化学：1.1《原子结构模型》学案（鲁科版选修3）
文档属性
| 名称 | 化学：1.1《原子结构模型》学案（鲁科版选修3） |  | |
| 格式 | rar | ||
| 文件大小 | 72.7KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 鲁科版 | ||
| 科目 | 化学 | ||
| 更新时间 | 2009-07-05 09:18:00 | ||
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文档简介
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第1节 原子结构模型
【学习目标】
1、知识与技能目标
（1）了解“玻尔原子结构模型”，知道其合理因素和存在的不足。初步认识原子结构的量子力学模型
（2）能利用“玻尔原子结构模型”解释氢原子的线状光谱。
（3）能用n、ι、m、ms四个量子数描述核外电子的运动状态。
（4）知道n、ι、m、ms的相互关系及有关量子限制
（5）了解原子轨道和电子云的概念及形状，能正确书写能级符号及原子轨道符号
2、过程与方法目标
（1）通过介绍几种原子结构模型，培养学生分析和评价能力。
（2）通过原子结构模型不断发展、完善的过程，使学生认识到化学实验对化学理论发展的重要意义，使学生感受到在学生阶段就要认真作实验、认真记录实验现象。
（3）通过自主学习，培养学生自学能力和创造性思维能力。
（4）通过介绍四个量子数及有关量子限制，使学生感受到科学的严密性。
3、情感态度·价值观目标
（1）通过原子结构模型不断发展、完善的过程教学，培养学生科学精神和科学态度。
（2）通过合作学习，培养团队精神。
【学习重点】1、基态、激发态及能量量子化的概念。
2、利用跃迁规则，解释氢原子光谱是线状光谱及其他光谱现象。
3、用四个量子数描述核外电子的运动状态。
【学习难点】1、n、ι、m、ms的相互关系及有关量子限制。
2、原子轨道和电子云的概念
第1课时
【自主预习提纲】
一、原子结构理论发展史：
1、1803年提出原子是一个“实心球体”建立原子学说的是英国化学家 ，1903年汤姆逊提出原子结构的“ ”模型，1911年卢瑟福提出了原子结构的 模型，1913年玻尔提出 的原子结构模型，建立于20世纪20年代中期的 模型已成为现代化学的理论基础。
二、必修中学习的原子核外电子排布规律：
(1)原子核外的电子是________排布的，研究表明已知原子的核外电子共分为______个电子层，也可称为能层，分别为：
第 一、二、三、 四、 五、 六、七……电子(能)层
符号表示 、 、 、 、 、 、 ……
能量由低到高
(2)原子核外各电子层最多容纳 个电子。
(3)原于最外层电子数目不能超过 个(K层为最外层时不能超过 个电
子)。
(4)次外层电子数目不能超过 个(K层为次外层时不能超过 个)，倒
数第三层电子数目不能超过 个。
说明：以上规律是互相联系的，不能孤立地理解。例如；当M层是最外层
时，最多可排 个电子；当M层不是最外层时，最多可排 个电子
2、核外电子总是尽量先排布在能量较 的电子层，然后由 向 ，依次
排布在能量逐步 的电子层(能量最低原理)。
例如：钠原子有11个电子，分布在三个不同的电子层上，第一层 个电子，第二层 个电子，第三层 个电子。由于原子中的电子是处在原子核的引力场中，电子总是尽可能先从内层排起，当一层充满后再填充下一层。
原子结构示意图为：
三、氢原子光谱
人们常常利用仪器将物质吸收光或以射不的波长和强度分布记录下来，得到所谓的光谱，光谱分为 和 ，氢原子光谱为 。为了解释原子的稳定性和 的实验事实，丹麦科学家玻尔在 原子模型的基础上提出了 的原子结构模型，该理论的重大贡献在于指出了原子光谱源自 在不同能量的 上的跃迁，而电子所处的 的能量是 。
四、玻尔原子结构模型
1、玻尔原子结构模型基本观点：
（1）原子中的电子在具有________的圆周轨道上绕原子核运动，并且_______能量。可理解为行星模型，这里的“轨道”实际上就是我们现在所说的电子层。
（2）定态假设：玻尔原子结构理论认为：同一电子层上的电子能量完全相同。在不同轨道上运动的电子具有不同的能量(E)，而且能量是_________的，即能量是“一份一份”的。各电子层能量差具有不连续性，既E3-E2≠E2-E1。
（3）只有当电子 从一个轨道(能量为Ei)跃迁到另一个轨道时，才会____________能量。如果辐射或吸收的能量以光的形式表现并记录下来，就形成了______________。
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 。
②⑵激发态：较高能量状态（相对基态而言）。基态原子的电子吸收能量后，电子跃迁至较高能级时的状态。处于激发态的原子称为激发态原子。
③原子光谱产生的原因：电子由激发态跃迁到基态会释放出能量，这种能量以光的形式释放出来，所以就产生光谱。
④氢原子光谱是线状光谱的原因：氢原子上的电子由n=2的激发态跃迁到n=1的基态，与从n=3的激发态跃迁到n=2的激发态，释放出的能量不同，因此产生光的波长不同。
2、玻尔原子结构模型理论成功地解释了氢原子光谱是________________光谱的实验事实，但不能解决氢原子光谱的精细结构问题和多原子复杂的光谱现象。
【当堂达标训练】
1、同一原子的基态和激发态相比较 （ ）
A、基态时的能量比激发态时高 B、基态时比较稳定
C、基态时的能量比激发态时低 D、激发态时比较稳定
2、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
C、金属导线可以导电D、夜空中的激光
3．玻尔理论不能解释 （ ）
A. H原子光谱为线状光谱
B. 在一给定的稳定轨道上，运动的核外电子不发射能量----电磁波
C. H原子的可见光区谱线
D. H原子光谱的精细结构
4．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. 爱因斯坦 C. 玻尔 D. 普朗克
5．画出下列原子或离子的结构示意图：
Mg O Cl Si
H Ne Na+ S2-
第2、3课时
一、原子结构的量子力学模型
(一)原子轨道与四个量子数
根据量子力学理论，原子中的单个电子的______________可以用原子轨道来描述，而每个原子轨道由三个只能取整数的量子数共同描述，因此核外电子的运动状态是由 四个量子数决定的。
1、主量子数n
主量子数n的取值为 …，对应的符号为 …，n越大，表明电子离核的平均距离 、能量 ，因此将n值所表示的电子运动状态称为 。
2、角量子数ι
在多电子原子中，角量子数l与 一起决定着原子轨道的能量，若两个电子所取的n、 l值均相同，就表明这两个电子具有 。 对于确定的n值，l的取值共 个，分别是 …，对应的符号为 …，在一个电子层中，l 有多少个取值，就表示该电子层有多少个不同的 （也称亚层）。
能级顺序：Ens3、磁量子数m
①角量子数ι和磁量子数m的关系
角量子数ι和磁量子数m的关系既能级与原子轨道个数的关系。对于一个确定的ι值，m值可取 ，共 个数值。
当ι=2时，m有 五个取值；既d能级有 个原子轨道。
②原子轨道的表示方法
s能级只有一个原子轨道，可表示为s。
p能级有3个原子轨道，可表示为px、py、pz。
d能级有5原子轨道，
f能级有7原子轨道。
4、自旋磁量子数ms
量子力学认为，同一轨道上的电子还在做自旋运动，而且只有两种自旋运动状态，分别用自旋磁量子数（通常用符号“↑”表示）和（通常用符号“↓”表示）来描述。
(二)原子轨道的图形描述和电子云
电子运动不能用牛顿运动定律来描述，只能用统计的观点来描述。我们不可能像描述宏观运动物体那样，确定一定状态的核外电子在某个时刻处于原子核外空间如何，而只能确定它在原子核外各处出现的概率。概率分布图看起来像一片云雾，因而被形象地称作电子云。常把电子出现的概率约为90%的空间圈出来，人们把这种电子云轮廓图成为原子轨道。
1、 S的原子轨道是球形的，能层序数越大，原子轨道的半径越大。
这是由于1s，2s，3s……电子的能量依次增高，电子在离核更远的区域出现的概率逐渐增大，电子云越来越向更大的空间扩展。这是不难理解的，打个比喻，神州五号必须依靠推动(提供能量)才能克服地球引力上天，2s电子比1s电子能量高，克服原子核的吸引在离核更远的空间出现的概率就比1s大，因而2s电子云必然比1s电子云更扩散。
2、P的原子轨道是纺锤形的，每个P能级有3个轨道，它们互相垂直，分别以Px、Py、Pz为符号。P原子轨道的平均半径也随能层序数增大而增大。
【例题1】下列各电子层中不包含d亚层的是
A．N电子层 B．M电子层
C．L电子层 D．K电子层
【例题2】下列说法是否正确？如不正确，应如何改正？
(1) s电子绕核旋转，其轨道为一圆圈，而p电子是走∞字形。
(2) 主量子数为1时，有自旋相反的两条轨道。
(3) 主量子数为3时，有3s、3p、3d、3f四条轨道。
【当堂达标训练】
1．下列电子层中，原子轨道的数目为4的是 （ ）
A．K层 B．L层 C．M层 D．N层
2．下列关于电子云的说法不正确的是( )
A. 电子云是描述核外某空间电子出现的几率密度的概念;
B. 电子云是电子在核内外空间出现的几率和几率密度
C. 电子云有多种图形,黑点图只是其中一种;
D. 电子就象云雾一样在原子核周围运动,故称为电子云.
3．描述一确定的原子轨道（即一个空间运动状态），需用以下参数 （ ）
A. n、l B. n、l、m C. n、l、m 、ms D. 只需n
4．n＝4时，m的最大取值为 （ ）
A. 4 B. ±4 C. 3 D. 0
5．原子中电子的描述不可能的量子数组合是 （ ）
A. 1，0，0， B. 3，1，1，
C. 2，2，0， D. 4，3，－3，
6．多电子原子中，在主量子数为n，角量子数为l的能级上，原子轨道数为（ ）
A. 2l＋1 B. n－1 C. n－l＋1 D. 2l－1
7． P轨道电子云形状正确叙述为( )
A. 球形对称; B. 对顶双球;
C. 极大值在X.Y.Z轴上的纺锤形; D. 互相垂直的梅花瓣形.
8．在多电子原子中，具有自下列各组量子数的电子中能量最高的是 （ ）
A．3，2，＋1， B．2，1，＋1，
C．3，1，0， D．3，1，－1，
9．3d能级中原子轨道的主量子数为 ，角量子数为 ，该能级的原子轨道最多可以有 种空间取向，最多可容纳 个电子。
10．写出具有下列指定量子数的原子轨道符号：
⑴ n＝2，l＝1 ；⑵ n＝3，l＝0 ；
⑶ n＝5，l＝2 ；⑷ n＝4，l＝3 。
11．原子中的电子，下面哪些量子数组是容许的 （ ）
A. n＝3，l＝1，m＝－1 B. n＝3，l＝1，m＝2
C. n＝2，l＝2，m＝－1 D. n＝6，l＝0，m＝0
12．关于下列对四个量子数的说法正确的是( )
A. 电子的自旋量子数是 ,在某一个轨道中有两个电子,所以总自旋量子数是1或是0
B. 磁量子数m=0的轨道都是球形的轨道
C. 角量子数l的可能取值是从0到n的正整数
D. 多电子原子中,电子的能量决定于主量子数n和角量子数l
13．2p轨道的磁量子数可能有（ ）
A. 1，2 B. 0，1，2 C. 1，2，3 D. 0，＋1，－1
14． n. l.m确定后,仍不能确定该量子数组合所描述的原子轨道的( )
A. 数目 B. 形状
C. 能量 D. 所填充的电子数目
15． 当n＝4时，l的可能值是多少 轨道的总数是多少？最多容纳的电子数是多少？
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第1节 原子结构模型
【学习目标】
1、知识与技能目标
（1）了解“玻尔原子结构模型”，知道其合理因素和存在的不足。初步认识原子结构的量子力学模型
（2）能利用“玻尔原子结构模型”解释氢原子的线状光谱。
（3）能用n、ι、m、ms四个量子数描述核外电子的运动状态。
（4）知道n、ι、m、ms的相互关系及有关量子限制
（5）了解原子轨道和电子云的概念及形状，能正确书写能级符号及原子轨道符号
2、过程与方法目标
（1）通过介绍几种原子结构模型，培养学生分析和评价能力。
（2）通过原子结构模型不断发展、完善的过程，使学生认识到化学实验对化学理论发展的重要意义，使学生感受到在学生阶段就要认真作实验、认真记录实验现象。
（3）通过自主学习，培养学生自学能力和创造性思维能力。
（4）通过介绍四个量子数及有关量子限制，使学生感受到科学的严密性。
3、情感态度·价值观目标
（1）通过原子结构模型不断发展、完善的过程教学，培养学生科学精神和科学态度。
（2）通过合作学习，培养团队精神。
【学习重点】1、基态、激发态及能量量子化的概念。
2、利用跃迁规则，解释氢原子光谱是线状光谱及其他光谱现象。
3、用四个量子数描述核外电子的运动状态。
【学习难点】1、n、ι、m、ms的相互关系及有关量子限制。
2、原子轨道和电子云的概念
第1课时
【自主预习提纲】
一、原子结构理论发展史：
1、1803年提出原子是一个“实心球体”建立原子学说的是英国化学家 ，1903年汤姆逊提出原子结构的“ ”模型，1911年卢瑟福提出了原子结构的 模型，1913年玻尔提出 的原子结构模型，建立于20世纪20年代中期的 模型已成为现代化学的理论基础。
二、必修中学习的原子核外电子排布规律：
(1)原子核外的电子是________排布的，研究表明已知原子的核外电子共分为______个电子层，也可称为能层，分别为：
第 一、二、三、 四、 五、 六、七……电子(能)层
符号表示 、 、 、 、 、 、 ……
能量由低到高
(2)原子核外各电子层最多容纳 个电子。
(3)原于最外层电子数目不能超过 个(K层为最外层时不能超过 个电
子)。
(4)次外层电子数目不能超过 个(K层为次外层时不能超过 个)，倒
数第三层电子数目不能超过 个。
说明：以上规律是互相联系的，不能孤立地理解。例如；当M层是最外层
时，最多可排 个电子；当M层不是最外层时，最多可排 个电子
2、核外电子总是尽量先排布在能量较 的电子层，然后由 向 ，依次
排布在能量逐步 的电子层(能量最低原理)。
例如：钠原子有11个电子，分布在三个不同的电子层上，第一层 个电子，第二层 个电子，第三层 个电子。由于原子中的电子是处在原子核的引力场中，电子总是尽可能先从内层排起，当一层充满后再填充下一层。
原子结构示意图为：
三、氢原子光谱
人们常常利用仪器将物质吸收光或以射不的波长和强度分布记录下来，得到所谓的光谱，光谱分为 和 ，氢原子光谱为 。为了解释原子的稳定性和 的实验事实，丹麦科学家玻尔在 原子模型的基础上提出了 的原子结构模型，该理论的重大贡献在于指出了原子光谱源自 在不同能量的 上的跃迁，而电子所处的 的能量是 。
四、玻尔原子结构模型
1、玻尔原子结构模型基本观点：
（1）原子中的电子在具有________的圆周轨道上绕原子核运动，并且_______能量。可理解为行星模型，这里的“轨道”实际上就是我们现在所说的电子层。
（2）定态假设：玻尔原子结构理论认为：同一电子层上的电子能量完全相同。在不同轨道上运动的电子具有不同的能量(E)，而且能量是_________的，即能量是“一份一份”的。各电子层能量差具有不连续性，既E3-E2≠E2-E1。
（3）只有当电子 从一个轨道(能量为Ei)跃迁到另一个轨道时，才会____________能量。如果辐射或吸收的能量以光的形式表现并记录下来，就形成了______________。
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 。
②⑵激发态：较高能量状态（相对基态而言）。基态原子的电子吸收能量后，电子跃迁至较高能级时的状态。处于激发态的原子称为激发态原子。
③原子光谱产生的原因：电子由激发态跃迁到基态会释放出能量，这种能量以光的形式释放出来，所以就产生光谱。
④氢原子光谱是线状光谱的原因：氢原子上的电子由n=2的激发态跃迁到n=1的基态，与从n=3的激发态跃迁到n=2的激发态，释放出的能量不同，因此产生光的波长不同。
2、玻尔原子结构模型理论成功地解释了氢原子光谱是________________光谱的实验事实，但不能解决氢原子光谱的精细结构问题和多原子复杂的光谱现象。
【当堂达标训练】
1、同一原子的基态和激发态相比较 （ ）
A、基态时的能量比激发态时高 B、基态时比较稳定
C、基态时的能量比激发态时低 D、激发态时比较稳定
2、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
C、金属导线可以导电D、夜空中的激光
3．玻尔理论不能解释 （ ）
A. H原子光谱为线状光谱
B. 在一给定的稳定轨道上，运动的核外电子不发射能量----电磁波
C. H原子的可见光区谱线
D. H原子光谱的精细结构
4．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. 爱因斯坦 C. 玻尔 D. 普朗克
5．画出下列原子或离子的结构示意图：
Mg O Cl Si
H Ne Na+ S2-
第2、3课时
一、原子结构的量子力学模型
(一)原子轨道与四个量子数
根据量子力学理论，原子中的单个电子的______________可以用原子轨道来描述，而每个原子轨道由三个只能取整数的量子数共同描述，因此核外电子的运动状态是由 四个量子数决定的。
1、主量子数n
主量子数n的取值为 …，对应的符号为 …，n越大，表明电子离核的平均距离 、能量 ，因此将n值所表示的电子运动状态称为 。
2、角量子数ι
在多电子原子中，角量子数l与 一起决定着原子轨道的能量，若两个电子所取的n、 l值均相同，就表明这两个电子具有 。 对于确定的n值，l的取值共 个，分别是 …，对应的符号为 …，在一个电子层中，l 有多少个取值，就表示该电子层有多少个不同的 （也称亚层）。
能级顺序：Ens
①角量子数ι和磁量子数m的关系
角量子数ι和磁量子数m的关系既能级与原子轨道个数的关系。对于一个确定的ι值，m值可取 ，共 个数值。
当ι=2时，m有 五个取值；既d能级有 个原子轨道。
②原子轨道的表示方法
s能级只有一个原子轨道，可表示为s。
p能级有3个原子轨道，可表示为px、py、pz。
d能级有5原子轨道，
f能级有7原子轨道。
4、自旋磁量子数ms
量子力学认为，同一轨道上的电子还在做自旋运动，而且只有两种自旋运动状态，分别用自旋磁量子数（通常用符号“↑”表示）和（通常用符号“↓”表示）来描述。
(二)原子轨道的图形描述和电子云
电子运动不能用牛顿运动定律来描述，只能用统计的观点来描述。我们不可能像描述宏观运动物体那样，确定一定状态的核外电子在某个时刻处于原子核外空间如何，而只能确定它在原子核外各处出现的概率。概率分布图看起来像一片云雾，因而被形象地称作电子云。常把电子出现的概率约为90%的空间圈出来，人们把这种电子云轮廓图成为原子轨道。
1、 S的原子轨道是球形的，能层序数越大，原子轨道的半径越大。
这是由于1s，2s，3s……电子的能量依次增高，电子在离核更远的区域出现的概率逐渐增大，电子云越来越向更大的空间扩展。这是不难理解的，打个比喻，神州五号必须依靠推动(提供能量)才能克服地球引力上天，2s电子比1s电子能量高，克服原子核的吸引在离核更远的空间出现的概率就比1s大，因而2s电子云必然比1s电子云更扩散。
2、P的原子轨道是纺锤形的，每个P能级有3个轨道，它们互相垂直，分别以Px、Py、Pz为符号。P原子轨道的平均半径也随能层序数增大而增大。
【例题1】下列各电子层中不包含d亚层的是
A．N电子层 B．M电子层
C．L电子层 D．K电子层
【例题2】下列说法是否正确？如不正确，应如何改正？
(1) s电子绕核旋转，其轨道为一圆圈，而p电子是走∞字形。
(2) 主量子数为1时，有自旋相反的两条轨道。
(3) 主量子数为3时，有3s、3p、3d、3f四条轨道。
【当堂达标训练】
1．下列电子层中，原子轨道的数目为4的是 （ ）
A．K层 B．L层 C．M层 D．N层
2．下列关于电子云的说法不正确的是( )
A. 电子云是描述核外某空间电子出现的几率密度的概念;
B. 电子云是电子在核内外空间出现的几率和几率密度
C. 电子云有多种图形,黑点图只是其中一种;
D. 电子就象云雾一样在原子核周围运动,故称为电子云.
3．描述一确定的原子轨道（即一个空间运动状态），需用以下参数 （ ）
A. n、l B. n、l、m C. n、l、m 、ms D. 只需n
4．n＝4时，m的最大取值为 （ ）
A. 4 B. ±4 C. 3 D. 0
5．原子中电子的描述不可能的量子数组合是 （ ）
A. 1，0，0， B. 3，1，1，
C. 2，2，0， D. 4，3，－3，
6．多电子原子中，在主量子数为n，角量子数为l的能级上，原子轨道数为（ ）
A. 2l＋1 B. n－1 C. n－l＋1 D. 2l－1
7． P轨道电子云形状正确叙述为( )
A. 球形对称; B. 对顶双球;
C. 极大值在X.Y.Z轴上的纺锤形; D. 互相垂直的梅花瓣形.
8．在多电子原子中，具有自下列各组量子数的电子中能量最高的是 （ ）
A．3，2，＋1， B．2，1，＋1，
C．3，1，0， D．3，1，－1，
9．3d能级中原子轨道的主量子数为 ，角量子数为 ，该能级的原子轨道最多可以有 种空间取向，最多可容纳 个电子。
10．写出具有下列指定量子数的原子轨道符号：
⑴ n＝2，l＝1 ；⑵ n＝3，l＝0 ；
⑶ n＝5，l＝2 ；⑷ n＝4，l＝3 。
11．原子中的电子，下面哪些量子数组是容许的 （ ）
A. n＝3，l＝1，m＝－1 B. n＝3，l＝1，m＝2
C. n＝2，l＝2，m＝－1 D. n＝6，l＝0，m＝0
12．关于下列对四个量子数的说法正确的是( )
A. 电子的自旋量子数是 ,在某一个轨道中有两个电子,所以总自旋量子数是1或是0
B. 磁量子数m=0的轨道都是球形的轨道
C. 角量子数l的可能取值是从0到n的正整数
D. 多电子原子中,电子的能量决定于主量子数n和角量子数l
13．2p轨道的磁量子数可能有（ ）
A. 1，2 B. 0，1，2 C. 1，2，3 D. 0，＋1，－1
14． n. l.m确定后,仍不能确定该量子数组合所描述的原子轨道的( )
A. 数目 B. 形状
C. 能量 D. 所填充的电子数目
15． 当n＝4时，l的可能值是多少 轨道的总数是多少？最多容纳的电子数是多少？
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