1.1.1 氢原子光谱和玻尔的原子结构模型-【步步高】2023-2024学年高二化学选择性必修2 （鲁科版2019，京粤闽皖豫宁陕）

第1节　原子结构模型 第1课时　氢原子光谱和玻尔的原子结构模型 [核心素养发展目标]　1.了解原子结构模型的演变历程和玻尔的原子结构模型的内容。2.理解基态、激发态和原子光谱等概念，认识原子光谱分析的应用。 一、原子结构模型的演变 不同时期的原子结构模型 时间或年代 1803年 1904年 1911年 1913年 20世纪 20年代中期 原子结 构模型 模型名称 道尔顿 原子论 “葡萄干布丁”模型 核式模型 玻尔原子 结构模型 量子力 学模型 相关科学家 道尔顿 汤姆孙 卢瑟福 玻尔 薛定谔 1．如图所示的原子结构模型依次符合卢瑟福、道尔顿、汤姆孙、玻尔的观点的是(　　) A．(1)(2)(3)(4) B．(2)(1)(3)(4) C．(1)(3)(2)(4) D．(1)(3)(4)(2) 答案　B 解析　卢瑟福提出了原子结构的核式模型；道尔顿认为原子是一个实心的球体；汤姆孙发现了电子，并提出了原子结构的“葡萄干布丁”模型；玻尔在卢瑟福核式模型的基础上建立起核外电子分层排布的原子结构模型，B项符合题意。 2．下列实验事实与原子结构模型建立的关系正确的是(　　) A．阴极射线实验发现电子：道尔顿原子结构模型 B．α粒子散射实验发现原子核：卢瑟福原子结构模型 C．氢原子光谱发现电子分层排布：卢瑟福原子结构模型 D．α粒子散射实验发现电子：汤姆孙原子结构模型 答案　B 解析　汤姆孙通过阴极射线实验发现电子，故A错误；卢瑟福根据α粒子散射实验提出了原子结构的核式模型，故B正确；玻尔为了解释氢原子光谱，提出了核外电子分层排布的原子结构模型，即玻尔原子结构模型，故C错误；汤姆孙发现电子，提出“葡萄干布丁”模型，故D错误。 二、氢原子光谱和玻尔的原子结构模型 1．光谱 (1)概念：利用原子光谱仪将物质吸收的光或发射的光的频率(或波长)和强度分布记录下来的谱线。 (2)形成原因：核外电子在不同轨道间跃迁时，会辐射或吸收能量。 (3)分类 光谱 2．氢原子光谱特点 氢原子光谱是线状光谱，与根据卢瑟福原子结构核式模型得到的推论不一致。 3．玻尔原子结构模型 (1)基本观点 运动轨迹 原子中的电子在具有确定半径的圆周轨道上绕原子核运动，并且不辐射能量 能量分布 在不同轨道上运动的电子具有不同的能量(E)，而且能量值是不连续(量子化)的。轨道能量依n值(n称为量子数，取值1、2、3、…)的增大而升高。对氢原子而言，电子处在n＝1的轨道时能量最低，这种状态称为基态；能量高于基态能量的状态，称为激发态 电子跃迁 电子在能量不同的轨道之间跃迁时，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 (2)贡献 ①成功地解释了氢原子光谱是线状光谱的实验事实。 ②阐明了原子光谱源自核外电子在能量不同的轨道之间的跃迁，指出了电子所处的轨道的能量是量子化的。如图所示： (3)吸收光谱与发射光谱 1．正误判断 (1)光是电子跃迁释放能量的重要形式之一(　　) (2)氢原子外围只有一个电子，故氢原子光谱只有一条谱线(　　) (3)氢原子光谱属于线状光谱(　　) (4)基态氢原子转变成激发态氢原子时释放能量(　　) (5)焰色试验与电子跃迁有关，属于化学变化(　　) 答案　(1)√　(2)×　(3)√　(4)×　(5)× 2．下列说法正确的是(　　) A．氢原子光谱是元素的所有光谱中最复杂的光谱之一 B．“量子化”就是不连续的意思，微观粒子运动均有此特点 C．玻尔理论不但成功地解释了氢原子光谱，而且还推广到其他原子光谱 D．所有原子中都含有质子、中子、电子三种微粒 答案　B 解析　氢原子光谱是元素的所有光谱中最简单的光谱，故A错误；玻尔理论具有局限性，只是解释了氢原子光谱，但对解释多电子原子的光谱却遇到困难，故C错误。 3．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．氖原子获得电子后转变成发出红光的物质 B．在电流的作用下，氖原子与构成灯管的物质发生反应 C．电子由激发态向基态跃迁时以光的形式释放能量 D．电子由基态向激发态跃迁时吸收除红光以外的光线 答案　C 解析　光是电子释放能量的一种重要形式，霓虹灯发光过程中没有新物质生成，故A错误；霓虹灯发光过程属于物理变化，没有发生化学反应，故B错误；由于处于激发态的氖原子不稳定，则电子由能量较高轨道跃迁到能量较低轨道时，多余的能量以光的形式释放出来，光的波长对应一定的颜色，故C正确。 4．激发态原子和基态原子可以通过电子跃迁的方式相互转化，跃迁过程中可得到光谱，下列说法正确的是(　　) A．元素K的焰色试验呈紫色(透过蓝色钴玻璃)，产生紫色的原因是化学变化 B．如图实验装置测得的是氢元素的吸收光谱 C．电子仅由激发态跃迁到基态才会产生原子光谱 D．原子光谱可以用于定性鉴定元素 答案　D 解析　元素K的焰色试验呈紫色(透过蓝色钴玻璃)，是钾原子中电子发生跃迁的结果，属于物理变化，A错误；该实验装置测得的是氢原子的发射光谱，B错误；原子光谱有吸收光谱和发射光谱两种，电子由激发态跃迁到基态时会产生原子发射光谱，C错误。 题组一　原子结构模型的演变 1．下列科学家都推动了原子结构模型的演变，其中提出“原子结构的核式模型”的科学家是(　　) A．玻尔 B．道尔顿 C．卢瑟福 D．汤姆孙 答案　C 解析　1911年，卢瑟福根据α粒子散射实验提出“原子结构的核式模型”，故选C。 2．下列是不同时期的原子结构模型，按提出时间的先后顺序排列正确的是(　　) ①玻尔原子结构模型　②“葡萄干布丁”模型　③量子力学模型　④道尔顿原子论　⑤核式模型 A．①③②⑤④ B．④②③①⑤ C．④②⑤①③ D．⑤④②①③ 答案　C 解析　①玻尔原子结构模型于1913年提出；②“葡萄干布丁”模型是由汤姆孙于1904年提出的；③量子力学模型于20世纪20年代中期提出；④道尔顿原子论于1803年提出；⑤核式模型由卢瑟福于1911年提出；故按提出时间的先后顺序排列正确的是④②⑤①③。 题组二　基态、激发态与光谱 3．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．①② B．②③ C．①④ D．③④ 答案　B 解析　对于同一原子，基态时比较稳定，基态时的能量比激发态时低，②③正确，①④错误。 4．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＝1 B．n＝2 C．n＝3 D．n＝4 答案　A 解析　对氢原子而言，电子处于n＝1的轨道时能量最低，称为基态，能量高于基态能量的状态称为激发态。 5．下列叙述不正确的是(　　) A．原子的核外电子处于能量最低的状态称为基态 B．原子的核外电子吸收能量而高于基态能量的状态称为激发态 C．焰色是电子从能量较低的轨道跃迁到能量较高的轨道时产生的 D．原子的核外电子由能量较高的轨道跃迁到能量较低的轨道时，辐射的能量可能以光的形式表现出来 答案　C 解析　基态原子是处于最低能量状态的原子，A正确；焰色是电子从激发态的能量较高的轨道跃迁到能量较低的轨道时产生的，C错误；原子的核外电子由能量较高的轨道跃迁到能量较低的轨道时，会放出能量，发光是释放能量的主要形式之一，D正确。 6．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，即电子所处轨道的能量是量子化的 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，电子跃迁吸收或释放的能量也是量子化的。 7．下列说法不正确的是(　　) A．原子光谱是测定物质结构的基本方法和实验手段 B．霓虹灯能够发出五颜六色的光，其发光机理与氢原子光谱形成机理基本相同 C．原子线状光谱的产生是原子核外电子在不同的、能量量子化的状态之间跃迁所导致的 D．“在高分辨钠原子光谱中的靠得很近的两条黄色谱线”可以利用玻尔原子结构模型较好地解释 答案　D 解析　玻尔原子结构模型能够成功地解释氢原子光谱，不能解释“在高分辨钠原子光谱中的靠得很近的两条黄色谱线”等复杂的光谱现象，故D错误。 8．氯化钠在灼烧过程中，发出黄色的光，下列对此现象的描述正确的是(　　) A．形成发射光谱，物理变化 B．形成发射光谱，化学变化 C．形成吸收光谱，物理变化 D．形成吸收光谱，化学变化 答案　A 解析　氯化钠在灼烧时，电子吸收能量由能量较低的轨道向能量较高的轨道跃迁，电子再从能量较高的轨道跃迁到能量较低的轨道时，多余的能量以光的形式释放出来，发出黄色的光，形成的是发射光谱，该过程是物理变化。 9．下列有关光谱的说法不正确的是(　　) A．原子中的电子在跃迁时能量的表现形式之一是光，这也是原子光谱产生的原因 B．电子由能量较低轨道跃迁至能量较高轨道时，可通过光谱仪直接摄取原子的发射光谱 C．燃放的焰火在夜空中呈现五彩缤纷的礼花与原子核外电子的跃迁有关 D．通过光谱分析可以鉴定某些元素 答案　B 解析　不同元素的原子发生跃迁时会吸收或释放不同的光，可以用光谱仪摄取各种元素原子的吸收光谱或发射光谱，A正确；电子由能量较低轨道跃迁至能量较高轨道时，要吸收能量，光谱仪摄取到的是吸收光谱，B错误；在现代化学中，常利用原子光谱上的特征谱线来鉴定元素，称为光谱分析，D正确。 10．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．冷却结晶 C．金属可以导电 　 D．夜空中的激光 答案　D 解析　钢铁长期使用后生锈是因为铁失去电子被氧化，A项错误；金属可以导电是因为自由电子在外加电场作用下发生了定向移动，C项错误。 11．吸收光谱和发射光谱统称为原子光谱。下列说法错误的是(　　) A．同一种元素原子的吸收光谱和发射光谱的特征谱线相同 B．霓虹灯光与原子核外电子发生跃迁释放能量有关 C．光谱仪可以摄取元素的吸收光谱和发射光谱 D．目前发现的元素都是通过原子光谱发现的 答案　D 解析　不同元素的原子发生跃迁时会吸收或释放不同的光，可以用光谱仪摄取各种元素的电子的吸收光谱或发射光谱，同一种元素原子的吸收光谱和发射光谱的特征谱线相同，故A、C正确；电子跃迁本质上是组成物质的粒子中电子的一种能量变化，霓虹灯光与原子核外电子发生跃迁释放能量有关，故B正确；每种元素都有自己的特征谱线，在历史上许多元素是通过原子光谱发现的，如铯和铷，但目前发现的元素并非都是通过原子光谱发现的，故D错误。 12．化学让生活更加美好，下列现象与原子核外电子跃迁释放能量无关的是(　　) A．棱镜分光 B．节日燃放的烟花 C．日光灯通电发光 D．璀璨的霓虹灯 答案　A 解析　棱镜分光是根据不同波长的光发生折射时角度不同将光束分散，与电子跃迁无关，A符合题意。 13．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 D．有外加磁场时氢原子光谱增加多条谱线 答案　D 解析　玻尔理论是针对电子的稳定存在和氢原子光谱为线状光谱的事实提出的，A项不符合题意；根据玻尔理论，在一给定的稳定轨道上，运动的核外电子不辐射能量，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，B、C项不符合题意；而对于有外加磁场时氢原子光谱增加多条谱线这一现象，玻尔的原子结构模型已无法解释，必须借助量子力学加以解释，D项符合题意。 14．回答下列问题： (1)日光等白光经棱镜折射后产生的是________光谱。原子光谱是________光谱。 (2)吸收光谱是由________的电子跃迁为________的电子产生的，此过程中电子________能量；发射光谱是由______的电子跃迁为__________的电子产生的，此过程中电子________能量。 答案　(1)连续　线状　(2)基态　激发态　吸收　激发态　基态　释放 解析　(1)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。 15．(1)1861年德国人基尔霍夫(G.R.Kirchhoff)和本生(R.W.Bunsen)研究锂云母的某谱时，发现在深红区有一新线，从而发现了铷元素，他们研究的是________________。 (2)含有钾元素的盐的焰色试验为________色。许多金属的盐都可以进行焰色试验，其原因是________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 答案　(1)原子光谱 (2)紫　激发态的电子从能量较高的轨道跃迁到能量较低的轨道时，以一定波长(可见光区域)光的形式辐射能量 学科网（北京）股份有限公司 $$