高一化学人类对原子结构的认识

1、人类对原子结构的认识人类对原子结构的认识课程标准要求课程标准要求1通过从道尔顿原子结构模型到量子力学原子结构模型等原子结通过从道尔顿原子结构模型到量子力学原子结构模型等原子结构模型演变的学习，了解科学家探索原子结构的艰难过程。构模型演变的学习，了解科学家探索原子结构的艰难过程。2通过汤姆生原子结构模型、卢瑟福原子结构模型等的学习，体通过汤姆生原子结构模型、卢瑟福原子结构模型等的学习，体验科学实验、科学思维对创造性工作的重要作用。验科学实验、科学思维对创造性工作的重要作用。3了解钠、镁、氧等常见元素原子的核外电子分层排布的情况，了解钠、镁、氧等常见元素原子的核外电子分层排布的情况，化学反应中电子

2、得失使最外层达到化学反应中电子得失使最外层达到8电子稳定结构的事实。揭示化电子稳定结构的事实。揭示化学反应的本质。学反应的本质。 4了解原子是由原子核和核外电子构成，绝大多数原子的原子了解原子是由原子核和核外电子构成，绝大多数原子的原子核是由质子和中子构成。能根据原子组成符号判断原子的构成。核是由质子和中子构成。能根据原子组成符号判断原子的构成。知道同位素等概念。知道同位素等概念。 两千多万种化学物质两千多万种化学物质大多数由原子构成大多数由原子构成,而人类而人类对原子的认识和探索已经历了对原子的认识和探索已经历了2500多年直到多年直到20世世纪纪80年代，科学家才用扫描隧道显微镜观察到物体

3、年代，科学家才用扫描隧道显微镜观察到物体表面的原子可你有没有思考过下列问题？表面的原子可你有没有思考过下列问题？原子到底是什么原子到底是什么“东西东西”？科学家眼里的原子是怎样的？科学家眼里的原子是怎样的？科学家是怎样探索原子结构的？有哪些科学家为科学家是怎样探索原子结构的？有哪些科学家为探索原子结构作出了重大的贡献？探索原子结构作出了重大的贡献？历史历史1. 公元前5世纪，希腊哲学家德谟克利特等人认为 ：万物是由大量的不可分割的微粒构成的，即原子。一、原子结构模型的演变一、原子结构模型的演变 1所有物质都是由非常微小的，不可再分的实心球所有物质都是由非常微小的，不可再分的实心球体即原子组成的

4、；体即原子组成的； 2同种物质的原子其质量、大小和形状都相同，不同种物质的原子其质量、大小和形状都相同，不同元素的原子不同，主要表现为质量的不同；同元素的原子不同，主要表现为质量的不同； 3原子不能被分割；原子不能被分割； 4原子是元素参加化学变化的最小单位，在化学反原子是元素参加化学变化的最小单位，在化学反应中，原子仅仅是重新排列，而不会被创造或消失。应中，原子仅仅是重新排列，而不会被创造或消失。 (一一)道尔顿的原子学说道尔顿的原子学说-提出原子论提出原子论 1803年，英国化学家道尔顿阐述了他的化学原子年，英国化学家道尔顿阐述了他的化学原子论。主要观点有：论。主要观点有： (二二)几种原

5、子结构模型几种原子结构模型 。 1汤姆生的原子结构模型汤姆生的原子结构模型-发现电子（带负电荷）发现电子（带负电荷） 1897年，汤姆生证明假设原子带正电的部分像年，汤姆生证明假设原子带正电的部分像“流流体体”一样均匀分布在球形的原子内，而负电子则嵌在球一样均匀分布在球形的原子内，而负电子则嵌在球体的某些固定位置。汤母生认为，正电荷均匀地分布在体的某些固定位置。汤母生认为，正电荷均匀地分布在原子之中，而电子就像是葡萄干面包中的葡萄干一样散原子之中，而电子就像是葡萄干面包中的葡萄干一样散布在原子的正电荷之中，这就是原子结构的第一个模布在原子的正电荷之中，这就是原子结构的第一个模型型葡萄干面包式葡

6、萄干面包式模型。模型。 2卢瑟福的原子结构模型卢瑟福的原子结构模型-发现原子核结构发现原子核结构 1911年，英国物理学家卢瑟福做了一系列实验：当用年，英国物理学家卢瑟福做了一系列实验：当用一束平行的一束平行的a粒子轰击金箔时，发现绝大多数粒子轰击金箔时，发现绝大多数a粒子穿过金粒子穿过金箔不改变行进方向，只有极少数的箔不改变行进方向，只有极少数的a粒子产生偏转，其中粒子产生偏转，其中个别的甚至反方向折回。大量实验发现绝大部分个别的甚至反方向折回。大量实验发现绝大部分a粒子穿粒子穿过金箔时不改变行进方向、第过金箔时不改变行进方向、第800010000个个a粒子中才有粒子中才有一个大角度散射或反

7、方向折回。根据一个大角度散射或反方向折回。根据a粒子散射实验，卢粒子散射实验，卢瑟福提出含核原子结构模型。他的主要观点是：瑟福提出含核原子结构模型。他的主要观点是：( 1 )( 1 ) 每 一 个 原 子 都 有 一 个 体 积 极 小 、 极 密 实 的 核每 一 个 原 子 都 有 一 个 体 积 极 小 、 极 密 实 的 核 (2)(2)原子核占有全部正电荷和几乎全部的原子质量原子核占有全部正电荷和几乎全部的原子质量 (3)(3)原子核被一个体积很大几乎什么也没有的空间包围着原子核被一个体积很大几乎什么也没有的空间包围着 (4)(4)原子核外的空间里极稀疏地散布着电子，其总电荷数恰原子

8、核外的空间里极稀疏地散布着电子，其总电荷数恰好与原子核中的正电荷相等好与原子核中的正电荷相等 3玻尔的原子结构模型玻尔的原子结构模型-发现核外电子的能量发现核外电子的能量 玻尔把化学、放射性和光谱学方面的实验事实与玻尔把化学、放射性和光谱学方面的实验事实与原子结构模型联系在一起，在研究氢原子光谱产生的原子结构模型联系在一起，在研究氢原子光谱产生的原因中发展了原子结构理论。原因中发展了原子结构理论。1913年，玻尔提出了新年，玻尔提出了新的原子结构模型，其要点如下：的原子结构模型，其要点如下： (1)在原子中，电了不能沿着任意轨道绕核旋转，而只能沿在原子中，电了不能沿着任意轨道绕核旋转，而只能沿

9、着符合一定条件的轨道旋转。电子在轨道上运动时，不吸着符合一定条件的轨道旋转。电子在轨道上运动时，不吸收或放出能量，处于一种稳定状态收或放出能量，处于一种稳定状态 (2)原子中的电子在不同轨道运动时可具有不同的能量，电原子中的电子在不同轨道运动时可具有不同的能量，电子运动时所处的能量状态称为能级。电子在轨道上运动时子运动时所处的能量状态称为能级。电子在轨道上运动时所具有的能量只能取某些不连续数值所具有的能量只能取某些不连续数值(电子能量是量子化的电子能量是量子化的) (3)只有当电子从某一轨道跃迁到另一轨道时，才有能量的只有当电子从某一轨道跃迁到另一轨道时，才有能量的吸收或放出。当电子从能量较高

10、的吸收或放出。当电子从能量较高的(e2)轨道跃迁到能量较轨道跃迁到能量较低的低的(e。)轨道时，原子就放出能量。放出的能量转变为一轨道时，原子就放出能量。放出的能量转变为一个辐射能的光子，其频率可由两个轨道的能量差决定。玻个辐射能的光子，其频率可由两个轨道的能量差决定。玻尔提出的原子结构模型，揭示了光谱线与原子结构的内在尔提出的原子结构模型，揭示了光谱线与原子结构的内在联系。联系。由于这一开拓性的贡献，玻尔获得了由于这一开拓性的贡献，玻尔获得了1922年诺贝尔年诺贝尔物理学奖。物理学奖。 4原子的量子力学模型原子的量子力学模型-核外电子的运动和电子排核外电子的运动和电子排布规律布规律 玻尔的原

11、子结构模型理论也不是十分完美，在解释玻尔的原子结构模型理论也不是十分完美，在解释氢以外的多电子原子的光谱线时，就只能做出近似的估氢以外的多电子原子的光谱线时，就只能做出近似的估计，无法定量计算。科学家们经过计，无法定量计算。科学家们经过13年的艰苦修改、验年的艰苦修改、验证、论证，终于在证、论证，终于在1925年年1926年，在玻尔原子结构模年，在玻尔原子结构模型的基础上发展成为原子的量子力学模型，型的基础上发展成为原子的量子力学模型，其核心是薛其核心是薛定锷波动方程定锷波动方程。该模型已经受了半个多世纪的考验。该模型已经受了半个多世纪的考验。 原子的量子力学模型包括了玻尔所采用的量子化能级原

12、子的量子力学模型包括了玻尔所采用的量子化能级的概念，即主量子数的概念，即主量子数(主层主层)。此外还提出其他量子数以说。此外还提出其他量子数以说明电子的能量，如亚层和轨道数。由于电子属于微观粒子，明电子的能量，如亚层和轨道数。由于电子属于微观粒子，具有波粒二象性，它在核外的运动速度可以与光速相比，具有波粒二象性，它在核外的运动速度可以与光速相比，很难同时准确地测定它的速度和位置，只能用统计的方法很难同时准确地测定它的速度和位置，只能用统计的方法来描述，来描述，因而引入了因而引入了“电子云电子云”的概念。的概念。 小结小结原子结构模型的演变历史给我们的启迪原子结构模型的演变历史给我们的启迪化学认

13、识发展的形式与科学认识发展的形化学认识发展的形式与科学认识发展的形式一样是继承、积累突破和革命。式一样是继承、积累突破和革命。实验方法是科学研究的一种重要方法，实实验方法是科学研究的一种重要方法，实验手段的不断进步是化学发展的一个关键。验手段的不断进步是化学发展的一个关键。科学研究、科学发现是无止境的。科学研究、科学发现是无止境的。 核外电子分层排布核外电子分层排布 电子按能量高低在核外分层排布。电子按能量高低在核外分层排布。1234567klmnopq由内到外，能量逐渐升高核外电子排布的一般规律：核外电子排布的一般规律：1、k层为最外层时，最多容纳电子数层为最外层时，最多容纳电子数-。2、其

14、他各层为最外层最多容纳电子数、其他各层为最外层最多容纳电子数-。3、次外层最多容纳电子数、次外层最多容纳电子数-。4、倒数第三层最多容纳电子数、倒数第三层最多容纳电子数-。5、第、第n层最多容纳电子数层最多容纳电子数-。2个个8个个18个个32个个2n2个个注意：多条规律必须同时兼顾。注意：多条规律必须同时兼顾。 各层电子的数目各层电子的数目 原子原子符号符号核电荷数核电荷数电子电子层层4、离子结构示意图、离子结构示意图辨析原子结构示意图和离子结构示意图辨析原子结构示意图和离子结构示意图注意：任何原子都有趋于注意：任何原子都有趋于8电子（或电子（或2电子）电子）稳定结构的倾向，因此活泼的原子会

15、发生稳定结构的倾向，因此活泼的原子会发生电子得失电子得失5、离子化合物的形成、离子化合物的形成共价化合物的形成共价化合物的形成 原子原子 核电荷数核电荷数=核内质子数核内质子数=核外电子数核外电子数=原子序数原子序数阳离子：质子数阳离子：质子数=核外电子数电荷数核外电子数电荷数阴离子：质子数阴离子：质子数=核外电子数电荷数核外电子数电荷数核电荷数核电荷数=核内质子数核内质子数=原子序数原子序数核外电子数核外电子数离子离子你知道的微粒有哪些？原子：化学变化中的最小微粒。什么是原子什么是原子?原子核：原子的组成部分，位于原子的中心，由质子和中子构成，带正电的小微粒，所占的体积忽略不计.几乎集中了原

16、子的所有质量。原子核二、原子的结构二、原子的结构1、原子的构成、原子的构成2.理解几个概念理解几个概念1、粒子的相对质量、粒子的相对质量原子的原子的质量数质量数：将原子核内所有：将原子核内所有质子质子和和中子中子的相对质量，取整数加起来所的相对质量，取整数加起来所得的数值叫质量数得的数值叫质量数质量数质量数=质子数质子数+中子数中子数电子电子：原子的组成部分，位于原子核外围，带电子：原子的组成部分，位于原子核外围，带负电的小微粒负电的小微粒，带一单位负电荷带一单位负电荷,是质子质量的是质子质量的1/1836，在原子中质量可以不计在原子中质量可以不计，电子云电子云占占有了原子几乎所有的体积。有了

17、原子几乎所有的体积。质子质子：原子核的组成部分，带正电的小微粒，一个质子：原子核的组成部分，带正电的小微粒，一个质子带一个单位的正电荷质子带一个单位的正电荷，相对质量相对质量是是1.007。电子云：电子云： 电子围绕原子核作高速运动，就向云雾笼罩在电子围绕原子核作高速运动，就向云雾笼罩在原子核周围，我们形象称之为电子云。原子核周围，我们形象称之为电子云。相对质量：相对质量：是电子、质子、中子的质量与是电子、质子、中子的质量与12c原子质量的原子质量的1/12（1.6611027 kg）相比较所得的数值。）相比较所得的数值。 3. 质子、中子、电子的电性和电量怎样？1个质子带一个单位正电荷1个电

18、子带一个单位负电荷中子不显电性中子 中子中子: 原子核的组成部分，不带电的小原子核的组成部分，不带电的小微粒微粒，相对质量是相对质量是1.008。离子离子：带电的原子或原子团。离子：带电的原子或原子团。分子分子分子:保持物质化学性质的一种微粒。保持物质化学性质的一种微粒。质量数：质量数：原子核内所有质子和中子的相对质量取整数原子核内所有质子和中子的相对质量取整数加起来，所得数值称为质量数（加起来，所得数值称为质量数（a）。 用用x x表示元素，表示元素， z z表示数质子，表示数质子，n表示中子数则原子表示中子数则原子的表达式为：的表达式为：质量数（质量数（a）= 质子数（质子数（z）+ 中子

19、数（中子数（n） 核电荷数核电荷数=核内质子数核内质子数=核外电子数。核外电子数。（原子状态）（原子状态）2、原子的表达方式、原子的表达方式zx a来表示一个质量数为来表示一个质量数为a、质子数为、质子数为z的具的具体的体的x原子。原子。比如：比如： 6 12 c表示质量数为表示质量数为12，原子核内，原子核内有有6个质子和个质子和6个中子的碳原子。个中子的碳原子。 注意：注意： a、元素符号（、元素符号（x） 左上角写上质量数左上角写上质量数 左下角写上质子数左下角写上质子数 原子符号原子符号 x b、 原子质量（原子质量（m） 12c （m） 1/12 = 相对原子质量相对原子质量 = 摩

20、尔质量摩尔质量 （g g/molmol） 质量数质量数 c、原子与对应离子比较，电子数不等，质子数、中子、原子与对应离子比较，电子数不等，质子数、中子、质量、相对原子质量、质量数仍相等。质量、相对原子质量、质量数仍相等。 cl1735-ab+dxca代表代表质量数质量数；b代表核代表核电荷数电荷数；c代表代表离子的价态离子的价态；d代表代表化合价化合价e 代表代表原子个数原子个数 ea、b、c、d、e各代表什么？1. 氧原子的质量数为16，质子数为8，那么它的中子数是多少？( 8 )2. 钠原子的质量数为23，中子数为12，那么它的质子数是多少？核外电子数是多少？ ( 11,11 )3. 硫的

21、二价阴离子的核外电子数是18，中子数为17，那么它的质量数是多少？( 33 )解：因为 s2- 的核外电子数是18，即硫原子得 到 2 个电子后，是18，那么硫原子的核外电子数是16，则16+17=33。质子：决定质子：决定元素的种类元素的种类，与中子共，与中子共 同决定原子的相对原子质量同决定原子的相对原子质量中子：决定中子：决定原子的种类原子的种类，与质子共，与质子共 同决定原子的相对原子质量同决定原子的相对原子质量电子：最外层电子数决定元素的电子：最外层电子数决定元素的 化学性质化学性质 微粒数计算微粒数计算 电子总数电子总数 质子总数质子总数 中子总数中子总数 d216o 128 10

22、 （21）2 （168） 23na35cl 1117 28 （2311）（）（3517） oh 811 9 (168) （11） nh4+ 7141 11 （147）（）（11）4 微粒数计算微粒数计算 a、2g g重水中多少个中子？重水中多少个中子？ d2o 中子中子20g 106.021023个个2g x 个个 b、r2含含x 个电子，质量数个电子，质量数a ，mgr2中多少个中子？中多少个中子？ r2 中子中子 ag a（x2） 6.021023个个 mg g x 个个 3、核素和、核素和同位素同位素 同位素定义：同位素定义：质子数相同而中子数不同的同一元素质子数相同而中子数不同的同一元

23、素的不同原子互称为同位素。的不同原子互称为同位素。注意：注意：z同：表示同一元同：表示同一元素素n不同：质量数不同：质量数a a不同，不同，原子原子也不同也不同 注意：注意：z同：同一元素同：同一元素 ；n不同：不同：a a不同，不同，原子原子也不同也不同 原子的种类是由质子数和中子数共同决定的。原子的种类是由质子数和中子数共同决定的。同同 位素是原子的互称，是单质的互称。位素是原子的互称，是单质的互称。 核素定义：核素定义：具有一定质子数和一定中子数的原子具有一定质子数和一定中子数的原子同种核素特征：同种核素特征：质子数相同，中子数也相同质子数相同，中子数也相同氢元素：氢元素：同一种核素同一

24、种核素1111+11- 不同种核素不同种核素 111213特性：特性：(1)化学性质几乎完全相同。化学性质几乎完全相同。 1735 cl、17 37 cl （2）原子个数百分比（即丰度）基本不变。）原子个数百分比（即丰度）基本不变。 17 35 cl 75.77% ； 17 37 cl 24.23% (3)物理性质不同：物理性质不同：n不同，不同， a不同，不同， m不同，不同， m不同，不同， d不同。不同。 元素元素、核素和同位素的关系核素和同位素的关系在天然元素中，多数元素含有多种核素，少数在天然元素中，多数元素含有多种核素，少数元素只含有一种核素（例如元素只含有一种核素（例如a、等、等

25、）。某种元素）。某种元素跟核素和同位素的关系：跟核素和同位素的关系：同位素同位素核素核素核素核素某种元素某种元素用途：用途：（1） c ：612c、6 61313c、6 61414c 6 61414c每隔每隔5568年它的质量就会减少一半，考古学家根年它的质量就会减少一半，考古学家根据生物体内据生物体内6 61414c的含量，就可判断其生活的年代的含量，就可判断其生活的年代 (2) 11h n=0 氕氕 12h(d) n=1 氘氘(重氢重氢) 13h(t) n=2 氚氚(超重氢超重氢)制氢弹制氢弹 o：816o 8 17o 8 18o h2o 水水 18； d2o 重水重水 20； t2o 超

26、重水超重水 22 （3）u： 92234u 92235 u 92238u 铀铀235 制原子弹制原子弹 2760o是恶性肿瘤的是恶性肿瘤的“克星克星”，也可用其辐射育种，刺，也可用其辐射育种，刺激增长，保鲜，防腐激增长，保鲜，防腐练习练习1 1、元素是质子数相同的（元素是质子数相同的（ ）的统称。）的统称。a.a.原子原子 b.b.微粒微粒 c.c.原子及其对应的离子原子及其对应的离子2 2、1 11 1h 2、d2、t2、816o 2 、1h217o、d218o2 有有 种原子，种原子， 种分子，种分子， 种元素，种元素， ； 属同位素。属同位素。 3 3、17173535cl和和17173

27、737cl组成组成cl，为什么，为什么cl的原子量的原子量 （3537）/ 2 ？c c662 11h 、d、t 816o、 817o、8 818o 因为因为cl原子的丰度不等原子的丰度不等 【4】1803年，英国科学家道尔顿提出了近代原年，英国科学家道尔顿提出了近代原子学说，他认为一切物质是由原子构成的，这子学说，他认为一切物质是由原子构成的，这些原子是微小的不可分割的实心球。些原子是微小的不可分割的实心球。1911年，年，英国科学家卢瑟福用一束平行高速运动的英国科学家卢瑟福用一束平行高速运动的a粒子粒子(a粒子是带两个单位正电荷的氦原子核粒子是带两个单位正电荷的氦原子核)轰击金轰击金箔时箔时(金原子的核电荷数为金原子的核电荷数为79，相对原子质量为，相对原子质量为197)，发现大多数，发现大多数a粒子能穿透金箔，而且不改粒子能穿透金箔，而且不改变原来的运动方向，但是也有一小部分变原来的运动方向，但是也有一小部分a粒子改粒子改变了原来的运动路