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基础课36原子结构氢原子光谱-2-知识点一知识点二知识点三原子结构1.电子的发现英国物理学家汤姆孙在研究阴极射线时发现了,提出了原子的“枣糕模型”。电子-3-知识点一知识点二知识点三2.原子的核式结构(1)1909—1911年,英籍物理学家进行了α粒子散射实验,提出了核式结构模型。α粒子散射实验图像(2)α粒子散射实验的结果:绝大多数α粒子穿过金箔后,基本上仍沿原来的方向前进,但有少数α粒子发生了,偏转的角度甚至,也就是说它们几乎被“撞了回来”,如图所示。(3)原子的核式结构模型:原子中带正电部分的体积,但几乎占有全部,电子在正电体的外面运动。卢瑟福大角度偏转大于90°很小质量-4-知识点一知识点二知识点三氢原子光谱1.光谱:用光栅或棱镜可以把光按波长展开,获得光的(频率)和强度分布的记录,即光谱。2.光谱分类波长连续吸收特征-5-知识点一知识点二知识点三3.氢原子光谱的实验规律巴耳末线系是氢原子光谱在可见光区的谱线,其波长公式=(n=3,4,5,…),R是里德伯常量,R=1.10×107m-1,n为量子数。4.光谱分析:利用每种原子都有自己的谱线,可以用来鉴别物质和确定物质的组成成分,且灵敏度很高,在发现和鉴别化学元素上有着重大的意义。1λR122-1𝑛2线状-6-知识点一知识点二知识点三氢原子的能级公式、能级图1.定态:原子只能处于一系列的能量状态中,在这些能量状态中原子是的,电子虽然绕核运动,但并不向外辐射能量。2.跃迁:原子从一种定态跃迁到另一种定态时,它或一定频率的光子,光子的能量由这两个定态的能量差决定,即hν=。(h是普朗克常量,h=6.626×10-34J·s)3.轨道:原子的不同能量状态跟电子在不同的圆周轨道绕核运动相对应。原子的定态是不连续的,因此电子的可能轨道也是______的。不连续稳定辐射吸收Em-En不连续-7-知识点一知识点二知识点三4.氢原子的能级、能级公式(1)氢原子的能级图(如图所示)(2)氢原子的能级和轨道半径①氢原子的能级公式:En=E1(n=1,2,3,…),其中E1为基态能量,其数值为E1=-13.6eV。②氢原子的轨道半径公式:rn=n2r1(n=1,2,3,…),其中r1为基态半径,又称玻尔半径,其数值为r1=0.53×10-10m。1n2-8-考点一考点二原子的核式结构(自主悟透)1.α粒子散射实验(1)α粒子散射实验装置(2)α粒子散射实验的结果:绝大多数α粒子穿过金箔后基本上仍沿原来的方向前进,但少数α粒子穿过金箔后发生了大角度偏转,极少数α粒子甚至被“撞了回来”。-9-考点一考点二2.原子的核式结构模型(1)α粒子散射实验结果分析①核外电子不会使α粒子的速度发生明显改变。②汤姆孙模型不能解释α粒子的大角度散射。③绝大多数α粒子沿直线穿过金箔,说明原子中绝大部分是空的;少数α粒子发生较大角度偏转,反映了原子内部集中存在着对α粒子有斥力的正电荷;极少数α粒子甚至被“撞了回来”,反映了个别α粒子正对着质量比α粒子大得多的物体运动时,受到该物体很大的斥力作用。(2)核式结构模型的局限性卢瑟福的原子核式结构模型能够很好地解释α粒子散射实验现象,但不能解释原子光谱是特征光谱和原子的稳定性。-10-考点一考点二思维训练1.在卢瑟福α粒子散射实验中,金箔中的原子核可以看作静止不动,下列各图画出的是其中两个α粒子经历金箔散射过程的径迹,正确的是()答案解析解析关闭金箔中的原子核与α粒子都带正电,α粒子接近原子核过程中受到斥力而不是引力作用,A、D错误;由原子核对α粒子的斥力作用及物体做曲线运动的条件,知曲线轨迹的凹侧应指向受力一方,选项B错,C对。答案解析关闭C-11-考点一考点二2.下图是卢瑟福的α粒子散射实验装置示意图,在一个小铅盒里放有少量的放射性元素钋,它发出的α粒子从铅盒的小孔射出,形成很细的一束射线,射到金箔上,最后打在荧光屏上产生闪烁的光点。下列说法正确的是()A.该实验是卢瑟福建立原子核式结构模型的重要依据B.该实验证实了汤姆孙原子模型的正确性C.α粒子与原子中的电子碰撞会发生大角度偏转D.绝大多数的α粒子发生大角度偏转答案解析解析关闭卢瑟福根据α粒子散射实验,提出了原子核式结构模型,选项A正确,B错误;电子质量太小,与α粒子碰撞对α粒子运动的影响不大,选项C错误;α粒子散射实验的现象是绝大多数α粒子穿过金箔后,基本上仍沿原方向前进,D错误。答案解析关闭A-12-考点一考点二氢原子的能级图和能级跃迁(师生共研)1.氢原子的能级图(1)氢原子的能级图如图所示。-13-考点一考点二(2)能级图中相关量意义的说明:相关量意义能级图中的横线表示氢原子可能的能量状态——定态横线左端的数字表示量子数横线右端的数字表示氢原子的能量相邻横线间的距离表示相邻的能量差,量子数越大相邻的能量差越小,距离越小带箭头的竖线表示原子由较高能级向较低能级跃迁,原子跃迁的条件为hν=Em-En-14-考点一考点二2.电离电离态:n=∞,E=0基态→电离态:E吸0-(-13.6eV)=13.6eV。激发态→电离态:E吸0-En=|En|。若吸收能量足够大,克服电离能后,获得自由的电子还携带动能。-15-考点一考点二例1(2018·山东滕州一中模拟)根据玻尔假设,若规定无穷远处的能量为0,则量子数为n的氢原子的能量En=E1n2,E1为基态的能量,经计算为-13.6eV,现规定氢原子处于基态时的能量为0,则()A.量子数n=2时能级的能量为0B.量子数n=3时能级的能量为-8E19C.若要使氢原子从基态跃迁到第4能级,则需要吸收的光子能量为-15E116D.若采用能量为-9E110的高速电子轰击而跃迁到激发态,这些氢原子从激发态向低能级跃迁的过程中可释放出10种不同频率的光子答案解析解析关闭量子数n=2时,能级的能量为E2=1𝑛2E1=122×(-13.6eV)=-3.4eV,A错误;量子数n=3时,能级的能量为-𝐸19,B错误;基态的氢原子吸收的能量必须等于两能级间的能级差时,才能被吸收,根据ΔE=Em-En可知,使氢原子从基态跃迁到第4能级,吸收的光子能量为15𝐸116,C正确;采用能量为-9𝐸110的高速电子轰击而跃迁到激发态,根据Em-En=hν,得原子获得能量跃迁到n=4激发态,由数学组合公式C𝑛2,求得这些氢原子从激发态向低能级跃迁的过程中可释放出6种不同频率的光子,D错误。答案解析关闭C-16-考点一考点二思维点拨(1)如何求不同能级的能量?(2)光子使氢原子发生跃迁与电子使氢原子发生跃迁有什么不同?提示(1)用公式求。(2)吸收的光子能量只能是两能级之差;由于电子的动能可全部或部分被原子吸收,所以只要电子的能量大于或等于两能级的能量差值(E=Em-En),均可使原子发生能级跃迁。En=𝐸1𝑛2-17-考点一考点二例2(2018·山东临沂期中)(多选)右图为氢原子的部分能级图。关于氢原子能级的跃迁,下列叙述正确的是()A.用能量为10.21eV的光子照射,可使处于基态的氢原子跃迁到激发态B.用能量为11.0eV的光子照射,可使处于基态的氢原子跃迁到激发态C.用能量为14.0eV的光子照射,可使处于基态的氢原子电离D.大量处于基态的氢原子吸收能量为12.10eV的光子后,能辐射3种不同频率的光答案解析解析关闭基态的氢原子吸收10.21eV的能量,能量为-13.61eV+10.21eV=-3.40eV,跃迁到第2能级,A正确;11.0eV的能量不等于基态与其他能级间的能级差,所以不能吸收而发生跃迁,B错误;因为-13.61eV+14.0eV0,所以用能量为14.0eV的光子照射,可使处于基态的氢原子电离,C正确;基态氢原子吸收12.10eV的能量,会跃迁到第3能级,会辐射出3种不同频率的光子,D正确。答案解析关闭ACD-18-考点一考点二易错提醒跃迁中两个易混问题1.一个氢原子和一群氢原子(1)一个氢原子跃迁发出可能的光谱线条数最多为(n-1)。(2)一群氢原子跃迁发出可能的光谱线条数可用下面两种方法求解:用数学中的组合知识求解:。利用能级图求解:在氢原子能级图中将氢原子跃迁的各种可能情况一一画出,然后相加。2.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。两种情况下辐射(或吸收)光子的能量是不同的。直接跃迁时辐射(或吸收)光子的能量等于间接跃迁时辐射(或吸收)的所有光子的能量和。N=𝐶n2=n(n-1)2-19-考点一考点二思维训练(多选)右图是氢原子的能级图,一群氢原子处于n=3能级,下列说法正确的是()A.这群氢原子跃迁时能够发出3种不同频率的波B.这群氢原子发出的光子中,能量最大为10.2eVC.从n=3能级跃迁到n=2能级时发出的光波长最长D.这群氢原子能够吸收任意光子的能量而向更高能级跃迁答案解析解析关闭根据C32=3知,这群氢原子能够发出3种不同频率的光子,A正确;由n=3跃迁到n=1,辐射的光子能量最大,ΔE=(13.6-1.51)eV=12.09eV,B错误;从n=3跃迁到n=2辐射的光子能量最小,频率最小,则波长最长,C正确;一群处于n=3能级的氢原子发生跃迁,吸收的能量必须等于两能级的能级差,D错误。答案解析关闭AC