第2讲 原子和原子核
一、原子物理 1.原子的核式结构
(1)1909～1911年，英籍物理学家卢瑟福进行了α粒子散射实验，提出了核式结构模型. (2)α粒子散射实验的结果：绝大多数α粒子穿过金箔后，基本上仍沿原来的方向前进，但有少数α粒子发生了大角度偏转，偏转的角度甚至大于90°，也就是说它们几乎被“撞了回来”，如图1所示.
图1
(3)原子的核式结构模型：原子中带正电部分的体积很小，但几乎占有全部质量，电子在正电体的外面运动. 2.氢原子光谱
(1)光谱：用光栅或棱镜可以把各种颜色的光按波长展开，获得光的波长(频率)和强度分布的记录，即光谱. (2)光谱分类
(3)氢原子光谱的实验规律：巴耳末系是氢原子光谱在可见光区的谱线，其波长公式1λ＝R (122－
1n
2)(n ＝3,4,5，…，R 是里德伯常量，R ＝1.10×107
m －1). (4)光谱分析：利用每种原子都有自己的特征谱线可以用来鉴别物质和确定物质的组成成分，且灵敏度很高.在发现和鉴别化学元素上有着重大的意义. 3.玻尔理论
(1)定态：原子只能处于一系列不连续的能量状态中，在这些能量状态中原子是稳定的，电子虽然绕核运动，但并不向外辐射能量.
(2)跃迁：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，会放出能量为hν的光子，这个光子的能量由前后两个能级的能量差决定，即hν＝E m －E n .(h 是普朗克常量，h ＝
6.63×10－34 J·s)
(3)轨道：原子的不同能量状态跟电子在不同的圆周轨道绕核运动相对应.原子的定态是不连续的，因此电子的可能轨道也是不连续的.
4.氢原子的能量和能级变迁
(1)能级和半径公式：
①能级公式：E n＝1
n2E1(n＝1,2,3，…)，其中E1为基态能量，其数值为E1＝－13.6 eV.
②半径公式：r n＝n2r1(n＝1,2,3，…)，其中r1为基态轨道半径，又称玻尔半径，其数值为r1＝0.53×10－10 m.
(2)氢原子的能级图，如图2所示
图2
自测1(多选)如图3所示为卢瑟福和他的同事们做α粒子散射实验装置的示意图，荧光屏和显微镜一起分别放在图中的A、B、C、D四个位置时观察到的现象，下述说法中正确的是()
图3
A.放在A位置时，相同时间内观察到屏上的闪光次数最多
B.放在B位置时，相同时间内观察到屏上的闪光次数只比A位置时稍少些
C.放在C、D位置时，屏上观察不到闪光
D.放在D位置时，屏上仍能观察到一些闪光，但次数极少
答案ABD
解析根据α粒子散射现象，绝大多数α粒子沿原方向前进，少数α粒子发生较大偏转，A、B、D正确.
自测2一个氢原子从n＝3能级跃迁到n＝2能级，该氢原子()
A.放出光子，能量增加
B.放出光子，能量减少
C.吸收光子，能量增加
D.吸收光子，能量减少
答案 B
二、天然放射现象和原子核
1.天然放射现象
(1)天然放射现象
元素自发地放出射线的现象，首先由贝可勒尔发现.天然放射现象的发现，说明原子核具有复杂的结构.
(2)放射性同位素的应用与防护
①放射性同位素：有天然放射性同位素和人工放射性同位素两类，放射性同位素的化学性质相同.
②应用：消除静电、工业探伤、做示踪原子等.
③防护：防止放射性对人体组织的伤害.
2.原子核的组成
(1)原子核由质子和中子组成，质子和中子统称为核子.质子带正电，中子不带电.
(2)基本关系
①核电荷数(Z)＝质子数＝元素的原子序数＝核外电子数.
②质量数(A)＝核子数＝质子数＋中子数.
(3)X元素的原子核的符号为A Z X，其中A表示质量数，Z表示核电荷数.
3.原子核的衰变、半衰期
(1)原子核的衰变
①原子核放出α粒子或β粒子，变成另一种原子核的变化称为原子核的衰变.
②分类
α衰变：A Z X→A－4
Y＋42He
Z－2
β衰变：A Z X→A
Y＋0－1e
Z＋1
当放射性物质连续发生衰变时，原子核中有的发生α衰变，有的发生β衰变，同时伴随着γ辐射.
③两个典型的衰变方程
α衰变：23892U→23490Th＋42He
β衰变：23490Th→23491Pa＋0－1e.
(2)半衰期
①定义：放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间.
②影响因素：放射性元素衰变的快慢是由核内部自身的因素决定的，跟原子所处的化学状态和外部条件没有关系.
(3)公式：N 余＝N 原·1()2t τ，m 余＝m 原·1()2
t τ. 4.核力和核能
(1)原子核内部，核子间所特有的相互作用力.
(2)核子在结合成原子核时出现质量亏损Δm ，其对应的能量ΔE ＝Δmc 2.
(3)原子核分解成核子时要吸收一定的能量，相应的质量增加Δm ，吸收的能量为ΔE ＝Δmc 2. 自测3 (2015·福建理综·30(1))下列有关原子结构和原子核的认识，其中正确的是( ) A.γ射线是高速运动的电子流
B.氢原子辐射光子后，其绕核运动的电子动能增大
C.太阳辐射能量的主要来源是太阳中发生的重核裂变
D.210 83Bi 的半衰期是5天，100克210
83Bi 经过10天后还剩下50克
答案 B
解析 β射线是高速电子流，而γ射线是一种电磁波，选项A 错误.氢原子辐射光子后，绕核运动的电子距核更近，动能增大，选项B 正确.太阳辐射能量的主要来源是太阳内部氢核的聚变，选项C 错误.10天为两个半衰期，剩余的210 83Bi
为100×1()2
t τ g ＝100×(1
2)2 g ＝25 g ，选项
D 错误.
命题点一 玻尔理论和能级跃迁
1.定态间的跃迁——满足能级差
(1)从低能级(n )――→跃迁
高能级(m )→吸收能量. hν＝E m －E n
(2)从高能级(m )――→跃迁低能级(n )→放出能量. hν＝E m －E n . 2.电离
电离态与电离能
电离态：n＝∞，E＝0
基态→电离态：E吸>0－(－13.6 eV)＝13.6 eV.
激发态→电离态：E吸>0－E n＝|E n|.
若吸收能量足够大，克服电离能后，获得自由的电子还携带动能.
例1(多选)(2017·江西南昌检测)如图4所示是氢原子的能级图，现有大量处于n＝3激发态的氢原子向低能级跃迁，所辐射的光子中只有一种能使某金属产生光电效应.以下判断正确的是()
图4
A.该光子一定是氢原子从激发态n＝3跃迁到基态时辐射的光子
B.若大量氢原子从激发态n＝3跃迁到低能级，可辐射出3种频率的光子
C.若氢原子从激发态n＝4跃迁到基态，辐射出的光子一定能使该金属产生光电效应
D.若大量氢原子从激发态n＝4跃迁到低能级，则会有3种光子使该金属产生光电效应
答案ABC
变式1(多选)如图5是氢原子的能级图，一群氢原子处于n＝3能级，下列说法中正确的是()
图5
A.这群氢原子跃迁时能够发出3种不同频率的波
B.这群氢原子发出的光子中，能量最大为10.2 eV
C.从n＝3能级跃迁到n＝2能级时发出的光波长最长
D.这群氢原子能够吸收任意光子的能量而向更高能级跃迁
答案AC
解析根据C23＝3知，这群氢原子能够发出3种不同频率的光子，故A正确；由n＝3跃迁到n＝1，辐射的光子能量最大，ΔE＝(13.6－1.51) eV＝12.09 eV，故B错误；从n＝3跃迁到
n＝2辐射的光子能量最小，频率最小，则波长最长，故C正确；一群处于n＝3能级的氢原子发生跃迁，吸收的能量必须等于两能级的能级差，故D错误.
命题点二原子核的衰变及半衰期
1.衰变规律及实质
(1)α衰变、β衰变的比较
(2)γ射线：γ射线经常伴随着α衰变或β衰变同时产生.其实质是放射性原子核在发生α衰变或β衰变的过程中，产生的新核由于具有过多的能量(原子核处于激发态)而辐射出光子. 2.确定衰变次数的方法
因为β衰变对质量数无影响，所以先由质量数的改变确定α衰变的次数，然后再根据衰变规律确定β衰变的次数.
3.半衰期
(1)公式：N余＝N原
1
()
2
t
τ，m
余＝m原
1
()
2
t
τ.
(2)影响因素：放射性元素衰变的快慢是由原子核内部自身因素决定的，跟原子所处的物理状态(如温度、压强)或化学状态(如单质、化合物)无关.
例2(2017·全国卷Ⅱ·15)一静止的铀核放出一个α粒子衰变成钍核，衰变方程为23892U→23490Th ＋42He，下列说法正确的是()
A.衰变后钍核的动能等于α粒子的动能
B.衰变后钍核的动量大小等于α粒子的动量大小
C.铀核的半衰期等于其放出一个α粒子所经历的时间
D.衰变后α粒子与钍核的质量之和等于衰变前铀核的质量
答案 B
解析静止的铀核在α衰变过程中，满足动量守恒的条件，根据动量守恒定律得p Th＋pα＝0，
即钍核的动量和α粒子的动量大小相等，方向相反，选项B正确；根据E k＝p2
2m可知，选项A
错误；半衰期的定义是统计规律，对于一个α粒子不适用，选项C 错误；铀核在衰变过程中，伴随着一定的能量放出，即衰变过程中有一定的质量亏损，故衰变后α粒子与钍核的质量之和小于衰变前铀核的质量，选项D 错误.
变式2 (2017·湖南长沙三月模拟)一个静止的铀核，放在匀强磁场中，它发生一次α衰变后变为钍核，α粒子和钍核都在匀强磁场中做匀速圆周运动.某同学作出如图6所示运动径迹示意图，以下判断正确的是( )
图6
A.1是α粒子的径迹，2是钍核的径迹
B.1是钍核的径迹，2是α粒子的径迹
C.3是α粒子的径迹，4是钍核的径迹
D.3是钍核的径迹，4是α粒子的径迹 答案 B
解析 由动量守恒可知，静止的铀核发生α衰变后，生成的均带正电的α粒子和钍核的动量大小相等，但方向相反，由左手定则可知它们的运动轨迹应为“外切”圆，又R ＝m v Bq ＝p Bq ，
在p 和B 大小相等的情况下，R ∝1
q
，因q 钍>q α，则R 钍 变式3 (2017·山西五校四联)在很多装饰材料中，都不同程度地含有放射性元素.下列说法正确的是( ) A.α射线、β射线和γ射线都是电磁波 B.在α、β、γ三种射线中，γ射线的电离能力最强 C.氡的半衰期为3.8天，4个氡原子核经过7.6天后一定只剩下1个氡原子核 D.放射性元素发生β衰变时所释放的电子是原子核内的中子转化为质子时产生的 答案 D 解析 α射线是高速42He 核流，β射线是高速电子流，γ射线是能量很高的电磁波，A 项错误.在α、β、γ三种射线中，α射线的电离能力最强，γ射线的电离能力最弱，B 项错误.半衰期是对大量原子核的衰变行为作出的统计规律，对于少数原子核无意义，C 项错误. 命题点三 核反应及核反应类型 1.核反应的四种类型 2.核反应方程式的书写 (1)熟记常见基本粒子的符号，是正确书写核反应方程的基础.如质子(11H)、中子(10n)、α粒子(42 He)、β粒子( 0－1e)、正电子( 0＋1e)、氘核(21H)、氚核(31H)等. (2)掌握核反应方程遵守的规律，是正确书写核反应方程或判断某个核反应方程是否正确的依据，由于核反应不可逆，所以书写核反应方程式时只能用“→”表示反应方向. (3)核反应过程中质量数守恒，电荷数守恒. 例3(1)关于核衰变和核反应的类型，下列表述正确的有________. A.23892U→23490Th＋42He是重核裂变 B.147N＋42He→178O＋11H是轻核聚变 C.21H＋31H→42He＋10n是α衰变 D.8234Se→8236Kr＋2 0－1e是β衰变 (2)现有四个核反应： A.21H＋31H→42He＋10n B.23592U＋10n→X＋8936Kr＋310n C.2411Na→2412Mg＋0－1e D.42He＋94Be→126C＋10n ①________是发现中子的核反应方程，________是研究原子弹的基本核反应方程，________是研究氢弹的基本核反应方程. ②B项中X的质量数为________，中子数为________. 答案(1)D(2)①D B A②14488 解析(1)A为α衰变，B为原子核的人工转变，C为轻核聚变，D为β衰变，故只有D正确. (2)①D为查德威克发现中子的核反应方程；B是研究原子弹的基本核反应方程；A是研究氢弹的基本核反应方程；C是一种衰变反应. ②X的质量数为(235＋1)－(89＋3)＝144 X的质子数为92－36＝56 X的中子数为144－56＝88. 变式4(2017·天津理综·1)如图7所示，我国自主研发制造的国际热核聚变核心部件在国际上率先通过权威机构认证，这是我国对国际热核聚变项目的重大贡献.下列核反应方程中属于聚变反应的是() 图7 A.21H＋31H→42He＋10n B.147N＋42He→178O＋11H C.42He＋2713Al→3015P＋10n D.23592U＋10n→14456Ba＋8936Kr＋310n 答案 A 解析21H＋31H→42He＋10n是一个氘核与一个氚核结合成一个氦核，同时放出一个中子，属于聚变反应，故A正确；147N＋42He→178O＋11H是卢瑟福发现质子的核反应方程，是人类第一次实现原子核的人工转变，属于人工核反应，故B错误；42He＋2713Al→3015P＋10n属于原子核的人工转变，故C错误；23592U＋10n→14456Ba＋8936Kr＋310n是一种典型的铀核裂变，属于裂变反应，故D错误. 变式5(多选)(2016·全国卷Ⅲ·35(1)改编)一静止的铝原子核2713Al俘获一速度为1.0×107m/s 的质子p后，变为处于激发态的硅原子核2814Si*.下列说法正确的是() A.核反应方程为p＋2713Al→2814Si* B.核反应过程中系统动量守恒 C.核反应过程中系统能量不守恒 D.核反应前后核子数相等，所以生成物的质量等于反应物的质量之和 答案AB 解析根据质量数和电荷数守恒可得，核反应方程为p＋2713Al→2814Si*，A正确；核反应过程中释放的核力远远大于外力，故系统动量守恒，B正确；核反应过程中系统能量守恒，C错误；由于反应过程中，要释放大量的能量，伴随着质量亏损，所以生成物的质量小于反应物的质量之和，D错误. 变式6(2016·全国卷Ⅱ·35(1))在下列描述核过程的方程中，属于α衰变的是________，属于β衰变的是________，属于裂变的是________，属于聚变的是________.(填正确答案标号) A.146C→147N＋0－1e B.3215P→3216S＋0－1e C.23892U→23490Th＋42He D.147N＋42He→178O＋11H E.23592U＋10n→14054Xe＋9438Sr＋210n F.31H＋21H→42He＋10n 答案C AB E F 解析α衰变是一种放射性衰变，α粒子(42He)会从原子核中射出，C项符合要求，β衰变是指自原子核内自发地放出一个电子( 0－1e)，同时原子序数加1的过程，A、B两项符合要求，裂变是指一些质量非常大的原子核，如铀、钍和钚等在吸收一个中子后分裂成两个或更多质量较小的原子核，同时放出多个中子和很大能量的过程，只有E项符合要求.聚变是指由两个轻原子核(一般是氘核和氚核)结合成较重原子核(氦核)并放出大量能量的过程，F项符合要求. 命题点四质量亏损及核能的计算 1.利用质能方程计算核能 (1)根据核反应方程，计算出核反应前与核反应后的质量亏损Δm. (2)根据爱因斯坦质能方程ΔE＝Δmc2计算核能. 质能方程ΔE＝Δmc2中Δm的单位用“kg”，c的单位用“m/s”，则ΔE的单位为“J”. (3)ΔE＝Δmc2中，若Δm的单位用“u”，则可直接利用ΔE＝Δm×931.5 MeV计算ΔE，此时ΔE的单位为“MeV”，即1 u＝1.660 6×10－27 kg，相当于931.5 MeV，这个结论可在计算中直接应用. 2.利用比结合能计算核能 原子核的结合能＝核子的比结合能×核子数. 核反应中反应前系统内所有原子核的总结合能与反应后生成的所有新核的总结合能之差，就 是该核反应所释放(或吸收)的核能. 例4(2017·全国卷Ⅰ·17)大科学工程“人造太阳”主要是将氘核聚变反应释放的能量用来发电.氘核聚变反应方程是：21H＋21H→32He＋10n.已知21H的质量为2.013 6 u，32He的质量为3.015 0 u，10n的质量为1.008 7 u,1 u＝931 MeV/c2.氘核聚变反应中释放的核能约为() A.3.7 MeV B.3.3 MeV C.2.7 MeV D.0.93 MeV 答案 B 解析根据质能方程，释放的核能ΔE＝Δmc2，Δm＝2m H－m He－m n＝0.003 5 u，则ΔE＝0.003 5×931 MeV＝3.258 5 MeV≈3.3 MeV，故B正确，A、C、D错误. 例5 (多选)原子核的比结合能曲线如图8所示.根据该曲线，下列判断正确的有( ) 图8 A.42He 核的结合能约为14 MeV B.42He 核比63Li 核更稳定 C.两个21H 核结合成42He 核时释放能量 D.235 92U 核中核子的平均结合能比8936Kr 核中的大 答案 BC 解析 由图象可知42He 核的结合能约为28 MeV ，A 项错误；42He 核比63Li 核的比结合能大，故42He 核比63Li 核稳定，B 项正确；两个21H 核结合成4 2He 核时比结合能增大，释放能量，C 项正 确；235 92U 核中核子的平均结合能比8936Kr 核中的小，D 项错误. 变式7 用放射源钋放出的α射线轰击铍94Be 时，能放出一种穿透力极强的中性射线，这就是所谓的铍“辐射”.1932年，英国物理学家查德威克用铍“辐射”分别照射(轰击)氢和氮(氢和氮可视为静止)，测得照射后沿铍“辐射”方向高速运动的氢核和氮核的速度之比为7∶1.查德威克假设铍“辐射”是由一种质量不为零的中性粒子构成的，从而通过上述实验在历史上首次发现了中子，为人类确定原子核的结构做出了重要贡献.若已知α粒子的质量为4.001 509 u ，中子的质量为1.008 665 u ，铍核的质量为9.012 19 u ，碳核的质量为12.000 00 u ，试确定核反应中所释放的核能为多少？ 答案 4.7 MeV 解析 根据题意可写出发现中子的核反应方程为42He ＋94Be →12 6C ＋10n ，可得核反应过程中的质 量亏损为Δm ＝m He ＋m Be －m C －m n ＝0.005 034 u ，根据质能方程ΔE ＝Δmc 2得该核反应所释放的核能为ΔE ＝931.5 MeV 1 u ×0.005 034 u ≈4.7 MeV . 变式8 已知氘核的比结合能为1.1 MeV ，氦核的比结合能为7.1 MeV ，则两个氘核结合成一个氦核时( ) A.释放出4.9 MeV 的能量 B.释放出6.0 MeV 的能量 C.释放出24.0 MeV 的能量 D.吸收4.9 MeV的能量 答案 C 解析根据题意可写出两个氘核结合成一个氦核的核反应方程为21H＋21H→42He，由于氘核的比结合能为1.1 MeV，氦核的比结合能为7.1 MeV，故结合前氘核的结合能为E1＝2×1.1 MeV，结合后氦核的结合能为E2＝4×7.1 MeV，故ΔE＝2E1－E2＝－24.0 MeV，负号表示释放能量，选项C正确. 1.(多选)下列说法正确的是() A.天然放射现象的发现揭示了原子的核式结构 B.一群处于n＝3能级激发态的氢原子，自发跃迁时能发出最多3种不同频率的光 C.放射性元素发生一次β衰变，原子序数增加1 D.23592U的半衰期约为7亿年，随着地球环境的不断变化，半衰期可能变短 答案BC 2.在卢瑟福α粒子散射实验中，金箔中的原子核可以看做静止不动，下列各图画出的是其中两个α粒子经历金箔散射过程的径迹，其中正确的是() 答案 C 解析金箔中的原子核与α粒子都带正电，α粒子接近原子核过程中受到斥力而不是引力作用，A、D错；由原子核对α粒子的斥力作用及物体做曲线运动的条件知曲线轨迹的凹侧应指向α粒子所受力的方向，B错，C对. 3.下列说法正确的是() A.3015P→3014Si＋01e是一种核裂变反应 B.核反应堆产生的能量一定来自轻核聚变 C.太阳辐射的能量主要来自太阳内部的核裂变反应 D.卢瑟福为解释α粒子散射实验现象提出了原子核式结构学说 答案 D 4.关于天然放射现象，以下叙述正确的是() A.若使放射性物质的温度升高，其半衰期将变大 B.β衰变所释放的电子是原子核内的质子转变为中子时产生的 C.在α、β、γ这三种射线中，α射线的穿透能力最强，γ射线的电离能力最强 D.铀核(23892U)衰变为铅核(20682Pb)的过程中，要经过8次α衰变和6次β衰变 答案 D 5.(多选)下列说法正确的是() A.天然放射性现象说明原子核内部具有复杂的结构 B.α粒子散射实验说明原子核内部具有复杂的结构 C.原子核发生β衰变生成的新核原子序数增加 D.氢原子从能级3跃迁到能级2辐射出的光子的波长小于从能级2跃迁到基态辐射出的光子的波长 答案AC 解析天然放射现象说明原子核内部具有复杂的结构，A正确.α粒子散射实验说明原子具有核式结构，B错误.根据电荷数守恒、质量数守恒知，β衰变放出了一个电子，新核的电荷数增加1，即原子序数增加，C正确.氢原子从能级3跃迁到能级2辐射出的光子的能量小于从能级2跃迁到基态辐射出的光子的能量，故从能级3跃迁到能级2辐射出的光子的波长大于从能级2跃迁到基态辐射出的光子的波长，D错误. 6.(多选)(2014·新课标全国卷Ⅰ·35(1)改编)关于天然放射性，下列说法正确的是() A.所有元素都可能发生衰变 B.放射性元素的半衰期与外界的温度无关 C.放射性元素与别的元素形成化合物时仍具有放射性 D.α、β和γ三种射线中，γ射线的穿透能力最强 答案BCD 解析自然界中绝大部分元素没有放射现象，选项A错误；放射性元素的半衰期只与原子核结构有关，与其他因素无关，选项B、C正确；α、β和γ三种射线电离能力依次减弱，穿透能力依次增强，选项D正确. 7.(2017·天津和平质量调查)下列说法正确的是() A.卢瑟福用α粒子轰击147N核获得反冲核178O发现了质子 B.普朗克通过对光电效应现象的分析提出了光子说 C.玻尔通过对天然放射现象的研究提出了氢原子能级理论 D.汤姆孙发现电子从而提出了原子的核式结构模型 答案 A 解析光子说是爱因斯坦提出的，B错误.玻尔通过对氢原子光谱的成因的研究提出了氢原子能级理论，C项错误.卢瑟福通过α粒子的散射实验，提出了原子的核式结构模型，D项错误. 8.(2017·安徽江南十校联考)铀核(23592U)经过m次α衰变和n次β衰变变成铅核(20782Pb)，关于该过程，下列说法中正确的是() A.m＝5，n＝4 B.铀核(23592U)的比结合能比铅核(20782Pb)的比结合能小 C.衰变产物的结合能之和小于铀核(23592U)的结合能 D.铀核(23592U)衰变过程的半衰期与温度和压强有关 答案 B 解析原子核衰变时质量数守恒，电荷数守恒，235＝4m＋207,92＝82＋2m－n，两式联立解得：m＝7，n＝4，A项错误.衰变产物的结合能之和大于铀核(23592U)的结合能，C错误.半衰期由原子核内部自身的因素决定，与温度和压强无关，D项错误. 9.(多选)关于核反应方程23490Th→23491Pa＋X＋ΔE(ΔE为释放的核能，X为新生成的粒子)，已知23490Th 的半衰期为1.2 min，则下列说法正确的是() A.此反应为β衰变 B.23491Pa核和23490Th核具有相同的质量 C.23491Pa具有放射性 D.64 g的23490Th经过6 min还有1 g 23490Th尚未衰变 答案AC 解析根据核反应方程质量数和电荷数守恒可判断出X为0－1e，所以此反应为β衰变，A正确；23491Pa核与23490Th核质量并不同，B错误；根据化学元素周期表及化学知识知，23491Pa为放 射性元素，C正确；利用半衰期公式m余＝ 1 () 2 t m原，解得m余＝2 g，则D错误. 10.用频率为ν0的光照射大量处于基态的氢原子，在所发射的光谱中仅能观测到频率分别为ν1、ν2和ν3的三条谱线，且ν3＞ν2＞ν1，则() A.ν0＜ν1 B.ν3＝ν2＋ν1 C.ν0＝ν1＋ν2＋ν3 D.1 ν1＝1 ν2＋ 1 ν3 答案 B 11.处于激发状态的原子，在入射光的电磁场的影响下，从高能态向低能态跃迁，两个状态之间的能量差以辐射光子的形式发射出去，这种辐射叫做受激辐射.原子发生受激辐射时，发出的光子频率、发射方向等都跟入射光子完全一样，这样使光得到加强，这就是激光产生的机理.那么，发生受激辐射时，产生激光的原子的总能量E、电势能E p、电子动能E k的变化情况是() A.E p增大、E k减小，E减小 B.E p减小、E k增大，E减小 C.E p增大、E k增大，E增大 D.E p减小、E k增大，E不变 答案 B 12.(多选)以下有关近代物理内容的若干叙述，正确的是( ) A.紫外线照射到金属锌板表面时能发生光电效应，则当增大紫外线的照射强度时，从锌板表面逸出的光电子的最大初动能也随之增大 B.玻尔认为，原子中电子轨道是量子化的，能量也是量子化的 C.光子不仅具有能量，也具有动量 D.根据玻尔能级理论，氢原子辐射出一个光子后，将由高能级向较低能级跃迁，核外电子的动能增加 答案 BCD 13.(2017·河南六市一联)以下说法正确的是( ) A.氢原子核外电子从半径较小的轨道跃迁到半径较大的轨道时，电子的动能减小，原子电势能增大，原子能量减小 B.紫外线照射到金属锌板表面时能够产生光电效应，则当增大紫外线的照射强度时，从锌板表面逸出的光电子的个数增多，光电子的最大初动能增大 C.氢原子光谱有很多不同的亮线，说明氢原子能发出很多不同的频率的光，但它的光谱不是连续谱 D.天然放射现象的发现揭示了原子核有复杂的结构，阴极射线是原子核内的中子转变为质子时产生的高速电子流 答案 C 解析 氢原子核外电子从半径较小的轨道跃迁到半径较大的轨道时，电子的动能减小，原子电势能增大，原子能量增大，A 项错误.由E k ＝hν－W 0可知，只增加光照强度而不改变光的频率，光电子的最大初动能不变，B 项错误.原子核内的中子转变为质子时产生的高速电子流是β射线，不是阴极射线，D 项错误. 14.用速度大小为v 的中子轰击静止的锂核(63Li)，发生核反应后生成氚核和α粒子，生成的氚核速度方向与中子的初速度方向相反，氚核与α粒子的速度之比为7∶8，中子的质量为m ，质子的质量可近似看做m ，光速为c . (1)写出核反应方程. (2)求氚核与α粒子的速度大小. (3)若核反应过程中放出的核能全部转化为α粒子和氚核的动能，求出质量亏损. 答案 (1)10n ＋63Li →31H ＋42He (2)711v 8 11v (3)141m v 2121c 2 解析 (1)由题意可知，核反应方程为 10n ＋63Li →31H ＋4 2He. (2)设中子的初速度方向为正方向， 由动量守恒定律得m v ＝－3m v 1＋4m v 2 由题意得v 1∶v 2＝7∶8 解得v 1＝711v ，v 2＝8 11v . (3)氚核和α粒子的动能之和为 E k ＝12×3m v 12＋1 2×4m v 22 ＝403242 m v 2 释放的核能为 ΔE ＝E k －E kn ＝403242m v 2－12 m v 2 ＝141121 m v 2 由爱因斯坦质能方程得，质量亏损为 Δm ＝ΔE c 2＝141m v 2 121c 2 . 4月12日学科高中化学年级高二作者 课题1-1-1 原子结构（1）课时 1 课型新授【学习目标】 1.了解原子核外电子的运动状态 2.了解原子结构的构造原理 3.知道原子核外电子的能级分布，能用电子排布式表示常见元素（1~36号）原子核外电子的排布 【知识链接】 原子模型的发展史： 不同时期的原子结构模型: 古希腊原子论道尔顿原子模型(1803年)汤姆生原子模型(1904年) ___________________ (1911年)玻尔原子模型(1913年)_______ ___________(1926年) 【自主学习】 一、原子的诞生 ________是宇宙中最丰富的元素。地球上的元素大多数是________，非金属(包括稀有气体)仅有________种。 二、能层与能级 1．多电子原子的核外电子的能量是________的，按________________可以将电子分成不同的________，用符号___________________分别表示相应的1～7能层。各能层最多可容纳的电子数分别为________。 2．多电子的原子中，同一能层的电子，能量也可能________，还可以分成________。在第n能层中，能级符号的顺序是________。 能层… 符号… 电子离 核远近 电子能 量高低 能级… 最多容纳电子…… 数 1．原子核外电子的每一个能层最多可容纳的电子数与能层的序数(n)间存在什么关系？ 2．不同的能层分别有多少个能级，与能层的序数(n)间存在什么关系？ 3．不同层中，符号相同的能级中所能容纳的最多电子数是否相同？ 三、构造原理 即电子排布的能级顺序 1.比较同一能层的不同能级间的能量关系 2.比较不同能层的相同能级间的能量关系 3.是不是能层越高，能级的能量一定越高？ 4.观察构造原理图示,原子核外电子排布应遵循的顺序是： 四、电子排布式 1.电子排布式表示方法：用数字在能级符号右上角表明该能级上的排布的电子数。 原子核的组成（导学案） 会考标准 原子的构成、原子符号 b 核素、同位素的概念 a 一、 人类对原子结构的认识 1.请填写如下原子构成图： 2.原子的核电荷数与质子数（Z ）、中子数（N ）、电子数、质量数(A)之间存在着某些等量关系，试用文字形式表达出这些等量关系。 质量数= 核电荷数= 阳离子：（Z A X m+）核外电子数=质子数+__________ 阴离子：（Z A X n-）核外电子数=质子数—___________ 3.Z A X 表示的含义是______________________________________________________ 4.具有相同 的原子统称为元素，如原子数为1的原子都统称为 元素；因此，同一元素的原子之间 一定相同， 不一定相同； 人们又把具有一定 和 的一种原子称为一种核素，如 。 把 相同 不同的核素互称为同位素，如 。 5. 性同位素的应用已广泛应用于许多领域，如： 。 6. 用符号填空：a 质子数；b 中子数；c 核外电子数；d 最外层电子数。 （1）原子种类由_______________决定， （2）元素种类由_______________决定， （3）核电荷数由_______________决定， （4）相对原子质量由_______________决定， （5）元素的化合价主要由_______________决定， （6）元素的化学性质主要由_______________决定。 电性 电性 电性 电量 原子电量 随堂检测： 一、选择题： 1. , A 、 B 、 91 C D 、148 2.据报道，某些建筑材料会产生放射性同位素氡该同位素原子的中子数和质子数之差为（） A 、136 B 、50 C 、86 D 、222 3.某微粒用 n+,下列关于该微粒的叙述正确的是（） A 、 B 、所含中子数=A-Z C 、所含电子数=Z+n D 、质量数=Z+A 4.与OH -具有相同质子数和电子数的微粒是（） A 、NH 3 B 、HF C 、NH 2- D 、F 5.已知A n +离子有m 个电子，它的质量数为A ，则原子核内的中子数为（） A 、m+n C 、A-m-n D 、A+m-n 6.有五种微粒 它们属于几种元素（） A 、2 C 、4 D 、5 7.某元素B 的核电荷数为z ，已知B n-和A m+的核外具有相同的电子数，则A 元素 的原子序数用Z 、n 、m 来表示，应为（） A 、Z+n-m B 、Z-n+m C 、Z-n-m D 、Z+m+n 8.比核电荷数为11的元素的原子少1个电子而又多1个质子的微粒是（） A 、Na + B 、Na C 、Mg 2+ D 、Mg 9.下列关于质子的说法，不正确的是（） A 、质子是决定元素种类的基本粒子 B 、在化学反应前后质子数保持不变 C 、1个质子带1个单位正电荷 D 、1个质子的相对质量与1个电子的相对质量相等 10.下列离子中，所带电荷数与该离子核外电子层数相等的是（ ） A 、Al 3+ B 、Mg 2+ C 、Be 2+ D 、H + 11.X 、Y 、Z 和R 分别代表四种元素，若a X m+、b Y n+、c Z n-、d R m-四种离子的核外电子 排布相同，且m>n ，则下列关系正确的是（） A.a –c = m –n B.b –d = m + n C.a>b>d>c D.a>b>c>d 中的质子数是 ，中子数是 ，核外电子数是 。 2.Fe 、Fe 2+、Fe 3+是 元素的三种粒子，它们的 数相同，它 们所带的 数不相同。 第一章原子结构与元素周期律 第一节原子结构 一．教材分析 （一）知识脉络 通过初中的化学学习,同学们已经知道原子是由原子核和核外电子构成的。本节教材，就是要在已有经验的基础上继续深入地探讨原子核的结构以及核外电子的排布的规律，并利用原子结构的知识解释某些元素的部分性质，使学生初步了解原子的最外层电子排布与元素的性质(得失电子能力、化合价等)的关系。同时，通过原子结构知识的学习，为后阶段学习元素周期律、元素周期表和分子结构打下基础。 （三）新教材的主要特点： 新教材（必修）与旧教材相比，删掉了描述核外电子运动特征的电子云；降低了核外电子排布规律的要求；增加了原子结构示意图，元素的部分化学性质与原子的最外层电子排布的关系；调整了核素、同位素在教材中出现的位置。使得它更符合知识的逻辑关系，符合学生认识规律。同时，新教材更注重了让学生参与学习，提高了学生学习的主动性，更注重了学生能力的培养。 二．教学目标 （一）知识与技能目标 1．引导学生认识原子核的结构，懂得质量数和 A Z X的含义，掌握构成原子 的微粒间的关系；知道元素、核素、同位素的涵义；掌握核电荷数、质子数、中子数、质量数之间的相互关系。 2.引导学生了解原子核外电子的排布规律，使他们能画出1～18号元素的原子结构示意图；了解原子的最外层电子排布与元素的原子得、失电子能力和化合价的关系。 （二）过程与方法目标 通过对构成原子的微粒间的关系和氢元素核素等问题的探讨，培养学生分析、处理数据的能力，尝试运用比较、归纳等方法对信息进行加工。 (三)情感态度与价值观目标 1.通过构成物质的基本微粒的质量、电性的认识,了解微观世界的物质性,从而进一步认识物质世界的微观本质；通过原子中存在电性不同的两种微粒的关系，认识原子是矛盾的对立统一体。 2.通过人类探索原子结构的历史的介绍，使学生了解假说、模型等科学研究方法和科学研究的历程，培养他们的科学态度和科学精神，体验科学研究的艰辛与喜悦。 3.通过“化学与技术----放射性同位素与医疗”,引导学生关注化学知识在提高人类生活质量中所起的作用。 4.通过“未来的能源----核聚变能”,引导他们关注与化学有关的热点问题,形成可持续发展的思想。 三．教学重点、难点 （一）知识上重点、难点：构成原子的微粒间的关系和核外电子排布规律。 （二）方法上重点、难点：培养分析、处理数据的能力,尝试运用比较、归纳等方法对信息进行加工。了解假说、模型等科学研究方法和科学研究的历程。四．教学准备 （一）学生准备：上网查阅，C在考古上的应用；核素、同位素在生产和生活中的应用。搜集有关原子结构模型的资料。 原子的结构（1）导学案 学习目标 1、了解原子的构成情况。 2、知道原子及原子中各微粒的带电情况。 3、知道在原子中，核电荷数、质子数、核外电子数之间的关系。 学习过程 一、自学导航： 阅读第53、56页，回答下列问题： 1、科学实验证明，原子是由居于原子中心的和核外的构成。原子核由和构成。 2、什么是相对原子质量? 3、相对原子质量标准是什么?标准是多少?相对原子质量的单位是什么? 二、互动冲浪： 1、构成原子的各种粒子是否带电?若带电，是带正电荷，还是带负电荷? 2、为什么整个原子不显电性? 3、不同的原子，其核内的质子数和中子数是否相同? 4、已知下列原子的质量，计算其相对原子质量 O原子质量为2.657x10-26千克Fe原子质量为9.288x10-26千克 三、总结提升 1、用框图形式表示原子的构成情况，并标明各微粒的带电情况： 原子 2、原子不显电性：核电荷数=__ _____ =_____________ 3、相对原子质量的计算公式 A、相对原子质量= B、相对原子质量 4.分析表可获得的信息有： 原子种类质子数中子数核外电子数 氢101 碳666 氧888 钠111211 氯171817 (1) (2) (3) 四、达标检测： 1.下列有关原子结构的说法中正确的是( ) A.构成原子核必不可少的粒子是质子 B.原子核都是由质子和中子构成的 C.原子中不存在带电粒子，因而整个原子不显电性 D.原子的空间主要被原子核所占据 2.下列有关原子结构的说法中错误的是( ) A.构成原子核必不可少的粒子是质子 B.在原子中，核电荷数一定等于质子数或核外电子数 C.原子核都是由质子和中子构成的 D.同类原子核中的质子数一定相同 3.硫原子的相对原子质量为32，质子数是16，则中子数是______，核外电子数是______，核电荷数是______。 4.原子中决定相对原子质量大小的是( ) A.质子数和中子数 B.质子数和电子数 C.中子数和电子数 D.核电荷数和电子数 5.下列有关相对原子质量的说法中正确的是( ) A.相对原子质量就是一个原子的真实质量 B.相对原子质量决定了原子的种类 C.氧原子的相对原子质量是16g D.相对原子质量是一个比值，单位不是g或kg 高中物理第19章1原子核的组成学案新人教版选修35 [学习目标] 1.知道天然放射现象及其规律.2.理解三种射线的本质，以及如何利用磁场区分它们．(重点)3.掌握原子核的组成，知道核子和同位素的概念．(重点)4.掌握质量数、电荷数和核子数间的关系．(重点) 一、天然放射现象及三种射线 1．天然放射现象 (1)1896年，法国物理学家贝可勒尔发现某些物质具有放射性． (2)①放射性：物质发射射线的性质． ②放射性元素：具有放射性的元素． ③天然放射现象：放射性元素自发地发出射线的现象． (3)原子序数大于或等于83的元素，都能自发地发出射线，原子序数小于83的元素，有的也能放出射线． (4)玛丽·居里和她的丈夫皮埃尔·居里发现了两种放射性更强的新元素，命名为钋(Po)和镭(Ra)． 2．三种射线 (1)α射线：实际上就是氦原子核，速度可达到光速的 1 10 ，其电离能力强，穿透能力较差， 在空气中只能前进几厘米，用一张纸就能把它挡住． (2)β射线：是高速电子流，它速度很大，可达光速的99%，它的穿透能力较强，电离能力较弱，很容易穿透黑纸，也能穿透几毫米厚的铝板． (3)γ射线：呈电中性，是能量很高的电磁波，波长很短，在10－10 m以下，它的电离作用更小，但穿透能力更强，甚至能穿透几厘米厚的铅板或几十厘米厚的混凝土． 二、原子核的组成 1．质子的发现(如图所示) 2．中子的发现(如图所示) 3．原子核的组成 由质子和中子组成，它们统称为核子． 4．原子核的符号 5．同位素 具有相同质子数而中子数不同的原子核，在元素周期表中处于同一位置，它们互称同位素．例如，氢有三种同位素，11H、21H、31H. 1．思考判断(正确的打“√”，错误的打“×”) (1)放射性元素发出的射线的强度可以人工控制．(×) (2)放射性元素的放射性都是自发的现象．(√) (3)γ射线的穿透能力最强，电离能力最弱．(√) (4)原子核的核子数等于质子数．(×) (5)在元素周期表中处在同一位置上，而质量数不同的元素叫同位素．(√) 2．(多选)天然放射性物质的放射线包括三种成分，下列说法正确的是( ) A．一张厚的黑纸能挡住α射线，但不能挡住β射线和γ射线 B．某原子核在放出γ射线后会变成另一种元素的原子核 C．三种射线中对气体电离作用最强的是α射线 D．β粒子是电子，但不是原来绕核旋转的核外电子 [解析]由三种射线的本质和特点可知，α射线穿透本领最弱，一张黑纸都能挡住，而挡不住β射线和γ射线，故A正确；γ射线是一种波长很短的光子，不会使原核变成新核．三种射线中α射线电离作用最强，故C正确；β粒子是电子，来源于原子核，故D正确．[答案]ACD 3．据最新报道，放射性同位素钬166 67Ho在医疗领域有重要应用，该同位素原子核内中子数与核外电子数之差是( ) A．32 B．67 C．99 D．166 《原子核的组成》教案 第一课时 一、教学目标 1．在物理知识方面要求． (1)了解原子核的人工转变．了解它的方法和物理过程． (2)了解质子和中子是如何被发现的． (3)会写核反应方程式． (4)了解原子核的组成，知道核子和同位素的概念． 2．掌握利用能量和动量守恒的思想来分析核反应过程．从而培养学生运用已知规律来分析和解决问题的能力． 3．通过发现质子和中子的历史过程，使学生认识通过物理实验研究和探索微观结构的研究方法及体会科学研究的艰巨性和严谨性． 二、重点、难点分析 1．重点是使学生了解原子核的人工转变和原子核的组成．在原子核的人工转变中发现了质子和中子，它是确定原子核组成的实验基础． 2．用已经学过的能量和动量守恒以及有关的知识来分析核反应过程，是本节的难点．三、教具 1．分析卢瑟福做的“α粒子轰击氮原子核的实验”． 2．讲解约里奥·居里和伊丽芙·居里夫妇做的“用来自铍的射线去轰击石蜡的实验”． 用投影幻灯、投影片． 四、主要教学过程 (一)引入新课 复习提问： 1．什么是天然放射现象？天然放射性元素放射出哪几种射线？这些射线的成分是什么？ 天然放射现象说明原子核存在着复杂的内部结构，为了了解原子核的组成，人们开始寻找研究原子核组成的有效方法，那就是原子核的人工转变． (二)教学过程设计 1．质子的发现． (1)原子核的人工转变． 是指为了了解原子核的组成，人们有目的的用高速粒子去轰击某些元素的原子核，通过对核反应过程及其产生的新粒子的研究，了解原子核的内部结构和粒子的本质及特点． (2)α粒子轰击氮原子核的实验． 1919年，卢瑟福做了用α粒子轰击氮原子核的实验，第一次实现了原子核的人工转变，有了很重要的发现． 实验装置如图1所示(用投影幻灯打出装置的示意图)，容器C中放有放射性物质A，从A射出的α粒子射到铝箔F上，适当选取铝箔的厚度，使α粒子恰好被它完全吸收而不能透过，在F 后面放一荧光屏S，用显微镜M观察荧光屏． 实验现象：当在荧光屏上恰好观察不到闪光后，通过阀门T往容器C里通入氮气，此时卢瑟福从荧光屏S上又观察到了闪光． 实验结论：实验表明，闪光一定是α粒子击中氮核后产生的新粒子透过铝箔引起的． (3)质子的发现． 讨论提问：引导学生用已经学过的知识分析怎样知道新粒子的性质． ①若想知道新粒子的性质，必须测出粒子的什么有关物理量？ 归纳得到：测出粒子的电性、电量、质量和速度等． ②用什么方法可以知道新粒子的电性？ 归纳得到：可将粒子引入电场或磁场中，观察粒子的偏转轨迹． 如图2所示，在匀强电场中粒子的轨道是抛物线，若粒子向下偏转，说明粒子带正电；若向上偏转，说明粒子带负电． 如图3所示，在匀强磁场中粒子的轨道是圆，若粒子向上做圆运动，说明粒子带正电，若粒子向下做圆运动，说明粒子带负电． 实验证明：这个新粒子带正电． ③用什么方法可测出粒子的速度？ 归纳得到：使粒子通过一个正交的电磁场，如图4所示，调节B或E的值，使粒子在正交场中，沿入射方向做匀速直线运动，则可知此时 第4节 玻尔的原子模型__能级 (对应学生用书页码P26) 一、波尔的原子结构理论 (1)电子围绕原子核运动的轨道不是任意的，而是一系列分立的、特定的轨道，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，这些状态称为定态。 (2)当原子中的电子从一定态跃迁到另一定态时，才发射或吸收一个光子，其光子的能量hν＝E n －E m ，其中E n 、E m 分别是原子的高能级和低能级。 (3)以上两点说明玻尔的原子结构模型主要是指轨道量子化和能量量子化。 [特别提醒] “跃迁”可以理解为电子从一种能量状态到另一种能量状态的瞬间过渡。 二、用玻尔的原子结构理论解释氢光谱 1．玻尔的氢原子能级公式 E n ＝E 1n 2(n ＝1,2,3，…)，其中E 1＝－13.6 eV ，称基态。 2．玻尔的氢原子中电子轨道半径公式 r n ＝n 2r 1(n ＝1,2,3，…)，其中r 1＝0.53×10 －10 m 。 3．玻尔理论对氢光谱解释 按照玻尔理论，从理论上求出里德伯常量R H 的值，且与实验符合得很好。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。 三、玻尔原子结构理论的意义 1．玻尔理论的成功之处 第一次将量子观念引入原子领域，提出了定态和跃迁的概念，成功地解释了氢原子光谱的实验规律。 2．玻尔理论的局限性 不能说明谱线的强度和偏振情况；不能解释有两个以上电子的原子的复杂光谱。 1．判断： (1)玻尔的原子结构假说认为电子的轨道是量子化的。( ) (2)电子吸收某种频率条件的光子时会从较低的能量态跃迁到较高的能量态。( ) (3)电子能吸收任意频率的光子发生跃迁。( ) (4)玻尔理论只能解释氢光谱的巴尔末系。( ) 答案：(1)√ (2)√ (3)× (4)× 2．思考：卢瑟福的原子模型与玻尔的原子模型有哪些相同点和不同点？ 提示：(1)相同点： 《原子与原子核的结构》教学设计 学时：2学时，第1学时完成原子的核式结构模型;第2学时完成原子核的组成和质能方程。 一、教材结构框图 二、教学目标设计 (一)知识与技能 1.了解卢瑟福a粒子散射实验，核式结构模型的建立，了解从分析实验结果到提出原子的核式结构学说的过程; 2.知道质子和中子的发现过程及原子核的组成;了解原子物理的研究方法是在实验的基础上进行科学分析; 3.了解原子核的表示方法，了解同位素;了解爱因斯坦质能方程的含义，感受它的科学之美。 (二)过程与方法 通过对原子结构的认识过程的学习，体会物理学解决“黑箱问题”的方法，并理解人类对微观世界的认识是不断扩大和加深的科学探究永无止境; (三)情感态度与价值观 通过阅读史料，感受前辈科学家为探究真理而毕生奋斗的科学精神。 三、学习重点 卢瑟福的α粒子散射实验的现象及所说明的问题。 四、教学过程设计 第一环节：回顾历史，提出问题 (播放1964年我国第一颗原子弹爆炸成功的视频) 1945年7月16日，美国在新墨西哥州沙漠中阿拉莫戈多的“三一”试验场内30米高的铁塔上，进行了人类有史以来的第一次核试 验;1954年建在前苏联的卡卢加州奥布宁斯克城的世界首座核电 站;1964年我国第一颗原子弹爆炸成功。说明人类已经开始利用原子的核能。 1893年道尔顿(J. Dalton)提出了原子学说：一切物质都由极小的微粒──原子组成。不同的物质，含有不同的原子，不同原子的大小、质量和性质不同。随后被许多实验所证实，并且对许多现象给予了定量的解释。科学的发展证实了原子的存在。当原子学说逐渐被人们接受以后，人们又面临着新的问题：原子到底有多大?原子是如何构成的?内部结构如何?原子是最小的粒子吗…… (出示鸡蛋或者鸡蛋的图片) 问题1：假如你以前从未吃过鸡蛋，甚至没有见过鸡蛋，现在你想知道这东西里面究竟有什么，有什么办法吗? 问题2：如果你不想打碎它，但又想知道这里面有什么，有什么办法吗? 问题3：在陌生的环境中，发现一个不认识的东西。为了了解它，有什么简洁的办法? (黑箱法：指一个系统内部结构不清楚，或根本无法弄清楚时，从外部输入控制信息，使系统内部发生反应后输出信息，再根据其输出信息来研究其功能和特性的一种方法。) 第1节原子结构模型 学习目标 1.了解氢原子光谱的特点及玻尔原子结构模型的基本观点。 2.了解原子核外电子在一定条件下发生跃迁与光谱的联系。 3.理解原子轨道和电子云的含义。 自主学习 知识点一氢原子光谱和玻尔的原子结构模型 1.原子结构理论的发展史 道尔顿―→实心球原子模型 汤姆逊―→“葡萄干布丁”模型 卢瑟福― 玻尔―→核外电子分层排布模型 现代― 2．光谱 (1)连续光谱：由各种波长的光组成，且相近的波长差别极小而不能分辨。如阳光形成的光谱即为连续光谱。 (2)线状光谱：由具有特定波长、彼此分立的谱线组成。如氢原子光谱为线状光谱。 3．玻尔原子模型的基本观点 (2)贡献 ①成功地解释了氢原子光谱是线状光谱的实验事实。 ②阐明了原子光谱源自核外电子在能量不同的轨道之间的跃迁，而电子所处的轨道的能量是量子化的。 思考交流 1．电子跃迁时只吸收能量吗？ 知识点二量子力学对原子核外电子运动状态的描述 1．原子轨道 (1)电子层：在多电子原子中，根据电子离核的平均距离远近、能量的高低分为多个电子层；用n表示，n的取值为正整数1,2,3,4,5,6，……，对应符号K，L，M，N，O，P等。 (2)能级：当n相同时，电子所具有的能量也可能不同，因此，对同一个电子层，还可分为若干个能级。如n＝2时，有1个s能级和1个p能级。 (3)原子轨道：用来描述原子中的单个电子的空间运动状态。 (4)n值所对应的能级和原子轨道的情况。 思考交流 2．多电子原子中，电子的运动区域与其能量的高低之间有何关系？2．原子轨道的图形描述 3．电子云 (1)定义：描述电子在空间单位体积内出现概率大小的图形称为电子云图。 (2)含义：用单位体积内小点的疏密程度表示电子在原子核外单位体积内出现概率的大小。点密的地方，表示在那里电子在单位体积内出现的概率大；点疏的地方，表示在那里电子在单位体积内出现的概率小。 探究学习 探究一 基态、激发态与原子光谱 【问题导思】 ①原子光谱形成的原因是什么？ 【提示】 不同元素的原子发生跃迁时会吸收或释放不同的光，形成原子光谱。②霓虹灯的发光原理与氢原子光谱相同吗？ 【提示】 基本相同，都是气体在高电压激发下发生电子跃迁产生的。 1．基态原子与激发态原子 2．不同元素的原子发生跃迁时会吸收或释放不同的光，可以用光谱仪摄取各种元素的电子的吸收光谱或发射光谱，总称原子光谱。 3．光谱分析：利用原子光谱上的特征谱线来鉴定元素。 4．玻尔原子结构模型 (1)基本观点：①电子在确定的轨道上运动 ②轨道能量是量子化的 ③电子跃迁产生能量变化 (2)意义：①成功解释了氢原子的线状光谱 ②说明核外电子是分层排布的 (3)不足：无法解释复杂光谱问题 【例1】可见光光子的能量在1.61 ～3.10 eV 范围内。若氢原子从高能级跃迁到量子数为n 的低能级的谱线中有可见光，根据氢原子能级图可判断n 为( ) 第2节原子结构与元素周期表（第1课时）导学案 学习目标： 1、能描述并理解能量最低原则、泡利不相容原则、洪特规则及特例。 2、能根据基态原子核外电子排布原则和基态原子的核外电子排布顺序图书写 1～36号元素基态原子的核外电子排布式、和价电子排布式。 3、体会基态原子的核外电子排布的变化规律。 重点：1～36号元素基态原子的核外电子排布式的书写。 难点：认识能量最低原则、泡利不相容原则、洪特规则及特例。 自主预习提纲 一、基态原子的电子排布 1．基态原子核外电子排布要遵循的三个原则 是、、。 2．画出基态原子核外电子在原子轨道上的排布顺序图，说出画图方法并尝试多 种画法。 3．角量子数l相同的能级，其能量次序由主量子数n决定，n值越，其能 量越。如E2p E3p E4p E5p。主量子数n相同，角量子数 不同的能级，其能量随l的增大而，即发生“能级分裂”现象。如E4s E4p E4d E4f。主量子数和角量子数同时变化时，情况较复杂。如E4s E3d E4p,这种现象称为“能级交错”。 4．泡利不相容原理可简单描述为：一个原子轨道中最多只能容纳______个电子， 并且这_____个电子的自旋方向相_____。 5．洪特规则：电子在能量相同的轨道上排布时，将尽可能分占 _____ 的轨道，且自旋方向 _____。 6.洪特规则的特例：能级相同的原子轨道中，电子处于、 或状态时，体系的能量较低，原子较稳定。 二、19～36号元素的基态原子的核外电子排布 1、熟练写出元素周期表中前36号元素的名称、元素符号和用电子排布式表示1～36号元素原子核外电子的排布并填表。 2．价电子层：能级上的电子数可在化学反应中发生变化的能层。价电子指的是，元素的化学性质与＿＿＿的数目密切相关。基态铁原子的价电子排布为＿＿＿。 思考：价电子数一定是最外层电子数吗？ 填 表， 并思 考为 什么 每个 电子 层最 多容 纳2n2个电子？ 原子的构成 学习目标 知识技能： ⒈复习原子构成的初步知识，使学生懂得质量数和A Z X的含义，掌握构成原子的粒子间的关系； ⒉知道同位素概念。 过程方法： 采用教师引导，学生阅读资料、自己提出问题、并自主地跟同学交流、自己完成讨论结果的方法，教师多创设情景让学生自主学习、自主地总结出规律。 情感态度： 让学生充分体验交流讨论、发现规律、得出结论的过程，让学生在获得有关知识的同时又体验自己学习后获得的成功感。 教学准备 多媒体课件 教学过程 情景设计： 展示图片： 原子结构图 引入新课： 原子是由原子核和核外电子构成的，绝大多数原子的原子核由质子和中子构成。质子、中子和电子是构成原子的三种粒子，这三种粒子的质量大小、带电荷情况等方面有什么差异？请同学们运用教材表1-8中的数据进行比较。 学生活动： 阅读表1-8，比较三种粒子的质量大小、带电荷情况。有同学会问：什么是相对质量？ 构成原子的微粒电子 原子核 质子中子 电性和电量 质量/kg 9.109×10-31 1.673×10-27 1.675×10-31相对质量1/1836 1.007 1.008 （2）归纳总结 构成原子的微粒之间的数量关系 （3）填写下表： 原子质子 数（Z）中子数 （N） 质子数+中 子数（A） 相对原 子质量 F 10 18.998 Na 12 22.989 Al 14 26.982 交流讨论： ⑴若用X表示元素符号，Z表示原子的质子数，A表示原子的质量数，用A Z X表示图中的原子组成分别为： ⑵质量数的概念：。 （3）电性关系： ⑷质量关系 整理归纳： ⒈原子的构成是本节重点，我们需要掌握的关系式： ⑴A Z X的含义：代表一个质量数为A、质子数为Z的原子。 A Z X q p中各个字母的含义： A：质量数； Z：质子数； q：原子个数； p：电荷数。 ⑵电性关系： 原子：核电荷数（Z）=核内质子数=核外电子数 阳离子：核电荷数（Z）=核内质子数＞核外电子数 核电荷数（Z）=核内电子数+电荷数 阴离子：核电荷数（Z）=核内质子数＜核外电子数 核电荷数（Z）=核内电子数—电荷数 第1课时 氢原子光谱和玻尔的原子结构模型 [学习目标定位] 1.知道原子结构模型的演变历程和玻尔的原子结构模型的内容。2.知道基态、激发态和原子光谱等概念，认识原子光谱分析的应用。 一 原子结构模型的演变 1．阅读教材，将下列各原子结构模型的名称及相关科学家的名字填入表中： 中在原子核上，电子在原子核外空间做高速运动。卢瑟福因此被誉为“原子之父”。 [归纳总结] 1．由于道尔顿最早提出了原子论，合理地解释了当时的一些化学现象和规律，给化学奠定了唯物主义理论基石，所以道尔顿被誉为近代化学之父。 2．从原子结构模型的演变过程可以看出，人类对原子结构的认识过程是逐步深入的。虽然很多科学家得到了一些错误的结论，但对当时发现真相作出了一定的贡献。 3．随着现代科学技术的发展，科学家已能利用电子显微镜和扫描隧道显微镜来拍摄表示原子图像的照片并且能在晶体硅表面上用探针对原子进行“搬迁”。 [活学活用] 1．自从1803年英国化学家、物理学家道尔顿提出了原子假说，人类对原子结构的认识就不断深入、发展，并通过实验事实不断地完善对原子结构的认识。下列关于原子结构模型的说法中，正确的是( ) A ．道尔顿的原子结构模型将原子看作实心球，故不能解释任何问题 B ．汤姆逊“葡萄干布丁”原子结构模型成功地解释了原子中的正负粒子是可以稳定共存的 C ．卢瑟福核式原子结构模型指出了原子核和核外电子的质量关系、电性关系及占有体 积的关系 D ．玻尔电子分层排布原子结构模型引入了量子化的概念，能够成功解释所有的原子光谱 答案 C 解析 道尔顿的原子理论成功地解释了质量守恒定律等规律，故A 选项是错误的；汤姆逊“葡萄干布丁”原子结构模型提出了正负电荷的共存问题，但同时认为在这样微小的距离上有着极大的作用力，存在着电子会被拉进去并会碰撞在带正电的核心上这样的问题，故B 选项是错误的；卢瑟福通过α粒子散射实验提出了核式原子结构模型，散射实验的结果能够分析出原子核和核外电子的质量关系、电性关系及占有体积的关系，故C 选项是正确的；玻尔电子分层排布原子结构模型只引入了一个量子化的概念，只能够解释氢原子光谱，而不能解释比较复杂的原子光谱，故D 选项是错误的。 2．道尔顿的原子学说曾起了很大的作用。他的学说包含下列三个论点： ①原子是不能再分的粒子； ②同种元素的原子的各种性质和质量都相同； ③原子是微小的实心球体。 从现代的观点考虑，你认为三个论点中不确切的是___________________________。 答案 ①②③ 解析 根据现代物质结构的观点可知原子是由原子核和核外电子构成的，因此可以再分；由于存在同位素，因此质子数相同的同种原子也会因中子数不同而导致其质量和物理性质不同，但其化学性质相同；原子核的体积很小，原子中大部分为空隙，电子在核外作 高速运动。 二 氢原子光谱和波尔的原子结构模型 1．阅读教材，回答下列问题： (1)处于最低能量状态的原子称为基态原子。若基态原子的电子吸收能量后，电子跃迁至能量较高轨道成为激发态原子。 (2)原子基态与激发态相互转化间的能量变化 基态原子 吸收能量释放能量激发态原子 2．光是电子释放能量的重要形式之一。在日常生活中，大家看到的许多可见光(如灯光、霓虹灯光、激光)和节日燃放的焰火等都与原子核外电子发生跃迁释放能量有关。 (1)不同元素的原子发生跃迁时会吸收或释放不同的光，若用光谱仪摄取各种元素的电子的吸收光谱或发射光谱，则可确立某种元素的原子，这些光谱总称原子光谱。在现代化学中，常利用原子光谱上的特征谱线来鉴定元素，称为谱学分析。 (2)氢原子光谱是线状光谱而不是连续光谱，是由于氢原子光谱源自核外电子在能量不 章节： 3.2 课题： 原子的结构 课型：新授 课时：1课时 主备人：_________ 审核：初三化学组 授课人：______________ 学习目标：1 . 初步了解原子的构成；了解原子核外电子的分层排布；了解原子结构的表示 方法；会认1—18号元素的原子结构示意图；了解原子结构与元素化学性质的关系。 2.了解离子的形成过程，认识离子是构成物质的一种微粒；认识原子与离子之间的区别与联系。 3.初步了解相对原子质量的概念，并会查相对原子质量表。 学习重点：构成原子的粒子间的关系；离子的形成过程、核外电子排布。 学习难点：核外电子运动的特点，离子的形成过程；相对原子质量的概念的形成。 学习过程：【课前复习】 1、分子和原子的含义：分子是_______________________原子是__________________________。 2、在化学变化中, 可分, 不可分。 【自主探究】 一、原子的构成 看课本图3-9和50页内容，填空：⑴原子是由哪些粒子构成的? 原子是由居于原子中心的带 电 和核外带 电的 构成的。 ⑵原子核又是由哪些粒子构成的? 原子核是由 和 构成的。 ⑶原子核和核外电子都带电，为什么整个原子不显电性? 原子核带 电，核外电子带 电，它们所带的电荷 ，电性 ，所以整个原子不显电性。 ⑷原子核所带的正电荷从何而来？质子数与原子核所带的正电荷数（即核电荷数）有何关系？ 质子数与核外电子数有何关系？ 核电荷数= = ⑸不同类原子的内部构成有什么不同?也就是原子的种类由 决定。 注意：①原子中质子数 等于中子数 ②不是所有原子的原子核中都有 ，一般的氢原子无 ⑹质子、中子、电子的质量，你有什么发现？ 每个质子（中子）的质量都 电子的质量(填“大于”“等于”或“小于”),因此,原子的质量主要集中在 上。 二、原子核外电子的排布 I 初步认识核外电子的分层运动 1． 阅读下列材料，填写下图空格。 我是一个小小的电子，我在原子里围绕着原子核不停地转动，虽然空间很大，但我和我的同伴总想挣脱原子核的吸引。可是原子核这个小老头很有能耐，虽然只占原子的一丁点空间，里面却由质子和中子构成，中子不带电，质子带正电，正好把我身上的负电深深吸引。 2．了解核外电子的分层运动。 阅读课本第54页，讨论下列问题。 ①电子为何不会被原子核吸引到核内？__________________________________ ②它的运动的是否有如卫星一样有特定的轨道？__________________________ ③原子核外电子的运动特征有哪些？____________________________________ ④第一电子层，第二电子层，最外层分别最多能容纳多少个电子？____________________ 3．阅读课本P54，了解原子结构示意图。 选择适当的序号，填写在下图括号里： ①核电荷数 ②原子核 ③电子层 ④该电子层上电子数 ⑤中子数 ⑥相对原子质量 练习：画出碳、硫、钙及氧四种原子的结构示意图。 II 感悟原子结构与元素化学性质的关系 资料1．元素周期表是学习和研究化学的重要工具，它 的内容十分丰富。下表是依据元素周期表画出的1—18号元素的原子结构示意图。请同学们找出其中的金属元素、非金属元素、稀有气体元素，并讨论它们的结构有什么规律。 ⑴根据资料1，填空： ①此表纵行排列的依据是 ；此表横行排列的依据是 ； ②稀有气体原子中电子排布的特点是_________________________________________； ③金属元素原子中电子排布的特点是________________________________________； ④非金属元素原子中电子排布的特点是______________________________________； ③元素的化学性质取决与_____________________________。 III 了解离子的形成 1．通过氯化钠的形成，了解离子 阅读课本第55页图3-13，了解钠离子与氯离子的形成过程。 装 订 线 2020届高三物理一轮复习导学案 十八、原子和原子核（3） 原子核的组成、核力和核能 【目标】 1、知道原子核的组成和核力的概念 2、理解核能的概念，知道获得核能的两种途径 【导入】 一、原子核的组成： 原子核由质子和中子（统称为核子）组成．原子序数=核电荷数=核外电子数=质子数；原子核质量数A=质子数Z十中子数N。 二、核反应 某种元素的原子核变为另一种元素的原子核的过程叫做核反应．常见的核反应分为衰变、人工转变、裂变和聚变等几种类型． 三、核力：核子之间的引力． 1、核力与核子是否带电无关，质子与质子间、质子与中子间，中子与中子间都可以有核力作用． 2、是一种强相互作用． 3、是一种近程力（当两个核子间距r＜2×10-15m时才发生作用）．只有相邻的核子间才有核力作用． 四、核能（原子核的结合能） 1、核能．克服核力做功，使原子核分解为单个核子时吸收的能量，或若干个单个核子在核力作用下结合成原子核时放出的能量，叫原子核的结合能，简称核能． 例如1 1H+ 1 n→2 1 H+△E （△E=2.22 MeV） 2．核能的计算 根据爱因斯坦的质能方程 E=mc2或△E=△m c2；其单位有两种选择方法： （1）m或△m用“kg”，c用“m／s，”则 E（或△E）的单位为“J” （2）m或△m用“u”（原子质量单位），则E（或△E）的单位用uc2，根据1u相当于931.5 MeV能量公式变为 E＝m × 931.5 MeV或△E=△m ×931.5 MeV；E（或△E）的单位为“MeV”．3．获得核能的两种途径： （1）重核的裂变：重核分裂成两个（或两个以上）中等质量核时要释放能量，这种核反应叫裂变． 铀核裂变的反应为：235 92U+ 1 n→139 54 Xe+95 38 Sr+ 21 n +217MeV 在一定条件下，如铀块大于临界体积时，裂变反应是链式反应，会放出大量能量．原子弹爆炸是激烈的裂变反应．秦山核电站和大亚湾核电站也是利用裂变反应．（2）轻核的聚变：轻核结合成质量较大的核的变化．例如氘核和氚核聚合成氦 核．2 1H＋3 1 H→4 2 He＋1 n＋17.6MeV （几百万度）使核外电子脱离，核具有足够大的动能接近到10-15 mm以下距离内，聚变称为热核反应．氢弹是利用热核反应制造的一种大规模杀伤性武器，太阳内部进行着激烈的热核反应。 【导研】 [例1]已知π+介子、π—介子都是由一个夸克（夸克u或夸克d）和一个反夸克（反夸克u或反夸克d）组成的，它们的带电量如下表所示，表中e为元电荷。下列说法正确的是（） A．π+由u和d组成B．π+由d和u组成 19.1 原子核的组成 教学要求：●知道原子核的人工转变，了解原子核的组成。 1、知道原子核的人工转变，知道质子和中子是如何被发现的。 2、了解原子核的组成，知道核子和同位素等概念。 3、了解核力的简单特性。 教学重点：质子中子的发现方程，原子核的组成，用原子核的组成解释α衰变、β衰变对原子核结构的改变实质 教学过程： （一）复习提问： 天然放射性元素能放出几种射线？这些射线的本质是什么？ （二）引入：天然放射现象说明某些元素的原子核可以自发的产生核转变（α衰变β衰变γ衰变），而用由人工控制的某些粒子轰击原子核也可以使其发生转变，即原子 核可以发生人工转变。 （三）新授： 1、原子核的人工转变：人为的用高速运动的粒子（如α粒子）轰击原子核而产生新 的原子核的方法叫原子核的人工转变。 ◆1919年卢瑟福用α粒子轰击氮原子核的实验 装置：（引导学生阅读课本P278图9-12） 过程：（引导学生阅读课本P278第二段文字） 现象：从荧光屏S上发现了闪光。 分析：闪光点的产生不是α粒子的效应，因为铝箔F的厚度能阻挡（或吸收）所有的α粒子，肯定是α粒子与氮气作用所产生的新粒子而引起的闪光，那么， 它是什么性质的粒子？它是否带电？质量多大？ 结论：用α粒子轰击氮原子核后产生了新的粒子。 为了证实上述实验的结果，英国物理学家布拉凯特实验照片分析： α粒子径迹碰后分叉：（图片P279图9-13） 分叉后的细长径迹---质子的径迹 另一条短粗 径 迹---新核径迹 发现质子的方程：H O H N e 1117842147+→+ 2、中子的发现： 思维过程：质子是原子核的组成部分已被人接受，最初有人认为，原子核可能是由质子组成的。但不久就知道这种想法是不正确的。如果原子核只是由质子组成，它的电荷数应该与质量数相等。实际上原子核的电荷数只是质量数的一半或者还少一些，卢瑟福根据这一事实，预言原子内可能还存在着质量跟质子相等的不带电的中性粒子，他把它称为中子。 后来人们发现用射线轰击铍能产生一种能量较高、贯穿能力很强的中性粒子，英国查德威克经仔细研究终于发现中子。（详见课本P279～Ｐ280：中子的发现） 学生阅读：课本p231“中子的发现” 阅读后思考：卢瑟福的正确假说，导 致查德威克发现中子。 可见假说的重要性。你 从中得到什麽启示？ 发现中子的核反应方程： 3、原子核的组成 ① 原子核由质子和中子组成，其中质子数等于原子的原子序数，中子数等于原子核的质量数减去质子数 ②核子：质子和中子统称为核子。 ③同位素：具有相同的质子数和不同的中子数的原子互称同位素 第十三章 物质结构与性质(选考) 学案63 原子结构与性质 [考纲要求] 1.了解原子核外电子的能级分布，能用电子排布式表示常见元素(1－36号)原子核外电子的排布。了解原子核外电子的运动状态。2.了解元素电离能的含义，并能用以说明元素的某些性质。3.了解原子核外电子在一定条件下会发生跃迁，了解其简单应用。4.了解电负性的概念，知道元素的性质与电负性的关系。 知识点一 原子核外电子排布及表示方法 第1电子层：只有s 第2电子层：有s 、p 两种轨道。 第3电子层：有s 、p 、d 三种轨道。 3．构造原理 构造原理：多电子原子的核外电子排布遵循构造原理，根据构造原理可以写出元素基态 原子的电子排布式。 随着__________的递增，基态原子的核外电子按照右图中箭头的方向依次排布，即1s,2s,2p ，____，____，____，____，____，____，4d,5p ……该原理适用于绝大多数基态原子的核外电子排布。 4．原子核外电子排布规律 (1)能量最低原理 ①原子的电子排布遵循构造原理能使整个原子的能量处于最低状态。 ②基态原子：______________。当基态原子________能量后，电子会______________，变成__________原子。 (2)泡利原理 一个原子轨道最多容纳____个电子，并且____________相反。 (3)洪特规则 当电子排布在同一能级的不同轨道时，基态原子中的电子总是优先________________，并且__________相同。 问题思考 1．电子按构造原理排布时，先排在4s轨道，再排3d轨道，为什么？而失电子时，是先失4s轨道上的，还是先失3d轨道上的？ 知识点二元素周期表中元素及其化合物的性质递变规律 1．电离能 (1)第一电离能：气态电中性基态原子____________转化为气态基态正一价离子所需要的最低能量。 (2)元素第一电离能的意义：元素的第一电离能可以衡量元素的原子失去一个电子的难易程度。第一电离能数值越小，原子越易失去一个电子，该元素的金属性越强；反之，第一电离能数值越大，原子越难失去一个电子。 (3)变化规律： ①同一周期从左到右元素的第一电离能呈________的趋势，但某些地方出现曲折变化，如____>____，____>____，____>____，____>____。 ②同一族从上到下元素的第一电离能__________。 2．电负性 (1)成键电子：原子中用于形成________的电子。 (2)电负性：用来描述不同元素的原子对________吸引力的大小。 (3)意义：电负性越大的原子，对成键电子的吸引力越大，非金属性越强。故电负性的大小可用来衡量元素非金属性和金属性的大小。 (4)变化规律 ①同周期从__________元素的电负性逐渐增大。 ②同主族从上到下元素的电负性逐渐________。 (5)应用 ①判断元素的金属性和非金属性的强弱：非金属的电负性>1.8；金属的电负性<1.8；类金属的电负性在1.8左右，它们既有金属性又有非金属性。 ②判断化学键的类型：两元素的电负性差值大于1.7，它们之间通常形成离子键；两元素的电负性差值小于1.7，它们之间通常形成共价键。 问题思考 2．为什么同周期的ⅡA族元素的第一电离能大于ⅢA族元素的，ⅤA族的大于ⅥA族的？如I1(Al)高中化学选修导学案：原子结构(人教版)
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