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12．2原子结构与原子能级知识清单考点整合集中记忆一、原子的核式结构电子的发现：英国物理学家汤姆孙通过对阴极射线的研究发现了电子．α粒子散射实验：(1)实验装置：(2)实验结果：α粒子穿过金箔后，绝大多数沿原来的方向前进，少数发生了大角度偏转，极少数偏转角度大于90°，甚至被弹回．核式结构模型：在原子的中心有一个很小的核，叫原子核，原子的所有正电荷和几乎所有质量都集中在原子核里，带负电的电子在核外绕核旋转．二、氢原子光谱线状谱：光谱为一条条的亮线．各种原子的发射光谱都是线状谱，利用每种原子的特征谱线，可以鉴别物质的组成．氢原子光谱的实验规律：氢原子光谱的一组谱线(巴耳末系)的波长用公式表达：1λ＝R(122－1n2)，n取(3，4，5…….)，R为一个常数．经典理论的困难：卢瑟福的原子核式结构无法解释原子的稳定性和原子的线状谱．三、玻尔的原子模型轨道量子化电子的可能轨道是不连续的，氢原子可能的轨道半径：rn＝n2r1(n＝1，2，3，…)r1是氢原子的最小轨道半径．能量量子化原子处于不连续的能量状态中，氢原子的能级：En＝1n2E1(n＝1，2，3，…)E1＝－13.6eV，是氢原子的最小能级．能级跃迁原子由高能级跃迁到低能级时辐射光子，由低能级跃迁到高能级时吸收光子，辐射或吸收光子的能量hν＝Em－En.考点讲练考点突破针对训练考点一α粒子散射实验的现象与分析1．实验现象(1)绝大多数α粒子穿过金箔后，仍按原来的方向前进．(2)少数α粒子发生了较大的偏转(3)极少数的α粒子偏转超过90°，有的甚至被弹回．2．实验分析第(1)条说明原子内部是“空”的；第(2)、(3)两条说明原子的正电荷以及绝大部分质量都集中在一个很小的核上．如图所示，是α散射实验的实验结果示意图，其中正确的是()【答案】D【解析】在α粒子的散射现象中绝大多数的α粒子都照直穿过薄金箔，偏转很小，但有少数α粒子发生角度很大的偏转，个别的α粒子偏转角大于90°，甚至个别粒子沿原方向弹回．越靠近原子核的粒子受到的斥力越大，轨迹的偏转角越大，故D项正确，A、B、C三项错误．(多选)关于α粒子散射现象产生的原因，下列说法正确的是()A．α粒子穿过原子时，由于α粒子的质量比电子大得多，电子不可能使α粒子的运动方向发生明显的改变B．由于绝大多数α粒子穿过金箔后仍按原来方向前进，所以使α粒子发生大角度偏转的原因是在原子中极小的区域内集中着对α粒子产生库仑力的正电荷C．α粒子穿过原子时，只有少数粒子发生大角度偏转的原因是原子核很小，α粒子接近原子核的机会很小D．使α粒子发生大角度偏转的原因是α粒子穿过原子时，原子内部两侧的正电荷对α粒子的斥力不相等【答案】ABC【解析】电子的质量很小，当和α粒子作用时，对α粒子运动的影响极其微小，A项正确．α粒子发生大角度偏转，说明原子核的正电荷和几乎全部质量集中在一个很小的区域内，所以B、C两项正确，D项错误．考点二氢原子光谱与玻尔原子模型玻尔理论的原子理论概括为三点：轨道量子化、能量量子化和能级跃迁．应注意电子绕核做圆周运动时，不向外辐射能量，原子辐射的能量由能级跃迁决定．(多选)对于表达氢原子光谱的巴耳末系公式：1λ＝R(122－1n2)，下列认识中正确的是()A．氢原子产生的光谱是一系列波长不连续的谱线B．氢原子产生的光谱是一系列亮度不连续的谱线C．根据波尔的氢原子模型，巴尔末提出了巴尔末公式D．用波尔的能级跃迁公式hν＝Em－En，可以推导出巴耳末系公式【答案】AD【解析】公式1λ＝R(122－1n2)的n只能取整数，氢原子产生的光谱是一系列波长不连续的谱线，A项正确；B项错误．巴尔末根据氢原子光谱实验提出了巴尔末公式，玻尔在此基础上提出原子模型，用hν＝Em－En，可以推导出巴耳末系公式，C项错误，D项正确．(多选)由玻尔理论可知，下列说法中正确的是()A．电子绕核运动有加速度，就要向外辐射电磁波B．处于定态的原子，其电子做变速运动，但它并不向外辐射能量C．原子内电子的可能轨道是不连续的D．原子发生跃迁时，辐射或吸收光子的能量等于两个轨道的能量差【答案】BCD【解析】按照经典物理学的观点，电子绕核运动有加速度，一定会向外辐射电磁波，与客观事实相矛盾，故A项错．B、C、D三项是玻尔理论的假设，故都是正确的．考点三原子能级公式的应用1．氢原子的能级公式En＝1n2E1(n＝1，2，3，…)基态能量E1＝－13.6eV.注意：En为负值．2．吸收(放出)的光子的能量hν＝Em－En＝1n2E1－1m2E13．激发态n的氢原子的电离能ΔE＝0－En＝－1n2E1(2018·广州二模)氢原子第n能级的能量为En＝E1n2(n＝1，2，3，…)，其中E1是基态能量．若氢原子从第k能级跃迁到第p能级，辐射的能量为－536E1，第p能级比基态能量高－34E1，则()A．k＝3，p＝2B．k＝4，p＝3C．k＝5，p＝3D．k＝6，p＝2【答案】A【解析】根据第n能级的能量为：En＝E1n2(n＝1，2，3，…)第p能级比基态能量高－34E1，则：Ep＝14E1，所以p＝2根据玻尔理论有：ΔE＝Em－En(m＞n)当氢原子由第k能级跃迁到第2能级时，ΔE＝E1k2－E14＝－536E1可得：k＝3，A项正确，B、C、D三项错误．已知氢原子的基态能量为E1，激发态能量En＝E1/n2，其中n＝2，3，….用h表示普朗克常量，c表示真空中的光速．能使氢原子从第一激发态电离的光子的最大波长为()A．－4hc3E1B．－2hcE1C．－4hcE1D．－9hcE1【答案】C【解析】处于第一激发态时n＝2，故其能量E2＝E14，电离时释放的能量ΔE＝0－E2＝－E14，而光子能量ΔE＝hcλ，则解得λ＝－4hcE1，故C项正确，A、B、D三项错误．考点四能级图与能级跃迁1．氢原子能级图的特点量子数n越大，能量值越小，相邻的能级差越小．2．谱线条数的确定方法(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最多为Cn2＝n（n－1）2.3．原子吸收能量的两种情况(1)光照激发：能量等于能级差的光子可被吸收，能量大于电离能的光子可被吸收，其他光子不能被吸收．(2)实物粒子激发：只要粒子能量大于或等于能级差即可被吸收．(2018·沈阳三模)(多选)如图所示为氢原子的能级示意图，则下列说法正确的是()A．大量处于n＝3能级的氢原子向基态跃迁时，能发出3种不同频中的光B．一个处于n＝4能级的氢原子，最多只能放出6种光子C．一个处于n＝4能级的氢原子，由n＝4能级跃迁到n＝3能级产生的光子波长最大D．大量处于n＝3能级的氢原子，由n＝2能级跃迁到n＝1能级产生的光子频率最大【答案】AC【解析】大量处于n＝3能级的氢原子向低能级跃迁时，根据C32＝3知，可能发出3种不同频率的光子，由n＝3能级跃迁到n＝1能级产生的光子频率最大，A项正确，D项错误．一个处于n＝4能级的氢原子，跃迁次数最多的情况是从n＝4→3→2→1，可知最多只能放出3种光子．由n＝4能级跃迁到n＝3能级产生的光子能量最小，频率最小，波长最大故B项错误，C项正确．(2018·南充模拟)如图所示为氢原子的能级图，已知某金属的逸出功为6.44eV，则下列说法正确的是()A．处于基态的氢原子可以吸收能量为12.1eV的光子而被激发B．用能量为12.5eV的电子轰击处于基态的氢原子，不能使氢原子发生能级跃迁C．用n＝4能级跃迁到n＝1能级辐射的光子照射金属，从金属表面逸出的光电子最大初动能为6.31eVD．一群处于n＝4能级上的氢原子向低能级跃迁时最多产生4种谱线【答案】C【解析】A项，处于基态的氢原子若吸收能量为12.1eV的光子，氢原子的能量变成：E＝E1＋ΔE＝－13.6＋12.1＝－1.5eV，氢原子不存在－1.5eV的能级，所以可知处于基态的氢原子不能吸收能量为12.1eV的光子而被激发．故A项错误；B项，用能量为12.5eV的电子轰击处于基态的氢原子，由于：E2－E1＝－3.4－(－13.6)＝10.2eV，可知氢原子可以吸收电子的一部分能量发生能级跃迁．故B项错误；C项，用n＝4能级跃迁到n＝1能级辐射的光子照射金属，光子的能量：E＝E4－E1＝－0.85－(－13.6)＝12.75eV，从金属表面逸出的光电子最大初动能为：Ekm＝E－W＝12.75－6.44＝6.31eV.故C项正确；D项，一群处于n＝4能级上的氢原子向低能级跃迁时最多产生：C42＝6种谱线．故D项错误．(2018·青岛一模)红宝石激光器的工作物质红宝石是含有铬离子的三氧化二铝晶体，利用其中的铬离子产生激光．铬离子的能级图如图所示，E1是基态，E2是亚稳态，E3是激发态，若以脉冲氙灯发出的波长为λ1的绿光照射晶体，处于基态的铬离子受到激发而跃迁到E3，然后自发地跃迁到E2，释放波长为λ2的光子，处于亚稳态E2的离子跃迁到基态时辐射出的光就是激光，这种激光的波长λ为()A.λ1λ2λ2－λ1B.λ1λ2λ1－λ2C.λ1－λ2λ1λ2D.λ2－λ1λ1λ2【答案】A【解析】由题意和玻尔原子理论可知，E3－E1＝hcλ1，E3－E2＝hcλ2，E2－E1＝hcλ，由以上三式可得1λ＝λ2－λ1λ1λ2，A项正确．考点五原子能级跃迁中的能量变化1．电子的动能核外电子绕核做圆周运动，满足ke2r2＝mv2r，Ek＝ke22r，轨道半径r越大，电子的动能越小．2．原子电势能轨道半径增大时，电子克服库仑力做功，电势能增大．3．原子的能量根据能级公式，轨道半径越大，原子总能量越大．4．类比核外电子的运动与天体的圆周运动类似，动能、势能、总能量的变化规律相同．氢原子的核外电子从距核较近的轨道跃迁到距核较远的轨道过程中()A．原子要吸收光子，电子的动能增大，原子的电势能增大，原子的能量增大B．原子要放出光子，电子的动能减小，原子的电势能减小，原子的能量也减小C．原子要吸收光子，电子的动能增大，原子的电势能减小，原子的能量增大D．原子要吸收光子，电子的动能减小，原子的电势能增大，原子的能量增大【答案】D【解析】根据玻尔理论，氢原子核外电子在离核越远的轨道上运动时，其能量越大，由能量公式En＝E1n2(E1＝－13.6eV)可知，电子从低轨道(量子数n值较小)向高轨道(n值较大)跃迁时，要吸收一定的能量的光子．故B项可排除．氢原子核外电子绕核做圆周运动，其向心力由原子核对电子的库仑引力提供，即ke2r2＝mv2r，电子运动的动能Ek＝12mv2＝ke22r.由此可知：电子离核越远，即r越大时，电子的动能就越小，故A、C两项均可排除．(多选)氢原子核外电子发生了两次跃迁，第一次从外层轨道跃迁到n＝3轨道；第二次核外电子再从n＝3轨道跃迁到n＝2轨道，下列说法中正确的是()A．两次跃迁原子的能量增加相等B．第二次跃迁原子的能量减小量比第一次的大C．两次跃迁原子的电势能减小量均大于电子的动能增加量D．两次跃迁原子均要放出光子，第一次放出的光子能量要大于第二次放出的光子能量【答案】BC【解析】氢原子核外电子从外层轨道跃迁到内层轨道这一过程中，原子的能量减小，原子要放出光子，由能量守恒定律可知原子的电势能减小量大于电子的动能增加量．又由氢原子能级图知因跃迁到n＝3轨道放出的光子能量(或原子的能量减小量)最多为1.51eV，而氢原子核外电子从n＝3轨道跃迁到n＝2轨道放出的光子的能量(或原子的能量减小量)为1.89eV，B、C两项正确．