原子的能級(jí)結(jié)構(gòu)

1、第四節(jié)原子的能級(jí)結(jié)構(gòu)學(xué) 習(xí) 目 標(biāo)知 識(shí) 脈 絡(luò)1.了解能級(jí)、基態(tài)和激發(fā)態(tài)的概念.2.理解原子發(fā)射和吸收光子的能量與能級(jí)差的關(guān)系(重點(diǎn))3.能用玻爾原子理論簡(jiǎn)單解釋氫原子光譜(難點(diǎn))4.知道氫原子的能級(jí)圖(重點(diǎn))能級(jí)結(jié)構(gòu)猜想1猜想：氫氣在放電過(guò)程中，氫原子的能量也在減少如果能量是連續(xù)減少的，那么形成的光譜必定是連續(xù)譜，但是氫原子光譜是分立的，因此我們猜想原子內(nèi)部的能量也是不連續(xù)的2能級(jí)：原子內(nèi)部不連續(xù)的能量稱為原子的能級(jí)3躍遷：原子從一個(gè)能級(jí)變化到另一個(gè)能級(jí)的過(guò)程叫做躍遷4光子頻率與能級(jí)差關(guān)系式：hEmEn.1處在高能級(jí)的原子自發(fā)地向低能級(jí)躍遷，這個(gè)過(guò)程中要吸收光子(×)2原子吸收了

2、特定頻率的光子或通過(guò)其他途徑獲得能量時(shí)，可從低能級(jí)向高能級(jí)躍遷()3原子從低級(jí)躍遷到高能級(jí)，原子只吸收確定的能量，剩余的能量作為電子碰撞后運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能()你能結(jié)合愛(ài)因斯坦的光子說(shuō)解釋能級(jí)不連續(xù)性嗎？【提示】光子說(shuō)提出光的能量是一份份的，每一份能量為h，每一份稱為一個(gè)光子；光子能量在被電子吸收時(shí)，是一個(gè)光子對(duì)一個(gè)電子的行為，因此原子吸收(或放出)的能量也是不連續(xù)的，因此能級(jí)差也是不連續(xù)的，即能級(jí)是不連續(xù)性的.氫原子的能級(jí)玻爾理論1玻爾氫原子能級(jí)公式En，(n1,2,3)n被稱為能量量子數(shù)2基態(tài)(1)定義：在正常狀態(tài)下，氫原子處于最低的能級(jí)E1(n1)，這個(gè)最低能級(jí)對(duì)應(yīng)的狀態(tài)稱為基態(tài)(2)基態(tài)能量：

3、E113.6 eV.3激發(fā)態(tài)：當(dāng)電子受到外界激發(fā)時(shí)，可從基態(tài)躍遷到較高的能級(jí)E2，E3上，這些能級(jí)對(duì)應(yīng)的狀態(tài)稱為激發(fā)態(tài)4玻爾理論的兩條基本假設(shè)(1)定態(tài)假設(shè)原子系統(tǒng)中存在具有確定能量的定態(tài)，原子處于定態(tài)時(shí)，電子繞核運(yùn)動(dòng)不輻射也不吸收能量(2)躍遷假設(shè)原子系統(tǒng)從一個(gè)定態(tài)躍遷到另一個(gè)定態(tài)，伴隨著光子的發(fā)射和吸收1氫原子的能量是不連續(xù)的，只能取一些定值也就是說(shuō)氫原子的能量是量子化的()2氫原子能級(jí)表達(dá)式是瑞士的巴耳末最先得出的(×)3能級(jí)間的躍遷產(chǎn)生不連續(xù)的譜線，從不同能級(jí)躍遷到某一特定能級(jí)就形成一個(gè)線系()1電子在核外的運(yùn)動(dòng)真的有固定軌道嗎？玻爾理論中的軌道量子化又如何解釋？【提示】在原

4、子內(nèi)部，電子繞核運(yùn)動(dòng)并沒(méi)有固定的軌道，只不過(guò)當(dāng)原子處于不同的定態(tài)時(shí)，電子出現(xiàn)在rnn2r1處的概率大2如圖3­4­1所示，為一氫原子的能級(jí)圖，一個(gè)氫原子處于n4的能級(jí)圖3­4­1該氫原子向低能級(jí)躍遷時(shí)，最多能輻射出幾種頻率的光子？【提示】3種1玻爾的原子模型(1)定態(tài)假設(shè)：原子只能處于一系列不連續(xù)的能量狀態(tài)之中，在這些狀態(tài)中原子是穩(wěn)定的，電子雖然繞核做圓周運(yùn)動(dòng)，但并不向外輻射能量這些狀態(tài)叫定態(tài)(2)躍遷假設(shè)：原子從一種定態(tài)(設(shè)能量為Em)躍遷到另一種定態(tài)(設(shè)能量為En)時(shí)，它輻射或吸收一定頻率的光子，光子的能量由這兩種定態(tài)的能量差決定，即hEmEn.2盧

5、瑟福原子模型與玻爾原子模型的相同點(diǎn)與不同點(diǎn)(1)相同點(diǎn)原子有帶正電的核，原子質(zhì)量幾乎全部集中在核上帶負(fù)電的電子在核外運(yùn)轉(zhuǎn)(2)不同點(diǎn)盧瑟福模型：庫(kù)侖力提供向心力，r的取值是連續(xù)的玻爾模型：軌道r是分立的、量子化的，原子能量也是量子化的3能級(jí)對(duì)氫原子而言，核外的一個(gè)電子繞核運(yùn)行時(shí)，若半徑不同，則對(duì)應(yīng)著的原子能量也不同，若使原子電離，外界必須對(duì)原子做功，使電子擺脫它與原子核之間庫(kù)侖力的束縛，所以原子電離后的能量比原子其他狀態(tài)的能量都高我們把原子電離后的能量記為0，即選取電子離核無(wú)窮遠(yuǎn)處時(shí)氫原子的能量為零，則其他狀態(tài)下的能量值均為負(fù)值原子各能級(jí)的關(guān)系為：En(n1,2,3)對(duì)氫原子而言，基態(tài)能量：E

6、113.6 eV，其他各激發(fā)態(tài)的能級(jí)為：E23.4 eVE31.51 eV這里E1、E2En是指原子的總能量，即電子動(dòng)能與電勢(shì)能的和4能級(jí)圖氫原子的能級(jí)圖如圖3­4­2所示圖3­4­25躍遷規(guī)律(1)由高能級(jí)向低能級(jí)躍遷 原子在基態(tài)時(shí)是穩(wěn)定的，在激發(fā)態(tài)時(shí)是不穩(wěn)定的處于激發(fā)態(tài)的原子會(huì)自發(fā)地向低能級(jí)躍遷，并以光子的形式放出能量，原子在始、末兩個(gè)能級(jí)Em和En(m>n)間躍遷時(shí)，放出光子的頻率.氫原子核外電子從高能級(jí)向低能級(jí)躍遷時(shí)可能直接躍遷到基態(tài)，也可能先躍遷到其他低能級(jí)的激發(fā)態(tài)，然后再到基態(tài)，因此處于n能級(jí)的電子向低能級(jí)躍遷時(shí)就有很多可能性，其可能的

7、值為C種可能情況(2)由低能級(jí)向高能級(jí)躍遷原子吸收光子后會(huì)從較低能級(jí)向高能級(jí)躍遷而被激發(fā)，光子的能量必須等于兩能級(jí)的能量差，否則光子將不被吸收但當(dāng)處于n能級(jí)的電子電離時(shí)，只要光子的能量h|En|，就可被吸收(3)能級(jí)躍遷時(shí)的能量變化當(dāng)軌道半徑減小時(shí)，庫(kù)侖引力做正功，原子的電勢(shì)能減小，電子動(dòng)能增大，原子能量減小反之，軌道半徑增大時(shí)，原子電勢(shì)能增大，電子動(dòng)能減小，原子能量增大1(多選)玻爾在他提出的原子模型中所作的假設(shè)有()A原子處在具有一定能量的定態(tài)中，雖然電子做加速運(yùn)動(dòng)，但不向外輻射能量B原子的不同能量狀態(tài)與電子沿不同的圓軌道繞核運(yùn)動(dòng)相對(duì)應(yīng)，而電子的可能軌道的分布是不連續(xù)的C電子從一個(gè)軌道躍遷

8、到另一個(gè)軌道時(shí)，輻射(或吸收)一定頻率的光子D電子躍遷時(shí)輻射的光子的頻率等于電子繞核做圓周運(yùn)動(dòng)的頻率【解析】A、B、C三項(xiàng)都是玻爾提出來(lái)的假設(shè)，其核心是原子定態(tài)概念的引入與能量躍遷學(xué)說(shuō)的提出，也就是“量子化”的概念原子的不同能量狀態(tài)與電子繞核運(yùn)動(dòng)時(shí)不同的圓軌道相對(duì)應(yīng)，是經(jīng)典理論與量子化概念的結(jié)合原子輻射的能量與電子在某一可能軌道上繞核的運(yùn)動(dòng)無(wú)關(guān)【答案】ABC2(多選)欲使處于基態(tài)的氫原子激發(fā)或電離，下列措施可行的是() 【導(dǎo)學(xué)號(hào)：55272094】A用10.2 eV的光子照射B用11 eV的光子照射C用14 eV的光子照射D用10 eV的光子照射【解析】由氫原子的能級(jí)圖可求得E2E13.40

9、eV(13.6) eV10.2 eV，即10.2 eV是第二能級(jí)與基態(tài)之間的能量差，處于基態(tài)的氫原子吸收10.2 eV的光子后將躍遷到第二能級(jí)態(tài)，可使處于基態(tài)的氫原子激發(fā)，A對(duì)；EmE111 eV，即不滿足玻爾理論關(guān)于躍遷的條件，B錯(cuò)；要使處于基態(tài)的氫原子電離，照射光的能量須13.6 eV，而14 eV13.6 eV，故14 eV的光子可使基態(tài)的氫原子電離，C對(duì)；EmE110 eV，既不滿足玻爾理論關(guān)于躍遷的條件，也不能使氫原子電離，D錯(cuò)【答案】AC3按照玻爾理論，當(dāng)氫原子中電子由半徑為ra的圓軌道躍遷到半徑為rb的圓軌道上時(shí)，若rbra，則在躍遷過(guò)程中氫原子要_某一頻率的光子【解析】因?yàn)槭菑?/p>

10、高能級(jí)向低能級(jí)躍遷，所以應(yīng)放出光子，“直接”從一能級(jí)躍遷至另一能級(jí)，只對(duì)應(yīng)某一能級(jí)差，故只能輻射某一頻率的光子【答案】輻射4如圖3­4­3所示給出了氫原子的6種可能的躍遷，則它們發(fā)出的光波長(zhǎng)最長(zhǎng)的是_，頻率最高的是_. 【導(dǎo)學(xué)號(hào)：55272095】圖3­4­3【解析】能級(jí)差越大，對(duì)應(yīng)的光子的能量越大，頻率越大，波長(zhǎng)越小【答案】ac5氫原子的核外電子從距核較近的軌道躍遷到距核較遠(yuǎn)的軌道的過(guò)程中，原子要_光子，電子的動(dòng)能_，原子的電勢(shì)能_【解析】根據(jù)玻爾理論，氫原子核外電子在離核較遠(yuǎn)的軌道上運(yùn)動(dòng)能量較大，必須吸收一定能量的光子后，電子才能從離核較近的軌道躍遷

11、到離核較遠(yuǎn)的軌道；氫原子核外電子繞核做圓周運(yùn)動(dòng)，由原子核對(duì)電子的庫(kù)侖力提供向心力，即：km，又Ekmv2，所以Ek.由此式可知：電子離核越遠(yuǎn)，即r越大時(shí)，電子的動(dòng)能越??；由r變大時(shí)，庫(kù)侖力對(duì)核外電子做負(fù)功，因此電勢(shì)能增大【答案】吸收減小增大6氫原子基態(tài)的能量為E113.6 eV.大量氫原子處于某一激發(fā)態(tài)由這些氫原子可能發(fā)出的所有的光子中，頻率最大的光子能量為0.96E1，頻率最小的光子的能量為_(kāi)eV(保留2位有效數(shù)字)，這些光子可具有_種不同的頻率【解析】頻率最大的光子能量為0.96E1，即En(13.6 eV)0.96×(13.6 eV)，解得En0.54 eV即n5，從n5能級(jí)開(kāi)始，根據(jù)可得共有10種不同頻率的光子從n5到n4躍遷的光子頻率最小，根據(jù)EE5E4可得頻率最小的光子的能量為0.31 eV.【答案】0.31101解決玻爾原子模型問(wèn)題的四個(gè)關(guān)鍵(1)電子繞核做圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)，不向外輻射能量