化学鲁科选修三讲义第1章 第1节 第1课时 氢原子光谱和玻尔的原子结构模型 Word版含答案文档格式.docx

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1．由于道尔顿最早提出了原子论，合理地解释了当时的一些化学现象和规律，给化学奠定了唯物主义理论基石，所以道尔顿被誉为近代化学之父。

2．从原子结构模型的演变过程可以看出，人类对原子结构的认识过程是逐步深入的。

虽然很多科学家得到了一些错误的结论，但对当时发现真相作出了一定的贡献。

3．随着现代科学技术的发展，科学家已能利用电子显微镜和扫描隧道显微镜来拍摄表示原子图像的照片并且能在晶体硅表面上用探针对原子进行“搬迁”。

[活学活用]

1．自从1803年英国化学家、物理学家道尔顿提出了原子假说，人类对原子结构的认识就不断深入、发展，并通过实验事实不断地完善对原子结构的认识。

下列关于原子结构模型的说法中，正确的是（　　）

A．道尔顿的原子结构模型将原子看作实心球，故不能解释任何问题

B．汤姆逊“葡萄干布丁”原子结构模型成功地解释了原子中的正负粒子是可以稳定共存的

C．卢瑟福核式原子结构模型指出了原子核和核外电子的质量关系、电性关系及占有体积的关系

D．玻尔电子分层排布原子结构模型引入了量子化的概念，能够成功解释所有的原子光谱

答案　C

解析　道尔顿的原子理论成功地解释了质量守恒定律等规律，故A选项是错误的；

汤姆逊“葡萄干布丁”原子结构模型提出了正负电荷的共存问题，但同时认为在这样微小的距离上有着极大的作用力，存在着电子会被拉进去并会碰撞在带正电的核心上这样的问题，故B选项是错误的；

卢瑟福通过α粒子散射实验提出了核式原子结构模型，散射实验的结果能够分析出原子核和核外电子的质量关系、电性关系及占有体积的关系，故C选项是正确的；

玻尔电子分层排布原子结构模型只引入了一个量子化的概念，只能够解释氢原子光谱，而不能解释比较复杂的原子光谱，故D选项是错误的。

2．道尔顿的原子学说曾起了很大的作用。

他的学说包含下列三个论点：

①原子是不能再分的粒子；

②同种元素的原子的各种性质和质量都相同；

③原子是微小的实心球体。

从现代的观点考虑，你认为三个论点中不确切的是___________________________。

答案　①②③

解析　根据现代物质结构的观点可知原子是由原子核和核外电子构成的，因此可以再分；

由于存在同位素，因此质子数相同的同种原子也会因中子数不同而导致其质量和物理性质不同，但其化学性质相同；

原子核的体积很小，原子中大部分为空隙，电子在核外作

高速运动。

二　氢原子光谱和波尔的原子结构模型

1．阅读教材，回答下列问题：

（1）处于最低能量状态的原子称为基态原子。

若基态原子的电子吸收能量后，电子跃迁至能量较高轨道成为激发态原子。

（2）原子基态与激发态相互转化间的能量变化

基态原子

激发态原子

2．光是电子释放能量的重要形式之一。

在日常生活中，大家看到的许多可见光（如灯光、霓虹灯光、激光）和节日燃放的焰火等都与原子核外电子发生跃迁释放能量有关。

（1）不同元素的原子发生跃迁时会吸收或释放不同的光，若用光谱仪摄取各种元素的电子的吸收光谱或发射光谱，则可确立某种元素的原子，这些光谱总称原子光谱。

在现代化学中，常利用原子光谱上的特征谱线来鉴定元素，称为谱学分析。

（2）氢原子光谱是线状光谱而不是连续光谱，是由于氢原子光谱源自核外电子在能量不同的轨道之间的跃迁，而电子所处的轨道的能量是量子化的。

3．为了解释氢原子光谱是线状光谱这一实验事实，丹麦科学家玻尔提出了核外电子分层排布的原子结构模型。

其基本观点是

（1）原子中的电子在某一确定轨道上绕原子核运动，并且不辐射能量。

（2）在不同轨道上运动的电子具有不同的能量，不同轨道的能量既不是任意取值也不是连续变化的，轨道能量只能是量子化的。

轨道能量与量子数n的取值有关。

（3）只有当电子从一个轨道跃迁到另一个轨道时，才会辐射或吸收能量。

如果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。

玻尔的核外电子分层排布的原子结构模型成功地解释了氢原子光谱是线状光谱的实验事实。

[归纳总结]

玻尔原子结构模型

（1）原子光谱源自核外电子在能量不同的轨道之间的跃迁；

（2）电子所处的轨道的能量是量子化的；

（3）电子跃迁吸收（或放出）的能量也是量子化的。

3．原子光谱是线状光谱，是由不连续的谱线组成的，这表明（　　）

A．在原子中只有某些电子能够跃迁产生光谱

B．原子中的电子可以处于某些特定的能量状态，即电子的能量是量子化的

C．原子发射的光是单色光

D．白光可以由多种单色光组成

答案　B

解析　光谱分为连续光谱和线状光谱，无论是单色光还是白光，都是连续光谱，原子光谱是线状光谱，也就是由具有特定频率的光形成的谱线。

原子光谱之所以产生这种特定的谱线，是由于电子的能量是量子化的，电子跃迁的始态和终态的能级差也是量子化的。

4．玻尔理论不能解释（　　）

A．氢原子光谱为线状光谱

B．在一给定的稳定轨道上，运动的核外电子不辐射能量

C．电子从一个轨道（能量为Ei）跃迁到另一个轨道（能量为Ej）时会辐射或吸收能量，且该能量与两个轨道的能量差有关

D．有外加磁场时氢原子光谱增加多条谱线

答案　D

解析　玻尔理论是针对原子的稳定存在和氢原子光谱为线状光谱的事实提出的，有外加磁场时氢原子光谱增加多条谱线，玻尔的原子结构模型无法解释这一现象，必须借助量子力学加以解释。

当堂检测

1．自从1803年英国化学家、物理学家道尔顿提出原子假说以来，人类对原子结构的研究不断深入、发展，通过实验事实不断地丰富、完善原子结构理论。

请判断下列关于原子结构的说法正确的是（　　）

A．所有的原子都含有质子、中子和电子三种基本构成微粒

B．所有的原子中的质子、中子和电子三种基本构成微粒的个数都是相等的

C．原子核对核外电子的吸引作用的实质是原子核中的质子对核外电子的吸引

D．原子中的质子、中子和电子三种基本构成微粒不可能再进一步分成更小的微粒

解析　所有的原子都含有质子和电子，并且二者在数值上是相等的。

因为质子和电子带的电荷相等，而电性却相反，故整个原子是电中性的。

需要注意的是，并不是所有的原子都是由质子、中子和电子组成的。

如

H中就只含有一个质子和一个电子，没有中子。

多数原子的中子数和质子数比较接近但没有必然的数量关系。

故A、B选项均不正确；

原子核对核外电子的吸引是一种电性作用，因为中子不显电性，质子和电子带相反电荷，所以C选项正确；

从发展的观点出发，原子中的质子、中子和电子三种构成原子的基本微粒有可能再进一步分成更小的微粒，目前有资料介绍，科学家已经研究发现了更小的微粒——夸克，所以D选项是错误的。

2．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处于基态时的能量

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　自然界中的原子有的处于基态，有的处于激发态，A选项错误；

同一种原子处于激发态时的能量一定高于处于基态时的能量，若原子种类不同，则不一定如此，所以B选项正确，C选项错误；

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错误。

3．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．卫生丸久置后消失

解析　钢铁长期使用后生锈是铁失去电子，A错；

节日里燃放的焰火是原子核外电子发生跃迁，B正确；

金属导线可以导电是电子在电场作用下定向移动，C错；

卫生丸久置后消失是分子的运动，D错误。

4．对充有氖气的霓虹灯管通电，灯管发出红色光。

产生这一现象的主要原因是（　　）

A．电子由激发态向基态跃迁时以光的形式释放能量

B．电子由基态向激发态跃迁时吸收除红光以外的光线

C．氖原子获得电子后转变成发出红光的物质

D．在电流的作用下，氖原子与构成灯管的物质发生反应

答案　A

解析　对充有氖气的霓虹灯管通电，电子由激发态向基态跃迁时以红色光的形式释放出能量。

5．揭示原子内部结构的奥秘，有助于我们理解所处的物质世界。

（1）用化学方法不能实现的是________。

A．生成一种新分子B．生成一种新离子

C．生成一种新原子D．生成一种新单质

（2）1909年，卢瑟福等人做了用α粒子轰击金箔的实验，从而提出原子结构的核式模型，下列选项中能正确表示这种模型的是________。

（3）古代哲学家们也树立了不少有关物质构成的观点。

例如，我国战国时期的惠施认为物质是无限可分的；

而同时期的墨子认为如果物质不存在被分割的条件，物质就不能被无限分割。

惠施的观点可用下图表示：

请你用相同的图示方法表示墨子的观点：

________________________________________________________________________。

答案　

（1）C　

（2）C

（3）

解析　原子是物质进行化学反应的基本微粒，在化学反应中，一种原子不会变成另外的原子。

墨子认为如果不具备分割条件则不能被无限分割，所以用线段表示则不能再减小。

40分钟课时作业

[基础过关]

一、原子结构及其模型演变

1．下列说法正确的是（　　）

A．原子是不可再分的

B．原子中肯定含有中子

C．原子由原子核和核外电子构成，原子核又可以分为质子和中子，然后不能再分

D．随着科学的发展，人们发现原子的组成中还存在更小的微粒，如夸克

2．1934年居里夫妇用α粒子（4He）轰击27Al得到一种自然界不存在的P的一种同位素——30P，开创了人造核素的先河：

27Al＋4He―→30P＋1n。

下列有关说法不正确的是（　　）

A．该变化说明原子核在化学反应中也能发生变化

B．该变化同样遵循质量守恒定律

C．1n是一种电中性粒子

D．对于30P：

原子序数＝质子数＝中子数＝核外电子数

解析　化学变化的最小微粒是原子，不涉及原子核的变化，原子核的变化是核物理变化，A不正确；

B项中质量守恒定律是自然界的普遍规律，B项正确；

1n表示的是一个中子，中子不带电荷，C项正确。

3．下列对不同时期原子结构模型的提出在时间上先后排列顺序正确的是（　　）

①电子分层排布模型　②“葡萄干布丁”模型　③量子力学模型　④道尔顿原子学说　⑤核式模型

A．①③②⑤④B．④②③①⑤

C．④②⑤①③D．④⑤②①③

解析　最早的是道尔顿的原子学说，然后是汤姆逊的“葡萄干布丁”模型，接着是卢瑟福的核式模型，再其次是玻尔的电子在原子核外空间一定轨道上绕核做高速圆周运动的原子结构模型，最后人们将量子力学理论应用于原子结构研究，提出了原子结构的量子力学模型，用量子化的观点描述原子核外电子的运动状态和运动规律。

4．首先提出原子结构模型并开始涉及原子内部结构的科学家是（　　）

A．卢瑟福B．玻尔

C．汤姆逊D．道尔顿

解析　本题考查原子结构模型的发展简史。

“葡萄干布丁”模型开始涉及原子内部的结构。

A项卢瑟福提出原子结构的核式模型；

B项玻尔建立了核外电子分层排布的原子结构模型；

D项道尔顿建立了原子学说。

二、氢原子光谱和玻尔的原子结构模型

5．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．门捷列夫

C．玻尔D．卢瑟福

解析　道尔顿、门捷列夫、玻尔和卢瑟福的主要贡献分别是原子学说、元素周期律、原子轨道理论和原子的核式模型。

丹麦科学家玻尔引入量子化观点，提出电子在一定轨道上运动的原子结构模型。

C正确。

6．原子的吸收光谱是线状的而不是连续的，主要原因是（　　）

A．原子中电子的能量高低

B．外界条件的影响

C．仪器设备的工作原理

D．原子轨道的能量是量子化的

解析　原子轨道之间的能量变化是不连续的，是量子化的，从而造成原子的线状吸收光谱。

三、基态和激发态原子

7．图中所发生的现象与电子的跃迁无关的是（　　）

解析　燃放烟火、霓虹灯、燃烧蜡烛等获得的光能都是电子跃迁时能量以光的形式释放出来导致的，而平面镜成像则是光线反射的结果。

8．氢原子核外只有一个电子，当氢原子的这个电子处于怎样的状态时是基态（　　）

A．n＝1B．n＝2

C．n＝3D．n＝4

9．同一原子的基态和激发态相比较，正确的是（　　）

①基态时的能量比激发态时高　②基态时比较稳定

③基态时的能量比激发态时低　④激发态时比较稳定

A．①②B．②③C．①③D．③④

解析　本题考查原子的基态和激发态的能量和稳定性。

对同一原子，基态时比较稳定，基态时的能量比激发态时低，②、③正确，①、④错误。

[能力提升]

10．1999年度诺贝尔化学奖授予了开创“飞秒（10－15s）化学”新领域的科学家，使运用激光光谱技术观测化学反应时分子中原子运动成为可能。

你认为该技术不能观察到的是（　　）

A．原子中原子核的内部结构

B．化学反应中原子的运动

C．化学反应中生成物分子的形成

D．化学反应中反应物分子的分解

解析　从题目中可以看出运用激光光谱技术能够观测化学反应时分子中原子运动，而化学反应中反应物分子的分解和生成物分子的形成都涉及原子的运动，因而B、C、D都是正确的，所以答案选A。

11．随着人们对物质结构研究的不断深入，化学逐渐成为一门科学。

根据你所掌握的知识回答下列问题：

（1）19世纪末，人们开始揭示原子内部的秘密，最早发现电子的科学家是________。

A．法国的拉瓦锡B．瑞典的舍勒

C．英国的道尔顿D．英国的汤姆逊

（2）化学开始成为一门科学的标志是________。

A．火药的发现

B．质量守恒定律的提出

C．“原子—分子论”的提出

D．氧化还原理论的建立

答案　

（1）D　

（2）C

解析　

（1）最早发现电子的科学家是英国的汤姆逊。

（2）“原子—分子论”是国际化学界于1860年承认的使化学成为一门科学的标志。

[拓展探究]

12．日光等白光经棱镜折射后产生的是__________光谱。

原子光谱则与之不同，它是由不连续特征谱线组成的，称为__________光谱。

根据原子光谱谱线分析结果，可以得到的认识是原子轨道能量变化是不连续的，这种情况又称为原子的能量是__________化的。

答案　连续　线状　量子

解析　日光形成的光谱为连续光谱，原子光谱是由不连续特征谱线组成的，都是线状光谱。

根据原子光谱谱线分析结果，可以得到的认识是原子轨道能量变化是不连续的，这种情况又称为原子的能量是量子化的。