学鲁科版选修35 2.4氢原子光谱与能级结构 课件（5）（46张）.ppt

第4节氢原子光谱与能级结构 核心要点突破 课堂互动讲练 知能优化训练 第3节氢原子光谱 课前自主学案 课标定位 学习目标 1 了解玻尔理论的主要内容 2 掌握氢原子能级和轨道半径的规律 3 了解氢原子光谱的特点 知道巴尔末公式及里德伯常数 4 理解玻尔理论对氢光谱规律的解释 重点难点 1 玻尔的原子模型 氢原子能级结构 2 玻尔理论对氢光谱的解释 课前自主学案 一 玻尔原子模型1 玻尔理论的建立背景和观点 1 经典理论的困难 电子绕原子核做圆周运动辐射能量 最终落入 但事实并非如此 不能解释原子的 随电子运行轨道的不断变化 电子绕核运行的频率也不断变化 原子辐射电磁波的频率也应不断变化 大量原子发光的频率应当是 但实际上原子光谱是 的 原子核 稳定性 连续光谱 不连续 2 玻尔的观点 玻尔接受普朗克和爱因斯坦的 思想 并将原子结构与 联系起来 提出了量子化的原子模型 量子化 光谱 思考感悟 1 经典电磁理论解释原子光谱遇到的困难说明了什么 提示 这说明从宏观现象中总结出来的经典电磁理论不适用于微观现象 必须代之以新的理论 不连续 向外辐射 定态 轨道 频率 h e2 e1 运行轨道 不连续 量子数 二 氢原子的能级结构1 能级 在玻尔的原子理论中 原子只能处于一系列 的能量状态 在每个状态中 原子的能量值都是 各个确定的能量值叫做能级 2 氢原子能级和轨道半径公式en n 1 2 3 rn n 1 2 3 式中 e1 r1 不连续 确定的 n2r1 13 6ev 0 53 10 10m 3 能级跃迁 1 在正常或稳定状态时 原子尽可能处于最低能级 电子受核的作用力最大而处于离核最近的轨道 这时原子的状态叫做 电子吸收能量后 从基态跃迁到较高的能级 这时原子的状态叫做 2 当电子从高能级跃迁到低能级时 原子会 能量 当电子从低能级跃迁到高能级时 原子要 能量 基态 激发态 辐射 吸收 3 由于电子的能级是不连续的 所以原子在跃迁时吸收或辐射的能量都不是任意的 这个能量等于电子跃迁时始末两个能级间的 能量差值不同 发射的光频率也不同 我们就能观察到 的光 能量差 不同颜色 三 氢原子光谱1 氢原子光谱的特点 1 从红外区到紫外区呈现多条具有确定 或频率 的谱线 2 从长波到短波 h h 等谱线间的距离 表现出明显的规律性 波长 越来越小 里德伯 思考感悟 2 巴尔末公式反映了氢原子谱线的分立特征 这说明了什么 提示 谱线的分立特征反映原子内部电子运动的量子化特征 对于研究更复杂的原子的结构具有指导意义 四 玻尔理论对氢光谱的解释1 理论推导 由玻尔理论可知 当激发到高能级e2的电子跃迁到低能级e1时 就会释放出能量 根据 e2 e1 此式在形式上与氢原子光谱规律的波长公式一致 当n1 2 n2 3 4 5 6 时就是 公式 2 巴尔末系 氢原子从相应的能级跃迁到n 的能级得到的线系 巴尔末 2 核心要点突破 一 对原子能级跃迁的理解 图2 3 1 1 1 氢原子能级图 如图2 3 1所示能级图中的横线表示氢原子可能的能量状态 氢原子可以有无穷多个能级值 2 横线左端的数字 1 2 3 表示量子数 1 表示原子处于基态 2 3 表示原子处于不同的激发态 3 横线右端的数字 13 6 3 4 表示氢原子各个状态的能量值 4 n 1对应于基态 n 对应于原子的电离 从能级图可以看出 n越大 能级线越密 表现为上密下疏 这表明量子数n越大 相邻的能量差越小 2 根据玻尔理论 当氢原子从高能级跃迁到低能级时以光子的形式放出能量 原子在始 末两个能级em和en m n 间跃迁时 辐射光子的能量等于前后两个能级之差 h em en 由于原子的能级不连续 所以辐射的光子的能量也不连续 因此产生的光谱是分立的线状光谱 图2 3 2 3 跃迁时电子动能 原子电势能与原子能量的变化当轨道半径减小时 库仑引力做正功 原子的电势能ep减小 电子动能增大 原子能量减小 反之 轨道半径增大时 原子电势能增大 电子动能减小 原子能量增大 4 使原子能级跃迁的两种粒子 光子与实物粒子 1 原子若是吸收光子的能量而被激发 其光子的能量必须等于两能级的能量差 否则不被吸收 不存在激发到n能级时能量有余 而激发到n 1能级时能量不足 则可激发到n能级的问题 2 原子还可吸收外来实物粒子 例如自由电子 的能量而被激发 由于实物粒子的动能可全部或部分地被原子吸收 所以只要入射粒子的能量大于或等于两能级的能量差值 均可使原子发生能级跃迁 5 原子跃迁时需注意的几个问题 1 注意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 2 注意直接跃迁与间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 光子的频率不同 3 注意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 特别提醒 对于处于高能级状态的一群氢原子 每个原子都能向低能级状态跃迁 且跃迁存在多种可能 有的可能一次跃迁到基态 有的可能经几次跃迁到基态 同样 处于基态的氢原子吸收不同能量时 可以跃迁到不同的激发态 即时应用 即时突破 小试牛刀 1 欲使处于基态的氢原子激发 下列措施可行的是 用10 2ev的光子照射 用11ev的光子照射 用14ev的光子照射 用11ev动能的电子碰撞a b c d 解析 选b 由原子的跃迁条件知 氢原子在各能级间跃迁时 只有吸收能量值刚好等于某两能级之差的光子 即h e初 e终 由氢原子能级关系不难算出10 2ev刚好为氢原子n 1和n 2的两能级之差 而11ev则不是氢原子基态和任一激发态的能量之差 因而氢原子只能吸收前者被激发 而不能吸收后者 对于14ev的光子 其能量大于氢原子的电离能 13 6ev 足以使氢原子电离 使电子脱离核的束缚而成为自由电子 因而不受氢原子能级间跃迁条件的限制 由能的转化和守恒定律不难知道 氢原子吸收14ev的光子电离后产生的自由电子还应具有0 4ev的动能 另外 用电子去碰撞氢原子时 入射电子的动能可全部或部分地被氢原子吸收 所以只要入射电子的动能大于或等于基态和某个激发态的能量之差 也可使氢原子激发 由以上分析知选项b正确 二 对氢原子光谱的几点说明氢原子是自然界中最简单的原子 通过对它的光谱线的研究 可以了解原子的内部结构和性质 氢原子光谱线是最早发现 研究的光谱线 1 氢光谱是线状的 不连续的 波长只能是分立的值 2 谱线之间有一定的关系 可用一个统一的公式 即时应用 即时突破 小试牛刀 2 对于巴尔末公式下列说法正确的是 a 所有氢原子光谱的波长都与巴尔末公式相对应b 巴尔末公式只确定了氢原子发光的可见光部分的光的波长c 巴尔末公式确定了氢原子发光的一个线系的波长 其中既有可见光 又有紫外光d 巴尔末公式确定了各种原子发光中的光的波长 解析 选c 巴尔末公式只确定了氢原子发光中一个线系波长 不能描述氢原子发出的各种波长 也不能描述其他原子的发光 a d错误 巴尔末公式是由当时已知的可见光中的部分谱线总结出来的 但它适用于整个巴尔末线系 该线系包括可见光和紫外光 b错误 c正确 三 玻尔原子理论的成功和局限性1 成功方面 1 运用经典理论和量子化观念确定了氢原子的各个定态的能量 并由此画出其能级图 2 处于激发态的氢原子向低能级跃迁辐射出光子 辐射光子的能量与实际符合的很好 由于能级是分立的 辐射光子的波长也是不连续的 3 导出了巴尔末公式 并从理论上算出里德伯常量r的值 并很好地解释甚至预言了氢原子的其他谱线系 4 能够解释原子光谱 每种原子都有特定的能级 原子发生跃迁时 每种原子都有自己的特征谱线 即原子光谱是线状光谱 利用光谱可以鉴别物质和确定物质的组成部分 2 局限性和原因 1 局限性 成功地解释了氢原子光谱的实验规律 但不能解释稍微复杂原子的光谱现象 2 原因 保留了经典粒子的观念 把电子的运动仍然看做经典力学描述下的轨道运动 课堂互动讲练 关于玻尔原子模型 下列说法错误的是 a 原子处在具有一定能量的定态中 虽然电子做变速运动 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 精讲精析 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 故选项a b c正确 原子辐射的能量与电子绕核的运动无关 故d错误 答案 d 方法总结 解决此题的关键有三点 1 定态假设 原子只能处在一系列不连续的能量状态中 在这些状态中 原子是稳定的 2 跃迁假设 原子从一种定态跃迁到另一种定态时 吸收或辐射一定频率的光子 3 轨道假设 原子的不同能量状态对应于电子的不同运行轨道 2010年高考山东理综卷 大量氢原子处于不同能量激发态 发生跃迁时放出三种不同能量的光子 其能量值分别是 1 89ev 10 2ev 12 09ev 跃迁发生前这些原子分布在 个激发态能级上 其中最高能级的能量值是 ev 基态能量为 13 6ev 答案 2 1 51变式训练 2011年高考四川卷 氢原子从能级m跃迁到能级n时辐射红光的频率为 1 从能级n跃迁到能级k时吸收紫光的频率为 2 已知普朗克常量为h 若氢原子从能级k跃迁到能级m 则 a 吸收光子的能量为h 1 h 2b 辐射光子的能量为h 1 h 2c 吸收光子的能量为h 2 h 1d 辐射光子的能量为h 2 h 1 解析 选d 氢原子从能级m跃迁到能级n时辐射红光 说明能级m高于能级n 而从能级n跃迁到能级k时