学科理解：疑难问题解析》随笔
《中学化学学科理解：疑难问题解析》读书札记目录一、化学基础概念及理论篇 (1)1. 原子结构与元素周期表概述 (2)1.1 原子结构模型发展历史 (3)1.2 元素周期表构成及其规律 (5)1.3 原子结构与元素性质关系 (6)2. 化学键与分子结构解析 (6)2.1 化学键类型及特点介绍 (8)2.2 分子结构对性质影响分析 (10)2.3 常见物质结构实例剖析 (11)3. 化学反应速率与化学平衡原理 (12)3.1 化学反应速率影响因素探讨 (14)3.2 化学平衡移动原理剖析 (16)3.3 平衡常数计算方法及应用 (17)二、化学实验技能及操作篇 (19)三、化学应用与实际生活篇 (20)四、疑难问题解析篇 (22)一、化学基础概念及理论篇在深入探讨化学学科的奥秘时，我们首先需要构建坚实的理论基石。
正如一座宏伟的建筑需要稳固的地基一样，对化学基础概念及理论的理解是后续学习的基础。
作为自然科学的重要分支，涵盖了物质组成、结构、性质以及变化规律等多个方面。
原子论、元素周期表、化学反应原理等概念和理论更是构成了化学知识体系的骨架。
原子论的确立，为我们揭示了物质的微观构成。
它告诉我们，物质是由分子、原子等基本单位构成的，而这些单位又由更小的粒子（如电子、质子、中子）组成。
这一理论不仅解释了物质的组成和性质，还为后来的化学研究提供了重要的理论指导。
元素周期表则进一步展现了物质世界的规律性，它按照原子序数将元素排列成周期，每个周期内的元素具有相似的化学性质。
这一规律性的发现，不仅方便了我们记忆和研究元素，更为后续的化学研究和应用奠定了坚实的基础。
化学反应原理的学习，则让我们明白了物质变化的本质。
从简单的物理变化到复杂的化学变化，再到新物质的生成，每一个过程都遵循着一定的规律。
这些规律不仅可以帮助我们预测和控制化学反应的发生，更为我们利用化学知识解决实际问题提供了有力支持。
在阅读《中学化学学科理解：疑难问题解析》这本书的过程中，我深刻体会到了化学概念及理论的博大精深。
人教版高中化学选修三1.1《原子结构》课件 (共106张PPT)
电子排布式
电子排布图
小结：
方法导引
解答基态原子电子排布问题的一般思路：
能量最低原则
确定原子序数 泡利不相容原理 洪特规则
能级排布
电子排布
巩固练习
1、某元素原子序数为24，试问：
(1)该元素电子排布式： 1s2 2s22p6 3s23p63d5 4s1
(2)它有 4 个能层； 7 个能级；占有 15 个原子轨道。 (3)此元素有 6 个未成对电子；它的价电子 数是 6 。
洪特规则
对于基态原子，电子在能量相同 的轨道上排布时，将尽可能分占不同 的轨道并且自旋方向相同。
C ：1s2 2s22p2
√
科学研究
C
N
O
1.每个原子轨道上最多能容纳____ 2 个电子， 且自旋方向_______ 不同 ——泡利原理 2.当电子排在同一能级时有什么规律？ 当电子排布在同一能级的不同轨道时， 首先单独占一个轨道，而且自旋 总是___________________ 相同 ——洪特规则 方向______
铁Fe： 1s22s22p63s23p63d64s2 钴Co：
；
； ； ；
1s22s22p63s23p63d74s2
镍Ni： 1s22s22p63s23p63d84s2
练习：请写出第四周期21—36号元素原子 的基态电子排布式。
铜Cu：1s22s22p63s23p63d104s1 锌Zn：1s22s22p63s23p63d104s2 ； ；
钠 Na
铝 Al
原子结构示意图
电子排布式
Li: 1s22s1
练一练
请写出4~10号元素原子的电子排布式。
4
铍Be
1s2 2s2
1.1 能层与能级 构造原理
原子核外电子的排布
核外电子是由_内___向__外__排布的；内层排_满___后再排入下一层 。第1层不超过__2__个电子；第2层不超过_8___个；最外层不超过_8___ 个（第1层为最外层时，不超过_2___个）。 这就是我们已掌握的原子结构相关知识。那么，原子结构还有哪 些奥秘呢？
能层
首先，原子内不同的电子层能量不同，我们称之为能__层___ 。能层即为电子层，其序数通常用_n__表示，n=1、2、3、4…… 表示第一、二、三、四……能层。 硫有16个电子，根据核外电子排布规则可知，第一能层上有 __2_个电子，第二能层上有_8__个，第三能层上有_6__个。 你知道每一能层最多能容纳多少电子吗？
电子排布式
4.2008年北京奥运会主体育场“鸟巢”，被《泰晤士报》评 为全球“最强悍”工程。“鸟巢”运用了高强度、高性能的钒 氮合金高新钢，钒元素的原子序数为23，则钒原子的价电子 排布式B正确的是( )
电子排布式
若某基态原子的外围电子排布为 （B ） A．该元素基态原子中共有3个电子 B．该元素原子核外有5个电子层 C．该元素原子最外层共有3个电子 D．该元素原子M能层共有8个电子
能层与能级
3.某元素的原子核外有三个电子层，其3p能级上的电子数是3s能级 上的一半，则此元素是( B) A.S B.Al C.Si D.Cl
电子排布式 下列各原子或离子的电子排布式错误的是( C )
电子排布式
按要求填空：(1)基态B原子的电子排布式为___________________。(2) 基态N原子的价电子排布式为________。(3)Se原子序数为__3_4__，其 核外M层电子的排布式为____________。(4)Li3N晶体中氮以 存在 ，基态 的电子排布式为___________。(5)写出基态镓(Ga)原子的 电子排布式： __________________________________________________。
§1-1原子结构理论
为了解释氢原子线状光谱这一事实，玻尔在含核原子模型的基础上提
出了核外电子分层排布的原子结构模型。
玻尔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，不辐射能 量。（按能级分层排布）
2 表示微粒在空间某点出现的概率密度
概率密度： 电子在核外某处单位体积内出现的概率称为该处的概率密度
我们常把电子在核外出现的概率密度大小，用点的疏密来表 示，电子出现概率密度大的区域，用密集的小点来表示；电 子出现概率密度小的区域，用稀疏的小点来表示。这样得到 的图像称为电子云，它是电子在核外空间各处出现概率密度 大小的形象画描绘。
ʘ、ϕ分别是角度θ和φ的函数。
通常，将与角度有关的两个函数合并为
Y（θ，φ） 那么有 (r,,) R(r)Y (,)
波函数的径向部分
波函数的角度部分
2.波函数与原子轨道
通过解薛定谔方程得到具体的波函数ψ，每个 解出的波函数被边界条件限制，得到波函数 下具体的解，从而确定三个量子数。 主量子数：n=1,2，3，······，∞ 角量子数：l=0,1,2，······，n-1 磁量子数：m=0，±1，±2，······，±l 用一套三个量子数（n，l，m）解薛定谔方程， 得到波函数的 Rnl (r)和Yl（m ，）
arccosz
r
arctan y
x
x r sin cos
y
r
sin
sin
z r cos
r x2 y2 z2 arccosz
r
1.1.1 原子结构模型 练习(原卷版)—鲁科版选择性必修2
第一章原子结构与元素性质第1节原子结构模型一.选择题：本题共10小题，每题2分，共20分。
每小题只有一个选项符合题意。
1．原子结构模型的演变如图所示，下列符合历史演变顺序的一组排列是( )A．(1)(3)(2)(4)(5) B．(1)(2)(3)(4)(5)C．(1)(5)(3)(2)(4) D．(1)(3)(5)(4)(2)2．自从1803年英国化学家道尔顿提出原子假说以来，人类对原子结构的研究不断深入、不断发展，通过实验事实不断地丰富、完善原子结构理论。
下列关于原子结构的说法正确的是( ) A．所有的原子都含有质子、中子和电子三种基本构成微粒B．所有的原子中的质子、中子和电子三种基本构成微粒的个数都是相等的C．原子核对电子的吸引作用的实质是原子核中的质子对核外电子的吸引D．原子中的质子、中子和电子三种基本构成微粒不可能再进一步分成更小的微粒3．电子层数n＝3时，电子的空间运动状态(即原子轨道)有( )A．4种B．7种C．8种D．9种4．下列叙述正确的是( )A．能级就是电子层B．每个能层最多可容纳的电子数是2n2C．同一能层中不同能级的能量高低相同D．不同能层中的p能级的能量高低相同5．下列关于电子层与能级的说法正确的是( )A．同一原子中，符号相同的能级，其上电子能量不一定相同B．任一能层的能级总是从s能级开始，而且能级数不一定等于该能层序数C．同是s能级，在不同的能层中所能容纳的最多电子数是不相同的D．多电子原子中，每个能层上电子的能量一定不同6．下列有关电子云和原子轨道的说法正确的是( )A．原子核外的电子像云雾一样笼罩在原子核周围，故称电子云B．s轨道呈球形，处在该轨道上的电子只能在球壳内运动C．p轨道呈哑铃形，在空间有两个伸展方向D．与s电子原子轨道相同，p电子原子轨道的平均半径随能层的增加而增大7．下列叙述不正确的是( )A．越易失去的电子能量越高B．在离核越远区域内运动的电子能量越高C．p能级电子能量一定高于s能级电子能量D．在离核越近区域内运动的电子能量越低8．下列说法正确的是( )A．同一个电子层中s能级的能量总是大于p能级的能量B．2s原子轨道半径比1s大，说明2s的电子云中的电子比1s的多C．第二电子层上的电子，不论在哪一个原子轨道上，其能量都相等D．N电子层的原子轨道类型数和原子轨道数分别为4和169．下列说法正确的是( )A．1s电子云呈球形，表示电子绕原子核做圆周运动B．电子云图中的小点密度大，说明该原子核外空间电子数目多C．n s能级的原子轨道图可表示为D．3d表示d能级有3个轨道10．下列说法正确的是( )A．1s轨道的电子云形状为圆形的面B．2s的电子云半径比1s大，说明2s能级的电子比1s的多C．4f能级中最多可容纳14个电子D．电子在1s轨道上运动像地球围绕太阳旋转二．选择题：本题共5小题，每题4分，共20分。
鲁科版高中化学选修三课件：1.1.1 原子结构模型 (共21张PPT)
[质疑] 根据卢瑟福的原子结构模型和经典的 电磁学观点，围绕原子核高速运动的电子 一定会自动且连续地辐射能量，其光谱应 是连续光谱而不应是线状光谱。那么，氢 原子的光谱为什么是线性光谱而不是连续
光谱呢？
2、在卢瑟福的原子结构模型的基础上提 出玻尔(Bohr)的原子结构模型 （玻尔理 论的三个假设）。 （1） 原子中的电 子在具有确定半径 的圆周轨道上绕原
卢瑟福原子模型
根据Α粒子散射实验原子的“核式模型”
波尔原子模型
原子结构的量子力学模型 （电子云模型）
一、氢原子光谱和波尔的原子结构模型 [联想· 质疑]
对于“光”这种物质，如阳光、火光、 灯光等，你们是熟悉的。但是，你知道有 些光是由原子在一定的条件下产生的吗？ 原子发光的基本特点是什么？怎样用原子
结构知识来解释原子的发光现象？
1、氢原子光谱
狭义的光：波长400~700nm之间的电磁波； 广义的光：即电磁波，包括可见光、红外光、 紫外光、X射线等。
[知识支持] 连续光谱(continuous spectrum)：
若由光谱仪获得的光谱是由各种波长的光 所组成，且相近的波长差别极小而不能分辨， 则所得光谱为连续光谱。如阳光等。
子核运动，并且不
辐射能量；
（2）不同轨道上运动的电子具有不同能 量，而且能量是量子化的，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 的轨道是能量最低，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。
玻尔理论的局限：
1.1原子结构分析
2020/10/15
薛
1.1.3 原子轨道和量子数
定
原子结构的波动力学模型（1926年）
鄂
波函数ψ：
薛定鄂（E. Schrödinger ）方程
R (r)——径向部分，其解与n有关 n = 1，2，3…
1. 波函数和量子数 求解方程直接得
Y（θ,φ）——角度部分， 其解与l，m有关
l = 0，1，2，…n－1 n 个数值
微粒性
E = hν
波动性
p = m v = h /λ 2. 德布罗依的预言——实物微粒的波粒二象性（1924年）
λ= h / mv —— 德布罗依关系式
例1-1 λ电子= 0.122 nm λ子弹= 6.63×10-35 cm （10g，v = 1 km·s-1）
电子衍射实验 （1927年）证实了德布罗依关系式，把实物微 粒产生的德布罗依波称为“物质波”，其物理意义是“几率 波”
m = 0，±1 ，±2
9 种组合
n= 4 l = 0，1，2，3 m = 0，±1 ，±2 ，±3 16 种组合
原子轨道是指n、l、m三个量子数都有一定值时的一个波函数。
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s和2px原子轨道角度分布示意图
2020/10/15
原 子 轨 道 的 角 度 分 布 图
2020/10/15
（2）当 n 相同时，l 越大，E越大
（3）当 n、l 都不同时，有时出现
能级交错。如E4s ＜ E3d 2、核外电子分布和周期系
（1） 核外电子分布的三个原理
● 洪特规则
如 6C 1s2 2s22p2 特例 24Cr 不是4s23d4， 而是 4s13d5
● 最低能量原理
原子结构
问:氢原子的电子电离需要多少能量?
玻尔理论合理的是：核外电子处于定态时有确定的 能量；原子光谱源自核外电子的能量变化，行星轨道的 能量是量子化，只有电子能量发生改变时，才会吸收或 放出辐射。这一真理为后来的量子力学所继承。
然而新量子力学证明“行星轨道orbit‖是不存在的， 玻尔模型尽管能满意地解释单电子体系的光谱，但对多 电子体系，哪怕是只有两个电子的He原子，光谱的计算 与实验结果也有很大出入，其原因是玻尔理论建立在宏 观物质的经典力学基础上，而电子运动根本不遵循经典 物理学中的力学定律。于是在新量子力学的基础上薛定 谔和海森堡等科学家建立了迄今为止最为成功的原子结 构模型——波动力学模型又称量子力学模型。
道尔顿提出了原子量的概念，实质上就是原子相 对质量的概念，并用大量实验测定了一些元素的原子 的相对质量。道尔顿原子论十分圆满地解释了当时已 知的化学反应的定量关系。
尽管道尔顿提出了原子量的概念，却不能正确给出 许多元素的原子量。尽管道尔顿的原子论在现在看来存
在许多问题。但道尔顿原子论极大地推动了化学的发展。
二、核外电子运动的量子力学模型 1、波粒二象性——赖以建立现代原子模型的量子力学概念 在20世纪初，有的物理学家持光的粒子观，认为 光是粒子流，光的粒子称为光子。光的强度I等于光子 的密度和光子的能量e(e=h，其中是光的频率)的乘 积： 光的强度：I=h 而有的物理学家持光的波动观，认为光是电磁波， 光的强度I和光的电磁波的振幅的平方成正比： 光的强度：I=2/4 后来，物理学家们把光的粒子说和光的波动说统一 起来，提出光的波粒二象性，认为光兼具粒子性和波 动性两重性。因此有： 光的强度：I=h=2/4
h mvr= L n 2
n 1, 2, 3, 4, 5,
大学无机化学经典课件：原子结构
L
M
N
O
P…
35
2. 角量子数（l）： 确定电子运动空间
形状的量子数 l 的取值 ：0，1 ，2，3，…，n-1
n
l
1
2
3
4
…
n
0,
0， 1，
0， 1，
0
电子亚 层符号
0， 1
1， 2
2， 3
2，…,n-1
s
s， p
s， p，d
s， p，d, f
36
l =0， s 亚层， 球形
l =1， p 亚层， 亚铃型
粒子具有波粒二象性的假设。并预言了高速运动的电子的
物质波的波长
= h / P = h / mv
1927年，Davissson和Germer应用Ni晶体进行电子衍 射实验，证实电子具有波动性。
二、 波函数与原子轨道
1.
海森堡的测不准关系 ：
测不准原理说明了微观粒子运动有其特殊的
规律，不能用经典力学处理微观粒子的运动，而 这种特殊的规律是由微粒自身的本质所决定的。
率成正比
11
E = h
式中 E 为光子的能量， 为光子的频率，h 为 Planck
常数，其值为 6.62610-34 Js。物质以光的形式吸收或放
出的能量只能是光量子能量的整数倍。 电量的最小单位是一个电子的电量。 电量是量子化的。量子化是微观领域的重要特征，后面我
我们将以上的说法概括为一句话，在微观领域中能量、
为自然数，且 n – 1 l
由解得的 R ( r )、 ( ) 和 ( ) 即可求得波函数
( r，， ) = R ( r ) ( ) ( )
34
材料结构与性能
1913年 玻尔模型电子不是随意占据在原子核的周围，而 是在固定的层面上运动，当电子从一个层面跃迁到另一个 层面时，原子便吸收或释放能量。
为了解释氢原子线状光谱这一事实，玻尔在行星模型 的基础上提出了核外电子分层排布的原子结构模型。
第一章 材料的原子和电子结构
玻尔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（orbit)
第一章 材料的原子和电子结构
变化规律：（1）同周期：从左到右，χ渐增大。 （2）同族：主族：从上到下， χ渐减小； 副族：从上到下：IIIB-VB，χ渐减小；
IB-IIB，χ变大。
说明：①鲍林电负性值是一个相对值，本身没有单位。 ②由于定义及计算方法不同，又有几套电负性数据，所以 使用时要用同一套数值来比较。 ③如何定义电负性至今仍有争论。
f区：内过渡元素，由于电子增加在(n－2)f轨道， 半径减小的幅度比d区更小，从La到Lu共经过15种 元素，原子半径仅收缩了12pm左右，La系收缩影响 很大，使La后第六周期元素与上周期同族元素半径 接近
第一章 材料的原子和电子结构
（2）族 主族：从上到下，r显著增大 副族（d区、f区）：除Sc副族外从上到下一般略 增大，第五、六周期元素半径接近 r对性质的影响：r越大，越易失电子；r越小， 越易吸电子。（难失电子不一定易得电子，如稀有 气体）
第一章 材料的原子和电子结构
1897年 汤姆生模型 原子是一个带正电荷的球，电子镶嵌在里面， 原子好似一块“蛋糕”
葡萄干蛋糕模型由汤姆生提出，是第一个存在着亚原子结构的原 子模型。
汤姆生在发现电子的基础上提出了原子的葡萄干蛋糕模型，汤姆 生认为： ①电子是平均的分布在整个原子上的，就如同散布在一个均匀的正电 荷的海洋之中，它们的负电荷与那些正电荷相互抵消。 ②在受到激发时，电子会离开原子，产生阴极射线。 汤姆生的学生卢瑟福完成的α粒子轰击金箔实验（散射实验），否认 了葡萄干面包式模型的正确性。
现代基础化学第一章习题
第一章原子结构和元素周期系1、了解核外电子运动状态，可通过一系列波函本章小结2、︱ψ︱2为几率密度。
它表示电子在核外空间某单位体积出现的几率，︱ψ︱4、掌握近似能级图，并能按照核外电子排布三原则，写出一般元素（前36号）的原子核外电子排布式。
5、理解原子结构和元素周期表的关系、元素周期性和各周期元素数目关系的内在原因以及如何从原子结构来划分元素所在的周期、族、分区等。
6、掌握有效核电荷数、原于半径、电离势、电子亲合能、电负性、金属性和非金属性在周期系中一般递变规律。
第一章大纲不要求内容(D) 原子轨道的角度分布图。
•Cs, p, d 原子轨道的角度分布剖面图注意：(A)磁量子数m=0的轨道都是球形的；D(B) n和l；•B现的概率(几率)；(C) 1s电子云界面图是一个球面，表示在这个球面以外，•C正确的是..............................（）。
•C(A) n=3，l= 2，m= 0，m= +1/2；(D) n= 3，l= 1，m= -1，m s = +1/2。
•Bb. 取值范围：正整数，n = 1,2,3…b. 取值范围：l 可取0 ~ n -1之间的整数b. 取值范围：m 可取–l …0 …l 之间的整数，共2l +1个。
（4）自旋量子数（m ）a. 取值：+1/2 和-1/2(B) 角量子数l主要决定核外电子的能量；•Ba. 描述原子轨道的不同形状，表示电子层中各个不同的电子亚层。
c. a. 决定电子在核外出现概率最大区域离核的平均距离d.决定电子能量的高低：b. 自旋方向：用“↑”或“↓”来表示a. 描述原子轨道在空间的伸展方向。
对电子能量有影响：c. 对电子能量没有影响(B) n= 4，l= 2，m= 0；B9．（）下列原子轨道中的电子，在xy平面上的几率密度为零的是。
；(B)3；(A)3pz(C)3s；(D)3p x。
•A(A) n = 3，l = 2，m = 2；2zd (D) n = 3，l = 2，m = 1，m s = +1/2。
1.1原子结构第1课时教学设计2023-2024学年高二化学人教版(2019)选择性必修2
4. 教室布置：根据教学需要，布置教室环境，如设置分组讨论区、实验操作台等，以提供良好的学习环境和实践空间，促进学生的积极参与和合作学习。
五、教学过程
1. 导入新课
同学们，大家好！今天我们要学习的是关于原子结构的知识。在我们的日常生活中，原子无处不在，它们构成了我们熟悉的物质世界。那么，你们知道原子是由哪些部分组成的吗？让我们一起探索原子的奥秘。
3. 对于原子的结构，可以通过分组讨论和实验操作，引导学生深入思考原子结构的稳定性以及不同元素的原子结构差异。
四、教学资源准备
1. 教材：确保每位学生都有本节课所需的教材，以便跟随教学进度进行学习和复习。
2. 辅助材料：准备与教学内容相关的图片、图表、视频等多媒体资源，以丰富教学手段，帮助学生更好地理解和掌握原子结构的相关知识。
3. 通过实验操作和分组讨论，培养学生的观察能力、思考能力和动手能力，提高学生的学习兴趣和科学素养。
4. 能够运用观察、实验、推理等方法探究原子结构，培养学生的科学探究能力，发展科学思维。
5. 能够将所学知识应用到实际生活中，提升学生的科学素养。
6. 通过本节课的学习，学生能够பைடு நூலகம்好地理解物质的微观结构，为进一步学习化学和其他科学领域打下坚实的基础。
2. 知识讲解
（1）原子的基本概念
首先，我们来了解一下原子的基本概念。原子是物质的基本单位，它由原子核和核外电子组成。原子核位于原子的中心，由质子和中子组成，而核外电子则在原子核外围运动。同学们，请你们想象一下，原子就像一个太阳系，原子核就是太阳，核外电子就像围绕着太阳运动的行星。
原子结构和元素周期
汤姆森
1906年获得诺贝尔物理奖。 1904年提出原子的“枣糕模 型”，认为“电子是均匀地分布 在正电荷的海洋中”。
1.1.2 英国物理学家 卢瑟福 (E.Rutherf 位期间直接受到汤姆森的指导
1908年获得诺贝尔化学奖
1911年根据粒子散射实验的 结果提出原子的“含核模型”， 也称为“行星模型”
1.2.1 微观粒子的波粒二象性
(1) 光的波粒二象性
1680年，牛顿提出光具有粒子性，认为光 就是能做直线运动的微粒流
1690年，惠更斯提出光具有波动性，能解 释光的干涉、衍射等现象
科学家爱因斯坦
1905年，爱因斯坦 用光子理论成功地解 释了光电效应，提出 光既有粒子性，又有 波动性，即
光具有波粒二象性
概 率 密 度
离核半径
壳层概率= r处的概率密度 × 壳层体积
r dr
离核距离为 r 的球壳薄层示意图
氢原子 1s 电子的壳层概率 与离核半径的关系
等密度面
电子云界面图
4、四个量子数
（1）主量子数（n）
a. 决定电子在核外出现概率最大区域离核的平均距离 b. 取值范围：正整数，n = 1,2,3…
（1）原子内电子按能级分层排布； （2）各能级间能量是不连续的，即量子化； （3）只有电子在不同能级间产生跃迁时才有能量的 吸收或放出；
2、应用“玻尔理论” 解释氢光谱 H
氢原子光谱实验示意图 “玻尔理论”不能说明多电子原子光谱，也不能说明 氢原子光谱的精细结构！
1.1.4 奥地利物理学家 薛定锷 (E.Schrödinger)
c. 代表层数：
n值 n 值代号
1 2 34 K L MN
d. 决定电子能量的高低：
高中化学人教版选修三：1.1原子结构(共44张PPT)
核外电子分成不同的能层。 电子层 (2)能层的表示方法及各能层最多容纳的电子数如下：
能层 一 二 三 M 四 五 六 P 七 …… Q ……
K ___ L 符号 ___ 最多 电子 数
N ___ O ___
பைடு நூலகம்
各能层最多容纳的电子数为 2n2 ______
2.能级 能量 的不同， (1)根据多电子原子中同一能层电子_________ 将它们分成不同的能级。 (2)能级的表示方法及各能级最多容纳的电子数如下：
四、能量最低原理、基态与激发态、光谱
1.能量最低原理 现代物质结构理论证实，原子的电子排布遵循构造原理 能使整个原子的能量处于最低状态，简称____________ 能量最低原理 。 2.基态与激发态: 基态原子: 处于最低能量的原子 (稳定)
发射光谱
电子放 出能量
激发态原子:基态原子的电子吸收能量后电子会跃迁到 较高的能级,变为激发态原子。 (不稳定)
电子云
知识回顾
原子：是化学变化中最小的粒子 化学反应的实质：是原子的重新组合。 质子(+) 原子结构： 原子核 中子(不带电） 原子 核外电子(-) 核电荷数（z）= 核内质子数= 核外电子数
{
{
质量数（A） = 质子数（Z） + 中子数（N） 原子核外电子排布： (1)核外电子总是尽量先排布在能量较低的电子层； (2)原子核外各电子层最多容纳2n2个电子。 (3)原子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。
A．ClB． C． D．1s22s22p63s23p6
3、构造原理揭示的电子排布能级顺序，实质是各能级能量高低。 若以E(nl)表示某能级的能量，以下各式中正确的是（ ）AB A．E(4s)＞E(3s)＞E(2s)＞E(1s) B．E(3d)＞E(4s)＞E(3p)＞E(3s) C．E(5s)＞E(4f)＞E(4s)＞E(3d) D．E(5s)＞E(4s)＞E(4f)＞E(3d) 4、某元素原子的价电子构型为3s23p4, 则此元素在周期表的位置是 第3周期，第VIA族 ____________
1.原子结构和元素周期系
换算关系是：
在数学上，又可使进行分离变量处理，把变成
各自含一个变量的3个独立函数的乘积： 式中，R是电子离核距离r的函数， Θ ,Փ分别是 角度θ和φ的函数。通常将与角度有关的两个函 数合并为Y (θ,φ)
R(r)只与电子离核半径有关，所以R(r)称为波函 数的径向部分， Y (θ,φ)只与角度有关，称为 波函数的角度部分。
图1-2 电子衍射和电子衍射图
n — 波环数 n d sin d — 晶体缝距离 — 衍射角
实验测得电子的波长与德布罗依关系式计算的 结果是吻合的（正好落在X射线的波长范围内），后 来对Ne原子和H2分子的研究，证明了这些分子也按 德布罗依的产生衍射。进而说明了实物微粒具有波 粒二象性的普遍性。 由于微观粒子的波、粒二象性，因此，不能象宏 观物体那样，可以同时准确地测出它在某瞬间的位 置和动量。
m：e的质量=9.1×10-31kg
粒子性是显然的，阴极射线实验可证明。
那么波动性假设是否成立呢？事隔三年于1927 年，德布罗依的波动性假设由戴维逊和革未的电子衍 射实验所证实。由于X光通过晶体能得到衍射图像。于 是戴维逊和革未也将电子束通过晶体，结果在屏幕上 观察到的不是一个黑点，而是一系列明暗交替的同心 圆环，和X射线的衍射图像完全相似，从而证明了电子 确有波动性。
薛定谔方程的意义： 对于一个质量为m，在势能等于V的势 场中运动的微粒子来说，有一个与该微粒运 动定态相联系的波函数 。该波函数服从薛 定谔方程，此方程的每一个合理解表示微 粒运动的某一定态，与此解相对应的常数E 就是微粒在这一定态的能量。能量E与波函 数呈一一对应关系。
为了解的方便，常把直角坐标x、y、z换成 球极坐标r、θ 、φ表示，
根据玻尔的这个假定，可以导出氢原子的能量、 氢原子的稳定轨道半径与n的关系为：
原子物理学的发展
原子物理学的发展杨君岗（XX师X学院物理与信息科学学院 XX XX 741000）摘要：本文较详实地介绍了原子物理学的发展历程。
从最早的“原子”概念出发，“不可分割”与“可分割”的争论，到19世纪后开始的黄金发展阶段，最后确定了原子的基本组成和运动规律。
引出了原子核物理的具体发展历程，每个时段都有独特的、有进步意义的新理论提出或对旧理论的完善，体现着人类探索物质内部结构的艰难。
关键词：原子;原子核;分割;发展The Development of Atomic PhysicsYang Jungang(School of Physics and Information science, Tianshui Normal University，741000China)Abstract:This paper gave a detailed and accurate account of the development course of atomic physics. From the earliestconcept of "atomic". the controversyof "indivisible" and "divisibility" ,to the golden development stage beganof the 19th century, and finally to determine the atomic position and movement of the basic. Nuclear physics led to the specific course of development, each has a unique time, a progressive or a new theory put forward to improve on the old theory, which embodies the internal structure of the human exploration of difficult material.Key words:atom, atomic nucleus, partition,development引言原子物理学是研究原子的结构、运动规律及相互作用的物理学分支。
1.1 原子结构模型
Raisin bread model Planet model
我们来看一看：
我们的前辈是如何认识原子的
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探究一：阅读课本说出古人对物质 的构成有怎样的观点？
1）惠施（中国战国时期） “一尺之棰，日取其半，万世不竭”。认 为物质是无限可分的。
探究四：原子结构真的像葡萄干面包模型吗？
假设：如果是，则将体积很小、质量很大的 微 粒去轰击由原子构成的薄膜，这种微粒应该能 穿过薄膜。 α粒子的散射实验： 现象①：绝大多数α粒子都直线穿了过去。 现象②：极少数α粒子穿过金箔时发生了偏转， 个别α粒子偏转了180度，被弹了回来。 结论：原子中存在一个体积很小、正电荷集中、 质量很大的核。
19世纪末20世纪初，汤姆生发现了电子，并 提出了葡萄干面包模型： 原子中的正电荷是均匀地分布在整个原子的球 型体内，电子均匀地分布在这些正电荷中间， 就像葡萄干面包中的葡萄干一样。
葡萄干面包模型
探究三：如何证明原子中存在带正电荷的微粒 呢？（阅读课本：从x射线到元素放射性的发现）
• α粒子：是氦原子失去电子后的正离子，即 氦核。He2＋ 带正电，速度慢 • β粒子：是电子流。负电，接近光速 • γ射线：中性，波长很短的电磁波。光速
盖尔曼认为质子、中子由更小的夸克构成。
从原子到夸克
ห้องสมุดไป่ตู้
目前物理学界公认组成物质的最小单元是夸克 即认为quark没有内部结构
但近来有消息称:quark 也可一分为二
人类对物质结构的认识还远未结束 ----------------
从原子结构模型演变的历史
你想到了些什么？
现代基础化学 第 1 章
钻穿效应
按量子力学观点，电子可以出现在原子内任何位置。因 此，最外层电子也可以深入电子壳层内部，更靠近核，这种 本领称之为钻穿。钻穿的结果降低了其它电子对它的屏蔽作 用，起到了增加有效核电荷降低轨道能量的作用，从而产生 能级交错现象。
钻穿效应可由径向分布函数加以说明
4s能量平均化
E3d > E4s
z
x
s, p, d 原子轨道的角度分布剖面图
注意： (1)极值方向 (2)节面，在此平面上
Y=0
s, p, d 电子云的角度分布剖面图
注意： (1)极值方向 (2)节面，在此平面上
Y2=0
y
原子轨道和电子云的角度分布图比较
电子云图
图形
瘦（Y2）
图形符号 均为正
原子轨道图 胖（Y） 有正负
电子云的模型
c. 代表层次：
n值 n 值代号
1 2 3 4 5… K L M N O…
d. 决定电子能量的高低：
n值越大，电子能量越高。
1.2.2 电子的运动状态
4、四个量子数
（2）角量子数（l）
a. 描述原子轨道的不同形状，表示电子层中各个不同 的电子亚层。
b. 取值范围：l 可取 0 ~ n-1之间的整数
大科学家牛顿
1.2.1 电子运动的特性
1、波粒二象性
1905年，爱因斯坦用光 子理论成功地解释了光电 效应，提出光既有粒子性， 又有波动性，即光具有波 粒二象性。
大科学家爱因斯坦
1.2.1 电子运动的特性
法国物理学家德布罗依
1、波粒二象性
1924年，法国物理学家 德布罗依受到光具有波粒 二象性的启发，提出了电 子等实物粒子也具有波粒 二象性的假设。该假设在 1927年被电子衍射实验所 证实。
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下一节
2014-5-20
物理学上的三大发现
1895年，德国物理学家伦琴发现了X射线
1895年，法国物理学家贝克勒尔发现了天 然放射性
1897年，英国物理学家汤姆逊发现了电子
2014-5-20
α粒子散射实验示意图
2014-5-20
氢 原 子 光 谱 实 验 n2 示 巴尔末公式（1885年）： B n2 22 意 B= 364.56 nm, n = 3, 4, 5, 6四个正整数 图
2014-5-20
（ E. Schrö dinger
定鄂
2014-5-20
Ernest Rutherford 1909年卢瑟福指导他的两个学生(盖革与马斯登)
瑟 福
卢瑟福1871年8月30日生于新西兰的纳尔逊，毕业 于新西兰大学和剑桥大学。1898年到加拿大任马克 歧尔大学物理学教授，达9年之久，这期间他在放 射性方面的研究，贡献极多。1907年，任曼彻斯特 大学物理学教授。1908年因对放射化学的研究荣获 诺贝尔化学奖。1919年任剑桥大学教授，并任卡文 迪许实验室主任。1931年英王授予他勋爵的桂冠。 1937年10月19日逝世。
普通化学
2014-5-20
教 材
2014-5-20
指 导 书
2014-5-20
第 1章 原子结构与分子结构
安徽理工大学 马家举
2014-5-20
1.1 原子结构理论的发展
1.1.1 原子理论的发展历程
1、化学史上第一个真正的科学理论
——道尔顿（John Dalton）的原子论
道尔顿
1803年提出科学原子论：物质由原子构成，原子不可再分。
h 6.626 1034 103 g m 2 s 1 10 1 . 22 10 m 0.122nm 28 6 1 mv (9.11 10 g)(5.97 10 m s )
对于枪弹：
h 6.626 1034 103 g m 2 s 1 35 6 . 626 10 m 1 mv (10g)(1000 ms )
1921年，他受聘到瑞士苏黎士大学任数学物理学教授。 1887～1961) 1926年，在德布罗意的波粒二象性理论的基础上，他独 立地创立了波动力学，提出了薛定谔方程，确定了波函数的变化规律。在 量子力学的发展历史中，其地位如同牛顿运动定律在牛顿力学中一样的重 要。1927年他接替普朗克任柏林大学理论物理学教授。同年当选为普鲁士 科学院院士。1933年受德国纳粹党徒的迫害，离开苏黎士到英国任牛津大 学物理学教授。同年和狄拉克一起获诺贝尔物理学奖。 1938年薛定谔在格拉兹再度受到纳粹的迫害，于9月1日仅“带了一只小 小皮箱”逃往都柏林，在都柏林高级研究所，成为理论物理学的领导。 在那里，他逗留了17年。在此期间，他继续从事科学研究，并发表了许 多论文。1956年，他回到奥地利，成为维也纳大学物理系的名誉教授。 1961年1月4日，他在奥地利的阿尔卑巴赫山村病逝。
电子衍射实验 （1927年）证实了德布罗依关系式， 把实物微粒产生的德布罗依波称为“物质波”，其物 理意义是“几率波”
2014-5-20
1.1 原子结构理论的发展
1.1.2 原子结构的近代概念
2、 微观粒子的运动特征 —波粒二象性
电子运动的数学模Байду номын сангаас——矩阵力学和波动力学
物质波的统计解释——玻恩的概率波
玻
尔
为了解决卢瑟福模型的缺陷，玻尔大胆地把卢瑟福模型和普 朗克的量子论结合起来，把原来只用于能量的量子概念推广到角 动量，创立了量子化轨道原子结构理论，为以后各种物理量的量 子化打开了大门。 爱因斯坦把他誉为“最伟大的发现之一”。因玻尔的突出贡 献，他获得了1922年的诺贝尔物理学奖。
2014-5-20
薛定谔，奥地利理论物理学家，是波动力学的创始人。 1887年8月12日他生于维也纳一个油布工厂主的家庭，中学 时就对数学、物理学和逻辑严谨的古代语法有浓厚的兴趣。 1906～1910年，他在维也纳大学物理系学习。1910年获得博 士学位。毕业后，在维也纳大学第二物理研究所工作。第一 次世界大战期间，他服役于一个偏僻的炮兵要塞，利用闲暇 薛 研究理论物理学。战后他又回到第二物理研究所。
2014-5-20
电 子 衍 射 实 验
动画播放
2014-5-20
英国化学家和物理学家。从小家境很穷，少年时代，道 尔顿就给他家乡一所学校的校长干活，同时学习数学。12 岁那年，就开始在乡村学校教书。15岁到肯代尔的一个学 校任教，在那里认识了盲人学者古格。在古格的帮助下， 道尔顿自学了数学、哲学、希腊文、拉丁文和法文等。由 于他好学不倦，博学多才，1785年成为该学校的校长。27 岁移居曼彻斯特，从此，这个没受过正式高等教育的人就 开始在大学里讲授数学和自然哲学。六年之后，他辞去学 院职务，每天作两小时的私人教师，以便有充足的时间进 行科学研究。1816年，被选为法国科学院通讯院士，1822 道 尔 顿 年成为皇家学会会员。1844年7月2日在曼彻斯特逝世。 道尔顿从研究气象学开始，一生中记录了两万多次观察 John Dalton 记录。他对气体的成分、性质等做了许多实验，于1801年 （1766～1844年） 总结出气体分压定律。 1803年，发表了化学原子论，认为 物质由原子构成，原子不可再分，引入元素的相对原子量， 名言：“研究者 列出了最早的原子量表。1808年出版了他的名著《化学哲 的使命就是这 学的新体系》，正式提出了化学原子论学说，使化学进入 样——永恒地探 一个新的时代。正如恩格斯在《自然辩证法》中说：“化 索，永无止境地 学中的新时代是随着原子论开始的”。从此整个19世纪人 追索未知事物”。 们几乎都认为原子不可再分，一直到19世纪末物理学上的 一些新发现。此外，他还发现了倍比定律和色盲现象。
2014-5-20
hν= E2－ E1
生的过程。
1.1 原子结构理论的发展
1.1.2 原子结构的近代概念 2、 微观粒子的运动特征 —波粒二象性
爱因斯坦的光子学说——光的波粒二象性（1905年） 微粒性 E = hν 波动性 p = m v = h /λ 德布罗依的预言—实物微粒的波粒二象性(1924年) λ= h / mv —— 德布罗依关系式 例1-1 λ电子 = 0.122 nm λ子弹= 6.63×10-35 cm （m =10g， v = 1 km·s-1）
玻尔出生在哥本哈根。他的家庭在丹麦属于中上阶层。在 这样的一个天地里，他们接近了那个时期各种知识界名流，特 别是同一些哲学家和医务界人士保持着密切的联系。 1911年秋，玻尔入英国剑桥大学和曼彻斯特大学深造，在 这里结识了他的良师益友卢瑟福。玻尔就是在卢瑟福实验室里 打下了他一生最伟大成就的基础，他的原子结构理论就是在这 期间孕育而成的。玻尔的主要成就是创立了原子结构理论。
2、19世纪末 物理学上的三大发现， 使原子不可分割受到动摇 3、原子内部结构的认识——含核模型
1911年，卢瑟福通过α粒子散射实验认为： 原子的中心有一个带正电的原子核，电子在 它的周围旋转，原子中绝大部分是空的，电子的 质量很小，原子的质量几乎全部集中在核上。
2014-5-20
卢瑟福
1.1 原子结构理论的发展
2014-5-20
卢
1871—1937 在曼彻斯特大学做了著名实验: 用α粒子去轰击 金箔, 结果大多数粒子都直接穿过金箔, 少数只产生很小的偏转, 然 而极少数的粒子会反弹回去。卢瑟福对这一现象很感震惊，说: “好象你用一炮弹去轰击一张薄纸, 而炮弹居然会反弹回来把你打 中一样。”他对这一实验结果的解释是: α粒子可能被质量很大但 体积很小的核碰撞回来, 从而提出含核原子模型：原子核带正电荷, 位于原子的中心，电子在它的周围旋转。卢瑟福的原子模型在 1910年圣诞节发表。
2014-5-20
氢原子光谱产生机理
2014-5-20
例 题1-1
已 知 电 子 的 质 量 为 9.11×10-28g ， 若 其 速 度 为 5.97×106 m· s-1，则其德布罗依波长为若干？一枪弹直 径大约 10-2m，质量为 10g，以 1km· s-1 的速度射出，其 德布罗依波长又为若干？ 解：普朗克常数h = 6.626×10-34J· s，1J = 1kg· m2· s-2 对于电子：
1.1.2 原子结构的近代概念
1. 氢原子光谱、量子理论与玻尔模型 氢原子光谱实验 量子理论（1900年）：物体辐射的能量是 不连续的，只能为某一个最小能量单位的整 数倍，并把这一能量的最小分量称为“能量 子”或“量子”。
2014-5-20
1.1 原子结构理论的发展 1.1.2 原子结构的近代概念
1. 氢原子光谱、量子理论与玻尔模型 玻尔模型三点假设：
玻 尔
（1）固定轨道 原子中的电子在核外只能沿着某些允许的轨 道运动。 （2）轨道能量量子化 电子在不同轨道上运动时具有不同的能 量，轨道离核越近，能量越低。 （3）能量的吸收和发射 只有电子在不同轨道之间发生跃迁时， 原子才会吸收或辐射能量。 r = a。n2 a。=0.053nm，被称为玻尔半径 E = -1312/n2（kJ · mol-1） 玻尔理论解释 n = 1，2，3，4… 氢原子光谱产
为了揭开原子的内部结构、组成这个谜，当时许多物理学 Niels H.D.Bohr 家相继提出了各种模型，在卢瑟福模型提出后，玻尔立 1885—1937 即认识到它的重大意义。他指出，这个模型可以把原子的 化学性质和放射性截然分开：原子的化学性质取决于外围 电子；而放射性则取决于原子核本身。 他发现，卢瑟福的原子模型没有说 明电子是怎样绕核运动的，也不能解释原子的稳定性和原子的线状光谱。