高中化学鲁科版物质结构与性质第一章原子结构单元测试 第1章第1节原子结构模型

第1节原子结构模型1．了解玻尔原子结构模型的基本观点及如何用其解释氢原子光谱的特点。2．能应用量子力学对原子核外电子的运动状态进行描述。(重点)3．了解原子轨道和电子云的含义。(难点)氢原子光谱和玻尔的原子结构模型[基础·初探]1．不同时期的原子结构模型2．光谱和氢原子光谱(1)光谱①概念：利用仪器将物质吸收的光或发射的光的波长和强度分布记录下来的谱线。②形成原因：电子在不同轨道间跃迁时，会辐射或吸收能量。(2)氢原子光谱：属于线状光谱。氢原子外围只有1个电子，故氢原子光谱只有一条谱线，对吗？【提示】不对。3．玻尔原子结构模型(1)基本观点运动轨迹原子中的电子在具有确定半径的圆周轨道上绕原子核运动，并且不辐射能量能量分布在不同轨道上运动的电子具有不同的能量，而且能量是量子化的。轨道能量依n(量子数)值(1，2，3…)的增大而升高电子跃迁对氢原子而言，电子处于n＝1的轨道时能量最低，称为基态，能量高于基态的状态称为激发态。电子在能量不同的轨道之间跃迁时，辐射或吸收的能量以光的形式表现出来并被记录下来，就形成了光谱(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。(1)道尔顿原子学说涉及到原子内部结构。(×)(2)氢原子光谱属于线状光谱。(√)(3)基态氢原子转变成激发态氢原子时释放能量。(×)(4)焰色反应与电子跃迁有关，属于化学变化。(×)[核心·突破]1．光谱(1)基态原子eq\o(,\s\up7(吸收能量),\s\do10(释放能量))激发态原子。(2)同一原子不同状态的能量激发态大于基态；不同原子的能量不一定存在激发态大于基态。(3)基态原子和激发态原子相互转化时吸收或释放能量，形成光谱。(4)光谱分析：利用原子光谱上的特征谱线来鉴定元素。如焰色反应产生的原因是原子中的电子在能量不同轨道上跃迁。2．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[题组·冲关]1．下列有关化学史知识错误的是()A．原子分子学说的建立是近代化学发展的里程碑B．俄国科学家门捷列夫发现了元素周期律，编制了元素周期表C．意大利科学家阿伏加德罗在总结气体反应体积比的基础上提出了分子的概念D．英国科学家道尔顿首先发现了电子【解析】英国科学家汤姆逊首先发现了电子。【答案】D2．下列说法正确的是()【导学号：66240000】A．氢原子光谱是元素的所有光谱中最简单的光谱之一B．“量子化”就是不连续的意思，微观粒子运动均有此特点C．玻尔理论不但成功地解释了氢原子光谱，而且还能推广到其他原子光谱D．原子中的电子在具有确定半径的圆周轨道上像火车一样高速运转着【解析】A项中氢原子光谱是元素的所有光谱中最简单的光谱；B项正确；C项中玻尔理论成功地解释了氢原子光谱，但对于解释多电子原子的光谱却遇到了困难；D项中电子运动没有确定的轨道，电子的运动特点决定了只能用统计的方法来描述电子在空间出现的概率，不能同时准确测定电子的位置和速度，D项错误。【答案】B3．原子光谱是线状光谱，是由不连续的谱线组成的，这表明()A．在原子中只有某些电子能够跃迁产生光谱B．原子中的电子可以处于某些特定的能量状态，即电子的能量是量子化的C．原子发射的光是单色光D．白光可以由多种单色光组成【解析】原子光谱是线状光谱，也就是由具有特定频率的光形成的谱线，原子光谱之所以产生这种特定的谱线，是由于电子的能量是量子化的，电子跃迁的始态和终态的能级差也是量子化的。【答案】B4．对充有氖气的霓虹灯管通电，灯管发出红色光，产生这一现象的主要原因是()A．电子跃迁时发光B．氖气发光，发出红光C．氖原子获得电子后转变成发出红光的物质D．在电流的作用下，氖原子与构成灯管的物质发生反应【解析】原子发光的根本原因是由于电子跃迁释放或者吸收能量。【答案】A【规律方法】激发态原子不稳定，电子从能量较高的激发态跃迁到能量较低的激发态乃至基态时，将释放能量。光辐射是电子释放能量的重要形式之一。灯光、霓虹灯光、激光、焰火等可见光都与原子核外电子发生跃迁释放能量有关。激发态的电子从能量较高的轨道跃迁至能量较低的轨道时，以一定波长(可见光区域)光的形式释放能量是大多数金属发生焰色反应的原因。电子的跃迁是物理变化，金属(元素)的焰色反应是物理变化。量子力学对原子核外电子运动状态的描述[基础·初探]教材整理1原子轨道1．电子层分层标准电子离核的远近n的取值1234567符号KLMNOPQ能量eq\o(→,\s\up7(由低到高))离核eq\o(→,\s\up7(由近到远))2.能级在同一电子层中，电子所具有的能量可能不同，所以同一电子层可分成不同的能级，用s、p、d、f表示。3．原子轨道(1)概念：原子中的单个电子的空间运动状态。(2)n值所对应的能级和原子轨道的情况n(电子层)能级原子轨道取值符号符号符号数目1Ks2Lsp3Mspd4Nspdf【答案】1s12s12px、2py、2pz33s13px、3py、3pz33d54s14px、4py、4pz34d54f74．自旋运动状态处于同一原子轨道上的电子自旋运动状态只有两种，分别用符号“↑”和“↓”表示。(1)离核越近的电子，能量越低。(√)(2)第n电子层共有n个能级，n2个原子轨道。(√)(3)每个轨道容纳的2个电子自旋方向不固定。(×)(4)n＝2时，有2s、2px、2py、2pz四个原子轨道。(√)教材整理2原子轨道的图形描述和电子云1．原子轨道的图形描述(1)对象：原子中单个电子的空间运动状态即原子轨道。(2)方法：用直角坐标系标注。(3)意义：表示原子轨道的空间分布。(4)形状：s轨道球形；p轨道在空间的分布特点是分别相对于x、y、z轴对称，呈哑铃形(∞)。2．电子云(1)概念：描述电子在空间单位体积内出现概率大小的图形。(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出现概率的大小。电子云中的每一个小点就是一个电子，对吗？【提示】不对。[合作·探究]原子核外电子运动状态的探究[探究背景]多电子原子如氧原子，电子的运动区域不同，其能量不同，而且电子的运动轨迹也不同。[探究问题]1．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？【提示】多电子原子中，通常能量较低的电子在离核较近的区域运动，而能量较高的电子在离核较远的区域运动。2．不同电子层的同种能级的原子轨道形状是否完全相同？【提示】不同能层的同种能级的原子轨道形状相似，但不完全相同。只是原子轨道的半径不同，能级序数n越大，电子的能量越大，原子轨道的半径越大。例如1s、2s、3s轨道均为球形，原子轨道半径：r(1s)＜r(2s)＜r(3s)。[核心·突破]1．电子层数(n)、能级数、原子轨道数、容纳电子数的关系：n取值1234n能级数1234n原子轨道数14916n2最多容纳电子数2818322n22.不同原子轨道能量大小的关系：3．s轨道为球形，p轨道为“∞”形，并不是说s能级电子绕核做圆周运动，p能级电子绕核做“∞”形运动。4．电子云图中的一个小黑点，不代表一个电子。5．离核越近，电子在单位体积内出现的概率越大。[题组·冲关]1．下列有关认识正确的是()A．各能级的原子轨道数按s、p、d、f顺序依次为1、3、5、7B．各电子层的能级都是从s能级开始至f能级结束C．各电子层含有的能级数为n－1D．各电子层含有的电子数为2n2个【解析】各电子层的能级数等于其所处的电子层数，即当n＝1时，它只有一个s能级，当n＝2时，它有两个能级：s能级和p能级，所以B、C均错误；而每个电子层最多容纳的电子数为2n2个。【答案】A2．某元素原子的核外有三个电子层，最外电子层有4个电子，该原子核内的质子数为()A．14B．15C．16D．17【解析】原子核外共有三个电子层，最内层只有1s能级，可容纳2个电子，第二层有2s、2p两个能级，可容纳1×2＋3×2＝8个电子，最外层有4个电子，所以该原子核外有14个电子，又因在原子中，核外电子数等于核内质子数，故选A项。【答案】A3．如图是2pz轨道电子云的示意图，请观察图，并判断下列说法中不正确的是()A．2pz轨道上的电子在空间出现的概率分布是z轴对称B．s电子的电子云形状是球形对称的C．电子先沿z轴正半轴运动，然后再沿负半轴运动D．2pz轨道形状哑铃形【解析】电子云是电子在一定区域内出现概率大小的图形，它并不是电子运动的实际轨迹(或轨道)，故C错；s轨道是球形对称的，s电子的电子云是球形对称的，故B对；观察该图可知A对；该p轨道为哑铃状，D对。【答案】C4．比较下列多电子原子的原子轨道的能量高低。【导学号：66240001】(1)2s________3s(2)2s________3d(3)3p________3s(4)4f________5d(5)3d________4s(6)3px________3pz【解析】相同电子层上不同原子轨道能量的高低顺序：ns<np<nd<nf；不同电子层上形状相同的原子轨道能量的高低顺序：1s<2s<3s<4s…；电子层、能级均相同的原子轨道能量相等：3px＝3py＝3pz；对于处在不同电子层的不同能级，电子排布的先后顺序为ns、(n－2)f、(n－1)d、np。【答案】(1)<(2)<(3)>(4)<(5)>(6)＝【温馨提示】(1)一个原子轨道上最多只能容纳两个电子，且运动状态不同。(2)同一电子层上的电子能量不一定相同，但同一能级上的电子能量一定相同。(3)不同电子层的能级上的电子能量一定不同。学业分层测评(一)原子结构模型(建议用时：45分钟)[学业达标]1．自从1803年英国化学家、物理学家道尔顿提出了原子学说，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【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。【答案】C2．观察1s轨道电子云示意图，判断下列说法正确的是()A．一个小点表示1个自由运动的电子B．1s轨道的电子云形状为圆形的面C．电子在1s轨道上运动像地球围绕太阳旋转D．1s轨道电子云小点的疏密表示电子在某一位置出现概率的大小【解析】由图可知，处于1s轨道上的电子在空间出现的概率分布呈球形对称，电子在该区域出现的概率大，不是在面上或内部，而是在整个区域。图中的小点不表示电子，而表示电子在此位置出现概率的大小。【答案】D3．下列能级中轨道数为3的是()A．s能级 B．p能级C．d能级 D．f能级【解析】s能级中轨道数为1，p能级中轨道数为3，d能级中轨道数为5，f能级中轨道数为7。【答案】B4．下列说法中正确的是()A．电子云通常是用小黑点来表示电子的多少B．处于最低能量的原子叫基态原子C．能量高的电子在离核近的区域运动，能量低的电子在离核远的区域运动D．电子仅在激发态跃迁到基态时才会产生原子光谱【解析】A项，电子云通常用小黑点表示单位体积内电子出现概率的大小；C项，电子离核由近到远，能量由低到高；D项，电子在基态跃迁到激发态时也会产生原子光谱。【答案】B5．对焰色反应的描述正确的是()A．焰色反应只是金属单质特有的性质B．焰色反应是化学变化C．焰色反应是金属原子从基态跃迁到激发态时，将能量以光的形式表现出来D．焰色反应是金属原子或离子从较高能量的激发态跃迁到较低能量的激发态或基态时，将能量以光的形式表现出来的现象【解析】焰色反应是大多数金属元素的性质，是物理变化，从基态→激发态要吸收能量，从激发态→基态会辐射能量。【答案】D6．(双选)下列各组多电子原子的原子轨道能量高低比较中，错误的是()A．2s＜2p B．3px＜3pyC．3s＜3d D．4s＞4p【解析】同一电子层上原子轨道的能量高低为ns＜np＜nd，A、C正确，D错误，同一能级上各原子轨道的能量相同，3px＝3py，B错误。【答案】BD7．(双选)下面是s能级和p能级的原子轨道图，下列说法正确的是()A．s电子的原子轨道呈圆形B．每个s能级有2个原子轨道C．每个p能级有3个原子轨道D．原子轨道的半径与电子层数有关【解析】每个s能级有1个原子轨道，s电子原子轨道是球形的，随着电子层序数的增大，其半径也逐渐增大。p电子原子轨道是轴对称的，每个p能级有3个相互垂直的原子轨道，p电子原子轨道的平均半径也随着电子层序数的增大而增大。【答案】CD8．图中所发生的现象与电子的跃迁无关的是()【解析】燃放烟火、霓虹灯、燃烧蜡烛等获得的光能都是电子跃迁时能量以光的形式释放出来导致的，而平面镜成像则是光线反射的结果。【答案】D9．(2023·长春高二检测)下列关于电子层与能级的说法中正确的是()【导学号：66240002】A．原子核外电子的每一个电子层最多可容纳的电子数为n2B．电子层的能级总是从s能级开始，而且能级数等于该电子层序数C．同是s能级，在不同的电子层中所能容纳的最多电子数是不相同的D．1个原子轨道里最多只能容纳2个电子，但自旋方向相同【解析】A项中每一个电子层最多可容纳的电子数为2n2；C项中不同电子层中的s能级容纳的最多电子数都是2个；D项中1个原子轨道里容纳的2个电子的自旋方向应相反。【答案】B10．(2023·成都高二检测)(1)玻尔原子结构模型成功地解释了________________的实验事实，电子所处的轨道的能量是________的。最大不足之处是_________________________________________________________________________________________________________________________。(2)p能级上有________个原子轨道，在空间沿________轴对称，记为________，________，________，其能量关系为________。【解析】(1)线状光谱与量子化之间有必然的联系。(2)p能级有3个能量相同、伸展方向不同的原子轨道。【答案】(1)氢原子光谱是线状光谱量子化某些光谱现象难以用该模型解释(2)3x、y、zpxpypzpx＝py＝pz11．K层有________个能级，用符号分别表示为________，L层有______个能级，用符号分别表示为________，M层有______个能级，用符号分别表示为______。由此可推知n电子层最多可能有________个能级，能量最低的两个能级其符号分别表示为________，它们的原子轨道电子云形状各为________、________。【解析】此题对电子层和能级的关系作了总结，有助于理解和掌握以下几个基本内容：①第n个电子层有n个能级；②核外电子的能量取决于该电子所处的电子层和能级；③s能级和p能级电子云的形状。【答案】11s22s、2p33s、3p、3dnns、np球形哑铃形12．以下各能级是否存在？如果存在，各包含多少个原子轨道？(1)2s(2)2d(3)3p(4)5d【解析】由电子层、能级数和原子轨道数之间的关系可知，存在着2s能级，且只有1个原子轨道；不存在2d能级，电子层为2时只有2s、2p两个能级；存在3p能级，且含有3个原子轨道，分别为3px、3py、3pz；存在5d能级，其含有5个原子轨道。【答案】(1)2s存在，原子轨道数为1；(2)2d不存在；(3)3p存在，原子轨道数为3；(4)5d存在，原子轨道数为5。[能力提升]13．量子力学原子结构模型中的原子轨道是描述核外电子的空间运动状态。下列关于原子轨道的叙述中错误的是()A．原子轨道就是原子核外电子运动的轨道，这与宏观物体运动轨道的含义相同B．第n电子层上共有n2个原子轨道C．任意电子层上的p能级都有3个伸展方向相互垂直的原子轨道D．处于同一原子轨道上的电子，自旋方向相反【解析】原子轨道与宏观物体的运动轨道完全不同，它是指电子出现的主要区域，而不是电子运动的实际轨迹，A项错误。【答案】A14．在基态多电子原子中，关于核外电子能量的叙述错误的是()A．最易失去的电子能量最高B．同一个电子层上的不同能级上的原子轨道，能量大小不同C．p轨道电子能量一定高于s轨道电子能量D．在离核最近区域内运动的电子能量最低【解析】能量越高的电子在离核