学粤教版选修35 3.4 原子的能级结构 课件（2）（36张）.ppt

第四节原子的能级结构 1 知道玻尔原子理论基本假设的主要内容 2 了解能级 跃迁 能量量子化以及基态 激发态等概念 3 能用玻尔原子理论简单解释氢原子模型 一 能级结构猜想 由氢原子光谱是分立的 我们猜想原子内部的能量也是的 原子内部不连续的能量称为原子的 原子从一个能级变化到另一个能级的过程叫做 能级跃迁中的能量关系 由此可知原子在跃迁前后的能级分别为em和en 若原子由高能级向低能级跃迁 这个过程中光子 若原子由低能级向高能级跃迁 这个过程需吸收特定频率的或通过其他途径获得 不连续 能级 跃迁 h em en 辐射 光子 能量 量子化的 量子数 能级状态 1 基态 氢原子处于的能级e1 n 1 这个最低能级对应的状态在正常状态下称为基态 氢原子在基态的能量为 2 激发态 当电子受到外界激发时 可从基态跃迁到的能级e2 e3 上 这些能级对应的状态称为激发态 处于激发态的氢原子是不稳定的 它会向较低的能级跃迁 跃迁时释放出来的能量以光子形式向外辐射 原子辐射出的光子的能量等于两能级间的 即h em en m 2 13 6ev 较高 能量差 最低 能级间的跃迁产生不连续的 从不同能级跃迁到某一特定能级就形成一个 如巴耳末线系是氢原子从n 3 4 5 等能级跃迁到n 2的能级时辐射出的光谱 线系 谱线 三 玻尔理论对氢光谱的解释 氢原子能级图如图3 4 1所示 图3 4 1 解释巴耳末公式按照玻尔理论 从高能级跃迁到低能级时辐射的光子的能量为h em en 巴耳末公式中的正整数n和2正好代表能级跃迁之前和之后的的量子数n和2 并且理论上的计算和实验测量的符合得很好 同样 玻尔理论也很好地解释甚至预言了氢原子的其他谱线系 定态轨道 里德伯常量 解释氢原子光谱的不连续性原子从较高能级向低能级跃迁时放出光子的能量等于前后 由于原子的能级是的 所以放出的光子的能量也是的 因此原子的发射光谱只有一些分立的亮线 两能级差 分立 分立 一 氢原子的能级与跃迁 能级图 如图3 4 2 图3 4 2 二 能级跃迁的几个问题原子吸收能量后从低能级跃迁到高能级 放出能量后从高能级跃迁到低能级 不论是哪一种跃迁都要注意以下几个方面的问题 一群原子和一个原子氢原子核外只有一个电子 这个电子在某个时刻只能处在某一个可能的轨道上 在某段时间内 由某一轨道跃迁到另一个轨道时 可能的情况只有一种 但是如果容器中盛有大量的氢原子 这些原子的核外电子跃迁时就会有各种情况出现 跃迁与电离原子跃迁时 不管是吸收还是辐射光子 其光子的能量都必须等于这两个能级的能量差 若想把处于某一定态上的原子的电子电离出去 就需要给原子一定的能量 如基态氢原子电离 其电离能为13 6ev 只要能量等于或大于13 6ev的光子都能被基态氢原子吸收而电离 只不过入射光子的能量越大 原子电离后产生的电子具有的动能越大 间接跃迁与直接跃迁原子从一种能量状态跃迁到另一种能量状态时 有时可能是直接跃迁 有时可能是间接跃迁 两种情况的辐射 或吸收 光子的频率数不同 入射光子与入射电子若是在光子的激发下引起原子的跃迁 则要求光子的能量必须等于原子的某两个能级差 若是在电子的碰撞下引起原子的跃迁 则要求电子的能量必须大于或等于原子的某两个能级差 两种情况有所不同 要引起注意 对玻尔理论的理解 典例1 由玻尔理论可知 下列说法中不正确的是 a 电子绕核运动有加速度 就要向外辐射电磁波b 处于定态的原子 其电子做变速运动 但它并不向外辐射能量c 原子内电子的可能轨道是不连续的d 原子发生跃迁时 辐射或吸收光子的能量等于两个轨道的能量差 解析按照经典物理学的观点 电子绕核运动有加速度 一定会向外辐射电磁波 与客观事实相矛盾 故a错 b c d是玻尔理论的假设 故都是正确的 答案a 借题发挥应注意电子绕核做圆周运动时 不向外辐射能量 原子辐射的能量与电子绕核运动无关 变式1 下列是玻尔在他提出的原子模型中所作的假设 其中错误的是 a 原子处在具有一定能量的定态中 虽然电子做加速运动 但不向外辐射能量b 原子的不同能量状态与电子沿不同的圆轨道绕核运动相对应 而电子的可能轨道的分布是不连续的c 电子从一个轨道跃迁到另一个轨道时 辐射 或吸收 一定频率的光子d 电子跃迁时辐射的光子的频率等于电子绕核做圆周运动的频率 解析a b c三项都是玻尔提出来的假设 其核心是原子定态概念的引入与能量跃迁学说的提出 也就是 量子化 的概念 原子的不同能量状态与电子绕核运动时不同的圆轨道相对应 是经典理论与量子化概念的结合 原子辐射的能量与电子在某一可能轨道上绕核的运动无关 答案d 典例2 在氢原子能级图中 横线间的距离越大 代表氢原子能级差越大 下列能级图中 能形象表示氢原子最低的四个能级是 氢原子的能级图 解析由氢原子能级图可知 量子数n越大 能级越密 所以c对 答案c 变式2 氢原子的基态能量为e1 如图所示 下列四个能级图中能正确代表氢原子能级的是 答案c 氢原子跃迁的问题分析 典例3 如图3 4 3所示 氢原子从n 2的某一能级跃迁到n 2的能级 辐射出能量为2 55ev的光子 至少要给基态的氢原子提供多少电子伏特的能量 才能使它辐射上述能量的光子 请在图3 4 3中画出获得该能量后的氢原子可能的辐射跃迁图 图3 4 3 解析氢原子从n 2的某一能级跃迁到n 2的能级 满足 h en e2 2 55ev en h e2 0 85ev 所以n 4 基态氢原子要跃迁到n 4的能级 应提供 e e4 e1 12 75ev的能量 跃迁图见下图 答案12 75ev跃迁图见上图 变式3 如图3 4 4所示为氢原子的能级图 用光子能量为13 06ev的光照射一群处于基态的氢原子 可能观测到氢原子发射的不同波长的光有 图3 4 4 a 15种b 10种c 4种d 1种解析处于基态的氢原子吸收入射光子的能量后由低能级向高能级跃迁 处于不稳定状态 然后由高能级向低能级跃迁 根据题意 e e5 e1 13 06ev 故共发射c 10种不同波长的光 答案b 玻尔理论的理解1 下列与玻尔理论有直接关系的叙述中 错误的是 a 电子绕原子核做加速运动 但并不向外辐射能量 这时原子的状态是稳定的b 原子的一系列能量状态是不连续的c 原子从一个能量状态跃迁到另一个能量状态时 一定要吸收或放出某一频率的光子d 氢原子由带正电的原子核和带负电的电子组成 电子绕原子核旋转 答案d 氢原子的能级图 2 如图3 4 5所示 为氢原子的能级图 若用能量为10 5ev的光子去照射一群处于基态的氢原子 则氢原子 a 能跃迁到n 2的激发态上去b 能跃迁到n 3的激发态上去c 能跃迁到n 4的激发态上去d 以上三种说法均不对 图3 4 5 解析用能量为10 5ev的光子去照射一群处于基态的氢原子 由能级差可知 若氢原子跃迁到某一能级上 则该能级的能量为10 5ev 13 6ev 3 1ev 根据氢原子的能级图可知 不存在能级为 3 1ev 因此氢原子无法发生跃迁 答案d 氢原子跃迁的问题分析3 为氢原子能级的示意图 现在大量的氢原子处于n 4的激发态 当向低能级跃迁时辐射出若干不