鲁科版 (2019)选择性必修2第1节 原子结构模型第1课时同步练习题

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第1课时 氢原子光谱和玻尔的原子结构模型
[核心素养发展目标] 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。
一、原子结构模型的演变
1．不同时期的原子结构模型
2.卢瑟福原子结构模型的理论要点
原子的质量主要集中在原子核上，电子在原子核外空间做高速运动。
1．如图①②③原子结构模型中依次符合卢瑟福、道尔顿、汤姆孙的观点的是( )
A．①②③ B．③①②
C．③②① D．②①③
答案 B
解析 卢瑟福提出了原子结构的核式模型，道尔顿认为原子是一个实心的球体，汤姆孙发现了电子，并提出了原子结构的“葡萄干布丁”模型。
2．原子结构模型是科学家根据自己的认识，对原子结构的形象描摹，一种原子模型代表了人类对原子认识的一个阶段。描述电子在原子核外空间的一定轨道上绕核做高速运动的原子模型是( )
A．玻尔原子模型 B．电子云模型
C．汤姆孙原子模型 D．卢瑟福原子模型
答案 A
解析 玻尔原子模型认为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。
3．道尔顿的原子学说曾起了很大的作用。他的学说包含下列三个论点：
①原子是不能再分的粒子；
②同种元素的原子的各种性质和质量都相同；
③原子是微小的实心球体。
从现代的观点考虑，你认为三个论点中不确切的是________(填序号)。
答案 ①②③
解析 根据现代物质结构的观点可知原子是由原子核和核外电子构成的，因此可以再分；由于存在同位素，因此质子数相同的原子也会因中子数不同而导致其质量数和物理性质不同，但其化学性质相同；原子核的体积很小，原子中大部分为空隙，电子在核外做高速运动。
(1)道尔顿原子模型(1803年)：原子是组成物质的基本粒子，它们是坚实的、不可再分的实心球。
(2)汤姆孙原子模型(1904年)：原子是一个平均分布着正电荷的粒子，其中镶嵌着许多电子，中和了正电荷，从而形成了中性原子。
(3)卢瑟福原子模型(1911年)：在原子的中心有一个带正电荷的核，它的质量几乎等于原子的全部质量，电子在它的周围沿着不同的轨道运转，就像行星环绕太阳运转一样。
(4)玻尔原子模型(1913年)：电子在原子核外空间的一定轨道上绕核做高速的圆周运动。
(5)原子结构的量子力学模型(20世纪20年代中期)：现代物质结构学说。
二、氢原子光谱和玻尔的原子结构模型
1.光谱
(1)概念：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的谱线。
(2)形成原因：电子在不同轨道间跃迁时，会辐射或吸收能量。
(3)分类
光谱eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(连续光谱——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所得的光谱，如图1阳光, 形成的光谱, ,线状光谱——具有特定波长、彼此分立的谱线所组, 成的光谱，如图2, ))
2．氢原子光谱
氢原子光谱是线状光谱。
3．玻尔原子结构模型
(1)基本观点
(2)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，而电子所处的轨道的能量是量子化的。如图所示
(3)吸收光谱与发射光谱
(4)谱学分析：在现代化学中，常利用原子光谱上的特征谱线来鉴定元素，称为谱学分析。
(1)氢原子外围只有一个电子，故氢原子光谱只有一条谱线( )
(2)氢原子光谱属于线状光谱( )
(3)基态氢原子转变成激发态氢原子时释放能量( )
(4)焰色试验与电子跃迁有关，属于化学变化( )
答案 (1)× (2)√ (3)× (4)×
1．氢原子核外只有一个电子，当氢原子的这个电子处于怎样的状态时是基态( )
A．n＝1 B．n＝2 C．n＝3 D．n＝4
答案 A
解析 对氢原子而言，电子处于n＝1的轨道时能量最低，称为基态，能量高于基态的状态称为激发态。故选A。
2．对充有氖气的霓虹灯管通电，灯管发出红色光。产生这一现象的主要原因是( )
A．电子由激发态向基态跃迁时以光的形式释放能量
B．电子由基态向激发态跃迁时吸收除红光以外的光线
C．氖原子获得电子后转变成发出红光的物质
D．在电流的作用下，氖原子与构成灯管的物质发生反应
答案 A
解析 在电流作用下，基态氖原子的电子吸收能量跃迁到较高的轨道，变为激发态原子，这一过程要吸收能量，不会发出红光；而电子从较高能量的激发态跃迁到较低能量的激发态或基态时，将释放能量，从而产生红光，故A项正确。
3．玻尔理论不能解释( )
A．氢原子光谱为线状光谱
B．氢原子的可见光区谱线
C．在有外加磁场时氢原子光谱有多条谱线
D．在一给定的稳定轨道上，运动的核外电子不辐射能量
答案 C
解析 玻尔理论是针对原子的稳定存在和氢原子光谱为线状光谱的事实提出的。有外加磁场时氢原子有多条谱线，玻尔的原子结构模型已无法解释这一现象，必须借助量子力学加以解释。
(1)玻尔原子结构模型
①原子光谱源自核外电子在能量不同的轨道之间的跃迁；
②电子所处的轨道的能量是量子化的；
③电子跃迁吸收(或放出)的能量也是量子化的。
(2)光谱的分类
(3)焰色试验、物质燃烧或高温下发光等都与原子核外电子的跃迁有关，而化学反应中的颜色变化与原子核外电子的跃迁无关。
1．下列关于原子结构模型的说法中，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“葡萄干布丁”原子结构模型成功地解释了原子中的正、负粒子是能稳定共存的
C．卢瑟福核式原子结构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
答案 C
解析 道尔顿的原子理论成功地解释了质量守恒定律等规律，A项不正确；汤姆孙“葡萄干布丁”模型认为正、负粒子在微小的距离上有着极大的作用力，电子会被拉进去并会碰撞在带正电的核心上，B项不正确；卢瑟福通过α粒子散射实验提出了原子结构的核式模型，散射实验的结果能够分析出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项正确；玻尔电子分层排布原子结构模型只能够解释氢原子是线状光谱，而不能解释比较复杂的原子光谱，D项不正确。
2．首次将量子化概念应用到原子结构，并解释了原子的稳定性的科学家是( )
A．道尔顿 B．门捷列夫
C．玻尔 D．卢瑟福
答案 C
解析 道尔顿、门捷列夫、玻尔和卢瑟福的主要贡献分别是原子学说、元素周期律、原子轨道理论和原子的核式模型。丹麦科学家玻尔引入量子化观点，提出电子在一定轨道上运动的原子结构模型。
3．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
答案 B
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。原子光谱之所以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。
4．1913年，丹麦科学家玻尔第一次认识到氢原子光谱是氢原子的电子跃迁产生的。玻尔的原子结构理论，一个很大的成就是( )
A．证明了原子核外电子在圆形轨道上运动
B．提出了原子核是可以进一步细分的
C．解决了氢原子光谱和原子能级之间的关系
D．应用了量子力学理论中的概念和方法
答案 D
解析 玻尔提出电子在一定轨道上运动的原子结构模型，成功地解释了氢原子光谱是线状光谱的原因，为后来人们用更多的量子数来标记核外电子的运动状态，来解释复杂的原子光谱提供了可以借鉴的方法。所以D说法正确。
5．在探索微观世界的过程中，科学家们常通过建立假说模型来把握物质的结构及特点。关于假说，有如下表述，其中正确的是( )
A．假说是对现实中已知事物或现象的一种简化处理
B．假说是对未知领域的事物或现象提出的一种推测
C．假说是对一个问题的所有幻想和假定
D．假说最终都可以变成科学理论
答案 B
解析 假说是科学家在探索微观世界的过程中为把握物质的结构及特点而建立的一种模型，是在不太成熟的情况下提出的假设，在科学研究中是很有必要的一个过程。
一、单项选择题
1．在物质结构研究的历史上，首先提出原子是一个实心球体的是( )
A．汤姆孙 B．卢瑟福
C．道尔顿 D．玻尔
答案 C
解析 道尔顿在1803年提出原子是坚实的，不可再分的实心球。
2．首先提出原子结构模型并开始涉及原子内部结构的科学家是( )
A．卢瑟福 B．玻尔
C．汤姆孙 D．道尔顿
答案 C
解析 汤姆孙的“葡萄干布丁”模型开始涉及原子内部的结构。卢瑟福提出原子结构的核式模型；玻尔建立了核外电子分层排布的原子结构模型；道尔顿建立了原子学说。
3．人类对原子结构的认识经历了漫长过程，此间提出了多种原子模型，下列模型排序符合历史发展顺序的是( )
A．①②③④⑤ B．②①④③⑤
C．③①②⑤④ D．③②④①⑤
答案 D
解析 道尔顿最早提出实心球原子模型；1904年汤姆孙提出了“葡萄干布丁”模型；1911年卢瑟福提出了原子的核式模型；1913年玻尔提出了电子分层排布的模型，直至现代的量子力学模型，故选D。
4．下列关于科学家及其提出的学说或贡献叙述不正确的是( )
A．汤姆孙发现电子，并提出轨道模型
B．卢瑟福根据α粒子散射现象，提出了带核的原子结构模型
C．侯德榜发明的侯氏制碱法可制备碳酸钠
D．门捷列夫发明了元素周期表
答案 A
解析 英国科学家汤姆孙发现电子并提出“葡萄干布丁”的原子结构模型，故A错误；1911年英国物理学家卢瑟福根据α粒子散射现象，提出了带核的原子结构模型，故B正确；侯氏制碱法又称联合制碱法，是我国化学工程专家侯德榜于1943年创立的，是将氨碱法和合成氨法两种工艺联合起来，同时生产纯碱和氯化铵两种产品的方法，故C正确；俄国化学家门捷列夫于1869年排出了第一张元素周期表，故D正确。
5．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模型
D．原子结构的量子力学模型
答案 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。
6．为揭示原子光谱是线状光谱这一事实，玻尔提出了核外电子分层排布的理论。下列说法中，不符合这一理论的是( )
A．电子绕核运动具有特定的半径和能量
B．电子在特定半径的轨道上运动时不辐射能量
C．电子跃迁时，会吸收或放出特定的能量
D．揭示了氢原子光谱存在多条谱线
答案 D
解析 D项的内容无法用玻尔理论解释。玻尔的原子结构模型只能解释氢原子光谱是线状光谱。要解释氢原子光谱的多重谱线，需用量子力学理论来描述核外电子的运动状态。
7．元素Na的焰色试验呈黄色，从能量变化的角度其光谱类型属于( )
A．发射光谱 B．吸收光谱
C．连续光谱 D．线状光谱
答案 A
解析 焰色试验是待测物的金属元素吸收能量后，原子中的电子发生跃迁变为激发态，而激发态不稳定，释放能量变为较低能量的激发态或基态，产生发射光谱。
8．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
答案 D
解析 原子轨道之间的能量变化是不连续的，是量子化的，从而造成原子的吸收光谱是线状的。
9．元素Na的焰色试验呈黄色，其中黄色对应的辐射波长为( )
A．404.4 nm B．553.5 nm
C．589.2 nm D．670.8 nm
答案 C
解析 黄色波长介于589.0～589.6 nm之间，只有C符合。
二、不定项选择题
10．同一原子的基态和激发态相比较，正确的是( )
①基态时的能量比激发态时高 ②基态时比较稳定 ③基态时的能量比激发态时低 ④激发态时比较稳定
A．①② B．②③ C．①④ D．③④
答案 B
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，②、③正确，①、④错误。
11．下列说法正确的是( )
A．自然界中的原子不都处于基态
B．同一原子处于激发态时的能量一定高于处于基态时的能量
C．无论原子种类是否相同，基态原子的能量总是低于激发态原子的能量
D．激发态原子的能量较高，极易失去电子，表现出较强的还原性
答案 AB
解析 自然界中的原子有的处于基态，有的处于激发态，A正确；同一种原子处于激发态时的能量一定高于处于基态时的能量，若原子种类不同，则不一定如此，B正确、C错误；失去电子难易程度需根据原子的具体情况而定，有的激发态原子易失去电子，有的激发态原子难失去电子，D错误。
12．生活中的下列现象与原子核外电子发生跃迁有关的是( )
A．钢铁长期使用后生锈
B．节日里燃放的焰火五彩缤纷
C．金属可以导电
D．夜空中的激光
答案 BD
解析 钢铁长期使用后生锈是因为铁失去电子被氧化，A项错误；节日里燃放的焰火五彩缤纷是因为原子核外电子发生了跃迁，B项正确；金属可以导电是因为自由电子在外加电场作用下发生了定向移动，C项错误。
13．下列对焰色试验的描述正确的是( )
A．焰色试验是单质的性质
B．焰色试验是物理变化
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能量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
答案 BD
解析 焰色试验是金属原子或离子中的电子从较高能量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。
14．图中所发生的现象与电子的跃迁无关的是( )
A．燃放烟花
B．霓虹灯
C．燃烧蜡烛
D．平面镜成像
答案 D
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、节日里燃放的烟花是原子的发射光谱，与原子核外电子发生跃迁有关，故选D。
三、非选择题
15．(1)日光等白光经棱镜折射后产生的是________光谱。原子光谱则与之不同，它是由不连续特征谱线组成的，称为________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。
(3)根据原子光谱谱线分析结果，可以得到的认识是原子轨道能量变化是不连续的，这种情况又称为原子的能量是____________的。
答案 (1)连续 线状 (2)基态 激发态 吸收 激发态 基态 释放 (3)量子化
16．(1)1861年德国人基尔霍夫()和本生()研究锂云母的某谱时，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。许多金属盐都可以发生焰色试验，其原因是_______________________________________________________________________________。
答案 (1)原子光谱
(2)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)光的形式释放能量时间或年代
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
实心球原子模型
“葡萄干布丁”模型
核式模型
核外电子分层排布模型
量子力学模型
相关科学家
道尔顿
汤姆孙
卢瑟福
玻尔
薛定谔
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
在不同轨道上运动的电子具有不同的能量，而且能量是量子化的。轨道能量依n(量子数)值(1、2、3…)的增大而升高
电子跃迁
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。电子在能量不同的轨道之间跃迁时，辐射或吸收的能量以光的形式表现出来并被记录下来，就形成了光谱