1.1 原子结构模型 课件 -2025-2026学年高二上学期化学鲁科版选择性必修2

该高中化学课件聚焦原子结构模型发展及核外电子运动状态，从焰火、霓虹等宏观现象导入，通过光谱类型及电子跃迁衔接原子模型历史演进，再过渡到量子力学对电子层、能级、原子轨道的微观描述，构建“宏观现象-模型建构-微观本质”的学习支架。 其亮点是以科学史为主线，结合α粒子散射实验、氢原子光谱等实验事实，通过“观察思考”“联想质疑”培养证据推理与模型认知，用表格归纳光谱分类、量子数关系等强化科学思维。学生能建立微观结构认知框架，教师可直接利用结构化资料提升教学效率。

绚丽壮观的焰火增加了节日欢乐的气氛，都市夜空色彩夺目霓虹装扮的美景会给你留下不可磨灭的记忆。你是否想过，这给你带来惊异和欢乐的美景是如何产生的？是什么产生了这不同颜色的光？这一节内容的学习，将会帮助我们揭开其中的秘密。 第一章原子结构与元素性质 第1节原子结构模型 学习目标 核心素养培养 1.了解有关核外电子运动模型的历史发展过程。会运用玻尔原子结构模型的基本观点解释原子光谱的特点。 证据推理与模型认知 2.结合量子力学对核外电子运动状态的描述认识微观电子不同于宏观物体,不能同时准确地测定电子的位置和速度。 宏观辨识与微观探析 3.知道电子运动的能量状态具有量子化的特征,电子可以处于不同的能级,在一定条件下会发生激发和跃迁。知道电子的运动状态(空间分布及能量)可以通过原子轨道和电子云模型来描述。 证据推理与模型认知 连续光谱：若由光谱仪获得的光谱是由各种波长的光所组成，且相近的波长差别极小而不能分辨，则所得光谱为连续光谱。如阳光等。 线状光谱：若由光谱仪获得的光谱是由具有特定波长的、彼此分立的谱线所组成的，则所得光谱为线状光谱。如氢原子光谱等。 知识支持: 1 光谱 （课本P3观察思考） 光谱：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，就得到所谓的光谱。 氢原子在电场的激发下发光形成的是线状光谱 太阳光折射后形成的是的连续光谱 2 连续光谱与线状光谱 3 原子的吸收光谱与发射光谱 发射光谱 知识支持 电光源、焰色反应、物质燃烧或高温下发光等都与原子核外电子的跃迁有关,而化学反应中的颜色变化与原子核外电子的跃迁无关。 光谱分析：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。 4 光谱分析 吸收光谱 发射光谱 归纳总结(大本P2） 1.光谱的分类 2.基态、激发态与光谱的联系 吸收光谱 发射光谱 3.吸收光谱与发射光谱的异同 电子从低能量轨道跃迁到高能量轨道以光子的形式吸收能量,产生的是吸收光谱,谱线是暗的;电子从高能量轨道跃迁到低能量轨道以光子的形式辐射能量,产生的是发射光谱,谱线是亮的。发射光谱和吸收光谱二者是相互对应的、不连续的线状光谱,谱线的多少与原子中电子的多少没有必然的联系,而是取决于电子在不同轨道之间的跃迁。 一、原子结构的发现史 1.道尔顿原子模型 (1803年） 2.汤姆生原子模型（1903年） 3.卢瑟福原子模型（1911年） 4.玻尔原子模型 (1913年） 5.量子力学模型 （20世纪20年代中期） 【课本P2】 德墨克里特 （Democritus 460~360 B.C,希腊哲学家） “原子”是构成物质的最小粒子。 认为： 每一样东西都是由最小的部分组成，而最小的部分不能再分。物体可以不断地切割直到最小部分，这一最小部分称为atomos，该词为希腊语，意思不能分割。 一、原子结构的发现史 1 道尔顿原子模型 原子是组成物质的基本粒子，它们是坚实的、不可再分的实心球。 将原子从扑朔迷离的哲学名词变为具有实在意义的微粒的概念 一、原子结构的发现史 2 汤姆生原子模型 原子是一个平均分布着正电荷的粒子，其中镶嵌着许多电子，中和了正电荷，从而形成了中性原子。 原子就不是不可再分的 开始涉及原子的内部结构 一、原子结构的发现史 想用粒子穿进原子 探究内部结构（质量、电性） 汤姆生的学生 卢瑟福 卢瑟福（Rutherford 1871~1937 英国物理学家） 一、原子结构的发现史 1、大部分α粒子都可以穿过薄的金箔 2、极少数α粒子好象打在坚硬的东西上，完全反弹回来。 3、少数α粒子穿过薄的金箔时，发生了偏转。 α粒子穿过金箔的散射实验 体积很小相对质量为4的带正电粒子 金箔示意图 卢瑟福通过实验推断出： 1、原子的大部分体积是空的； 2、原子核几乎集中了所有原子的质量； 3、核内有质子； 4、电子随意地围绕着一个带正电荷的很小的原子核运转。 原子核式模型 3 卢瑟福原子模型 原子中心有一个带正电荷的核，它的质量几乎等于原子的全部质量，电子在它的周围沿着不同的轨道运转，就象行星环绕太阳运转一样。 一、原子结构的发现史 原子核式模型 卢瑟福的原子结构理论将原子结构类比为太阳系，中心是带正电荷的原子核，外面绕着核转的是带负电荷的电子。 卢瑟福的原子结构理论遇到的问题：（阅读课本P3“观察思考”） 原子很稳定，而且实验证明氢原子光谱是具有特定波长、彼此分离的谱线组成的线状光谱。 根据卢瑟福的核式模型和经典电动力学，原子是 的， 原子光谱是 的。 不稳定 这又怎样解释呢？ 连续 但实际上呢？ 4 波尔原子模型 阅读课本第4页，追根寻源了解他是如何解释氢原子光谱是由特定波长、彼此独立的谱线组成的？ 一、原子结构的发现史 【阅读课本P3下】了解玻尔原子结构模型的基本观点 玻尔原子结构模型的观点： ⑴核外电子分层分布，且具有确定的圆周轨道，不辐射能量； ⑵不同轨道上具有不同能量，轨道能量、电子跃迁时的能量是量子化的； ⑶原子光谱是电子在基态与激发态之间跃迁产生的 n=4 n=3 n=2 n=1 吸收能量 释放能量 氢原子从一个电子 层跃迁到另一个电 子层时，吸收或释 放一定的能量，就 会吸收或释放一定 波长的光， 所以得到线状光谱 氢原子光谱 玻尔原子结构模型的成功之处 ①引入一个量子数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，而电子所处的轨道的能量是量子化的。 这些重要概念和观点至今对我们理解原子结构仍然具有启发性！ 课本P4上 玻尔原子结构模型不足之处： ①仍认为原子轨道是确定的圆周轨道 ②不能解释：（阅读P4-5联想质疑） 了解玻尔模型难以解释的问题 多电子原子的光谱； 氢原子光谱在磁场中的分裂现象； 氢原子光谱的精细结构 可以推测同一量子数n所标记的电子的运动状态的不同电子所具有的能量可能还存在差异，应用更多个量子数来描述． 阅读课本第5~6页，量子力学理论和利用四个量子数对核外电子运动状态的描述。 原子中电子的运动状态应用4个量子数来描述． 量子力学中单个电子的空间运动状态称为原子轨道. 二、量子力学对原子核外电子运动状态的描述 1、原子轨道 (1)电子层(能层) n 的取值 1 2 3 4 5 6 7 符号 ___ ___ ___ ___ ___ ___ ___ 离核远近   能量高低   K L M N O P Q 用来描述电子离核的远近,量子数n表示的电子的运动状态通常称为电子层（能层）。 远 近 高 低 （2）能级 ①描述同一电子层中能量不同的能级，也称为电子亚层， 用符号s、p、d、f、g、h…表示。 ②第1电子层(n=1，K 层)有1个能级：1s； 第2电子层(n=2，L 层)有2个能级：2s、2p； 第3电子层(n=3，M层)有3个能级：3s、3p、3d； 第4电子层(n=4，N层)有4个能级：4s、4p、4d、4f …… 每层的能级数=能层数n （１）原子光谱带来的疑问？ ①钠原子光谱在n=3到n=4之间会产生两(多)条谱线． ②氢原子光谱在n=１到n=２之间谱线实际上是两条靠得非常近的谱线． ③在磁场中所有原子光谱可能会分裂成多条谱线． 　　这些问题用玻尔的原子模型无法解释． n=4 n=3 n=2 n=1 联想与质疑 你能解释了吗？ （3）原子轨道 原子轨道（课本P5下）：用来描述 。 原子中单个电子的空间运动状态 ②表示方法： s能级中有1个原子轨道；p能级中有3个原子轨道（px 、py、 pz ，大小形状相同，空间取向不同）；d能级中有5个原子轨道；f能级中有7个原子轨道…… 对于第n层的s轨道，记做ns；对于第n层的3个p轨道分别记做npx 、npy、npz ；… ①第n层的原子轨道数=n2 （第n层有有n个能级） 为方便研究人为规定的，不是电子的实际运动轨迹。 ③无外磁场时，原子轨道的能量由能层和能级决定，即 1s<2s<3s<… (p、d同理)， ns<np<nd<… 无外磁场时，处于同一能级的原子轨道能量相同,如 npx = npy = npz (d、f同理) 有外加磁场时，处于同一能级的多个原子轨道能量略微不同,如 2px = 2py = 2pz (d、f同理) ③在磁场中所有原子光谱可能会分裂成多条谱线． 这就很好的解释 联想与质疑 （4）核外电子的“自旋”量子化状态（课本P6中间） ①描述在能量完全相同时运动的特殊状态，简称为电子自旋状态。 注意:电子自旋并不是像地球等行星一样“自转”,其实质还在探索中。②处于同一原子轨道上的电子自旋状态只有两种，通常用符号↑和↓表示。 ④同一原子中，不存在两个运动状态完全相同的电子 ③一个原子轨道最多只能有两个电子，第n层最多容纳电子数=2n2 ②氢原子光谱在n=１到n=２之间谱线实际上是两条靠得非常近的谱线． 钠原子的黄色谱线实际上也是两条靠得很近的两条谱线． 这就很好的解释 联想与质疑 【总结】核外电子的运动状态：电子层、能级、原子轨道、自旋状态（课本P6） 每层原子轨道数=n2 离核 近 ↓ 远 能量 低 ↓ 高 每层能级数=能层数 每层最多容纳电子数=2n2 1.阅读课本P6，从原子结构的角度解释霓虹灯发光的原理。 练习 焰色反应所发出的光：从能量变化的角度来说是发射光谱， 从波长特点来说是不连续的，因此也是线状光谱。 电光源、激光、焰色反应、物质燃烧或高温下发光等都与原子核外电子的跃迁有关,而化学反应中的颜色变化与原子核外电子的跃迁无关。 练习 2、找出下列条件下能级的数目,并写出其能级的符号： A. n=1 B. n=2 C. n=3 D. n=4 1 1s 2 2s 2p 3 3s 3p 3d 4 4s 4p 4d 4f 规律: 每层的能级数值=电子层数n 3、找出下列条件下原子轨道的数目的数目,并写出其能级的符号： A. n=1 B. n=2 C. n=3 1 1s 4 2s 2p (2px 2py 2pz) 3s 3p(3px 3py 3pz ) 3d (5种) 4．下列各电子层中不包含d能级的是( ) A．N电子层 B．M电子层 C．L电子层 D．K电子层 C D 5.下列能级中，轨道数为5的是（ ） A. s 能级 B. p 能级 C. d 能级 D. f 能级 C 7.以下各能级能否存在？如果能存在，各包含多少轨道？ ⑴ 2s ⑵ 2d ⑶ 4p ⑷ 5d ⑴2s存在，轨道数为1 ⑵2d不能存在 ⑶4p存在，轨道数为3 ⑷5d存在，轨道数为5 6.在1s、2px、2py、2pz轨道中，具有球对称性的是（ ） A. 1s B. 2px C. 2py D. 2pz A 2．原子轨道的图形描述（课本P7） 二、量子力学对原子核外电子运动状态的描述 s能级电子的原子轨道呈球形，即该原子轨道具有球对称性，电子层(能层)序数越大，原子轨道的半径越大。 (1)s电子的原子轨道 ⑵p电子的原子轨道 P电子的原子轨道是纺锤形(哑铃形)形的，每个P原子轨道有3 个轨道(伸展方向)，它们互相垂直， P轨道在空间的分布特点是分别相对于x、y、z轴对称， P原子轨道在空间的分布分别沿x、y、z方向。P原子轨道的平均半径也随电子层序数增大而增大。 S能级的原子轨道 P能级的原子轨道 d能级原子轨道有5个 f能级原子轨道有7个 大开眼界 微观粒子的运动状态有什么特点？怎样形象的描述电子的运动与分布呢？（课本P7下） 联想质疑 微观粒子的质量很小，速度极快，运动空间极小， 位置、速度不可同时测定。 但能通过对波函数进行处理，计算出电子在某处出现的概率。 (1)电子云图：描述电子在核外空间某处单位体积内的概率分布的图形。 3．电子在核外的空间分布 (2)意义：点密集的地方，表示电子在此处单位体积内出现的概率大；点稀疏的地方，表示电子在此处单位体积内出现的概率小。 注意： ①电子云是一个形象化描述 ②一个小黑点不代表一个电子 ③电子云的疏密代表电子在那里出现的概率密度的大小 电子云这个名词是用来描述原子或分子中电子在原子核外围各区域出现的概率的。为了直观，把电子的这种概率分布状况用图像表示时，以不同的浓淡代表概率的大小，其结果如同电子在原子核周围形成了云雾，所以叫电子云。 电子云是电子在核外空间各处出现概率密度大小的形象化描述。 原子结构的“量子力学模型” 现代科学家们在实验中发现，电子在原子核周围有的区域出现的次数多，有的区域出现的次数少，就像“云雾”笼罩在原子核周围。因而提出了原子结构的“电子云模型”即量子力学模型。该模型证明，电子绕核运动形成一个带负电荷的云团，在一个确定的时刻不能精确测定电子的确切位置。 氢原子的1s电子在原子核外出现的概率分布图 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称为原子轨道。 电子云和原子轨道的关系： ⑶量子力学中轨道的含义与玻尔轨道的含义不同，它既不是圆周轨道，也不是其他经典意义上的固定轨迹。（课本P8） (2)汤姆逊原子模型(1903年)：原子是一个平均分布着正电荷的粒子，其中镶嵌着许多电子，中和了正电荷，从而形成了中性原子。葡萄干布丁 归纳总结一 (1)道尔顿原子模型(1803年)：原子是组成物质的基本粒子，它们是坚实的、不可再分的实心球。 (3)卢瑟福原子模型(1911年)：在原子的中心有一个带正电荷的核,它的质量几乎等于原子的全部质量,电子在它的周围高速运动。 核式 (5)原子结构的量子力学模型(20世纪20年代中期)：现代物质结构学说。(原子轨道理论，4个量子数：电子层、能级、原子轨道、自旋) 电子云 (4)玻尔原子模型(1913年)：电子在原子核外空间的一定轨道上绕核做高速的圆周运动。(1个量子数：电子层) 核外电子分层排布 量子力学对原子核外电子运动状态的描述 核外电子的运动状态和原子轨道：电子层、能级、原子轨道、自旋状态 归纳总结二 玻尔原子结构模型的主要观点、成功之处、不足 光谱及光谱分析、氢原子光谱是线状光谱 为什么氢光谱是线状光谱？ n=4 n=3 n=2 n=1 吸收能量 释放能量 氢原子从一个电子 层跃迁到另一个电 子层时，吸收或释 放一定的能量，就 会吸收或释放一定 波长的光， 所以得到线状光谱 2、氢原子光谱 3、玻尔原子结构模型的成功之处 ①引入一个量子数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，而电子所处的轨道的能量是量子化的。 这些重要概念和观点至今对我们理解原子结构仍然具有启发性！ 归纳总结二 $