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第1节 原子结构模型
必备知识 清单破
知识点 1 氢原子光谱和玻尔的原子结构模型
1.原子结构模型的发展史
2.光谱和氢原子光谱
(1)光谱
①含义: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得
到光谱。
②形成原因:电子在能量不同的轨道间跃迁时,会辐射或吸收能量。
③类型:光谱分为连续光谱和线状光谱。
知识拓展
(2)氢原子光谱:由具有特定波长、彼此分立的谱线组成,属于线状光谱。
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值(1、2、3……)的增大而升高,n称为量子数。原子有基态、激发态两种状态【具体内容见定点1】
电子 跃迁 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:吸收能量 吸收光谱,释放能量 发射光谱
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,指出了电子所处的轨道的能
量是量子化的。
1.电子层、能级
(1)电子层
量子力学理论仍然使用量子数n。习惯上,将n所描述的电子运动状态称为电子层。
知识点 2 量子力学对原子核外电子运动状态的描述
(2)能级
K元素的电子层、能级如图所示:
2.原子轨道的图形描述
(1)原子轨道:原子中单个电子的空间运动状态,s、p、d、f能级分别有1、3、5、7个原子轨
道。
(2)自旋状态:处于同一原子轨道上的电子自旋状态只能有两种,分别用符号“↑”和“↓”
表示。
(3)形状:s轨道呈球形,p轨道呈哑铃形。
(4)原子轨道半径:形状相同的原子轨道,
电子层序数越大,原子轨道的半径越大。
特别提醒 电子层、能级、原子轨道和自旋状态四个因素决定了原子核外电子的运动状
态。
3.电子在核外的空间分布
(1)电子云图:描述电子在核外空间某处单位体积内的概率分布的图形。如处于1s轨道上的
电子的概率分布呈球形对称。
(2)电子云图的意义:点密集的地方,表示电子在此处单位体积内出现的概率大;点稀疏的地方,
表示电子在此处单位体积内出现的概率小。
知识辨析
1.氢原子核外只有1个电子,氢原子光谱只有1条谱线,这种说法正确吗
2.1s、2s、3s、4s电子云的形状不同,这种说法正确吗
3.焰色试验与电子跃迁有关,属于化学变化,这种说法正确吗
4.铝元素的原子核外共有3个电子层,n=3的电子层的能级符号表示为3s、3p、3d,这种说法正
确吗
5.电子云图中的每一个小点就是一个电子,这种说法正确吗
6.相同电子层不同能级的原子轨道,其电子云的形状不同,这种说法正确吗
一语破的
1.不正确。氢原子的电子跃迁到不同原子轨道时产生不同的谱线。
2.不正确。1s、2s、3s、4s电子云的形状都是球形。
3.不正确。焰色试验是物理变化。
4.正确。根据铝元素的原子结构示意图知铝原子核外共有3个电子层,n=3的电子层的能级符
号分别为3s、3p、3d,只是3d轨道上没有填充电子。
5.不正确。电子云图中单位体积内小点的疏密程度表示电子在核外某处单位体积内出现的
概率大小,小点不表示电子本身。
6.正确。例如2s、2p的原子轨道,其电子云的形状不同。
1.基态与激发态
(1)基态:最低能量状态。处于最低能量状态的原子称为基态原子。
(2)激发态:较高能量状态(相对基态而言)。基态原子吸收能量,变为激发态原子。
(3)基态、激发态相互转化与能量的关系:
基态原子 激发态原子。
2.基态、激发态与光谱的关系
当基态原子的电子吸收能量后,电子会跃迁到能量较高的轨道上,变成激发态原子。例如,
电子可以从1s跃迁到2s、2p……相反,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。在日常生活中,霓虹灯光、激光、节日燃放的焰火等都与原子核外电子发生跃迁有关。
关键能力 定点破
定点 1 基态、激发态与光谱
典例 下列各图中所发生的现象与电子跃迁无关的是 ( )
D
思路点拨 弄清光是电子释放能量的重要形式之一,我们看到的许多可见光,都与原子核外
电子发生跃迁有关。
解析 平面镜成像是光线反射的结果,与电子跃迁无关。霓虹灯通电、燃放烟花、燃烧蜡烛
时都会发光,光是电子从能量较高轨道跃迁到能量较低的轨道时发出的,与电子跃迁有关。
1.电子层、能级和原子轨道之间的关系
定点 2 电子层、能级和原子轨道的关系
电子
层(n) 1 2 3 4 ……
电子层符号 K L M N ……
能级 符号 1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s 4p 4d 4f ……
原子轨道数 1 1 3 1 3 5 1 3 5 7 ……
2.不同原子轨道能量大小的关系
典例 下列有关叙述中正确的是 ( )
A.氢原子的2s轨道能量较3p轨道高
B.锂原子的2s与5s轨道皆为球形
C.p能级的原子轨道呈哑铃形,随着电子层序数的增加,p能级原子轨道数也在增多
D.电子云图实际是电子运动形成的类似云一样的图形
B
思路点拨 在多电子原子中,一般情况下电子层序数n越大,电子离核越远,能量越高;电子的
运动没有固定的轨道。
解析 3p轨道比2s轨道的能量高,A错误;s能级的原子轨道都是球形的,B正确;p能级的原子轨
道呈哑铃形,每个p能级有3个原子轨道,C错误;电子云图是描述电子在核外空间出现的概率
大小的图形,D错误。第1章 原子结构与元素性质
第1节 原子结构模型
基础过关练
题组一 原子结构模型
1.描述电子在原子核外空间具有确定半径的轨道上绕核进行高速圆周运动的原子模型是( )
A.玻尔电子分层排布模型
B.量子力学模型
C.汤姆孙“葡萄干布丁”模型
D.卢瑟福核式模型
2.“非半弗斫,则不动,说在端”,“端”就是构成物质的最小微粒,这是中国哲学家墨子提出的类似于原子论的思想。下列有关原子的说法正确的是( )
A.原子均是由质子、中子、电子构成的
B.卢瑟福的核式原子结构模型很好地解释了氢原子光谱为线状光谱
C.利用玻尔原子结构模型可以较好地解释有外加磁场时氢原子光谱有多条谱线
D.原子是化学变化中的最小粒子
题组二 电子跃迁、光谱
3.在原子中,电子从n=1的原子轨道上跃迁到n=2的某原子轨道上,理论上产生光谱线的条数是( )
A.1 B.2 C.3 D.4
4.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.电子由低能级跃迁至较高能级时,一定发生的是化学变化
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
题组三 电子层与能级
5.(经典题)下列能级中,能级符号正确且轨道数为5的是 ( )
A.2d B.3p C.4d D.5s
6.下列关于能级的说法正确的是( )
A.所有能层都包含p能级
B.p能级的能量一定比s能级的高
C.3p2表示3p能级有两个轨道
D.2p、3p、4p能级的轨道数相同
题组四 原子轨道 电子云图
7.如图是s能级和p能级的原子轨道图,下列说法正确的是( )
A.每个p能级都有3个原子轨道
B.s能级和p能级的原子轨道形状相同
C.钠原子的电子在11个原子轨道上高速运动
D.s能级的原子轨道半径与电子层序数无关
8.观察2pz轨道电子云示意图(如图所示),下列说法错误的是( )
A.2pz轨道上的电子在空间某处单位体积内出现的概率分布关于z轴对称
B.点密集的地方表明电子出现的概率大
C.电子先沿z轴正半轴运动,然后沿其负半轴运动
D.2pz轨道的形状为哑铃形
答案与分层梯度式解析
第1章 原子结构与元素性质
第1节 原子结构模型
基础过关练
1.A 玻尔建立的核外电子分层排布模型描述电子在原子核外空间具有确定半径的轨道上绕核进行高速圆周运动,A符合题意。
2.D 1H中不含中子,A项错误;玻尔原子结构模型很好地解释了氢原子光谱为线状光谱,B项错误;玻尔原子结构模型不能解释有外加磁场时氢原子光谱有多条谱线的事实,C项错误;原子是化学变化中的最小粒子,D项正确。
3.B 电子可以从1s能级跃迁到2s能级或2p能级,所以理论上可以产生两条谱线,故选B。
4.B 不同元素的原子在电子发生跃迁时,吸收或发射的光谱不同,通过光谱分析可以鉴定某些元素,A正确;原子的电子吸收一定的能量后,由低能级跃迁至较高能级,为物理变化,B错误;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正确。
5.C A项,电子层为2,不存在2d能级;B项,3p能级有3个轨道;C项,4d能级有5个轨道;D项,5s能级有1个轨道;故选C。
6.D K能层只包含1s能级,不包含p能级,故A错误;同一能层中p能级的能量一定比s能级的高,但不是同一能层时,p能级的能量不一定比s能级的高,如3s能级的能量比2p能级的能量高,故B错误;3p2表示3p能级上有两个电子,故C错误;2p、3p、4p能级的轨道数相同,都有3个轨道,故D正确。
方法技巧 不同状态的原子能量高低的判断方法
(1)原子处于基态时,能量最低,激发态能量高于基态。
(2)电子由基态跃迁到激发态时,激发后电子所处的能级越高,原子能量越高。
(3)能量低的能级上排布的电子越多,原子的能量越低;能量高的能级上排布的电子越多,原子的能量越高。各能级的能量高低顺序为:1s<2s<2p<3s<3p……
7.A 每个p能级只有3个原子轨道,A正确;s能级的原子轨道形状为球形,p能级的原子轨道形状为哑铃形,B错误;Na是11号元素,钠原子的电子在1s、2s、2p、3s共6个原子轨道上高速运动,C错误;电子层序数越小,s能级的原子轨道半径越小,D错误。
8.C 题图中2pz轨道上的电子在空间某处单位体积内出现的概率分布关于z轴对称,A正确;点密集的地方表明电子出现的概率大,B正确;电子云并不是电子的真实运动轨迹,C错误;2pz轨道的形状为哑铃形,D正确。
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