高中化学鲁科版 (2019)选择性必修2第1章 原子结构与元素性质第1节 原子结构模型课前预习ppt课件

这是一份高中化学鲁科版 (2019)选择性必修2第1章 原子结构与元素性质第1节 原子结构模型课前预习ppt课件，共56页。PPT课件主要包含了课前自主学习，特定波长，原子核，量子化，激发态，氢原子光谱是线状光谱，轨道之间，低→高，近→远，pdf等内容，欢迎下载使用。
学习任务一　 氢原子光谱和玻尔的原子结构模型任务驱动:霓虹灯是城市的美容师,灯管是一个两端有电极的密封玻璃管,其中填充了一些低气压的气体。每当夜幕降临时,华灯初上,五颜六色的霓虹灯就把城市装扮得格外美丽。为什么通电后霓虹灯会发出不同颜色的光呢?
1.原子结构模型的发展史
【情境·思考】1911年,根据著名的α粒子散射实验,卢瑟福提出核式原子结构模型,与正电荷联系的质量集中在中心形成原子核,电子绕着核在核外运动。周期运动的电子产生周期变化的电场,进一步形成周期变化的电磁场而损失动能。损失的动能以电磁波的形式辐射,电子损失动能后轨道会减小,最终落入原子核中。根据卢瑟福核式模型,氢原子光谱应该是什么样的?实际是什么样的?提示:根据卢瑟福的核式模型,电子不断释放能量,氢原子光谱应该是连续光谱,而实际上氢原子光谱是线状光谱。
2.光谱和氢原子光谱(1)光谱的含义:利用原子光谱仪将物质吸收的光或发射的光的_____(或波长)和_____分布记录下来得到光谱。(2)光谱的类型①连续光谱:若波长的变化呈_____分布,这种光谱为连续光谱。例如,阳光形成的光谱即为连续光谱。②线状光谱:若光谱是由具有_________、彼此_____的谱线组成,则所得光谱为线状光谱。
(3)氢原子光谱特点氢原子光谱是_____光谱。
【想一想】根据卢瑟福的原子结构模型和经典的电动力学观点能否解释氢原子光谱为线状光谱?提示:不能,根据卢瑟福的原子结构模型和经典的电动力学观点,围绕原子核高速运动的电子一定会自动连续地辐射能量,其光谱应当是连续光谱。
3.玻尔原子结构模型(1)基本观点
(2)贡献①成功地解释了_____________________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_________的跃迁,而电子所处的轨道的能量是_______的。
【想一想】根据玻尔原子结构模型解释为什么氢原子光谱是线状光谱?提示:根据玻尔理论,氢原子核外电子所处的轨道的能量是量子化的,不连续的,轨道的能量差也是不连续的,电子从一个轨道跃迁到另一个轨道时,辐射或吸收的能量是不连续的,以光的形式表现出来的光的波长是不连续的,所以氢原子光谱是线状光谱。
学习任务二　量子力学对原子核外电子运动状态的描述任务驱动:我们知道,电子的质量非常小,运行速度又极快,很难确定某一时刻原子中电子所处的精确位置。那么应该如何描述核外电子的运动状态呢?
1.核外电子运动状态的描述(1)电子层(n)
(2)能级在同一电子层中,电子所具有的能量可能_____,所以同一电子层可分成不同的_____,用___________等表示。(3)原子轨道
(4)自旋运动状态处于同一原子轨道上的电子自旋运动状态只有__种,分别用符号“___”和“___”表示。2.电子在核外的空间分布(1)电子运动的特点:电子质量非常小、运行速度极快,故不能确定某一时刻原子中的电子的精确位置,只能统计电子在原子核外空间出现的概率大小。(2)电子云图:描述电子在空间的_________的图形称为电子云图。(3)描述方法:用单位体积内小点的_________来表示电子在原子核外某处单位体积内出现概率的大小。
3.原子轨道的图形描述(1)描述对象:原子中单个电子的_____________。(2)表示方法:将原子轨道的空间分布在___________中表示出来。(3)图形形状:s轨道为___形,具有_______性;p轨道分别相对于__________对称,可表示为__________。(4)意义:表示原子轨道的_________。
【做一做】(1)用符号填写电子层所含能级种类:K层:________________; L层:________________; M层:________________; N层:________________。 
(2)用数字填写能级所含原子轨道数目:s:________________; p:________________; d:________________; f:________________。 提示:(1)1s　 2s、2p　 3s、3p、3d　4s、4p、4d、4f(2)1　3　5　7
探究任务一 　电子层、能级和原子轨道【教材情境】玻尔引入一个量子数n,很好解释了氢原子光谱为线状光谱的实验事实。但在越来越多的光谱实验中,人们发现,电子在两个相邻电子层之间发生跃迁时,会出现多条相近的谱线,这表明,同一电子层中还存在着能量的差别。
【问题探究】1.每个电子层上的能级数目与电子层序数n有什么关系?是不是每个电子层上都有s、p、d、f能级?提示:电子层上的能级数目=电子层序数n,因此并不是所有的电子层都有s、p、d、f能级。2.当量子数为n时,能级、原子轨道数、电子总数和n有怎样的关系?提示:能级数=n,原子轨道数=n2,电子总数=2n2。
3.在同一电子层的同一能级上运动的电子,其运动状态相同吗?提示:不相同。同一能级上运动的电子所处的轨道不一定相同,即使是同一原子轨道,电子的自旋运动状态有2种,运动状态也不同,故同一原子的各电子的运动状态都不同。
【探究总结】1.电子层、能级和原子轨道之间的关系
2.原子核外电子运动状态的描述(1)在多电子原子中,核外电子处于不同的电子层,电子层序数(量子数)n越大,电子离核越远,能量越高。(2)处于同一电子层的电子,能量可能不同,可以把它们分成若干个不同的能级,用s、p、d、f等符号表示,能级数等于电子层数。(3)同一能级中,根据电子运动方向的不同,可分为若干个不同的原子轨道,同一能级上的原子轨道的能量相同,每个电子层中原子轨道总数为n2个。(4)处于同一个原子轨道上的电子有两种不同的自旋状态。在同一个原子中不存在两个运动状态完全相同的电子。
【典例】(2020·太原高二检测)下列对核外电子运动状态的描述正确的是(　)A.电子的运动与行星的运动相似,围绕原子核在固定的轨道上高速旋转B.电子层数为3时,有3s、3p、3d、3f四个轨道C.氢原子中只有一个电子,故氢原子只有一个轨道D.在同一能级上运动的电子,其运动状态肯定不同
【解析】选D。A项,质量很小的电子在做高速运动时,其运动规律跟普通物体不同,电子没有确定的运动轨道;B项,第3电子层只有3s、3p、3d三个能级,而3s能级有1个轨道、3p能级有3个轨道、3d能级有5个轨道,故第3电子层有9个轨道;C项,氢原子中只有1个电子,在1s轨道,但还存在其他空轨道;D项,电子的运动状态与电子层、能级和自旋运动状态有关,在同一原子内部没有两个电子存在完全相同的运动状态。
【延伸探究】(1)在同一原子中,2p、3p、4p……能级的电子轨道数依次增多吗?提示:不是。在同一原子中,电子层的p能级都只有三个原子轨道。(2)运动状态不同的电子,其能量也一定不同吗?提示:不一定。若是处于同一能级的电子,其能量是相同的,如2s2中的两个电子,只是自旋状态不同,而能量是相同的。
【探究训练】1.下列说法正确的是(　　)A.自然界中的所有原子都处于基态B.同一原子处于激发态时的能量一定高于基态时的能量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
【解析】选B。自然界中的原子有的处于基态,有的处于激发态,A不正确;同一种原子处于激发态时的能量一定高于基态时的能量,若原子种类不同,则不一定如此,所以B正确,C不正确;激发态原子的能量较高,容易跃迁到能量较低的状态或基态,能量降低。激发态原子若要失去电子,仍必须再吸收能量,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,故D不正确。
2.(双选)下列叙述正确的是(　　)A.各电子层的原子轨道数按s、p、d的顺序分别为1、3、5B.各电子层的能级都是从s能级开始到f能级结束C.各电子层含有的能级数为n-1D.各电子层含有的原子轨道数为n2【解析】选A、D。各能级的原子轨道数取决于原子轨道在空间的分布情况,s、p、d能级分别含有1、3、5个原子轨道,A正确;各电子层的能级都是从s能级开始,但能级数等于电子层数,不一定到f能级结束,B、C不正确;各电子层含有的原子轨道数为n2个,D正确。
【补偿训练】1.以下对核外电子运动状况的描述正确的是(　　)A.电子的运动与行星相似,围绕原子核在固定的轨道上高速旋转B.能量低的电子只能在s轨道上运动,能量高的电子总是在f轨道上运动C.电子层数越多,s轨道的半径越大D.在同一轨道上运动的电子,其能量不相同
【解析】选C。电子的运动没有固定的轨道,A错误;原子轨道能量的高低取决于电子层数和原子轨道的形状两个因素,不能单从原子轨道的形状来判断,例如7s轨道的能量比4f轨道的能量高,故B错误;相同类型的原子轨道,电子层序数越多,能量越高,电子运动的区域越大,原子轨道的半径越大,C正确。
2.量子数为n=3时,电子的空间运动状态有(　　)A.4种　　　　B.7种　　　　C.8种　　　　D.9种【解析】选D。电子的空间运动状态即原子轨道,量子数n=3的原子轨道有3s(1个原子轨道)、3p(3个伸展方向,即3个原子轨道)、3d(5个伸展方向,即5个原子轨道)共有9个原子轨道。
探究任务二　原子轨道的图形描述以及电子在核外的空间分布【历史情境】电子云是1926年奥地利学者薛定谔在德布罗意关系式的基础上,对电子的运动做了适当的数学处理,提出了二阶偏微分的薛定谔方程式。原子轨道就是波函数,薛定谔方程是波函数的偏微分方程,最后结果是解出了波函数的表达式,也就是原子轨道的表达式,由波函数的表达式画出的图就是原子轨道的图形。
【问题探究】请结合电子云图和原子轨道的知识,回答下列问题:1.在电子云图中,每个小点代表1个电子吗?小点的疏密表示电子的多少吗?提示:不代表1个电子。小点的疏密表示电子在原子核外单位体积内出现的概率的大小,而不是表示电子的多少。2.电子在原子核外出现的概率有什么规律?提示:离核越近,电子出现的概率越大,电子云越密集。如1s电子云比2s电子云密集。
3.不同电子层的同种能级的原子轨道形状是否完全相同?提示:不同电子层的同种能级的原子轨道形状相似,但不完全相同。只是原子轨道的半径不同,能级序数n越大,电子的能量越大,原子轨道的半径越大。例如1s、2s、3s轨道均为球形,原子轨道半径:r(1s)