第1章 第1节 原子结构模型（Word教参）-【精讲精练】2025-2026学年高中化学选择性必修第二册（鲁科版）

本讲义聚焦原子结构模型核心知识点，系统梳理从玻尔模型（解释氢原子线状光谱、能量量子化）到量子力学描述核外电子运动状态（电子层、能级、原子轨道、自旋）的知识脉络，搭建从经典模型到量子化认知的学习支架。 该资料通过问题链（如氢原子光谱成因）引导科学思维，结合焰色试验等生活实例深化化学观念，利用电子云图等图表直观化抽象概念。例题与练习题设计兼顾课中教学互动和课后查漏补缺，助力学生理解物质结构与性质关系，培养科学探究能力。

第1节　原子结构模型 [素养目标]　1.了解玻尔原子结构模型的基本观点及如何用其解释氢原子光谱的特点。2.能应用量子力学对原子核外电子的运动状态进行描述。3.了解原子轨道和电子云的含义。 知识点一　氢原子光谱和波尔的原子结构模型 一、原子结构模型的发展史 二、原子光谱和氢原子光谱 1．原子光谱 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的谱线。 2．氢原子光谱 氢原子光谱是由具有特定波长、彼此分立的谱线组成的线状光谱。 三、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 能量特征 在不同轨道上运动的电子具有不同的能量(E)，而且能量是不连续的，即能量是“量子化”的。轨道能量依n(量子数)值(1,2,3…)的增大而升高。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 光谱成因 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时，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。 1．氢原子核外只有1个电子，其原子光谱为什么是多条线状光谱呢？ 提示： 氢原子中的核外电子可以处于不同的电子层，当从一个电子层跃迁到另一个电子层时，以光子的形式吸收或释放一定的能量，这些能量是量子化的，所以得到多条线状光谱。 2．原子光谱分为发射光谱和吸收光谱两种，氢原子的发射光谱和吸收光谱两者之间有什么异同点？ 提示：氢原子核外电子从低能量轨道跃迁到高能量轨道吸收能量，产生的是吸收光谱，从高能量轨道跃迁到低能量轨道辐射能量，产生的是发射光谱；发射光谱是释放光子，谱线是亮的，吸收光谱是吸收光子，谱线是暗的。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。如下图所示： 3．金属焰色试验和霓虹灯的发光原理是什么？ 提示：金属的焰色试验是金属及其化合物在灼烧时，原子中的电子吸收能量从低能量的轨道跃迁到高能量的轨道，霓虹灯的发光是灯管在高压放电的条件下，其中稀有气体原子中的电子吸收能量从低能量的轨道跃迁到高能量的轨道，处在高能量状态的电子是不稳定的，会很快以一定波长的光子的形式辐射能量而跃迁到低能量轨道，由此产生一定颜色的光。 1．原子光谱的分类 2．基态、激发态与原子光谱的联系 3．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。 1．人类对原子结构的认识经历了漫长过程，其中首次将“量子化”观点应用到原子结构，并成功解释了氢原子光谱是线状光谱的科学家是(　　) A．道尔顿　　　　　 B．汤姆逊 C．玻尔 D．卢瑟福 解析　道尔顿提出了原子论，从哲学意义上回答了物质的构成问题；汤姆逊提出了“葡萄干布丁”原子结构模型，首次涉及到了原子的内部结构，主观地认为原子是由带正、负电荷的粒子构成；玻尔首次在原子结构中引入“量子化”观点，并提出了核外电子分层排布的原子结构模型，由此成功地解释了氢原子光谱是线状光谱的科学事实；卢瑟福提出了原子结构的核式模型，认为原子是由原子核和核外电子构成，并阐释了二者的质量、电性和体积关系。 答案　C 2．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为(　　) A．电子由激发态向基态跃迁时以红光的形式释放能量 B．电子由基态向激发态跃迁时吸收除红光以外的光线 C．氖原子获得电子后转变成发出红光的物质 D．高压电流发出了红光 解析　通电后基态氖原子的电子吸收能量，跃迁到较高能级，由于处于激发态的氖原子不稳定，则电子从激发态跃迁到较低能级的激发态乃至基态时，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，且霓虹灯发光过程中没有新物质生成，则A正确，B、C、D错误。 答案　A 3．回答下列问题。 (1)生活中有许多与光有关的现象，下列光现象与核外电子跃迁有关的是________(填字母)。 (2)如图①②③④原子结构模型中依次符合卢瑟福、道尔顿、汤姆孙、玻尔的观点的是______(填序号)。 (3)原子结构模型是人们基于对物质微观结构的认识而建立的。原子这一概念最早是由英国科学家道尔顿在1803年提出来的，当时原子只是一个哲学意义上的概念，即构成物质最小的实心粒子，后来经过汤姆逊、卢瑟福、波尔等人的进一步完善，进而形成了目前人们普遍接受的原子结构模型，即原子由原子核(质子和中子)和核外电子构成，电子在核外分层排布，并绕核做不规则的高速运动。 ①按照卢瑟福的核式模型推测，氢原子光谱应该是______光谱，其原因是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。 ②按照玻尔原子结构模型推测，氢原子光谱应该是______光谱，其原因是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。 答案　(1)ABCF　(2)①②④③　(3)①连续　根据经典的电动学观点，氢原子中绕核高速运动的电子受到核的引力，一定会自动且连续地辐射能量，最终坍塌到原子核上，进而形成波长呈连续分布的连续光谱 ②线状　氢原子的核外电子通常在具有一定半径的圆周轨道上绕核运动，且不释放能量，在不同轨道上运动的电子的能量是量子化的，不连续的，当电子从一个轨道跃迁到另一个轨道时，辐射或吸收的能量是不连续的，进而形成波长不连续分布的线状光谱 知识点二　量子力学对原子核外电子运动状态的描述 一、核外电子运动状态的描述 1．电子层(n) 分层标准 电子离核的远近 取值 1 2 3 4 5 6 7 符号 K L M N O P Q 能量 低→高 离核 近→远 2.能级 在同一电子层中，电子所具有的能量也可能不同，即同一电子层的电子可处于不同的能级，当n＝x时，有x个能级，分别用符号s、p、d、f等来表示。 3．原子轨道 概念 单个电子在原子中的空间运动状态 各能级上对应的原 子轨道数 ns np nd nf 1 3 5 7 4.自旋运动 处于同一原子轨道上的电子自旋状态只能有两种，分别用符号“↑”和“↓”表示。 二、原子轨道的图形描述 三、电子在核外的空间分布 1．电子运动的特点 电子质量非常小、运动速度极快且运动空间极小，故不能确定某一时刻原子中的电子的精确位置，只有统计电子在原子核外空间出现的概率大小。 2．电子云图 (1)概念：描述电子在核外空间某处单位体积内出现的概率分布的图形。 (2)意义：用单位体积内小点的疏密程度表示电子在原子核外某处单位体积内出现概率的大小。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。 1．每个电子层上的能级数目与电子层序数n有什么关系？是不是每个电子层上都有s、p、d、f能级？ 提示：电子层上的能级数目＝电子层序数n，因此并不是所有的电子层都有s、p、d、f能级。 2．当量子数为n时，能级、原子轨道数、最多可容纳的电子总数和n有怎样的关系？ 提示：能级数＝n，原子轨道数＝n2，电子总数＝2n2。 3．在同一电子层的同一能级上运动的电子，其运动状态相同吗？ 提示：不相同。同一能级上运动的电子所处的轨道不一定相同，即使是同一原子轨道，电子的自旋状态有2种，运动状态也不同，故同一原子中的各电子的运动状态都不同。 4．如何比较原子中电子的能量高低？ 提示：在多电子原子中，电子填充原子轨道时，原子轨道能量的高低存在如下规律： ①相同电子层上原子轨道能量的高低：ns＜np＜nd。 ②不同电子层、形状相同的原子轨道能量的高低：1s＜2s＜3s；2p＜3p＜4p。 ③相同电子层、形状相同的原子轨道能量的高低：2px＝2py＝2pz。 1．电子层、能级和原子轨道之间的关系 量子数n (电子层) 能级 原子轨道 自旋状态 取值 符号 符号 符号 数目 符号 1 K s 1s 1 ↑或↓ 2 L s 2s 1 p 2px、2py、2pz 3 3 M s 3s 1 p 3px、3py、3pz 3 d 3d 5 4 N s 4s 1 p 4px、4py、4pz 3 d 4d 5 f 4f 7 2.不同原子轨道能量大小的关系 (1)原子核外电子的运动状态按能量不同分为不同的电子层，同一电子层又按能量不同分为不同的能级，每个能级(s能级除外)中又分为能量相同但空间分布不同的原子轨道，每个轨道中最多填充2个自旋状态不同的电子。由此可知，在任何一个原子中找不到两个完全相同的电子。 (2)任一电子层的能级总是从s能级开始，而且能级数＝电子层数。 (3)每个电子层(n)中，原子轨道总数为n2个，电子的运动状态最多有2n2种。 (4)原子核外电子的能量取决于电子层和能级。 (5)一般离核越近的电子具有的能量越低。　 1．(2024·天津红桥区模拟)若n＝3，以下能级符号错误的是(　　) A．np　　　　　　　 B．nd C．nf D．ns 解析　每一电子层含有的能级数与其电子层数相等，则n＝3时，电子层数为3，则有3s、3p、3d能级，不存在3f能级，从n＝4时开始出现f能级，C错误。 答案　C 2.图甲和图乙分别是1s电子的电子云图和原子轨道图。下列有关认识正确的是(　　) A．图甲中的每个小黑点表示1个电子 B．图甲中的小黑点表示某一时刻，电子在核外所处的位置 C．图乙表示1s电子只能在球体内出现 D．图乙表明1s轨道呈球形，有无数对称轴 解析　图甲中每个小黑点并不代表一个电子，而是电子出现的概率的形象化描述，不是电子在核外所处的位置，A、B错误；“轨道”是指电子在原子核外空间出现概率较大的区域，C错误；1s轨道呈球形，有无数对称轴，D正确。 答案　D 3．(双选)下列有关原子轨道的描述，正确的是(　　) A．从空间结构看，2s轨道比1s轨道大，其空间包含了1s轨道 B．p能级的能量一定比s能级的能量高 C．2p、3p、4p能级的轨道数相同 D．2px、2py、2pz轨道相互垂直，且能量不相等 解析　2s轨道半径比1s轨道大，从空间结构看，2s轨道比1s轨道大，其空间包含了1s轨道，A正确；同一能层p能级的能量一定比s能级的能量高，不同能层s能级的能量可能高于p能级，如4s＞3p，B错误；2p、3p、4p能级的轨道数相同，C正确；2px、2py、2pz轨道相互垂直，且能量相等，D错误。 答案　AC 1．为揭示原子光谱是线状光谱这一事实，玻尔提出了核外电子分层排布的原子结构模型。下列说法不符合这一理论的是(　　) A．在不同轨道上运动的电子具有不同的能量 B．电子在具有确定半径的轨道上运动时，不辐射能量 C．电子跃迁时，会吸收或辐射特定的能量 D．钠原子的原子光谱中存在靠得很近的两条黄色谱线 解析　核外电子在特定的原子轨道上运动，轨道具有固定的能量，则在不同轨道上运动的电子具有不同的能量，A不符合题意；原子中的电子在具有确定半径的轨道上运动时，具有的能量不变，则不辐射能量，B不符合题意；电子跃迁时，电子会从一个轨道跃迁到另一个轨道，会吸收或辐射特定的能量，C不符合题意；钠原子的黄色谱线是靠得很近的两条谱线的事实，与同一原子轨道中存在自旋方向相反的两个电子有关，而与电子的分层排布无关，D符合题意。 答案　D 2．第N电子层所含能级数、原子轨道数和最多容纳电子数分别为(　　) A．3、9、18 B．4、12、24 C．5、16、32 D．4、16、32 解析　每一电子层包含的能级数目等于该电子层的序数，故第N电子层包含s、p、d、f四个能级，每一能级所能容纳的最多电子数是其原子轨道数目的2倍，以s、p、d、f…排序的各能级可以容纳的最多电子数依次为1、3、5、7…的2倍，故第N电子层含有4个能级，16个原子轨道，最多容纳的电子数为32个。 答案　D 3．(2024·衡水模拟)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会发生能量的变化，能量的表现形式之一是光(辐射)，这也是原子光谱产生的原因 B．氢原子核外只有一个电子，它产生的原子光谱中只有一根或明或暗的线 C．通过原子光谱可以发现新的元素，也可以鉴定某些元素 D．同一原子的发射光谱和吸收光谱的特征谱线位置相同 解析　原子中的电子在跃迁时会发生能量的变化，能量的表现形式之一是光(辐射)，这也是原子光谱产生的原因，电子从基态向激发态跃迁时会吸收能量，形成吸收光谱，电子从激发态向基态跃迁时会放出能量，形成发射光谱，A正确；氢原子核外只有一个电子，但它的激发态存在多种情况，当电子跃迁回较低状态时释放能量不同，发出光线不同，故它产生的原子光谱中不会只有一根或明或暗的线，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，C正确；同一原子的发射光谱和吸收光谱的特征谱线位置相同，D正确。 答案　B 4．玻尔理论、量子力学理论都是对核外电子运动状态的描述，根据对它们的理解，判断下列叙述正确的是(　　) A．因为s轨道的形状是球形，所以s电子做圆周运动 B．3px、3py、3pz的差异之处在于三者中电子(基态)的能量不同 C．在同一能级上运动的电子，其运动状态肯定相同 D．原子轨道和电子云都是用来形象地描述电子运动状态的 解析　s轨道是球形的，但s电子并不是在做圆周运动，s电子云图中黑点的疏密表示电子在核外空间某处单位体积内出现的概率大小，A错误；p能级有3个原子轨道，同一能级上的原子轨道能量相同，则E(3px)＝E(3py)＝E(3pz)，B错误；1个原子轨道上最多容纳2个电子，2个电子的自旋状态不同，其运动状态不同，则同一能级上电子的运动状态肯定不同，C错误；原子轨道和电子云都是用来形象地描述电子运动状态的，D正确。 答案　D 5．(1)在基态多电子原子中，关于核外电子能量的叙述错误的是________(填字母)。 a．最易失去的电子能量最高 b．同一电子层的不同能级上的原子轨道，能量大小不同 c．在离核最近区域内运动的电子能量最高 (2)比较下列多电子原子的原子轨道的能量高低(用“＞”“＜”或“＝”表示)。 ①1s,3d：________； ②3s,3p,3d：________； ③2p,3p,4p：________； ④3px,3py,3pz：________。 (3)基态铝原子核外电子云有________种不同的伸展方向，共有________种不同能级的电子，有________种不同运动状态的电子。 解析　(1)能量越高的电子，在离核越远的区域运动，也越容易失去，a项正确；多电子原子在第n层中不同能级的能量大小顺序为E(ns)＜E(np)＜E(nd)＜E(nf)……，b项正确；离核越近，电子能量越低，c项错误。 (2)在多电子原子中，原子轨道能量的高低存在如下规律：①形状相同的原子轨道能量的高低顺序为1s＜2s＜3s＜4s……，3d＜4d＜5d……；②相同电子层上原子轨道能量的高低顺序为ns＜np＜nf；③电子层和能级均相同的原子轨道的能量相等，如3px＝3py＝3pz。原子轨道的能量高低顺序依次为①1s＜3d；②3s＜3p＜3d；③2p＜3p＜4p；④3px＝3py＝3pz。 (3)s轨道只有1个伸展方向，p轨道有3个伸展方向。基态Al原子的电子排布为1s22s22p63s23p1，包括s轨道和p轨道，因此其核外电子云的伸展方向有4种；共有5种不同能级的电子；核外13个电子的运动状态各不相同，因此核外有13种不同运动状态的电子。 答案　(1)c　(2)①1s＜3d　②3s＜3p＜3d ③2p＜3p＜4p　④3px＝3py＝3pz　(3)4　5　13 学科网（北京）股份有限公司 $