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第四節(jié)原子的能級(jí)結(jié)構(gòu)學(xué)習(xí)目標(biāo)重點(diǎn)難點(diǎn)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3能用玻爾原子理論簡單解釋氫原子光譜4知道氫原子的能級(jí)圖重點(diǎn):玻爾原子理論的基本假設(shè)難點(diǎn):玻爾理論對(duì)氫原子光譜的解釋一、能級(jí)結(jié)構(gòu)猜想1能級(jí):原子內(nèi)部_的能量2躍遷:原子從一個(gè)_變化到另一個(gè)_的過程3躍遷公式:h_em、en分別為原子躍遷前后的能級(jí),為原子輻射或吸收的光譜的頻率預(yù)習(xí)交流1能級(jí)結(jié)構(gòu)的猜想是針對(duì)線狀譜提出的還是連續(xù)譜提出的?二、氫原子的能級(jí)1氫原子的能級(jí)公式:en_,n1,2,3式中r為里德伯常量,h為普朗克常量,c為光速,n為能量量子數(shù)2基態(tài)和激發(fā)態(tài):(1)基態(tài):原子的_能級(jí)對(duì)應(yīng)的狀態(tài),氫原子基態(tài)的能量e1_ ev(2)激發(fā)態(tài):比基態(tài)_的能級(jí)對(duì)應(yīng)的狀態(tài)3對(duì)氫原子光譜成因分析(1)原子處于激發(fā)態(tài)不穩(wěn)定,會(huì)自發(fā)地向_躍遷,躍遷時(shí)釋放出來的能量以_的形式輻射出去,形成光譜(2)原子輻射光子的能量等于_(3)因能級(jí)的不連續(xù)性,致使能級(jí)間的躍遷產(chǎn)生_的譜線(4)從不同的高能級(jí)躍遷到某一特定能級(jí)就形成一個(gè)_如:n3的能級(jí)躍遷到n2的能級(jí)形成_系;n4的能級(jí)躍遷到n3的能級(jí)形成_系等預(yù)習(xí)交流2熒光物質(zhì)在紫外線照射下能夠發(fā)出可見光,應(yīng)如何解釋這種現(xiàn)象呢?在預(yù)習(xí)中還有哪些問題需要你在聽課時(shí)加以關(guān)注?請(qǐng)?jiān)谙铝斜砀裰凶鰝€(gè)備忘吧!我的學(xué)困點(diǎn)我的學(xué)疑點(diǎn)答案:一、1不連續(xù)2能級(jí)能級(jí)3emen預(yù)習(xí)交流1:答案:能級(jí)結(jié)構(gòu)的猜想是針對(duì)線狀譜提出的二、12(1)最低13.6(2)能級(jí)高3(1)低能級(jí)態(tài)光子(2)兩能級(jí)間的能量差(3)不連續(xù)(4)線系巴耳末帕邢預(yù)習(xí)交流2:答案:紫外線光子能量較大,熒光物質(zhì)的原子吸收紫外線后,躍遷到了較高的能級(jí),在向低能級(jí)躍遷時(shí),可能先躍遷到稍高能級(jí),發(fā)出光子,再躍遷到基態(tài),又發(fā)出光子,發(fā)出光子的能量低于紫外線光子能量,屬于可見光一、對(duì)玻爾能級(jí)理論的理解1如何理解軌道量子化?2什么是能量量子化、定態(tài)、基態(tài)、激發(fā)態(tài)?3何為躍遷?躍遷遵循的規(guī)律是什么?(雙選)(2011濟(jì)南高二檢測)氫原子的核外電子由離原子核較遠(yuǎn)的軌道躍遷到離核較近的軌道上時(shí),下列說法中正確的是()a核外電子受力變小b原子的能量減少c氫原子要吸收一定頻率的光子d氫原子要放出一定頻率的光子1求解電子在某條軌道上的運(yùn)動(dòng)動(dòng)能時(shí),要將玻爾的軌道理論與電子繞核做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力結(jié)合起來即用兩公式結(jié)合判定2求解氫原子要吸收一定頻率的光子躍遷時(shí)(1)原子在各定態(tài)之間躍遷時(shí)原子躍遷條件hemen,一次躍遷只能吸收一個(gè)光子的能量,且光子能量恰好等于兩能級(jí)之差(2)當(dāng)原子向電離態(tài)躍遷時(shí),吸收的能量大于或等于原子所處能級(jí)的能量的絕對(duì)值即heem,入射光子的能量越大,原子電離后產(chǎn)生的自由電子的動(dòng)能越大二、原子的能級(jí)躍遷問題1向低能級(jí)躍遷時(shí),發(fā)出的光所含頻率的種數(shù)如何計(jì)算?2使原子能級(jí)躍遷的光子和實(shí)物粒子有什么區(qū)別?3試討論氫原子躍遷時(shí)需注意哪些問題?(2010重慶理綜)氫原子部分能級(jí)的示意圖如圖所示不同色光的光子能量如下表所示色光紅橙黃綠藍(lán)靛紫光子能量范圍/ev1.612.002.002.072.072.142.142.532.532.762.763.10處于某激發(fā)態(tài)的氫原子,發(fā)射的光的譜線在可見光范圍內(nèi)僅有2條,其顏色分別為()a紅、藍(lán)靛b黃、綠c紅、紫 d藍(lán)靛、紫1如果是一個(gè)氫原子,該氫原子的核外電子在某時(shí)刻只能處在某一個(gè)可能的軌道上,由這一軌道向另一軌道躍遷時(shí)只能有一種光,但可能發(fā)出的光條數(shù)為(n1)種2如果是一群氫原子,該群氫原子的核外電子在某時(shí)刻有多種可能軌道每一個(gè)躍遷時(shí)只能發(fā)出一種光,多種軌道同時(shí)存在,發(fā)光條數(shù)n3若知道每條發(fā)光的能量或頻率,可根據(jù)已知情況判定光線所在區(qū)域1氫原子的光譜特征否定了經(jīng)典電磁理論的什么觀點(diǎn)()a原子由原子核與核外電子組成b原子核很小,但集中了原子的所有正電荷與幾乎所有的質(zhì)量c電子繞核做圓周運(yùn)動(dòng)但不向外輻射電磁波d電子繞核做圓周運(yùn)動(dòng)向外輻射電磁波是連續(xù)的光譜2氫原子的能級(jí)是氫原子處于各個(gè)定態(tài)時(shí)的能量值,它包括氫原子系統(tǒng)的電勢能和電子在軌道上運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能氫原子的電子由外層軌道躍遷到內(nèi)層軌道時(shí)()a氫原子的能量減少,電子的動(dòng)能增加b氫原子的能量增加,電子的動(dòng)能增加c氫原子的能量減少,電子的動(dòng)能減少d氫原子的能量增加,電子的動(dòng)能減少3(雙選)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()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4光子能量為e的一束光照射容器中的氫(設(shè)氫原子處于n3的能級(jí)),氫原子吸收光子后,能發(fā)出頻率為1、26六種光譜線,且126,則e等于()ah1 bh6ch(61) dh(126)5有一群氫原子處于量子數(shù)n4的激發(fā)態(tài)中,能發(fā)出幾條光譜線?其中最高頻率、最低頻率各為多少?若有一個(gè)氫原子處于量子數(shù)n4的激發(fā)態(tài)時(shí),最多能發(fā)出幾種頻率的光子?提示:用最精煉的語言把你當(dāng)堂掌握的核心知識(shí)的精華部分和基本技能的要領(lǐng)部分寫下來并進(jìn)行識(shí)記知識(shí)精華技能要領(lǐng)答案:活動(dòng)與探究1:1答案:軌道半徑只能夠是一些不連續(xù)的、某些分立的數(shù)值模型中保留了盧瑟福的核式結(jié)構(gòu),但他認(rèn)為核外電子的軌道是不連續(xù)的,它們只能在某些可能的、分立的軌道上運(yùn)動(dòng)例如,氫原子的電子最小軌道半徑為r10.053 nm,其余可能的軌道半徑還有0.212 nm、0.477 nm不可能出現(xiàn)介于這些軌道之間的其他值2答案:能量量子化:與軌道量子化對(duì)應(yīng)的能量不連續(xù)的現(xiàn)象由于原子的可能狀態(tài)(定態(tài))是不連續(xù)的,具有的能量也是不連續(xù)的,這樣的能量值,稱為能級(jí),能量最低的狀態(tài)稱為基態(tài),其他的狀態(tài)叫做激發(fā)態(tài)對(duì)于氫原子,以無窮遠(yuǎn)處為勢能零點(diǎn)時(shí),基態(tài)能量e113.6 ev其能級(jí)公式:en,式中n稱為量子數(shù),對(duì)應(yīng)不同的軌道,n取值不同,基態(tài)取n1,激發(fā)態(tài)n2,3,4;量子數(shù)n越大,表示能級(jí)越高,能級(jí)圖(如圖所示):3答案:躍遷:原子從一種定態(tài)躍遷到另一種定態(tài)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,即高能級(jí)em低能級(jí)en可見,電子如果從一個(gè)軌道到另一個(gè)軌道,不是以螺旋線的形式改變半徑大小的,而是從一個(gè)軌道上“跳躍”到另一個(gè)軌道上玻爾將這種現(xiàn)象叫做電子的躍遷遷移與應(yīng)用1:bd解析:由玻爾理論知,當(dāng)電子由離核較遠(yuǎn)的軌道躍遷到離核較近的軌道上時(shí),要放出能量,故要放出一定頻率的光子;電子的軌道半徑小了,由庫侖定律知,它與原子核之間的庫侖力大了,故a、c錯(cuò),b、d正確活動(dòng)與探究2:1答案:氫原子能級(jí)躍遷的可能情況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,其可能的值為c即種可能情況2答案:使原子能級(jí)躍遷的兩種粒子光子與實(shí)物粒子(1)原子若是吸收光子的能量而被激發(fā),其光子的能量必須等于兩能級(jí)的能量差,否則不被吸收,不存在激發(fā)到n能級(jí)時(shí)能量有余,而激發(fā)到n1時(shí)能量不足,則可激發(fā)到n能級(jí)的問題(2)原子還可吸收外來實(shí)物粒子(例如自由電子)的能量而被激發(fā),由于實(shí)物粒子的動(dòng)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兩能級(jí)的能量差值(eenem),就可使原子發(fā)生能級(jí)躍遷3答案:(1)注意一群原子和一個(gè)原子:氫原子核外只有一個(gè)電子,這個(gè)電子在某個(gè)時(shí)刻只能處在某一個(gè)可能的軌道上,在某段時(shí)間內(nèi),由某一軌道躍遷到另一個(gè)軌道時(shí),可能的情況只有一種,但是如果容器中盛有大量的氫原子,這些原子的核外電子躍遷時(shí)就會(huì)有各種情況出現(xiàn)(2)注意直接躍遷與間接躍遷:原子從一種能量狀態(tài)躍遷到另一種能量狀態(tài)時(shí),有時(shí)可能是直接躍遷,有時(shí)可能是間接躍遷兩種情況輻射(或吸收)光子的頻率不同(3)注意躍遷與電離:hemen只適用于光子和原子作用使原子在各定態(tài)之間躍遷的情況,對(duì)于光子和原子作用使原子電離的情況,則不受此條件的限制,這是因?yàn)樵右坏婋x,原子結(jié)構(gòu)即被破壞,因而不再遵守有關(guān)原子結(jié)構(gòu)的理論如基態(tài)氫原子的電離能為13.6 ev,只要大于或等于13.6 ev光子都能被基態(tài)的氫原子吸收而發(fā)生電離,只不過入射光子的能量越大,原子電離后產(chǎn)生的自由電子的動(dòng)能越大至于實(shí)物粒子和原子碰撞的情況,由于實(shí)物粒子的動(dòng)能可全部或部分地被原子吸收,所以只要入射粒子的動(dòng)能大于或等于原子某兩定態(tài)能量之差,就可使原子受激發(fā)而向較高能級(jí)躍遷遷移與應(yīng)用2:a解析:由能級(jí)圖可知,只有原子從n4能級(jí)向n2能級(jí)以及從n3能級(jí)向n2能級(jí)躍遷時(shí)發(fā)射光子的能量符合題目要求,兩種光子對(duì)應(yīng)的能量分別為2.55 ev和1.89 ev,分別為藍(lán)靛光和紅光,選項(xiàng)a正確當(dāng)堂檢測1d解析:按經(jīng)典電磁理論,電子繞核做圓周運(yùn)動(dòng),向外輻射電磁波,電子的軌道半徑連續(xù)變化,輻射的電磁波應(yīng)該是連續(xù)的,而氫原子的光譜特征卻是分立的,所以被否定2a解析:氫原子的電子由外層軌道躍遷到內(nèi)層軌道時(shí),由km可知?jiǎng)幽茉黾?;又躍遷時(shí)發(fā)出光子,所以原子能量減少選項(xiàng)a正確3ac解析:由氫原子能級(jí)圖算出只有10.2 ev為第2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一激發(fā)態(tài)而大于13.6 ev的光子能使氫原子電離4a解析:對(duì)于量子數(shù)n3的一群氫原子,當(dāng)它們向較低的激發(fā)態(tài)或基態(tài)躍遷時(shí),可能產(chǎn)生的譜線條數(shù)為3,由此可判定氫原子吸收光子后的能量的能級(jí)是n4,且從n4到n3放出的光子能量最小,頻率最低即1,因此,處于n3能級(jí)的氫原子吸收頻率為1的光子(能量eh1),從n3能級(jí)躍遷到n4能級(jí)后,方可發(fā)出6種頻率的光譜線選項(xiàng)a正確5答案:6種3.11015 hz1.61014 hz3種解析:一群氫原子向低能級(jí)躍遷時(shí),各種躍遷方
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