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专题2　研究物质的基本方法
第三单元 人类对原子结构的认识
2.3.1 人类对原子结构的认识
苏教版必修第一册
【学习目标】
1.知道原子结构模型的演变。
2.熟知原子核的构成。
3.认识同位素的概念，能进行有关质量数、质子数、中子数、核外电子数的计算。
【知识回顾】
a. 原子由______ 和______ 构成
b. 化学变化中的最小微粒是________
c. 化学反应中保持物质化学性质的最小微粒是______
d. 原子不断地________；原子虽很小但也有一定______。
e. 原子可以构成____，如一个氧分子是由两个 ____构成的；也可以直接构成_____，如稀有气体、铁、汞等都是由原子直接构成的。
原子核
核外电子
原子
分子
运动着
质量
分子
氧原子
物质
人类探索自然界奥秘的一个重要方面是研究物质的微观结构。早在我国古代的战国时期就有了关于物质的微观思考：“一尺之棰，日取其半，成世不竭”。19世纪初，英国科学家道尔顿时认为物质是由原子构成，原子不能被创造，也不能被毁灭，在化学变化中不能再分割，并提出了“原子学说”。随着科学发展，人类对原子结构的认识经历了一段曲折的过程，科学家依据实验获得的数据，提出了各种假设和学说，逐步提示了原子结构的奥秘。
一 、人类认识原子结构的历程
约公元前460---公元前370，古希腊哲学家德谟克利特等人认为 ：物质是由不可分割的微粒（即原子）构成的。
1.原子结构模型的演变
道尔顿原子模型
1803年 ，英国科学家道尔顿提出近代原子学说，他认为原子是微小的不可分割的实心球体，在化学变化中本性不变。
汤姆生原子结构模型
“葡萄干面包式”模型
正电荷构成一个密度均匀的球体，电子“浸浮”其中。
原子并不是构成物质的最小微粒
——汤姆生发现原子中存在电子(1897年)
1911年，卢瑟福---α粒子散射实验
卢瑟福用α粒子轰击金箔的装置图
背景：α粒子散射实验
卢瑟福的困惑
※绝大多数α粒子都可以穿过薄的金箔
※极少数α粒子反弹回来
※少数α粒子穿过薄的金箔时，发生了偏转
【交流讨论】
1.为什么绝大多数α粒子穿过了金箔？
2.为什么极少数α粒子被弹回来了？
3.为什么只有1/8000 α粒子穿过薄的金箔时，发生了超过90°的大角度偏转？
玻尔
从氢气放电管可以得到氢原子光谱
玻尔原子轨道模型
原有模型
宏观类比
构建模型
量子理论提出
事实：氢原子光谱
提出假设
模型应用
“轨道模型”
玻尔“轨道”模型的构建
现代科学家们在实验中发现，电子在原子核周围有的区域出现的次数多，有的区域出现的次数少，就像“云雾”笼罩在原子核周围。因而提出了“电子云模型”。
电子云密度大的地方，表明电子在核外单位体积内出现的机会多，反之，出现的机会少。
电子云
道尔顿模型（1803）
汤姆生模型
（1897）
卢瑟福模型（1911）
波尔模型
（1913）
电子云模型
（1935）
a.古希腊原子学说
古希腊哲学家曾经提出，物质由不可分割的微粒(即 )构成的。
b.道尔顿原子学说
19世纪初，道尔顿认为，物质由原子组成，原子不能被创造，也不能被毁灭，在化学变化中不可 ，在化学反应中保持本性不变。
c.汤姆生原子结构模型
1897年，汤姆生发现原子中存在 ，并提出了一个被称为“________
_______”的原子结构模型。
答案
原子
再分割
电子
葡萄干
面包式
答案
d.卢瑟福原子结构模型
原子由 和 构成， 带正电荷，位于原子中心，____带负电荷，在原子核周围空间做高速运动。
e.玻尔原子结构模型
原子核外，电子在一系列稳定的 上运动，每个 都有一个确定的能量值。核外电子在这些稳定的轨道上运动时，既不放出能量，也不吸收能量。
f.现代原子结构学说——电子云模型
原子核外电子的运动不遵循经典力学的原理，必须用 模型描述核外电子的运动。
原子核
核外电子
原子核
电子
轨道
轨道
量子力学
原子结构模型的演变：
a.原子结构的演变过程反映了科学家具有质疑、创新、求实、不畏艰辛等良好的科学品质。
b.研究探讨原子结构模型离不开正确理论的指导，科学实验和科学技术的应用。
c.人类在认识自然的过程中，经历了无数的艰辛，先辈 们对真理执着追求的精神是我们人类不尽的财富。
d.随着现代科学技术的发展，人类对原子的认识还会不断深化。
【学习有感】
1.人类对原子结构的认识经历了漫长的历史阶段。其中最有代表性的有：道尔顿的原子结构模型、汤姆生原子结构模型、卢瑟福原子结构模型和玻尔原子结构模型等。而这些原子结构模型都是建立在一定的实验研究基础上的。下列实验事实与原子结构模型建立的关系正确的是(　　)
A.电子的发现：道尔顿的原子结构模型
B.α粒子散射：卢瑟福原子结构模型
C.α粒子散射：玻尔原子结构模型
D.氢原子光谱：卢瑟福原子结构模型
解析答案
解析　道尔顿的原子结构模型是道尔顿通过对大气的物理性质进行研究而提出的。卢瑟福原子结构模型是通过α粒子散射实验提出的。玻尔原子结构模型是玻尔在牛顿力学的基础上吸收了量子论和光子学说的思想建立起来的。
答案　B
汤姆生
道尔顿
玻尔
卢瑟福
近代原子学说
“葡萄干面包式”原子结构模型
带核原子结构模型
轨道原子结构模型
19世纪末，科学家们开始揭开原子内部的秘密，最早发现电子的科学家是(　　)
A．英国的道尔顿 B．英国的卢瑟福
C．丹麦的玻尔 D．英国的汤姆生
D
二、原子核的构成
原子核半径小于原子半径的万分之一，体积占原子体积的几千万亿分之一。（如同大型体育场与蚂蚁）
※1919年 卢瑟福与助手用α粒子轰击氮原子核等，发现原子核内有带正电的质子，每个质子所带电量与电子所带电量相同。
※1932年 查德威克用α粒子轰击铍原子核等，从原子核中得到了一个不显电性的粒子，命名为中子。
【质子和中子的发现】
构成原子的微粒有电子、质子和中子，质子和中子构成原子核。
微粒 电子 质子 中子
质量/kg 9.109×10－31 1.673×10－27 1.675×10－27
相对质量 0.000 544 7(1/1 836) 1.007 1.008
电量/C 1.602×10－19 1.602×10－19 0
电荷 －1 ＋1 0
N原子中微粒数 7 7
原子 质子数（Z） 中子数 （N） 质子数+中子数（A） 相对原子
质 量
F 9 10 18.998
Na 11 12 22.990
Al 13 14 26.982
几种原子的质子数、中子数和相对原子质量
19
23
27
什么是质量数？AX的含义是什么？
z
元素：__________________________________
具有相同核电荷数的同一类原子的总称。
核素：______________________________________
具有一定质子数和一定中子数的一种原子称为一种核素
原子 质子数（Z） 中子数（N） 质子数+中子数（A） 相对原子质量 AZX
F 9 10 18.998
Na 11 12 22.990
Al 13 14 26.982
1、元素、核素、同位素
2、质量数:
________________________________________
将原子核内所有的质子和中子的相对质量取整数，加起来所得到的数值称为质量数，用A表示，常用质子数（用Z表示）与中子数（用N表示）之和表示。
关系：A= Z + N
答案
【讨论】
(1)决定原子质量的微粒有哪些？
答案　质子和中子。
(2) 在原子中质子数、中子数、电子数、核电荷数、原子序数、质量数之间的关系是怎样的？
答案　质子数＝核电荷数＝原子序数＝核外电子数
质量数＝质子数＋中子数
阳离子中：质子数＝核电荷数＝核外电子数＋离子所带电荷数。
阴离子中：质子数＝核电荷数＝核外电子数－离子所带电荷数。
答案
(3)原子为什么显中性？
答案　原子核所带正电荷总数与核外电子所带负电荷总数相等，故原子显电中性。
(4)对于一种原子既有一定数目的质子又有一定数目的中子，如C－12原子的质量数为 ，质子数为 ，中子数为 ，那么如何表示这种原子呢？
A
Z
32
16
中子
A
Z
X
c+
-
-
+d
e
式中各个字母的含义：
A：
Z：
e：
c：
d:
质量数
质子数
原子个数
电荷数
化合价
答案
4.同位素
原子名称 原子符号 原子核 质子数(Z) 中子数(N)
氕 ___ __ __
氘 _______ __ __
氚 _______ __ __
1
1
1
0
2
1
(1)H、D、T的原子结构相同点： ，不同点： 。
(2)它们虽然是不同的 ，但同属于 元素。
(3)H、D、T又是 关系。
质子数相同
中子数不同
核素
氢
同位素
答案
【比较】元素、核素、同位素
元素 核素 同位素
本质 相同的一类原子 、 都一定的原子 相同、 不同的同一 的不同原子之间的互称
决定 因素 _______ _______________ 质子数、中子数
举例 H、C、N三种元素
互为同位素
质子数
质子数
中子数
质子数
中子数
元素
质子数
质子数、中子数
元素、核素、同位素之间的关系如下图
核电荷数
质子
中子
质子数
中子数
a、医学中用于显影、诊断、治疗、消毒等；
b、农业上的辐射育种技术，提高了农产品
的质量和数量；
c、14C的放射性被应用于考古断代
d、2H、3H是制造氢弹的材料；…
1
6
1
1、现有下列9种微粒：11H、12H、613C、614C、714N、2656Fe2＋、2656Fe3＋、816O2、816O3。按要求完成以下各题：
(1)11H、12H、13H分别是氢元素的一种____，它们互称为____。
(2)互为同素异形体的微粒是______。
(3)2656Fe2＋的中子数为______，核外电子数为_______。
(4)上述9种微粒中有____种核素，含有____种元素。
随堂检测
2、正误判断
(1)一种元素可以有多种核素，也可能只有一种核素，有多少种核素就有多少种原子( )
(2)不同的核素可能具有相同的质子数，也可能质子数、中子数、质量数均不相同( )
(4)中子数不同而质子数相同的微粒一定互为同位素( )
(5)通过化学变化可以实现16O与18O间的相互转化( )
√
√
×
×
×
3、铁60同位素的现身，揭秘了超新星爆炸历史真相。下列说法中正确的是（ ）
A.铁元素的质量数为60
D

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