第2章第4节 玻尔的原子模型 氢原子光谱与能级结构 课件 (1)

课件46张PPT。第二章 原子结构
第3节　玻尔的原子模型
? 第4节 氢原子光谱与能级结构 核心要点突破课堂互动讲练知能优化训练第
4
节　氢原子光谱与能级结构课前自主学案课标定位学习目标：
1.了解玻尔理论的主要内容．
2．掌握氢原子能级和轨道半径的规律．
3．了解氢原子光谱的特点，知道巴尔末公式及里德伯常数．
4．理解玻尔理论对氢光谱规律的解释．
重点难点：
1.玻尔的原子模型，氢原子能级结构．
2．玻尔理论对氢光谱的解释．课前自主学案一、玻尔原子模型
1．玻尔理论的建立背景和观点
(1)经典理论的困难
①电子绕原子核做圆周运动辐射能量，最终落入___________但事实并非如此，不能解释原子的___________
②随电子运行轨道的不断变化，电子绕核运行的频率也不断变化，原子辐射电磁波的频率也应不断变化，大量原子发光的频率应当是__________，但实际上原子光谱是_________的．原子核．稳定性．连续光谱不连续(2)玻尔的观点，玻尔接受普朗克和爱因斯坦的_________思想．并将原子结构与_______联系起来．提出了量子化的原子模型．量子化光谱思考感悟1．经典电磁理论解释原子光谱遇到的困难说明了什么？提示：这说明从宏观现象中总结出来的经典电磁理论不适用于微观现象，必须代之以新的理论不连续向外辐射定态．轨道频率hν＝E2－E1运行轨道．不连续量子数二、氢原子的能级结构
1．能级：在玻尔的原子理论中，原子只能处于一系列_________的能量状态，在每个状态中，原子的能量值都是__________，各个确定的能量值叫做能级．
2．氢原子能级和轨道半径公式
En＝(n＝1,2,3…)
rn＝_______ (n＝1,2,3…)
式中，E1≈____________，r1≈______________.不连续确定的n2r1－13.6eV0.53×10－10m3．能级跃迁
(1)在正常或稳定状态时，原子尽可能处于最低能级，电子受核的作用力最大而处于离核最近的轨道，这时原子的状态叫做_______，电子吸收能量后，从基态跃迁到较高的能级，这时原子的状态叫做__________
(2)当电子从高能级跃迁到低能级时，原子会_______能量；当电子从低能级跃迁到高能级时，原子要_______能量．基态激发态．辐射吸收(3)由于电子的能级是不连续的，所以原子在跃迁时吸收或辐射的能量都不是任意的，这个能量等于电子跃迁时始末两个能级间的___________能量差值不同，发射的光频率也不同，我们就能观察到____________的光．能量差．不同颜色三、氢原子光谱
1．氢原子光谱的特点：(1)从红外区到紫外区呈现多条具有确定________ (或频率)的谱线；(2)从长波到短波，Hα～Hδ等谱线间的距离____________，表现出明显的规律性．波长越来越小里德伯思考感悟2．巴尔末公式反映了氢原子谱线的分立特征，这说明了什么？
提示：谱线的分立特征反映原子内部电子运动的量子化特征，对于研究更复杂的原子的结构具有指导意义．四、玻尔理论对氢光谱的解释
1．理论推导：由玻尔理论可知，当激发到高能级E2的电子跃迁到低能级E1时，就会释放出能量．根据E2－E1此式在形式上与氢原子光谱规律的波长公式一致，当n1＝2，n2＝3,4,5,6，…时就是_________公式．
2．巴尔末系：氢原子从相应的能级跃迁到n＝____的能级得到的线系．巴尔末2核心要点突破一、对原子能级跃迁的理解图2－3－11．(1)氢原子能级图：如图2－3－1所示能级图中的横线表示氢原子可能的能量状态，氢原子可以有无穷多个能级值．
(2)横线左端的数字“1、2、3…”表示量子数．“1”表示原子处于基态．“2”“3”…表示原子处于不同的激发态．
(3)横线右端的数字“－13.6、－3.4…”表示氢原子各个状态的能量值．(4)n＝1对应于基态，n＝∞对应于原子的电离，从能级图可以看出，n越大，能级线越密，表现为上密下疏．这表明量子数n越大，相邻的能量差越小．
2．根据玻尔理论，当氢原子从高能级跃迁到低能级时以光子的形式放出能量．原子在始、末两个能级Em和En(m>n)间跃迁时，辐射光子的能量等于前后两个能级之差(hν＝Em－En)，由于原子的能级不连续，所以辐射的光子的能量也不连续，因此产生的光谱是分立的线状光谱．图2－3－23．跃迁时电子动能、原子电势能与原子能量的变化
当轨道半径减小时，库仑引力做正功，原子的电势能Ep减小，电子动能增大，原子能量减小．反之，轨道半径增大时，原子电势能增大，电子动能减小，原子能量增大．4．使原子能级跃迁的两种粒子——光子与实物粒子(1)原子若是吸收光子的能量而被激发，其光子的能量必须等于两能级的能量差，否则不被吸收，不存在激发到n能级时能量有余，而激发到n＋1能级时能量不足，则可激发到n能级的问题．
(2)原子还可吸收外来实物粒子(例如自由电子)的能量而被激发，由于实物粒子的动能可全部或部分地被原子吸收，所以只要入射粒子的能量大于或等于两能级的能量差值，均可使原子发生能级跃迁. 5．原子跃迁时需注意的几个问题
(1)注意一群原子和一个原子
氢原子核外只有一个电子，这个电子在某个时刻只能处在某一个可能的轨道上，在某段时间内，由某一轨道跃迁到另一个轨道时，可能的情况只有一种，但是如果容器中盛有大量的氢原子，这些原子的核外电子跃迁时就会有各种情况出现．(2)注意直接跃迁与间接跃迁
原子从一种能量状态跃迁到另一种能量状态时，有时可能是直接跃迁，有时可能是间接跃迁．两种情况的辐射(或吸收)光子的频率不同．(3)注意跃迁与电离
原子跃迁时，不管是吸收还是辐射光子，其光子的能量都必须等于这两个能级的能量差．若想把处于某一定态上的原子的电子电离出去，就需要给原子一定的能量．如基态氢原子电离，其电离能为13.6 eV，只要能量等于或大于13.6 eV的光子都能被基态氢原子吸收而电离，只不过入射光子的能量越大，原子电离后产生的电子具有的动能越大．特别提醒：对于处于高能级状态的一群氢原子，每个原子都能向低能级状态跃迁，且跃迁存在多种可能，有的可能一次跃迁到基态，有的可能经几次跃迁到基态．同样，处于基态的氢原子吸收不同能量时，可以跃迁到不同的激发态．即时应用 (即时突破，小试牛刀)
1．欲使处于基态的氢原子激发，下列措施可行的是(　　)
①用10.2 eV 的光子照射　②用11 eV的光子照射
③用14 eV的光子照射　④用11 eV动能的电子碰撞
A．①②③　　　　 B．①③④
C．②③④ D．①②④解析：选B.由原子的跃迁条件知：氢原子在各能级间跃迁时，只有吸收能量值刚好等于某两能级之差的光子(即hν＝E初－E终)．由氢原子能级关系不难算出10.2 eV刚好为氢原子n＝1和n＝2的两能级之差，而11 eV则不是氢原子基态和任一激发态的能量之差，因而氢原子只能吸收前者被激发，而不能吸收后者．对于14 eV的光子，其能量大于氢原子的电离能(13.6 eV)，足以使氢原子电离——使电子脱离核的束缚而成为自由电子，因而不受氢原子能级间跃迁条件的限制．由能的转化和守恒定律不难知道，氢原子吸收14 eV的光子电离后产生的自由电子还应具有0.4 eV的动能．
另外，用电子去碰撞氢原子时，入射电子的动能可全部或部分地被氢原子吸收，所以只要入射电子的动能大于或等于基态和某个激发态的能量之差，也可使氢原子激发，由以上分析知选项B正确．二、对氢原子光谱的几点说明
氢原子是自然界中最简单的原子，通过对它的光谱线的研究，可以了解原子的内部结构和性质．
氢原子光谱线是最早发现、研究的光谱线．
(1)氢光谱是线状的，不连续的，波长只能是分立的值．
(2)谱线之间有一定的关系，可用一个统一的公式即时应用 (即时突破，小试牛刀)
2．对于巴尔末公式下列说法正确的是(　　)
A．所有氢原子光谱的波长都与巴尔末公式相对应
B．巴尔末公式只确定了氢原子发光的可见光部分的光的波长
C．巴尔末公式确定了氢原子发光的一个线系的波长，其中既有可见光，又有紫外光
D．巴尔末公式确定了各种原子发光中的光的波长解析：选C.巴尔末公式只确定了氢原子发光中一个线系波长，不能描述氢原子发出的各种波长，也不能描述其他原子的发光，A、D错误；巴尔末公式是由当时已知的可见光中的部分谱线总结出来的，但它适用于整个巴尔末线系，该线系包括可见光和紫外光，B错误，C正确．三、玻尔原子理论的成功和局限性
1．成功方面
(1)运用经典理论和量子化观念确定了氢原子的各个定态的能量，并由此画出其能级图．
(2)处于激发态的氢原子向低能级跃迁辐射出光子，辐射光子的能量与实际符合的很好，由于能级是分立的，辐射光子的波长也是不连续的．(3)导出了巴尔末公式，并从理论上算出里德伯常量R的值，并很好地解释甚至预言了氢原子的其他谱线系．
(4)能够解释原子光谱，每种原子都有特定的能级，原子发生跃迁时，每种原子都有自己的特征谱线，即原子光谱是线状光谱，利用光谱可以鉴别物质和确定物质的组成部分．2．局限性和原因
(1)局限性：成功地解释了氢原子光谱的实验规律，但不能解释稍微复杂原子的光谱现象．
(2)原因：保留了经典粒子的观念，把电子的运动仍然看做经典力学描述下的轨道运动．课堂互动讲练 关于玻尔原子模型，下列说法错误的是
(　　)
A．原子处在具有一定能量的定态中，虽然电子做变速运动，但不向外辐射能量
B．原子的不同能量状态与电子沿不同的圆轨道绕核运动相对应，而电子的可能轨道的分布是不连续的C．电子从一个轨道跃迁到另一个轨道时，辐射(或吸收)一定频率的光子
D．电子跃迁时辐射的光子的频率等于电子绕核做圆周运动的频率
【精讲精析】　A、B、C三项都是玻尔提出来的假设．其核心是原子定态概念的引入与能量跃迁学说的提出，也就是“量子化”的概念．故选项A、B、C正确．原子辐射的能量与电子绕核的运动无关，故D错误．【答案】　D
【方法总结】　解决此题的关键有三点：
(1)定态假设：原子只能处在一系列不连续的能量状态中，在这些状态中，原子是稳定的．
(2)跃迁假设：原子从一种定态跃迁到另一种定态时，吸收或辐射一定频率的光子．
(3)轨道假设：原子的不同能量状态对应于电子的不同运行轨道．大量氢原子处于不同能量激发态，发生跃迁时放出三种不同能量的光子，其能量值分别是：1.89 eV、10.2 eV、12.09 eV.跃迁发生前这些原子分布在________个激发态能级上，其中最高能级的能量值是________eV(基态能量为－13.6 eV)．【答案】　2　－1.51
变式训练　氢原子从能级m跃迁到能级n时辐射红光的频率为ν1，从能级n跃迁到能级k时吸收紫光的频率为ν2，已知普朗克常量为h，若氢原子从能级k跃迁到能级m，则(　　)A．吸收光子的能量为hν1＋hν2
B．辐射光子的能量为hν1＋hν2
C．吸收光子的能量为hν2－hν1
D．辐射光子的能量为hν2－hν1解析：选D.氢原子从能级m跃迁到能级n时辐射红光，说明能级m高于能级n，而从能级n跃迁到能级k时吸收紫光，说明能级k也比能级n高，而紫光的频率ν2大于红光的频率ν1，所以hν2>hν1，因此能级k比能级m高，所以若氢原子从能级k跃迁到能级m，应辐射光子，且光子能量应为hν2－hν1.故选项D正确． 在可见光范围内波长最长的两条谱线所对应的n，它们的波长各是多少？氢原子光谱有什么特点？(R＝1.1×107 m－1)【答案】　6.5×10－7 m　4.8×10－7 m　线状谱【方法总结】　正确理解巴尔末公式＝R(－)中，n的取值不同，对应谱线的频率和波长也就不同．