1.1.1 氢原子光谱和玻尔的原子结构模型 课件 2025-2026学年高二上学期化学鲁科版选择性必修2

该高中化学课件围绕原子结构模型演变及玻尔原子结构模型展开，从道尔顿实心球、汤姆生葡萄干布丁到卢瑟福核式模型逐步导入，通过卢瑟福模型无法解释原子稳定性和线状光谱的问题，搭建“旧模型困境-新模型提出”的学习支架。 其亮点是以科学史为主线，结合α粒子散射、氢原子光谱等实验现象驱动模型建构，体现科学思维中的证据推理与模型认知。通过霓虹灯、焰色反应等实例联系生活，落实科学探究与实践，学生能形成结构化知识，教师可提升教学效率。

1. 1. 1 氢原子光谱和 玻尔的原子结构模型 原子结构与元素性质 第一章 近代科学原子论 （1803年） ●一切物质都是由最小的不能再分的粒子——原子构成。 ●原子模型： 原子是坚实的、 不可再分的实心球。 英国化学家道尔顿 （J.Dalton , 1766～ 1844) 一、 原子结构模型的演变 阴极射线实验发现电子 原子光 谱实验 α 粒子散射实验 道尔顿原子模型 量子力学理论 一、 原子结构模型的演变 阴极射线实验 1897年约瑟夫·约翰·汤姆生根据放 电管中的阴极射线在电磁场和磁场作用下的轨迹确定阴极射线中的粒子带负电，并测出其荷质比， 发现了电子。 实验表明： 阴极射线(电子流)带 负 电， 电荷量与H+ 相同， 质量只有最轻的原子的 1/2000。 阴极射线实 验发现电子 原子光 谱实验 α 粒子散射实验 量子力学理论 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 阴极射线实 电荷， 从而形成了 中性原子。 验发现电子 一、 原子结构模型的演变 汤姆生葡萄干布丁模型 英国物理学家汤姆生 （J.J.Thomson , 1856～ 1940） 原子光 谱实验 α 粒子散射实验 量子力学理论 正电荷球 电子 一、 原子结构模型的演变 卢瑟福α粒子散射实验 量子力 检测器 少数α粒子转向 个别α粒子反弹 原子的质量集中于原子核 4He2+ α粒子通过 α粒子束 原子核与α粒子电性相同(正电) 原子内部大部分区域是空的 学理论 绝大多数 放射源 金箔 英国科学家卢瑟福 （E.Rutherford, 1871～ 1937) ①原子的大部分体积是空的 ②原子由原子核和核外电子构成。 ③原子核带正电荷， 位于原子的中心； 电子带负电荷， 阴极射线实 验发现电子 在原子核周围空间做高速运动。 一、 原子结构模型的演变 卢瑟福核式原子模型 什么是原子光谱？玻尔的原子结构模型解决了什么问题？ 原子光 谱实验 α 粒子散射实验 量子力学理论 （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。 二、 氢原子光谱和玻尔的原子结构模型 1.光谱 光属于电磁波，不同波长的光具有不同能量 E＝hυ υ = c/λ 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。 二、 氢原子光谱和玻尔的原子结构模型 （3） 连续光谱和线状光谱 氢气光谱管 。氢原子光谱是线状光谱。 。氢原子是最简单的原子， 其光谱也最简单。 高压电源 二、 氢原子光谱和玻尔的原子结构模型 （3） 连续光谱和线状光谱 2. 氢原子光谱的特点 波长： 380~760nm （可见光范围内） 线状光谱： 具有特定波长、 彼此分立的谱线所组成的光谱。 分光镜 例， 氢原子光谱 核外电子绕核运动 自动且连续地辐射电磁波 电子轨道半径连续变小， 电子最终坍塌在原子核上 二、 氢原子光谱和玻尔的原子结构模型 卢瑟福原子模型的困境： 矛盾二： 无法解释原子光谱的分立性 矛盾一： 无法解释原子的稳定性 辐射电磁波频 率连续变化 原子是不 稳定的 二、 氢原子光谱和玻尔的原子结构模型 3.玻尔的原子结构模型 为 了解释氢原子光谱， 玻尔在卢瑟福核式模型的基础上提出了核外电子分层排布的原子结构模型 丹麦科学家 玻尔 能量 N M LK 激发态 获得了1922年的诺贝尔物理学奖 基 态 > 电子分层排布模型 二、 氢原子光谱和玻尔的原子结构模型 3.玻尔的原子结构模型 （1） 基本观点 ①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。 ——定态假设 ②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。——针对原子稳定性提出 。轨道能量随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。 n=1 n基态氢原子 n=2 n=3 处于最低能量 状态的原子 二、 氢原子光谱和玻尔的原子结构模型 （1） 基本观点 n=1 n=2 n=3 基态原子吸收能量， 它的电子会跃迁到 较高 能量轨道，变成激发态原子 激发态原子 基态原子 3.玻尔的原子结构模型 n激发态氢原子 能 量 二、 氢原子光谱和玻尔的原子结构模型 （1） 基本观点 ③只有当 电子从一个轨道 （能量为Ei ） 跃迁到另一个轨道 （能量为Ej）时， 才会辐射或吸收能量。 当辐射或吸收的能量以光的形式表现出来 并被记录， 就形成了光谱。 处于较高能量 发射 光谱 处于最低能量 3.玻尔的原子结构模型 收 量吸 能 电 子 跃 迁 放 量释 能 激发态原子 基态原子 吸收光谱 原子 锂、 氦、 汞的吸收光谱 锂、 氦、 汞的发射光谱 利用特征谱线 发现元素： 如铯、 铷、 氦 光谱分析： 原子光谱 鉴定元素 二、 氢原子光谱和玻尔的原子结构模型 亮背景, 暗线, 线状光谱 （不连续） 暗背景, 亮线, 线状光谱 （不连续） 吸收光谱和发射光谱 光谱分析仪 电子所处的轨道的能量是量子化的； 电子跃迁吸收(或辐射)的能量也是量子化的 （ 2— =hυ υ = c/λ 波长是不连续的） 。 氢原子的电子在不同的电子层间跃迁会辐射出不同的能量， 从而形成多条谱线。 原子线状光谱的产生是原子核外的电子在不同的、 能量量子化的轨道之间跃迁导致的。 二、 氢原子光谱和玻尔的原子结构模型 为什么氢原子光谱是由具有特定波长、 彼此分立的谱线组成的？ n=1 激发态 基态 释放能量 吸收能量 E3 二、 氢原子光谱和玻尔的原子结构模型 拓展应用： 与 电子跃迁有关现象 物理变化 LED灯光 霓虹灯光 焰火 激光 荧光 例如， 在灯管中充入氖气， 通电后在电场作用下， 放电管里氖原子中的 电子吸收能量后激发到能量较高的轨道， 但处在能量较高轨道上的电子会很快以光的形式辐射能量而跃迁回能量较低的轨道， 所发出的光的波长恰好位于可见光区域中的红色波段， 所以我们看到的是红色光。 对霓虹灯而言， 灯管中填充的气体不同， 在高电压的激发下发出的光的 颜色就不同。 二、 氢原子光谱和玻尔的原子结构模型 拓展应用： 与 电子跃迁有关现象 物理变化 （1） 霓虹灯 二、 氢原子光谱和玻尔的原子结构模型 拓展应用： 与 电子跃迁有关现象 物理变化 （2） 焰色反应 原理： 金属原子吸收能量， 外层电子激发至较高能量轨道， 向低能量轨道跃迁时， 辐射出一定波长的电磁波， 在可见光范围内具有颜色。 二、 氢原子光谱和玻尔的原子结构模型 3.玻尔的原子结构模型 （2） 贡献 成功解释了氢原子光谱是线状光谱的实验事实， 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。 （3） 不足之处 电子跃迁 在钠原子中 n=4 n=3 产生多条谱线 无外加磁场时，mmmmo 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。 无法解释： 无法解释原子光谱的精细结构 三、 现代化学电子云模型 20世纪20年代以来： 现代模型 （电子云模型） 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。 薛定谔等： 量子力学模型 玻尔： 玻尔原子结构模型， 核外电子分层排布的原子结构模型 卢瑟福： 行星模型/核式模型 汤姆生： “ 葡萄干布丁 ”模型，开始涉及原子内部结构 道尔顿： 实心球模型， 提出原子论 科学家探索 原子结构的 一般方法 原有模型 技术发展 创造性的设计实验创造性地提出新理论 宏观类别 建构新模型 技术发展 原子光 谱实验 阴极射线实验发现电子 原子结构模型的演变 原子结构认识发展 α 粒子散射实验 量子力学理论 模型应用 原子结构模型的演变 贡献与不足 第一节 第1课时 氢原子光谱和玻尔的原 -[ 子结构模型 主要理论 与 电子跃迁有关的现象 课堂小结 玻尔原子结构模型 光谱的成因及分类 贡献与不足 相关科学家 l 主要理论 原子光谱 相关实验 应用 课堂练习 1.正误判断 (√光是电子跃迁释放能量的重要形式之一 (×氢原子外围只有一个电子， 故氢原子光谱只有一条谱线(√ 氢原子光谱属于线状光谱 (× 基态氢原子转变成激发态氢原子时释放能量 (× 焰色试验与电子跃迁有关， 属于化学变化 课堂练习 2.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 无法解释原子光谱的精细结构 $