教科版选修35 第二章 4玻尔的原子模型　能级 课件（40张）.pptx

4玻尔的原子模型能级 第二章原子结构 学习目标 1 知道玻尔原子结构理论的主要内容 2 了解能级 跃迁 能量量子化以及基态 激发态等概念 会计算原子跃迁时吸收或辐射光子的能量 3 能用玻尔原子结构理论简单解释氢原子光谱 内容索引 重点探究启迪思维探究重点 达标检测检测评价达标过关 自主预习预习新知夯实基础 自主预习 一 玻尔的原子结构理论1 定态假设 电子围绕原子核运动的轨道不是的 而是一系列轨道 当电子在这些轨道上运动时 原子是稳定的 不向外辐射能量 也不吸收能量 这些状态称为 2 跃迁假设 原子处在定态的能量用en表示 此时电子以rn的轨道半径绕核运动 n称为 当原子中的电子从一定态跃迁到另一定态时 才一个光子 光子的能量h 式中en和em分别是原子的高能级和低能级 任意 分立的 特定的 定态 量子数 发射或吸收 en em 3 轨道量子化假设 围绕原子核运动的电子轨道半径只能是某些分立值 即电子的可能轨道也是不连续的 称之为轨道量子化 氢原子的轨道半径rn n 1 2 3 r1 m 二 氢原子的能级1 能级 在玻尔的原子结构模型中 不同的轨道实际上对应了不同的状态 不同的状态对应不同的能量 因此原子的能量也是的 即原子的能量是量子化的 这些量子化的叫做 n2r1 0 53 10 10 不连续 能量值 能级 2 基态 能量最低的状态叫做 3 激发态 除基态之外的其他状态叫做 4 氢原子的能级氢原子各能级的关系为en n 1 2 3 其中 氢原子的基态能量e1 ev 其他各激发态的能量为e2 ev e3 ev 基态 激发态 13 6 3 4 1 51 三 玻尔原子结构理论的意义1 玻尔的原子结构比较完美地解释了光谱 他用的概念阐明了光谱的吸收和发射 第一次将引入原子模型 推动了量子力学的发展 2 局限性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 玻尔理论是不完善的 氢 能级跃迁 量子概念 即学即用 1 判断下列说法的正误 1 玻尔认为电子运行轨道半径是任意的 就像人造地球卫星 能量大一些 轨道半径就会大点 2 玻尔认为原子的能量是量子化的 不能连续取值 3 当电子从能量较高的定态轨道跃迁到能量较低的定态轨道时 会放出任意能量的光子 4 处于基态的原子是不稳定的 会自发地向其他能级跃迁 放出光子 答案 5 不同的原子具有相同的能级 原子跃迁时辐射的光子频率是相同的 6 玻尔的原子理论模型可以很好地解释氦原子的光谱现象 2 电子处在n 4轨道上比处在n 3轨道上离核的距离 填 远 或 近 能量值 填 大 或 小 远 大 答案 重点探究 导学探究 1 按照经典理论 核外电子在库仑引力作用下绕原子核做圆周运动 我们知道 库仑引力和万有引力形式上有相似之处 电子绕原子核的运动与卫星绕地球的运动也一定有某些相似之处 那么若将卫星 地球模型缩小是否就可以变为电子 原子核模型呢 一 玻尔原子结构理论 答案 答案不可以 在玻尔理论中 电子的轨道半径只可能是某些分立的数值 而卫星的轨道半径可按需要任意取值 2 氢原子吸收或辐射光子的频率条件是什么 它和氢原子核外的电子的跃迁有什么关系 答案电子从能量较高的定态轨道 其能量记为en 跃迁到能量较低的定态轨道 其能量记为em 时 会放出能量为h 的光子 h是普朗克常量 这个光子的能量由前后两个能级的能量差决定 即h en em n m 这个式子称为频率条件 又称辐射条件 当电子从较低的能量态跃迁到较高的能量态 吸收的光子的能量同样由频率条件决定 答案 知识深化 1 轨道量子化 1 轨道半径只能够是一些不连续的 某些分立的数值 2 氢原子中电子轨道的最小半径为r1 0 053nm 其余轨道半径满足rn n2r1 式中n称为量子数 对应不同的轨道 只能取正整数 2 能量量子化 1 电子在可能轨道上运动时 尽管是变速运动 但它并不释放能量 原子是稳定的 这样的状态称之为定态 2 由于原子的可能状态 定态 是不连续的 具有的能量也是不连续的 这样的能量值 称为能级 能量最低的状态称为基态 其他状态叫做激发态 3 跃迁 原子从一种定态 设能量为en 跃迁到另一种定态 设能量为em 时 它辐射 或吸收 一定频率的光子 光子的能量由这两种定态的能量差决定 可见 电子如果从一个轨道到另一个轨道 不是以螺旋线的形式改变半径大小的 而是从一个轨道上 跳跃 到另一个轨道上 玻尔将这种现象叫做电子的跃迁 例1 多选 光子的发射和吸收过程是a 原子从基态跃迁到激发态要放出光子 放出光子的能量等于原子在始 末两个能级的能量差b 原子不能从低能级向高能级跃迁c 原子吸收光子后从低能级跃迁到高能级 放出光子后从较高能级跃迁到较低能级d 原子无论是吸收光子还是放出光子 吸收的光子或放出的光子的能量恒等于始 末两个能级的能量差值 解析 答案 解析由玻尔理论的跃迁假设知 原子处于激发态不稳定 可自发地向低能级发生跃迁 以光子的形式放出能量 光子的吸收是光子发射的逆过程 原子在吸收光子后 会从较低能级向较高能级跃迁 但不管是吸收光子还是发射光子 光子的能量总等于两能级的能量差 即h en em n m 故选项c d正确 例2氢原子的核外电子从距核较近的轨道跃迁到距核较远的轨道的过程中a 原子要吸收光子 电子的动能增大 原子的电势能增大b 原子要放出光子 电子的动能减小 原子的电势能减小c 原子要吸收光子 电子的动能增大 原子的电势能减小d 原子要吸收光子 电子的动能减小 原子的电势能增大 解析 答案 解析根据玻尔理论 氢原子核外电子在离核较远的轨道上运动能量较大 必须吸收一定能量的光子后 电子才能从离核较近的轨道跃迁到离核较远的轨道 故b错误 氢原子核外电子绕核做圆周运动 由原子核对电子的库仑力提供向心力 可知电子离核越远 即r越大时 电子的动能越小 故a c错误 由r变大时 库仑力对核外电子做负功 因此电势能增大 故d正确 原子的能量及变化规律1 原子的能量 en ekn epn 3 电子的轨道半径增大时 库仑引力做负功 原子的电势能增大 反之 电势能减小 4 电子的轨道半径增大时 说明原子吸收了光子 从能量较低的轨道跃迁到了能量较高的轨道上 即电子轨道半径越大 原子的能量越大 导学探究 1 如图1所示是氢原子的能级图 一群处于n 4的激发态的氢原子向低能级跃迁时能辐射出多少种频率不同的光子 图1 二 玻尔理论对氢光谱的解释 答案 答案氢原子能级跃迁图如图所示 从图中可以看出能辐射出6种频率不同的光子 它们分别是n 4 n 3 n 4 n 2 n 4 n 1 n 3 n 2 n 3 n 1 n 2 n 1 2 1 如何解释氢气导电发光现象 答案通常情况下原子处于基态 基态是最稳定的状态 氢气在放电管中受到高速运动的电子的撞击 跃迁到激发态 处于激发态的原子是不稳定的 会自发地向能量较低的能级跃迁 放出光子 最终又回到基态 答案 2 它的谱线为什么又是分立的 答案氢原子从高能级向低能级跃迁时 放出的光子能量等于前后两个能级的能量差 由于原子的能级是分立的 所以放出的光子的能量也是分立的 因此原子的发射光谱只有一些分立的亮线 知识深化 1 氢原子能级图中n称为量子数 e1代表氢原子的基态能量 即量子数n 1时对应的能量 其值为 13 6ev en代表电子在第n个轨道上运动时的能量 作能级图时 能级横线间的距离和相应的能级差相对应 能级差越大 间隔越宽 所以量子数越大 能级越密 竖直线的箭头表示原子跃迁方向 长度表示辐射光子能量的大小 n 1是原子的基态 n 是原子电离时对应的状态 2 能级跃迁 处于激发态的原子是不稳定的 它会自发地向较低能级跃迁 经过一次或几次跃迁到达基态 所以一群氢原子处于量子数为n的激发态时 可能辐射出的光谱线条数为 例3 多选 如图2所示是氢原子的能级图 大量处于n 4激发态的氢原子向低能级跃迁时 一共可以辐射出6种不同频率的光子 其中巴尔末系是指氢原子由高能级向n 2能级跃迁时释放的光子 则a 6种光子中波长最长的是n 4激发态跃迁到基态时产生的b 6种光子中有2种属于巴尔末系c 使n 4能级的氢原子电离至少要0 85ev的能量d 6种光子中频率最大的是n 2激发态跃迁到基态时产生的 解析 答案 图2 解析n 4激发态跃迁到基态时产生光子的能量最大 频率最大 根据e 知 波长最短 故a d错误 其中巴尔末系是指氢原子由高能级向n 2能级跃迁时释放的光子 6种光子中从n 4 n 2与n 3 n 2的属于巴尔末系 即2种 故b正确 n 4能级的氢原子具有的能量为 0 85ev 故要使其发生电离 至少需要0 85ev的能量 故c正确 针对训练1如图3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 则可能观测到氢原子发射的不同波长的光有a 15种b 10种c 4种d 1种 解析 答案 图3 解析基态的氢原子的能量为 13 6ev 吸收13 06ev的能量后变成 0 54ev 原子跃迁到n 5能级 由于氢原子是大量的 故辐射的光子种类是 1 跃迁过程中吸收或辐射光子的频率和波长满足h en em en em 2 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 则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部分地被原子吸收 所以只要入射粒子的能量大于等于两能级的能量差值 就可使原子发生能级跃迁 三 氢原子跃迁规律的应用 3 原子跃迁时需要注意的两个问题 1 注意一群原子和一个原子 氢原子核外只有一个电子 在某段时间内 由某一轨道跃迁到另一个轨道时 只能出现所有可能情况中的一种 但是如果有大量的氢原子 这些原子的核外电子跃迁时就会有各种情况出现 2 注意跃迁与电离 h en em只适用于光子和原子作用使原子在各定态之间跃迁的情况 对于光子和原子作用使原子电离的情况 则不受此条件的限制 如基态氢原子的电离能为13 6ev 只要大于或等于13 6ev的光子都能被基态的氢原子吸收而发生电离 只不过入射光子的能量越大 原子电离后产生的自由电子的动能越大 例4 多选 氢原子能级图如图4所示 当氢原子从n 3跃迁到n 2的能级时 辐射光的波长为656nm 以下判断正确的是 解析 答案 a 氢原子从n 2跃迁到n 1的能级时 辐射光的波长大于656nmb 用波长为325nm的光照射 可使氢原子从n 1跃迁到n 2的能级c 一群处于n 3能级的氢原子向低能级跃迁时最多产生3种谱线d 用波长为633nm的光照射 不能使氢原子从n 2跃迁到n 3的能级 图4 解析能级间跃迁辐射的光子能量等于两能级间的能级差 能级差越大 辐射的光子频率越大 波长越小 a错误 由en em h 可知 b错误 d正确 针对训练2已知氢原子基态能量为 13 6ev 下列说法中正确的有a 用波长为600nm的光照射时 可使稳定的氢原子电离b 用光子能量为10 2ev的光照射时 可能使处于基态的氢原子电离c 氢原子可能向外辐射出11ev的光子d 氢原子可能吸收能量为1 89ev的光子 解析 答案 解析要使处于基态的氢原子电离 其吸收的光子能量至少要等于氢原子的电离能13 6ev 若光子能量大于等于13 6ev 则氢原子吸收其中的13 6ev完成电离 剩余的能量以电子动能的形式存在 若入射光光子能量小于13 6ev 则氢原子只能选择性地吸收能量等于其能级差的特定光子 完成由低能级向高能级的跃迁 故a b错误 由氢原子的能级图和跃迁假设知 d正确 c错误 达标检测 1 对玻尔理论的理解 多选 按照玻尔原子理论 下列表述正确的是a 核外电子运动轨道半径可取任意值b 氢原子中的电子离原子核越远 氢原子的能量越大c 电子跃迁时 辐射或吸收光子的能量由能级的能量差决定 即h en em n m d 氢原子从激发态向基态跃迁的过程 可能辐射能量 也可能吸收能量 1 2 3 4 答案 解析 解析根据玻尔理论 核外电子运动的轨道半径是确定的值 而不是任意值 a错误 氢原子中的电子离原子核越远 能级越高 能量越大 b正确 由跃迁规律可知c正确 氢原子从激发态向基态跃迁的过程中 辐射能量 d错误 1 2 3 4 2 对玻尔理论的理解 氢原子辐射出一个光子后 根据玻尔理论 下列判断正确的是a 电子绕核旋转的轨道半径增大b 电子的动能减少c 氢原子的电势能增大d 氢原子的能级减小 答案 1 2 3 4 解析 解析氢原子辐射出光子后 由高能级跃迁到低能级 轨道半径减小 电子动能增大 此过程中库仑力做正功 电势能减小 3 能级跃迁规律及应用 氢原子的能级图如图5所示 已知可见光的光子能量范围约为1 62 3 11ev 下列说法错误的是a 处于n 3能级的氢原子可以吸收任意频率的紫外线 并发生电离b 大量氢原子从高能级向n 3能级跃迁时 发出的光具有显著的热效应c 大量处于n 4能级的氢原子向低能级跃迁时 可能发出2种不同频率的可见光d 大量处于n 4能级的氢原子向低能级跃迁时 可能发出3种不同频率的可见光 图5 1 2 3 4 答案 4 对氢原子电离的理解 氢原子处于基态时 原子能量e1