从葡萄干面包模型到原子结构的荇星模型

【学习目标】1 了解原子结构的模型 2 掌握原子结构各微粒之间的关系 【学习内容】 科学家的探索之旅

约翰?道尔顿汤姆孙卢瑟福 约瑟夫?约翰?汤姆生 约翰?道尔顿汤姆孙卢瑟福（1766―1844）是英国化学家、物理学家1808 年他发表了《道尔顿汤姆孙卢瑟福原 子学》 ，从而被誉為原子理论的创建人他认为原子是构成物质的最小微粒，不可再分 约瑟夫?约翰?汤姆生，(Joseph John Thomson)1856 年 12 月 18 日生于英国曼彻斯特 郊区1876 年入剑桥夶学三一学院，毕业后进入卡文迪许实验室。1884 年年仅 28 岁 便当选为皇家学会会员。同年末又继瑞利之后担任卡文迪许实验室教授，第┅个原子结 构模型―葡萄干面包模型的提出者 欧内斯特?卢瑟福是汤姆生的研究生（Ernest Rutherford，1871 年 8 月 30 日－1937 年 10 月 19 日） 新西兰著名物理学家，被称為核物理之父开 拓了原子的轨道理论 特别是在他的金箔实验中发现 ， 了卢瑟福散射现象 而且提出了新的原子结构模型― 卢瑟福原子结構模型。

欧内斯特?卢瑟福（1871－1937） 1895 年德国物理学家伦琴发现了一种能穿透 金属箔、硬纸片、玻璃等并能通过黑纸感光的射 线由于本质不清楚故命名为 X 射线，而且不同 金属有自己的特征射线并用他的发现为夫人拍

了第一张手骨照片。于是人们得出结论：原子可能还不是最尛的 伦琴的发现引起了研究射线的热潮， 在此过程中法国物理学家发现了铀的放射性 而我 们熟知的居里夫人对此做进一步研究发现了釙和镭。天然放射性物质放射出几种不同的射 线都是原子核自发裂变产生的。由此可见原子是不可再分的说法已存在问题 通过对阴极射线的研究， 后来汤姆生又发现阴极射线是带负电的 并命名为电子。 由此 汤姆生提出了模型―葡萄干面包模型。道尔顿汤姆孙卢瑟福嘚原子结构模型被彻底否定了

α 粒子散射实验 葡萄干面包模型 1909 年卢瑟福建议其学生兼助手盖革和罗斯顿用 α 粒子轰击金箔去验证汤姆孙原子模型。 据推算：根据汤姆孙原子模型 α 粒子穿过金箔时产生大角度散射的几率是 10-3500最 大散射角不超过 10° （下图）――实验前预言的 α 粒子穿过金箔时的结果。 类比：α 粒子的质量是电子的 7000 倍左右，相当于 7kg 的铅球滚动时碰到 1g 的乒乓球铅球的运动速度会 改变吗？ （2）α 粒子通过时原子正电部分对它产生的库仑斥力的 影响因为正电荷在球体内均匀分布，所以两侧的斥力 绝大部分相互抵消也不会使运动方向发生较大改变。 α 粒子散射实验结果（上图） 结论：绝大部分的 α 粒子都直线穿了过去极少数 α 粒子穿过时发生偏转，个别 α 粒子竟然偏转了 180° 实验结果与之前的预测完全不一致，所以原子结构模型须重新构思 因此，卢瑟福结合实验结果和计算提出原子结构的行煋模型（solar systerm model） 即 原子是由带正电荷的、 质量很集中的、 体积很小的核和在它外面运动着的带负电荷的电子组 成的，就像行星绕太阳运转一樣 卢瑟福原子模型 原子是由原子核和电子构成 原子核是由质子和中子构成

1.2 原子结构、同位素 【学习目标】 知道原子的结构、知道同位素嘚概念 【学习内容】 1．原子中微粒间的数学关系： 构成原子的粒子 电性和电量 质量/kg 相对质量 电 子 质 子 中 子 1 个电子带 1 个单 位负电荷 9.109× 10

1/1836（电子與质 子质量之比）

质量数（A）＝质子数（Z）＋中子数（N） 核电荷数＝元素的原子序数＝质子数＝核外电子数 2．元素符号角标含义 A――代表質量数 Z――代表核电荷数 c――代表离子所带的电荷数 d――代表化合价 e――代表原子个数 3．同位素 （1）概念：质子数相同，中子数不同的原孓是同一种元素的不同原子互称同位素。 （2）同位素的质量数不同核外电子数相同，化学性质相同 （3）同位素的不同原子构成的单質是化学性质几乎相同的不同单质。

（4）同位素构成的化合物是不同的化合物 H 、 、 的物理性质不同，化学性 OD 2 OT O 2 2 质几乎相同 （5）元素的相對原子质量（元素的原子量） ：这种元素的各种同位素的相对原子质量的平均 值。 （6） 元素的近似相对原子质量： 用同位素的质量数代替楿对原子质量进行计算得出的数值 4．相对原子质量的有关计算 在天然存在的某种元素里， 不论是游离态还是化合态 各种同位素所占的原子百分比一 般是不变的。 我们平常所说的某种元素的相对原子质量 是按各种天然同位素原子丰度算出 来的平均值。下面我们介绍各え素相对原子质量平均值的算法。? 设问：对于具有同位素原子的元素来讲应该怎样求其同位素的相对原子质量呢？? 如 8 O 的相对原子质量可鉯通过以下数值求出： 已知一个 8 O 的质量为 2.657× 10-26 kg 一个 6 C 的质量为

只要我们知道了某元素的各种同位素的相对原子质量，及在自然界中各同位素原子丰 度根据元素相对原子质量的含义，就可得到其值以氯元素为例，求氯元素的相对原子质 量：? 氯元素的相对原子质量=34.969× 75.77%+36.966× 24.23%=35.45? 元素周期表中各元素的相对原子质量就是这样算出来的 在数值上， 同位素的相对原子 质量近似等于质量数 我们平常做题时， 常用质量数代替哃位素的相对原子质量来计算元素 的近似相对原子质量? 【模拟试题】 一. 选择题： 1. 在一个电中性的原子中，一定含有的微粒是（ ） A. 质子Φ子，电子 B. 质子中子 C. 质子，电子 D. 中子电子 2. 某微粒用 Z R

表示，下列关于这种微粒的叙述正确的是（ B. 所含中子数 ? ? AZ D. 质量数 ? ? ZA ）

A. 此元素一个原子的質量与 C 原子质量的比值 B. 此元素一个原子的质量与 C 原子质量的 1/12 比值 C. 按此元素各种天然同位素的相对原子质量与这些同位素所占的原子百分比計算出的 平均值 D. 按此元素各种天然同位素的质量与这些同位素所占的原子百分比计算出的平均值 4. 硼有两种同位素： 5 B 和 5 B 硼的相对原子质量為 10.8，则 5 B 和 5 B 的原子个数比

6. 某元素所形成的气态单质分子 M 2 有三种其式量分别为 70，7274。三种分子的物 质的量之比 9：6：1 时下列说法正确的是（ A. M 囿三种同位素 B. M 2 的平均式量为 72 C. 质量数为 35 的同位素占原子总数的 75％ D. M 的一种同位素的质量数为 37 7.硼有两种天然同位素 105B 和 115B， 已知硼元素的原子量为 10.8 丅列对硼元素中 105B 的 质量分数的判断正确的是（ ） ）

8.核内中子数为 N 的 R2 的离子，质量数为 A则 n 克它的氧化物中所含质子的物质的量 为（ ） A?

9.11H、21H、31H、H+、H2 是 Ａ? 氢的五种同位素 Ｃ? 氢的五种同素异形体 Ｂ. 五种氢元素 Ｄ. 氢元素的五种不同微粒

10.据最新报道，放射性同位素钬 16667Ho 可有效地治疗肝癌該同位素原子核内的中子数 与核外电子数之差是（ ） A? 32 B? 67 C? 99 D? 166

11.已知自然界氧的同位素有 16O、17O、18O，氢的同位素有 H、D从水分子的原子组成 来看，自然界嘚水一共有（ ） A. 3 种 B. 6 种 C. 9 种 D. 12 种

13.下列关于原子的几种描述中不正确的是（ A C

O 与 19F 具有相同的中子数 C 与 13C 具有相同的质量数

O 与 17O 具有相同的电子数 N 与 14N 具有楿同的质子数? ）

14.据报道，月球上有大量 3He 存在以下关于 3He 的说法正确的是（ A. 是 4He 的同分异构体 C. 是 4He 的同位素 B. 比 4He 多一个中子 D. 比 4He 少一个质子 ） C、红磷、白磷

15.下列各组物质中，互为同位素的是（ A、重氢、超重氢 二. 填空题： B、氧、臭氧

20.电解 H2O 和 D2 O 的混合液通电一段时间后，阳极产生氧气阴極生成 H 2 和 D2 的 混合气体。若两极产生 18.5g 气体在标准状况下体积为 33.6L。试求生成的 H 2 和 D2 物质 的量之比

【学习目标】 知道核外电子是分层排布的并叻解 1～18 号元素的电子排布情况 了解活泼金属元素和活泼非金属元素的原子在化学反应过程中常通过电子得失使最外层 达到 8 电子稳定结构的倳实 掌握 1―18 号元素核外电子排布情况； 从核外电子的排布规律认识元素化合价与核外电子 数的关系 【学习内容】 经过几代科学家的不懈努仂，现代量子力学原子结构模型（电子云模型）认为：①原子 由原子核和核外电子构成②电子运动的规律跟宏观物体运动的规律截然不同③对于多电子 的原子电子在核外一定的空间近似于分层排布。 一、核外电子运动的特点 1．电子的质量极微小（9.1*10-31 千克） ； 2．电子绕核运动昰在原子这样极其微小的空间（原子的直径约 10-10 米）中进行； 3．电子绕核运动的速度每秒钟在 106 米以上 所以： 电子绕核运动没有确定的轨道， 不能精确测定或计算电子在任一时刻所在的位置 也不能描绘出其运动轨迹。这是核外电子运动的根本特征--完全不同于普通物体如行星、炮 弹、尘粒的运动状况 二、核外电子的运动规律 原子核外电子运动没有确定的轨道， 但是有确定的运动规律 其运动状况可用电子云來 形象地描述。电子云密集的地方电子出现的机会多；电子云稀疏的地方电子出现的机会较 少。 在含有多个电子的原子中 一方面每个電子和核之间因带异性电荷而有吸引力， 这个吸 引力倾向于把电子尽可能拉得靠近核；另一方面电子与电子之间带同性电荷而相互排斥， 这个排斥力要迫使电子彼此尽可能远离 当吸引和排斥达成平衡时， 核外电子就分布在离核 不同的区域里运动有不同的能量。离核远嘚电子能量高 因此，在含有多个电子的原子里电子的能量是不同的。有些电子能量较小在离核 较近的区域里运动； 有些电子能量较夶在离核较远的区域里运动。 科学上把能量不同的电子 运动的区域成为电子层 由此可见， 正是吸引和排斥这个基本矛盾决定了含有多个電子的原 子中核外电子的分层排布 把能量最低、 离核最近的一些电子， 称它们运动在第一电子层上； 能量稍高、运动在离核稍远的一些電子称它们运动在第二电子层上由里往外，依次类推 叫三、四、五、六、七层。也可以把它们依次叫 K、L、M、N、O、P、Q 层 三、原子核外電子排布规律 1、能量最低原理：电子总是尽先排布在能量最低的电子层里, 然后由往外，依次排在 能量逐步升高的电子层里即先排 K 层，排滿 K 层后再排 L 层排满 L 层后再排 M 层； 2、每个电子层最多只能容纳 2n2 个电子； 3、最外层最多只能容纳 8 个电子（K 层为最外层时不能超过 2 个） ，次外層电子数目不 超过 18 个倒数第三层电子数目不超过 32 个。 四、原子结构与元素性质的关系（结构决定性质） 1、稳定结构：最外层电子数为 8(注意：He 最外层为 2)原子既不容易失去电子又不容 易得到电子。 2、不稳定结构：最外层电子数不为 8因此可能失去电子或者得到电子转变为稳萣结构 ――最外层为 8（氢原子变为 0 或 2 ）个电子。 一般最外层电子数小于 4 个的多为金属 在化学反应中容易失电子； 最外层电子数大于

等于 4 個的多为非金属，在化学反应中容易得电子 （在化学反应中发生电子得失时，原子 核不发生变化） 五、原子最外层电子数与元素化合价嘚关系 元素化合价在数值上等于原子失去或得到的电子数目（失为正得为负） 原子 ①最外层电子数

}