资源简介

(共30张PPT)
1.1 原子结构模型
核心素养目标
1.宏观辨识与微观探析：
学生能从宏观现象出发，深入理解原子结构模型发展历程中各阶段模型与对应实验现象的关联，从微观层面理解原子的组成、电子的运动状态等，建立宏观与微观相互联系的思维方式。
2.证据推理与模型认知：
基于不同时期科学家的实验证据，如汤姆孙发现电子、卢瑟福的 α 粒子散射实验等，推理出相应的原子结构模型。认识到模型是对客观事实的一种近似描述，会随着新证据的出现而不断修正和完善，培养学生依据证据构建模型、利用模型解释现象和解决问题的能力。
3.科学态度与社会责任：
了解原子结构模型发展过程中科学家们的贡献，体会科学发展的艰辛与曲折，培养学生严谨认真、实事求是的科学态度。认识到科学理论的发展对人类社会进步的推动作用，增强学生对科学的认同感和社会责任感。
学习重难点
学习重点
1.了解原子结构模型的演变历程，包括道尔顿实心球模型、汤姆孙葡萄干布丁模型、卢瑟福核式结构模型、玻尔原子模型以及量子力学模型等的主要内容和对应的实验基础。
2.能层、能级、原子轨道的概念以及它们之间的关系。
2.理解量子力学对原子核外电子运动状态的描述。
学习难点
1.从量子力学角度理解原子核外电子的运动状态。
2.运用原子结构模型解释一些复杂的化学现象和规律。
新课导入
春秋战国时期，墨子、惠子等哲学家同样从不同角度提出了物质有不能再分的最小单位的观点。公元前450年以前，古希腊哲学家德谟克利特提出，宇宙万物都是由最微小、坚硬、不可入，不可分割的物质粒子所构成的。这种粒子就是原子。
从古代哲学家对原子的思辨性猜测，到如今我们借助先进的科学技术对原子结构有了较为深入的认识，这中间经历了漫长而曲折的过程。在这个过程中，科学家们提出了一个又一个原子结构模型，每一个模型的提出都引发了科学界的巨大变革，推动着我们对物质世界的认识不断深入。那这些原子结构模型究竟是什么样的？它们是如何被提出的？又经历了怎样的发展演变呢？让我们带着这些问题，一起走进今天的化学课堂 —— 原子结构模型。
氢原子光谱和玻尔的原子结构模型
PART 01
1.原子结构模型的演变
道尔顿——
实心球模型
汤姆生——
“葡萄干布丁”模型
卢瑟福——
行星模型
玻尔——
量子轨道模型
1.原子结构模型的演变
20世纪20年代中期建立的量子力学理论，使人们对原子结构有了更深刻的认识，从而产生了原子结构的量子力学模型。
埃尔温·薛定谔
2.光谱和氢原子光谱
（1）光谱：许多物质都能够吸收光或发射光，人们常常利用原子光谱仪将物质吸收的光或发射的光的频率（或波长）和强度分布记录下来得到光谱。
（2）光谱的类型：
①连续光谱：若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，则这种光谱为连续光谱。
②线状光谱：若光谱是由具有特定波长的、彼此分立的谱线组成，则所得光谱为线状光谱。
2.光谱和氢原子光谱
（3）氢原子光谱：实验证明，氢原子是由具有特定波长、彼此分立的谱线组成的线状光谱。
3.玻尔原子结构模型
（1）基本观点：
运动轨迹：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，并且不辐射能量。
能量分布：
①在不同轨道上运动的电子具有不同的能量(E),而且能量值是不连续的，这称为能量“量子化”。
②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的轨道时能量最低，这种状态称为基态；能量高于基态能量的状态，称为激发态。
3.玻尔原子结构模型
3.玻尔原子结构模型
（1）基本观点：
电子跃迁：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。当辐射或吸收的能量以光的形式表现出来并被记录时，就形成了光谱。
基态原子
吸收能量
释放能量
激发态原子
吸收光谱
发射光谱
原子光谱的成因与分类：
3.玻尔原子结构模型
特征:暗背景，亮线， 线状不连续
特征:亮背景，暗线，线状不连续
吸收光谱
发射光谱
（2）贡献：
玻尔原子结构模型成功地解释了氢原子光谱是线状光谱的实验事实，阐明了原子光谱源自核外电子在能量不同的轨道之间的跃迁，指出了电子所处的轨道的能量是量子化的。
由于原子结构的不同，不同元素的原子发射光谱和吸收光谱不尽相同，元素都有其对应的特征谱线。在现代化学中，常利用原子光谱上的特征谱线来鉴定元素，称为光谱分析。
指纹辨认
发现新元素
3.玻尔原子结构模型
3.玻尔原子结构模型
焰色试验是电子跃迁的结果，故焰色试验是物理变化而不是化学变化。焰色试验发生的过程：
基态原子
激发态原子
吸收能量
较低能量的激发态或基态原子
同一原子处以激发态时的能量一定高于处于基态时的能量
辐射能量
量子力学对原子核外电子运动状态的描述
PART 02
1.原子轨道
玻尔引入了一个量子数n，解释了氢原子光谱是线状光谱的实验事实。但是某些复杂的光谱现象却难以用玻尔原子结构模型予以解释。
如在通常条件下，钠原子中处于n=4的状态上的电子跃迁到n=3的状态时会产生多条谱线。
上述问题只用玻尔的轨道概念和量子数n是无法解释的。那么，应该如何解释氢原子的光谱和多电子原子的光谱的复杂现象呢？原子核外电子的运动状态是否还存在玻尔原子结构模型未能描述的其他量子化现象呢？
（1）电子层（能层）
根据多电子原子光谱现象的复杂性及其在外磁场存在时的谱线分裂现象，可以推测同一量子数n所标记的核外电子运动状态中的不同电子所具有的能量可能还存在差异。
①含义：将量子数n所描述的电子运动状态称为电子层。
能层越高，电子的能量越高，能量的高低顺序为E(K)＜E(L)＜E(M)＜E(N)＜E(O)＜E(P)＜E(Q)
1.原子轨道
②各电子层符号、电子能量与其离核远近的关系如表所示：
1.原子轨道
分层标准 电子离核的远近 电子层(n) 1 2 3 4 5 6 7
符号 __ __ __ __ __ __ __
能量 _______ 离核 _______ K
L
M
N
O
P
Q
低→高
近→远
（2）能级——某一电子层的能级数等于该电子层序数。
①含义：多电子原子中，同一电子层（即n相同）内的电子所具有的能量也可能不同，即同一个电子层还可以分成若干个能级。当n=x时，有x个能级。在每一个电子层中，能级符号的顺序是ns、np、nd、nf...（n代表电子层）。
1.原子轨道
②各电子层所包含的能级如表所示：
能层序数 1 2 3 4 能层 K L M N 最多电子数 2 8 18 32 能级
最多电子数
1s
2
2s
2
2p
6
3s
6
3p
2
10
3d
4s
2
6
4p
4d
10
4f
14
能层是楼层，能级是楼梯的阶梯
1.原子轨道
K层
2S
3S
1S
2p
L层
M层
3p
3d
1.在每一能层中，能级符号的顺序是ns、np、nd、nf......（n为能层序数）。
2.任一能层的能级总是从s能级考试，能级数等于该能层序数，即第一能层只有1个能级（1s），第二能层有2个能级（2s和2p），第三能层有3个能级（3s、3p和3d）以此类推 。
（3）原子轨道
1.原子轨道
①含义：用来描述原子中单个电子的空间运动状态。
②数目：
能级 ns np nd nf
原子轨道数 1 3 5 7
（4）电子的自旋状态
核外运动的电子还存在一种被称为“自旋”的量子化状态。处于同一原子轨道上的电子自旋状态只能有两种，分别用符号“↑”和“↓”表示。
（4）归纳总结
1.原子轨道
电子层(n) 1 2 3 4 ...
电子层符号 ...
能级 ...
原子轨道数 ...
每个能级最多容纳电子数 ...
每个电子层最多容纳电子数 ...
规律 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
对于确定的n值，其原子轨道数为n2；每个电子层最多容纳的带着你数为2n2
2.原子轨道的图形描述
（1）s原子轨道
s原子轨道示意图
规律： ①任一能层的s原子轨道形状相同，均为球形，具有球对称性。
②同一原子的能层越高，s原子轨道半径越大。
（2）p原子轨道
规律：
①p能级的原子轨道都是哑铃（纺锤）形的，
②每个p能级有3个相互垂直的原子轨道，分别以px、py、pz表示。
③在同一能层中px、py、pz的能量相同。
④能层越高，p原子轨道半径越大。
右下标x、y、z分别是p原子轨道在直角坐标系里的取向。
2.原子轨道的图形描述
p原子轨道示意图
3.电子云
氢原子的1s电子在原子核外出现的概率密度分布图
小点是1s电子在原子核外出现的概率密度的形象描述。小点越密，表明概率密度越大。
图中的小点是什么呢？是电子吗？
通常用单位体积内小点的疏密程度来表示电子在原子核外某处单位体积内出现概率的大小。
这种描述电子在核外空间某处单位体积内的概率分布的图形叫做电子云。
电子处在2p轨道
的电子云图
随堂练习
1.判断下列说法是否正确,正确的打“√”,错误的打“×”。
(1)1s电子云呈球形,表示电子绕原子核做圆周运动。(　　)
(2)电子云图中的小黑点密度越大,说明该原子核外空间电子越多。(　　)
(3)能级就是电子层。(　　)
(4)对于确定的n值,其对应的电子层的原子轨道数为n2。(　　)
(5)同一电子层中不同能级的能量高低相同。(　　)
随堂练习
2.氮原子2p能级上的3个电子分别位于2px、2py、2pz 3个原子轨道上,则这3个电子不相同的是(　　)
A.能量 B.电子云图
C.电子云伸展方向 D.质量
3.下列电子层中包含有f能级的是(　　)
A.K能层 B.L能层
C.M能层 D.N能层
C
D
随堂练习
4.下列叙述不正确的是(　　)
A.最易失去的电子能量最高
B.在离核最远区域内运动的电子能量最高
C.p能级电子能量一定高于s能级电子能量
D.在离核最近区域内运动的电子能量最低
5.在多电子原子中,一般决定原子轨道能量的是(　　)
A.电子层
B.电子层和能级
C.电子层、能级和原子轨道空间分布
D.原子轨道空间分布和电子自旋方向
C
B
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