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§18.4波尔的原子模型
【学习目标】
1.知道波尔原子理论的基本假设的主要内容。
2.理解能级跃迁、轨道和能量量子化以及基态、激发态等概念。 3.能用波尔理论解释氢原子模型。 4.了解波尔理论的不足之处何原因 【研读教材·自主认知】 一、玻尔原子理论的基本假设
1.轨道量子化:(1)原子中的电子在_________的作用下,绕原子核做_________。 (2)电子运行轨道的半径不是任意的,电子的轨道是__(A.连续变化 B.量子化)的。 (3)电子在这些轨道上绕核的转动是_____的,不产生_________。 2.定态:
(1)当电子在不同轨道上运动时,原子处于不同的状态,原子在不同的状态中具有不同的能量,即原子的能量是_______的,这些量子化的能量值叫作_____。
(2)原子中这些具有确定能量的稳定状态,称为_____。能量最低的状态叫作_____,其他的状态叫作_______ 3.跃迁:
(1)当电子从能量较高的定态轨道(其能量记为Em)跃迁到能量较低的定态轨道(能量记为En,m>n)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=_____,该式被称为频率条件,又称辐射条件。
(2)反之,当电子吸收光子时会从较低的能量态跃迁到较高的能量态,吸收的光子能量同样由频率条件决定
二、玻尔理论对氢光谱的解释 1.氢原子的能级图:
2.解释巴耳末公式:
(1)按照玻尔理论,原子从高能级(如从E3)跃迁到低能级(如到E2)时辐射的光子的能量为hν=_____。 (2)巴耳末公式中的正整数n和2正好代表能级跃迁之前和之后所处的_________的量子数n和2。并且理论上的计算和实验测量的___________符合得很好。
3.解释气体导电发光:通常情况下,原子处于基态,基态是最稳定的,原子受到电子的撞击,有可能向上跃迁到_______,处于激发态的原子是_______的,会自发地向能量较低的能级跃迁,放出_____,最终回到基态。
4.解释氢原子光谱的不连续性:原子从较高能级向低能级跃迁时放出光子的能量等于前后_________,由于原子的能级是_____的,所以放出的光子的能量也是______的,因此原子的发射光谱只有一些分立的亮线。
5.解释不同原子具有不同的特征谱线:不同的原子具有不同的结构,_____各不相同,因此辐射(或吸收)的_________也不相同。 三、玻尔理论的局限性
1.玻尔理论的成功之处:玻尔理论第一次将_________引入原子领域,提出了_____和_____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:保留了_________的观念,仍然把电子的运动看作经典力学描述下的_________ 3.电子云:原子中电子的坐标没有确定的值,我们只能说某时刻电子在某点附近单位体积内出现的概率是多少,如果用疏密不同的点表示电子在各个位置出现的 概率,画出图来就像云雾一样,故称_______ 【合作探究·核心归纳】 【玻尔理论】
(1)电子的轨道有什么特点?
(2)氢原子只有一个电子,电子在这些轨道间跃迁时会伴随什么现象发生?
【氢原子的跃迁规律】
(1)当氢原子处于基态时,氢原子的能量是多少?
(2)如果氢原子吸收的能量大于13.6eV,会出现什么现象?
【归纳总结】
1.轨道量子化:轨道半径只能够是一些不连续的、某些分立的数值。氢原子各条可能轨道上的半径rn=n2r1(n=1,2,3…)其中n是正整数,r1是离核最近的可能的轨道半径,r1=0.53×10-10m。其余可能的轨道半径还有0.212nm、0.477nm…不可能出现介于这些轨道半径之间的其他值。这样的轨道形式称为轨道量子化。 2.能量量子化:
(1)电子在可能轨道上运动时,虽然是变速运动,但它并不释放能量,原子是稳定的,这样的状态也称之为定态。(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,基态最稳定,其他的状态叫作激发态,对氢原子,以无穷远处为势能零点时,其能级公式En= E1(n=1,2,3…)其中E1代表氢原子的基态的能级,即电子在离核最近的可能轨道上运动时原子的能量值,E1=-13.6eV。n是正整数,称为量子数。量子数n越大,表示能级越高。
(3)原子的能量包括:原子的原子核与电子所具有的电势能和电子运动的动能。
3.跃迁:原子从一种定态(设能量为E2)跃迁到另一种定态(设能量为E1)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,高能级Em低能级En。
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。玻尔将这种现象叫作电子的跃迁。 3.能级图的理解:
(1)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
(2)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。
4.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 Nn（n1）C2n。
5.光子的发射:原子由高能级向低能级跃迁时以光子的形式放出能量,发射光子的频率由下式决定。2
hν=Em-En(Em、En是始末两个能级且m>n)能级差越大,放出光子的频率就越高 6.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,其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两能级的能量差值(E=En-Ek),就可使原子发生能级跃迁。
【过关小练·即时应用】
1、(多选)由玻尔理论可知,下列说法中正确的是 ( ) A.电子绕核运动有加速度,就要向外辐射电磁波
B.处于定态的原子,其电子做变速运动,但它并不向外辐射能量 C.原子内电子的可能轨道是连续的
D.原子的轨道半径越大,原子的能量越大
2.(多选)关于玻尔理论,以下叙述正确的是 ( ) A.原子的不同定态对应于电子沿不同的圆形轨道绕核 运动
B.当原子处于激发态时,原子向外辐射能量
C.只有当原子处于基态时,原子才不向外辐射能量
D.不论当原子处于何种定态时,原子都不向外辐射能量 3.(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hν=|Em-En|
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
4.在氢原子光谱中,电子从较高能级跃迁到n=2能级发出的谱线属于巴耳末系。若一群氢原子自发跃迁时发出的谱线中只有两条属于巴耳末系,则这群氢原子自发跃迁时最多可能发出多少条不同频率的谱线 ( )
A.2 B.5 C.4 D.6
5.(2015·海南高考)氢原子基态的能量为E1=-13.6eV。大量氢原子处于某一激发态。由这些氢原子可能发出的所有的光子中,频率最大的光子能量为-0.96E1,频率最小的光子的能量为___________eV(保留2位有效数字),这些光子可具有___________种不同的频率。 6.(多选)(2016·大庆高二检测)下列说法正确的是( ) A.当氢原子从激发态跃迁到基态时,要吸收能量
B.由于每种原子都有自己的特征谱线,故可以根据原子光谱来鉴别物质 C.大量原子从n=3的激发态向低能级跃迁时,产生的光谱线有3条 D.氢原子光谱线的频率与氢原子能级的能量差无关
7.已知氢原子基态的电子轨道半径为r1=0.53×10-10m,基态的能级值为E1=-13.6eV。
(1)有一群氢原子处于量子数n=3的激发态,画一能级图,在图上用箭头标明这些氢原子能发出几条光谱线。
(2)计算这几条光谱线中最长的波长。
本文来源：https://www.wddqxz.cn/ae792e7cca50ad02de80d4d8d15abe23492f035f.html
2023-02-23
