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第1章　原子结构与元素性质
第1节　原子结构模型
第1课时　氢原子光谱和玻尔的原子结构模型
1.了解原子结构模型的演变历程和玻尔的原子结构模型的内容。
2.知道基态、激发态和原子光谱等概念,认识原子光谱分析的应用。
学习目标
一、原子结构模型的演变
知能通关
不同时期的原子结构模型
时间或年代 1803年 1904年 1911年 1913年 20世纪20年代中期
原子结
构模型
模型名称 道尔顿
原子论 “___________”模型 ________模型 _____________模型 __________模型
相关科学家 薛定谔(主要)
葡萄干布丁
核式
玻尔原子结构
量子力学
道尔顿
汤姆孙
卢瑟福
玻尔
原子结构模型的演变如图所示,其历史演变顺序是　　 　　。
小题对点过
①③②④⑤
1.如图所示的原子结构模型符合玻尔的观点的是　　　　。
(4)
2.下列实验事实与原子结构模型建立的关系正确的是(　　)
A.阴极射线实验发现电子:道尔顿原子结构模型
B.α粒子散射实验发现原子核:卢瑟福原子结构模型
C.氢原子光谱发现电子分层排布:卢瑟福原子结构模型
D.α粒子散射实验发现电子:汤姆孙原子结构模型
解析　卢瑟福根据α粒子散射实验提出了原子结构的核式模型,故B正确;玻尔为了解释氢原子光谱,提出了核外电子分层排布的原子结构模型,即玻尔原子结构模型,故C错误;汤姆孙通过阴极射线实验发现电子,提出“葡萄干布丁”模型,故A、D错误。
B
二、氢原子光谱和玻尔的原子结构模型
知能通关
1.光谱
利用原子光谱仪将物质吸收的光或发射的光的频率(或______)和______分布记录下来得到光谱。
(1)形成原因:电子在不同轨道间跃迁时,会辐射或吸收能量。
(2)吸收光谱与发射光谱
光谱分析: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。
波长
强度
(3)氢原子光谱特点
氢原子光谱是由具有__________、__________的谱线组成的线状光谱。
特定波长
彼此分立
2.玻尔原子结构模型
(1)玻尔原子结构模型的基本观点
①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________能量。
②能量分布:在不同轨道上运动的电子具有不同的能量,而且能量值是不连续的,这称为能量“________”。轨道能量依n值的增大而______,____ 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______;能量高于基态的状态,称为________。
③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____________能量。
不辐射
量子化
升高
n
基态
激发态
辐射或吸收
(2)玻尔原子结构模型对氢原子光谱是线状光谱的解释
(1)氢原子外围只有1个电子,氢原子光谱是否只有1条谱线
　　　　　　 　　　　　 　　　　　　　　　　　　。
(2)下列说法错误的是　　　　。
a.光是电子跃迁释放能量的重要形式之一
b.氢原子外围只有一个电子,故氢原子光谱只有一条谱线
c.氢原子光谱属于线状光谱
d.基态氢原子转变成激发态氢原子时释放能量
e.焰色试验与电子跃迁有关,属于化学变化
不是。氢原子电子跃迁到不同原子轨道时产生不同的光谱谱线
小题对点过
bde
(3)玻尔理论能解释　　　　。
①氢原子处于激发态时的能量高于其基态时的能量
②在一给定的稳定轨道上运动的核外电子不辐射能量
③氢原子的可见光区谱线
④在外磁场存在时氢原子光谱谱线分裂
①②③
解析　(3)玻尔只引入一个量子数n,比较好地解释了氢原子处于激发态时的能量高于其基态时的能量,在稳定轨道上运动的核外电子不辐射能量,但是对于较复杂的光谱现象(如在外加磁场存在时,氢原子光谱中的一条谱线分裂为多条)却难以解释,而这些就要靠量子力学理论来解释。
(3)贡献
①成功地解释了氢原子光谱是线状光谱的实验事实。
②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________的。
(4)玻尔原子结构模型局限性
玻尔原子结构模型中只引入一个量子数n,只能解释氢原子光谱是线状光谱。无法解释多电子原子光谱的复杂现象及其在外磁场存在时的谱线分裂现象,需要引入更多的量子数。
量子化
1.原子光谱是线状光谱,是由不连续的谱线组成的,这表明(　　)
A.在原子中只有某些电子能够跃迁产生光谱
B.原子中的电子可以处于某些特定的能量状态,即电子的能量是量子化的
C.原子发射的光是单色光
D.白光可以由多种单色光组成
解析　光谱分为连续光谱和线状光谱,无论是单色光还是白光,都是连续光谱,原子光谱是线状光谱,也就是由具有特定频率的光形成的谱线。原子光谱产生这种特定的谱线是由于电子的能量是量子化的,电子跃迁的始态和终态的能级差也是量子化的。
B
2.在实验室中用下列装置可以得到氢原子光谱,实验证明该光谱为线状光谱,该光谱的发现在原子结构的认识过程中,有极为重要的意义,根据它产生了(　　)
A.卢瑟福核式原子模型
B.汤姆孙“葡萄干布丁”模型
C.玻尔核外电子分层排布的原子
结构模型
D.原子结构的量子力学模型
C
解析　玻尔的原子结构模型是为了解释氢原子光谱为线状光谱而不是连续光谱而提出的。
3.下列叙述不正确的是(　　)
A.原子的核外电子处于能量最低的状态称为基态
B.原子的核外电子吸收能量而高于基态能量的状态称为激发态
C.焰色是电子从能量较低的轨道跃迁到能量较高的轨道时产生的
D.原子的核外电子由能量较高的轨道跃迁到能量较低的轨道时,辐射的能量可能以光的形式表现出来
解析　基态是原子的核外电子处于能量最低的状态,激发态是原子的核外电子处于能量高于基态能量的状态,基态原子吸收能量变为激发态,激发态原子辐射能量变为基态。
C
课堂 达标训练
1.(2025·衡水高二期中)下列有关光谱的说法中不正确的是(　　)
A.原子中的电子在跃迁时会发生能量的变化,能量的表现形式之一是光(辐射),这也是原子光谱产生的原因
B.原子只有发射光谱
C.通过原子光谱可以发现新的元素,也可以鉴定某些元素
D.霓虹灯光、激光、焰火都与电子跃迁释放能量有关
B
解析　原子中的电子在跃迁时会发生能量的变化,能量的表现形式之一是光(辐射),这也是原子光谱产生的原因,电子从基态向激发态的跃迁会吸收能量,形成吸收光谱;电子从激发态向基态的跃迁会放出能量,形成发射光谱,A正确;原子光谱既有发射光谱,也有吸收光谱,B错误;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,C正确;电子在基态和激发态之间的跃迁会引起能量的变化,并以光的形式体现,所以霓虹灯光、激光、焰火都与原子核外电子跃迁释放能量有关,D正确。
2.下列关于原子结构模型的说法正确的是(　　)
A.道尔顿的原子结构模型将原子看作实心球,故不能解释任何问题
B.汤姆孙的“葡萄干布丁”原子结构模型成功地解释了原子中的正、负粒子是可以稳定共存的
C.卢瑟福的原子结构核式模型指出了原子核和核外电子的质量关系、电性关系及占有体积的关系
D.玻尔的核外电子分层排布原子结构模型引入了量子化的概念,能够成功解释所有的原子光谱
C
解析　道尔顿的原子结构模型将原子看作实心球,它能解释一些问题,如质量守恒定律等,A错误;汤姆孙的“葡萄干布丁”原子结构模型不能解释原子中的正、负粒子是可以稳定共存的,B错误;卢瑟福的原子结构核式模型指出了原子核和核外电子的质量关系、电性关系及占有体积的关系,C正确;玻尔的核外电子分层排布原子结构模型引入了量子化的概念,只能够成功解释氢原子和类氢原子的光谱,D错误。
3.激发态原子和基态原子可以通过电子跃迁的方式相互转化,跃迁过程中可得到光谱,下列说法正确的是(　　)
A.元素K的焰色试验呈紫色(透过蓝色钴玻璃),产生紫色的原因是化学变化
B.如图实验装置测得的是氢元素的吸收光谱
C.电子仅由激发态跃迁到基态才会产生原子光谱
D.原子光谱可以用于定性鉴定元素
D
解析　元素K的焰色试验呈紫色(透过蓝色钴玻璃),是钾原子中电子发生跃迁的结果,属于物理变化,A错误;该实验装置测得的是氢原子的发射光谱,B错误;原子光谱有吸收光谱和发射光谱两种,电子由激发态跃迁到基态时会产生原子发射光谱,C错误;原子光谱可以用于定性鉴定元素,D正确。
4.玻尔理论在人类对原子结构认识的历程上是非常重要的。以下关于人类对原子结构的认识错误的是(　　)
A.玻尔首次将量子化的概念运用到原子结构,并解释了原子稳定性
B.原子能量低于基态能量的状态,称为激发态
C.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
D.n称为量子数,轨道能量随n值(1、2、3…)的增大而升高
解析　玻尔首次将量子化概念应用到原子结构,并解释了原子稳定性,提出了能级的概念,解释了氢原子的光谱,故A正确;能量高于基态能量的状态,称为激发态,故B不正确;当辐射或吸收的能量以光的形式表现出来并记录时,就形成了光谱,故C正确;n称为量子数,轨道能量依n值(1、2、3…)的增大而升高,故D正确。
B
课时精练1
A级　合格过关练
选择题只有1个选项符合题意
1.下列示意图为几种原子结构模型,这些示意图依次符合卢瑟福、道尔顿、汤姆孙的观点的是(　　)
A.①②③ B.③②① C.③①② D.②①③
C
解析　卢瑟福提出了原子结构的核式模型,应为图③;道尔顿提出原子论,他认为原子是微小的不可分割的实心球体,应为图①;汤姆孙提出“葡萄干布丁”模型,应为图②。
2.人类认识原子的历史是漫长的。下列与原子结构模型的演变无关的科学家是(　　)
A.道尔顿 B.汤姆孙 C.卢瑟福 D.门捷列夫
解析　道尔顿提出了原子论;汤姆孙提出了原子结构的“葡萄干布丁”模型;卢瑟福提出了原子结构的核式模型;门捷列夫发现了元素周期律,并编出了元素周期表,与原子结构模型的演变无关。
D
3.下列有关原子光谱的说法中,不正确的是(　　)
A.通过光谱分析可以鉴定某些元素
B.电子由低能量轨道跃迁至较高能量轨道时,辐射能量
C.燃放的焰火在夜空中呈现五彩缤纷的礼花与原子核外电子的跃迁有关
D.原子中的电子在跃迁时能量的表现形式之一是光,这也是原子光谱产生的原因
B
解析　不同元素的原子在电子发生跃迁时,吸收或辐射的光谱不同,通过光谱分析可以鉴定某些元素,A说法正确;原子的电子吸收一定的能量后,由低能量轨道跃迁至较高能量轨道,B说法错误;核外电子发生跃迁时会吸收或辐射能量,主要表现为光辐射,不同原子发射的光谱不同,则燃放的焰火在夜空中呈现五彩缤纷的礼花与原子核外电子的跃迁有关,C说法正确;原子中的电子在跃迁时会发生能量的变化,能量的表现形式之一是光,这也是原子光谱产生的原因,D说法正确。
4.玻尔理论不能解释(　　)
A.氢原子光谱为线状光谱
B.在一给定的稳定轨道上,运动的核外电子不辐射能量
C.电子从一个轨道(能量为Ei)跃迁到另一个轨道(能量为Ej)时会辐射或吸收能量
D.有外磁场时氢原子光谱增加多条谱线
D
解析　玻尔理论是针对电子的稳定存在和氢原子光谱为线状光谱的事实提出的,A项不符合题意;根据玻尔理论的观点,在一给定的稳定轨道上,运动的核外电子不辐射能量,电子从一个轨道(能量为Ei)跃迁到另一个轨道(能量为Ej)时会辐射或吸收能量,B、C项不符合题意;而对于有外磁场时氢原子光谱增加多条谱线这一现象,玻尔的原子结构模型已无法解释,必须借助量子力学加以解释,D项符合题意。
5.原子的吸收光谱是线状的而不是连续的,主要原因是(　　)
A.原子中电子的能量高低
B.外界条件的影响
C.仪器设备的工作原理
D.原子轨道的能量是量子化的
解析　原子轨道之间的能量变化是不连续的,是量子化的,从而造成原子的线状吸收光谱。
D
6.下列说法不正确的是(　　)
A.原子光谱是测定物质结构的基本方法和实验手段
B.霓虹灯能够发出五颜六色的光,其发光机理与氢原子光谱形成机理基本相同
C.原子线状光谱的产生是原子核外电子在不同的、能量量子化的状态之间跃迁所导致的
D.“在高分辨钠原子光谱中的靠得很近的两条黄色谱线”可以利用玻尔原子结构模型较好地解释
D
解析　原子光谱是线状谱线,是不连续的。原子都是由原子核和电子组成的,但不同原子的光谱都有各自的特征谱线,原子光谱是不相同的。鉴别物质可以利用明线光谱和暗线光谱,所以原子光谱可用于测定物质中元素的种类,故A正确;霓虹灯能够发出五颜六色的光,其发光机理与氢原子光谱形成机理基本相同,都是电子在不同的、能量量子化的状态之间跃迁所导致的,故B正确;原子线状光谱的产生是原子核外电子在不同的、能量量子化的状态之间跃迁所导致的,故C正确;玻尔原子结构模型能够成功地解释氢原子光谱,不能解释“在高分辨钠原子光谱中的靠得很近的两条黄色谱线”等复杂的光谱现象,故D错误。
7.以下关于人类对原子结构的认识错误的是(　　)
A.汤姆孙发现电子
B.道尔顿提出近代原子学说
C.卢瑟福通过α粒子散射实验总结出原子结构“葡萄干布丁”模型
D.玻尔首次将量子化概念应用到原子结构,并解释了原子稳定性
解析　1904年,汤姆孙发现了电子,故A正确;1803年,英国化学家道尔顿提出了原子论,故B正确;卢瑟福进行α粒子散射实验后提出了原子结构的核式模型。汤姆孙认为原子由居于原子中心的带正电的原子核和核外带负电的电子构成,提出的“葡萄干布丁”原子模型,故C错误;玻尔首次将量子化概念应用到原子结构,提出了核外电子分层排布的原子模型,故D正确。
C
8.对充有氩气的霓虹灯管通电,灯管发出蓝紫色光。产生这一现象的主要原因是(　　)
A.电子由能量较高的轨道向能量较低的轨道跃迁时以光的形式辐射能量
B.电子由能量较低的轨道向能量较高的轨道跃迁时吸收除蓝紫色光以外的光
C.氩原子获得电子后转变成发出蓝紫色光的物质
D.在电流的作用下,氩原子与构成灯管的物质发生反应
A
解析　在电场作用下,基态氩原子的电子吸收能量跃迁到能量较高的轨道,变为激发态原子,这一过程不会发出蓝紫色光;而电子从较高能量的轨道跃迁到较低能量的轨道时,将释放能量,从而产生蓝紫色光,A项正确。
9.元素Na的焰色试验呈黄色,从能量变化的角度来看,其光谱类型属于(　　)
A.发射光谱 B.吸收光谱
C.连续光谱 D.线状光谱
解析　焰色试验是待测物的金属原子吸收能量后,原子中的电子发生跃迁变为激发态,而激发态不稳定,辐射能量变为较低能量的激发态或基态,产生发射光谱。
A
10.图中所发生的现象与电子的跃迁无关的是(　　)
解析　平面镜成像是光线反射的结果,与电子跃迁无关;而霓虹灯、燃烧蜡烛、节日里燃放的烟花都是原子的发射光谱,与原子核外电子发生跃迁有关。
D
11.关于原子结构模型的演变过程,正确的是(　　)
A.汤姆孙原子结构模型→道尔顿原子结构模型→卢瑟福原子结构模型→玻尔原子结构模型→量子力学模型
B.汤姆孙原子结构模型→卢瑟福原子结构模型→玻尔原子结构模型→量子力学模型→道尔顿原子结构模型
C.道尔顿原子结构模型→卢瑟福原子结构模型→汤姆孙原子结构模型→玻尔原子结构模型→量子力学模型
D.道尔顿原子结构模型→汤姆孙原子结构模型→卢瑟福原子结构模型→玻尔原子结构模型→量子力学模型
D
解析　模型建立先后顺序为道尔顿原子结构模型(1803年)→汤姆孙原子结构模型(1904年)→卢瑟福原子结构模型(1911年)→玻尔原子结构模型(1913年)→量子力学模型(20世纪20年代中期)。
12.回答下列问题:
(1)日光等白光经棱镜折射后产生的是　　　　光谱。原子光谱是___________光谱。
(2)吸收光谱是　　　　的电子跃迁为　　　　的电子产生的,此过程中电子_________能量;发射光谱是　　　　的电子跃迁为_______________________的电子产生的,此过程中电子　　　　能量。
连续
线状
基态
激发态
吸收
激发态
基态或能量较低的激发态
辐射
解析　(1)日光形成的光谱为连续光谱;原子光谱是由不连续特征谱线组成的,都是线状光谱。
13.(1)1861年德国人基尔霍夫和本生在研究锂云母的某光谱时,发现在深红区有一新线,从而发现了铷元素,他们研究的是　 　　　。
(2)含有钾元素的盐的焰色试验为　　　　色。许多金属的盐都可以发生焰色试验,其原因是______________________________________________________
_________________________________________。
原子光谱
紫
激发态的电子从能量较高的轨道跃迁到能量较低的轨道时,以一定波长(可见光区域)光的形式辐射能量
B级　素养培优练
选择题有1个或2个选项符合题意
14.同一原子的基态和激发态相比较,正确的是(　　)
A.基态时的能量比激发态时高 B.基态时比较稳定
C.基态时的能量比激发态时低 D.激发态时比较稳定
解析　对同一原子,基态时比较稳定,基态时的能量比激发态时低,B、C正确,A、D错误。
BC
15.下列对焰色试验的描述正确的是(　　)
A.焰色试验是元素的性质
B.焰色试验是化学变化
C.焰色试验是金属原子失去电子时吸收能量产生的现象
D.焰色试验是金属原子或离子中的电子从较高的激发态跃迁到较低能量的激发态或基态时,将能量以光的形式释放出来的现象
解析　焰色试验是金属原子或离子中的电子从较高的激发态跃迁到较低能量的激发态或基态时,将能量以光的形式释放出来的现象,变化过程中并没有新物质生成,是物理变化,而不是化学变化。
AD
16.请你根据教科书中关于原子结构模型演变的有关内容,完成下列各题:
人类探索自然奥秘的一个重要方法是研究物质的微观结构,对原子结构的认识经历了以下几个阶段:
①公元前5世纪,古希腊哲学家　 　　　提出,世间万物都是由不可分割的粒子,即原子构成的,这和中国古代哲学家　　　　的观点类似。
②19世纪初,英国科学家　　　　提出原子论。
③19世纪末,科学家　　　　发现原子中存在电子,并于1904年提出了相关的原子结构模型。
德谟克利特
墨子
道尔顿
汤姆孙
④1911年,英国物理学家卢瑟福提出原子结构的　　　　模型。
⑤1913年,丹麦物理学家玻尔提出了核外电子分层排布的原子结构模型。
⑥1926年,科学家又提出了原子结构的量子力学模型。
核式
解析　①公元前5世纪,古希腊哲学家德谟克利特提出世间万物都是由不可分割的粒子,即原子构成的,这和中国古代哲学家墨子的观点类似;②道尔顿提出原子论;③汤姆孙发现电子后,最早提出了“葡萄干布丁”模型,现在科学家普遍认为电子云模型能更好地解释我们观察到的有关电子的现象;④1911年英国物理学家卢瑟福进行α粒子散射实验后,提出了原子结构的核式模型。

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