高中化学苏教版（2019）必修第一册 专题二 研究物质的基本方法-人类对原子结构的认识-教学课件（30张ppt）
文档属性
| 名称 | 高中化学苏教版（2019）必修第一册 专题二 研究物质的基本方法-人类对原子结构的认识-教学课件（30张ppt） |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 8.0MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 苏教版（2019） | ||
| 科目 | 化学 | ||
| 更新时间 | 2022-02-01 09:07:45 | ||
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文档简介
(共30张PPT)
量子力学是人类探究微观世界的重大成果。要围绕量子科技前沿方向，造就一批能够把握世界科技大势、善于统筹协调的世界级科学家和领军人才。
——习近平
2020年10月16日
2016年6月，国际纯粹与应用化学联合会（IUPAC）宣布，将合成化学元素第118号（Og）提名为化学新元素。为向俄罗斯物理学家尤里·奥加涅相致敬，研究人员将第118号元素命名为Og，中文名为 。
人类对原子结构的认识
——原子 的“ ” 秘
主题1
探秘 的合成
资料卡片
科学家通过核反应合成了Og原子，同时产生3个中子，其方程式如下：
Cf + Ca Og + 3 n
249 48 294 1
98 20 118 0
Og
118
[294]
相对原子质量（Mr）=质子数（Z）+中子数（N）
118
质子数：
中子数：
思考1. 结合初中所学知识分析Og的原子核组成。
思考2. 如何判断中子数？
Og
294
118
思考3. 原子左侧的数字的含义是什么。
Og
294
118
质子数
相对原子质量
176
探秘1
原子核的组成
资料卡片
科学家通过核反应合成了Og原子，同时产生3个中子，其方程式如下：
Cf + Ca Og + 3 n
249 48 294 1
98 20 118 0
探秘1
原子核的组成
中子数=相对原子质量-质子数
思考4. 根据元素周期表中的信息，能否判断Ca的中子数？
思考5. 原子左侧的数字的含义是什么。
Ca
48
20
Ca
20
40.08
钙
=20.08
质子数
相对原子质量
Ca
48
20
探秘2
元素符号左侧数字的含义
1919年，阿斯顿利用电磁聚焦发明了第一台质谱仪，并用质谱仪对一些元素进行实验。他将Ne原子加上特定的电荷（电荷量为q），在特定的电场（电场强度U）中加速，进入特定磁场（磁感应强度为B），带电粒子在磁场中发生偏转。其偏转半径（r）公式如下：
r =
科学史话1.阿斯顿的质谱仪实验
r =
思考1. 根据带电粒子在磁场中偏转半径的公式，上述实验中控制了哪些变量为恒定值？此时偏转半径只和什么因素有关？
思考2. 阿斯顿用质谱仪对氖元素进行质谱分析（如右图所示），粒子探测器检测到几种粒子？为什么有这种现象？
思考3. 同一元素具有相同的质子数，为什么质谱仪发现氖元素有多种不同质量的原子？可能原因是什么？
两种粒子，Ne元素有两种质量不同的原子
中子数不同
偏转半径只和质量有关
科学史话1.阿斯顿的质谱仪实验
核素：具有一定的中子数和质子数的原子。表示方法如下：
同位素：质子数相同，质量数（或中子数）不同的核素互称为同位素。
X
A
Z
中子数+质子数
质子数
Ca
48
20
质子数
中子数+质子数
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。
X
A
Z
质量数
质子数
质量数=中子数+质子数
Ca
48
20
质量数
质子数
Ca
40
20
Ca
42
20
Ca
43
20
······
探秘2
元素符号左侧数字的含义
科学家用回旋加速器将钙的一种放射性同位素 Ca 加速，用来轰击锎的一种同位素 Cf，制造出 Og，同时产生3个中子。
48
20
249
98
294
118
探秘3
合成反应的理解
资料卡片
科学家通过核反应合成了Og原子，同时产生3个中子，其方程式如下：
Cf + Ca Og + 3 n
249 48 294 1
98 20 118 0
主题2
重温原子结构发现之旅
德谟克利特
（公元前460年~370年）
万物的本原是原子与虚空。原子是一种最后的不可分的物质微粒。宇宙的一切事物都是由在虚空中运动着的原子构成。
1. 每种元素都是由微小的、相同的粒子组成，称为原子。
2. 原子是一个坚硬的实心小球。原子是组成物质的最小单位，不可再分。
哲学思辨
科学实证
（公元前400年）
（1803年）
质量守恒定律
定比定律、倍比定律
道尔顿
（1766~1844）
足迹1
原子学说的诞生
一氧化硫 一氧化氮 氧化亚氮
氮
磷
氢
氧
硫
碳
钾
钡
过氧化氢 甲烷
水
道尔顿的“原子” 模型
氢气和氧气生成水的微观表达式
水分子比例模型
水分子球棍例模型
+
+
O2
H2
H2O
H2O
足迹1
原子学说的诞生
1858年德国物理学家普吕克尔发现了阴极射线。1897年汤姆生用阴极射线管重复阴极射线实验。阴极射线管有两个电极：阴极与阳极。管内充入低压稀有气体或荧光材料（受激发后会发出荧光），对阴极射线管加上高压电时，荧光材料或稀有气体遇到电磁辐射或者带电粒子，则会看到荧光束。
（注：电磁辐射运动方向不受磁场影响）
足迹2
阴极射线的“挑战”
科学史话2.汤姆生的阴极射线实验
（1）看到绿色的荧光光束。
（2）不加磁（电）场：不偏转。
外加磁（电）场：发生偏转。
（3）不同阴极材料重复实验现
象相同，通过计算荷质比得
出该粒子带一个单位负电荷。
（2）任何物质都可产生这
种微粒，且这种微粒带
一个单位负电荷。
实验现象
（1）产生带电微粒。
实验结论
足迹2
阴极射线的“挑战”
原子是一个均匀的带正电荷的球，电子镶嵌其中，好似一块“葡萄干面包”。
汤姆生
（1856~1940）
（1897年）
汤姆生原子模型
足迹2
阴极射线的“挑战”
葡萄干面包
α射线：卢瑟福1898年发现铀和铀的化合物能所发出的一种射线——α射线α射线亦称α粒子束，是高速运动的氦原子核。α射线带两个单位的正电荷。
他用α射线轰击金箔，以此来证明汤姆生的原子模型是正确的。
足迹3
被弹回的“炮弹”
科学史话3.卢瑟福和α粒子散射实验
1. 绝大多数α粒子直接穿过，没有发生任何偏转。
2. 有少量α粒子发生稍微的偏转。
3. 有非常少的α粒子沿着来的方向被弹回。
实验现象
1. 原子大部分是空的。
实验结论
2. 原子内存在带正电荷的核，且质量主要集中在原子核里。
足迹3
被弹回的“炮弹”
原子大部分是空的，全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核里，电子在原子核外绕核作轨道运动。
卢瑟福
（1871-1937）
（1911年）
行星运动模型
足迹3
被弹回的“炮弹”
卢瑟福原子模型
复色光经过色散系统（如三棱镜）分光后，被色散开的单色光按波长（或频率）大小而依次排列的图案，称作光谱。
电子从能量高的轨道运动到能量低的轨道上，以一定频率的光的形式释放能量，也能产生光谱。
牛顿在做光的色散实验
能量连续
频率连续
释放
造成
连续轨道
光谱仪
灼烧
足迹4
会“跳跃”的电子
通过焰色试验判断电子运动方式
【试验步骤】
1.向点滴板互不相邻的凹穴里（避免焰色互相干扰）分别加入1g左右的NaCl、CuCl2（容器内的药品全部倒入即可）。
2.向每个凹穴里分别加入0.5mL的酒精（用一次性滴管吸取，一滴管即为0.5mL）。
3.点燃凹穴里的酒精，观察现象。
【特别注意】
（1）燃烧过程中或火焰熄灭后未完全冷却，绝对不能再加酒精！
（2）火焰熄灭后不要立即触碰点滴板，防止灼伤！
足迹4
会“跳跃”的电子
玻尔的疑惑： 依据卢瑟福的原子模型，带电粒子有加速度时辐射能量，电子轨道半径会连续缩小，电子轨道连续缩小，其运动频率连续变化，光谱应是连续的。玻尔研究发现，氢原子光谱并非如此，电子究竟是如何运动的呢？
科学史话4.卢瑟福和α粒子散射实验
足迹4
会“跳跃”的电子
能量连续
频率连续
频率不连续
释放
释放
造成
能量不连续
造成
连续轨道
光谱仪
灼烧
光谱仪
灼烧
足迹4
会“跳跃”的电子
1. 电子是分层排布的。
2. 电子在特定的轨道上运动不释放能量。
3. 电子“跃迁”只能释放或吸收特定的能量。
玻尔
（1885~1962）
（1913年）
足迹4
会“跳跃”的电子
量子化轨道
道尔顿原子模型：实心球
阴极射线实验
汤姆生原子模型：葡萄干面包
阿尔法射线散射实验
原子光谱分析
卢瑟福原子模型：行星模型
玻尔原子模型：量子化轨道
技术发展
原子结构认识发展
电子云模型
主题3
展望原子结构探索的未来
2020年6月3日，顶级期刊《自然》杂志在线发表了题为《它开辟了一个全新的宇宙：革命性的显微镜技术首次看到单个原子》，这是人类首次看到了单个的原子，也是冷冻电镜技术又一次革命性的发现。
原子结构探索的最新进展
思考与交流
1.“人类已经对原子结构认识的很清楚了，可以看见单个的原子，甚至可以合成自然界本身不存在的原子（如Og），所以 ‘原子结构发现之旅’已经走到了尽头” ,你认同这句话吗？
1.1999年，美国劳伦斯伯克利国家实验室宣布合成了第118号元素。
2.该实验无法重复， 2002年7月，美国劳伦斯伯克利国家实验室公开承认，该实验室1999年发现的118号元素的实验数据是“捏造”的，有关研究人员从事了“不正当科学行为”，相关论文被撤回。
3.2006年，俄美科学家宣布共同合成了第118号元素。
4.2015年12月30日，国际纯粹与应用化学联合会宣布，确认第118号元素的发现。
5.2016年6月IUPAC建议将此元素命名为Oganesson（Og）。
2. 阅读科学史话5，并结合《原子结构发现之旅》的科学史实，谈谈你得到哪些启示？
科学史话5.失而复得的第“118”号元素
星空浩瀚无比，探索永无止境。
——习近平
2019年2月20日
量子力学是人类探究微观世界的重大成果。要围绕量子科技前沿方向，造就一批能够把握世界科技大势、善于统筹协调的世界级科学家和领军人才。
——习近平
2020年10月16日
2016年6月，国际纯粹与应用化学联合会（IUPAC）宣布，将合成化学元素第118号（Og）提名为化学新元素。为向俄罗斯物理学家尤里·奥加涅相致敬，研究人员将第118号元素命名为Og，中文名为 。
人类对原子结构的认识
——原子 的“ ” 秘
主题1
探秘 的合成
资料卡片
科学家通过核反应合成了Og原子，同时产生3个中子，其方程式如下：
Cf + Ca Og + 3 n
249 48 294 1
98 20 118 0
Og
118
[294]
相对原子质量（Mr）=质子数（Z）+中子数（N）
118
质子数：
中子数：
思考1. 结合初中所学知识分析Og的原子核组成。
思考2. 如何判断中子数？
Og
294
118
思考3. 原子左侧的数字的含义是什么。
Og
294
118
质子数
相对原子质量
176
探秘1
原子核的组成
资料卡片
科学家通过核反应合成了Og原子，同时产生3个中子，其方程式如下：
Cf + Ca Og + 3 n
249 48 294 1
98 20 118 0
探秘1
原子核的组成
中子数=相对原子质量-质子数
思考4. 根据元素周期表中的信息，能否判断Ca的中子数？
思考5. 原子左侧的数字的含义是什么。
Ca
48
20
Ca
20
40.08
钙
=20.08
质子数
相对原子质量
Ca
48
20
探秘2
元素符号左侧数字的含义
1919年，阿斯顿利用电磁聚焦发明了第一台质谱仪，并用质谱仪对一些元素进行实验。他将Ne原子加上特定的电荷（电荷量为q），在特定的电场（电场强度U）中加速，进入特定磁场（磁感应强度为B），带电粒子在磁场中发生偏转。其偏转半径（r）公式如下：
r =
科学史话1.阿斯顿的质谱仪实验
r =
思考1. 根据带电粒子在磁场中偏转半径的公式，上述实验中控制了哪些变量为恒定值？此时偏转半径只和什么因素有关？
思考2. 阿斯顿用质谱仪对氖元素进行质谱分析（如右图所示），粒子探测器检测到几种粒子？为什么有这种现象？
思考3. 同一元素具有相同的质子数，为什么质谱仪发现氖元素有多种不同质量的原子？可能原因是什么？
两种粒子，Ne元素有两种质量不同的原子
中子数不同
偏转半径只和质量有关
科学史话1.阿斯顿的质谱仪实验
核素：具有一定的中子数和质子数的原子。表示方法如下：
同位素：质子数相同，质量数（或中子数）不同的核素互称为同位素。
X
A
Z
中子数+质子数
质子数
Ca
48
20
质子数
中子数+质子数
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。
X
A
Z
质量数
质子数
质量数=中子数+质子数
Ca
48
20
质量数
质子数
Ca
40
20
Ca
42
20
Ca
43
20
······
探秘2
元素符号左侧数字的含义
科学家用回旋加速器将钙的一种放射性同位素 Ca 加速，用来轰击锎的一种同位素 Cf，制造出 Og，同时产生3个中子。
48
20
249
98
294
118
探秘3
合成反应的理解
资料卡片
科学家通过核反应合成了Og原子，同时产生3个中子，其方程式如下：
Cf + Ca Og + 3 n
249 48 294 1
98 20 118 0
主题2
重温原子结构发现之旅
德谟克利特
（公元前460年~370年）
万物的本原是原子与虚空。原子是一种最后的不可分的物质微粒。宇宙的一切事物都是由在虚空中运动着的原子构成。
1. 每种元素都是由微小的、相同的粒子组成，称为原子。
2. 原子是一个坚硬的实心小球。原子是组成物质的最小单位，不可再分。
哲学思辨
科学实证
（公元前400年）
（1803年）
质量守恒定律
定比定律、倍比定律
道尔顿
（1766~1844）
足迹1
原子学说的诞生
一氧化硫 一氧化氮 氧化亚氮
氮
磷
氢
氧
硫
碳
钾
钡
过氧化氢 甲烷
水
道尔顿的“原子” 模型
氢气和氧气生成水的微观表达式
水分子比例模型
水分子球棍例模型
+
+
O2
H2
H2O
H2O
足迹1
原子学说的诞生
1858年德国物理学家普吕克尔发现了阴极射线。1897年汤姆生用阴极射线管重复阴极射线实验。阴极射线管有两个电极：阴极与阳极。管内充入低压稀有气体或荧光材料（受激发后会发出荧光），对阴极射线管加上高压电时，荧光材料或稀有气体遇到电磁辐射或者带电粒子，则会看到荧光束。
（注：电磁辐射运动方向不受磁场影响）
足迹2
阴极射线的“挑战”
科学史话2.汤姆生的阴极射线实验
（1）看到绿色的荧光光束。
（2）不加磁（电）场：不偏转。
外加磁（电）场：发生偏转。
（3）不同阴极材料重复实验现
象相同，通过计算荷质比得
出该粒子带一个单位负电荷。
（2）任何物质都可产生这
种微粒，且这种微粒带
一个单位负电荷。
实验现象
（1）产生带电微粒。
实验结论
足迹2
阴极射线的“挑战”
原子是一个均匀的带正电荷的球，电子镶嵌其中，好似一块“葡萄干面包”。
汤姆生
（1856~1940）
（1897年）
汤姆生原子模型
足迹2
阴极射线的“挑战”
葡萄干面包
α射线：卢瑟福1898年发现铀和铀的化合物能所发出的一种射线——α射线α射线亦称α粒子束，是高速运动的氦原子核。α射线带两个单位的正电荷。
他用α射线轰击金箔，以此来证明汤姆生的原子模型是正确的。
足迹3
被弹回的“炮弹”
科学史话3.卢瑟福和α粒子散射实验
1. 绝大多数α粒子直接穿过，没有发生任何偏转。
2. 有少量α粒子发生稍微的偏转。
3. 有非常少的α粒子沿着来的方向被弹回。
实验现象
1. 原子大部分是空的。
实验结论
2. 原子内存在带正电荷的核，且质量主要集中在原子核里。
足迹3
被弹回的“炮弹”
原子大部分是空的，全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核里，电子在原子核外绕核作轨道运动。
卢瑟福
（1871-1937）
（1911年）
行星运动模型
足迹3
被弹回的“炮弹”
卢瑟福原子模型
复色光经过色散系统（如三棱镜）分光后，被色散开的单色光按波长（或频率）大小而依次排列的图案，称作光谱。
电子从能量高的轨道运动到能量低的轨道上，以一定频率的光的形式释放能量，也能产生光谱。
牛顿在做光的色散实验
能量连续
频率连续
释放
造成
连续轨道
光谱仪
灼烧
足迹4
会“跳跃”的电子
通过焰色试验判断电子运动方式
【试验步骤】
1.向点滴板互不相邻的凹穴里（避免焰色互相干扰）分别加入1g左右的NaCl、CuCl2（容器内的药品全部倒入即可）。
2.向每个凹穴里分别加入0.5mL的酒精（用一次性滴管吸取，一滴管即为0.5mL）。
3.点燃凹穴里的酒精，观察现象。
【特别注意】
（1）燃烧过程中或火焰熄灭后未完全冷却，绝对不能再加酒精！
（2）火焰熄灭后不要立即触碰点滴板，防止灼伤！
足迹4
会“跳跃”的电子
玻尔的疑惑： 依据卢瑟福的原子模型，带电粒子有加速度时辐射能量，电子轨道半径会连续缩小，电子轨道连续缩小，其运动频率连续变化，光谱应是连续的。玻尔研究发现，氢原子光谱并非如此，电子究竟是如何运动的呢？
科学史话4.卢瑟福和α粒子散射实验
足迹4
会“跳跃”的电子
能量连续
频率连续
频率不连续
释放
释放
造成
能量不连续
造成
连续轨道
光谱仪
灼烧
光谱仪
灼烧
足迹4
会“跳跃”的电子
1. 电子是分层排布的。
2. 电子在特定的轨道上运动不释放能量。
3. 电子“跃迁”只能释放或吸收特定的能量。
玻尔
（1885~1962）
（1913年）
足迹4
会“跳跃”的电子
量子化轨道
道尔顿原子模型：实心球
阴极射线实验
汤姆生原子模型：葡萄干面包
阿尔法射线散射实验
原子光谱分析
卢瑟福原子模型：行星模型
玻尔原子模型：量子化轨道
技术发展
原子结构认识发展
电子云模型
主题3
展望原子结构探索的未来
2020年6月3日，顶级期刊《自然》杂志在线发表了题为《它开辟了一个全新的宇宙：革命性的显微镜技术首次看到单个原子》，这是人类首次看到了单个的原子，也是冷冻电镜技术又一次革命性的发现。
原子结构探索的最新进展
思考与交流
1.“人类已经对原子结构认识的很清楚了，可以看见单个的原子，甚至可以合成自然界本身不存在的原子（如Og），所以 ‘原子结构发现之旅’已经走到了尽头” ,你认同这句话吗？
1.1999年，美国劳伦斯伯克利国家实验室宣布合成了第118号元素。
2.该实验无法重复， 2002年7月，美国劳伦斯伯克利国家实验室公开承认，该实验室1999年发现的118号元素的实验数据是“捏造”的，有关研究人员从事了“不正当科学行为”，相关论文被撤回。
3.2006年，俄美科学家宣布共同合成了第118号元素。
4.2015年12月30日，国际纯粹与应用化学联合会宣布，确认第118号元素的发现。
5.2016年6月IUPAC建议将此元素命名为Oganesson（Og）。
2. 阅读科学史话5，并结合《原子结构发现之旅》的科学史实，谈谈你得到哪些启示？
科学史话5.失而复得的第“118”号元素
星空浩瀚无比，探索永无止境。
——习近平
2019年2月20日