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1、第4讲原子与原子核一、光谱和能级跃迁1.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R()(n3,4,5，R是里德伯常量，R1.10107m1).(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.2.氢原子的能级结构、能级公式(1)玻尔理论定态：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.跃迁：
2、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h的光子，这个光子的能量由前后两个能级的能量差决定，即hEmEn.(h是普朗克常量，h6.631034Js)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.(2)几个概念能级：在玻尔理论中，原子的能量是量子化的，这些量子化的能量值，叫做能级.基态：原子能量最低的状态.激发态：在原子能量状态中除基态之外的其他的状态.量子数：原子的状态是不连续的，用于表示原子状态的正整数.(3)氢原子的能级公式：EnE1(n1,2,3，)，其中E1为基态能量，其数值为E113.6eV
3、.(4)氢原子的半径公式：rnn2r1(n1,2,3，)，其中r1为基态半径，又称玻尔半径，其数值为r10.531010m.3.氢原子的能级图能级图如图1所示图1自测1一个氢原子从n3能级跃迁到n2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解析氢原子从高能级向低能级跃迁时，放出光子，能量减少，故选项B正确，A、C、D错误.二、原子核原子核的衰变1.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)基本关系核电荷数质子数(Z)元素的原子序数核外电子数.质量数(A)核子数质子数中子数.
4、(3)X元素的原子核的符号为X，其中A表示质量数，Z表示核电荷数.2.天然放射现象(1)天然放射现象元素自发地发出射线的现象，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)三种射线名称构成符号电荷量质量电离能力贯穿本领射线氦核He2e4u最强最弱射线电子eeu较弱较强射线光子00最弱最强(3)放射性同位素的应用与防护放射性同位素：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.应用：消除静电、工业探伤、做示踪原子等.防护：防止放射性对人体组织的伤害.3.原子核的衰变、半衰期(1)原子核的衰变原子核放出粒子或粒子，变成另一种原子核的变化称为原子核的
5、衰变.分类衰变：XYHe衰变：XYe当放射性物质连续发生衰变时，原子核中有的发生衰变，有的发生衰变，同时伴随着辐射.两个典型的衰变方程衰变：UThHe衰变：ThPae.(2)半衰期定义：放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间.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()，m余m原().三、核力与结合能核反应1.核力(1)定义：原子核内部，核子间的特有的相互作用力.(2)特点：核力是强相互作用的一种表现；核力是短程力，作用范围在1.51015m之内；每个核子只跟它的相邻核子间才有核力作用.2.核能(1)结合能：核子
6、结合为原子核时放出的能量或原子核分解为核子时吸收的能量，叫做原子核的结合能，亦称为核能.(2)比结合能定义：原子核的结合能与核子数之比，称做比结合能，也叫平均结合能.特点：不同原子核的比结合能不同，原子核的比结合能越大，表示原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定.3.质能方程、质量亏损爱因斯坦质能方程Emc2，原子核的质量必然比组成它的核子的质量和要小m，这就是质量亏损.由质量亏损可求出释放的核能Emc2.4.核能释放的两种途径的理解(1)使较重的核分裂成中等大小的核；(2)较小的核结合成中等大小的核.核子的比结合能都会增大，都可以释放能量.5.核反应(1)遵守的规律：电荷数守恒、质量数守恒.
7、(2)反应类型：衰变、人工转变、重核裂变、轻核聚变.自测2下列有关原子结构和原子核的认识，其中正确的是()A.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.Bi的半衰期是5天，100克Bi经过10天后还剩下50克答案B解析射线是高速电子流，而射线是一种电磁波，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Bi为100()g100()2g25g，选项D错误.自测3核反应方程BeHeCX中的X表示()A.质子B.电
8、子C.光子D.中子答案D命题点一玻尔理论与氢原子光谱1.原子跃迁条件与规律原子的跃迁条件：hE初E终，适用于光子和原子作用而使原子在各定态之间跃迁的情况.以下两种情况则不受此条件限制.(1)光子和原子作用而使原子电离的情况原子一旦电离，原子结构即被破坏，因而不再遵守有关原子结构的理论.如基态氢原子的电离能为13.6eV，只要大于或等于13.6eV的光子都能被基态的氢原子吸收而发生电离，只不过入射光子的能量越大，原子电离后产生的自由电子的动能越大.(2)实物粒子和原子作用而使原子激发的情况当实物粒子和原子相碰时，由于实物粒子的动能可全部或部分地被原子吸收，所以只要入射粒子的动能大于或等于原子某两
9、定态能量之差，均可以使原子受激发而向较高能级跃迁，但原子所吸收的能量仍不是任意的，一定等于原子发生跃迁的两个能级间的能量差.2.一个原子和一群原子氢原子核外只有一个电子，这个电子在某个时刻只能处在某一个可能的轨道上，在某段时间内，由某一轨道跃迁到另一个轨道时，可能的情况只有一种，但是如果容器中盛有大量的氢原子，这些原子的核外电子跃迁时就会有各种情况出现了.即：一群氢原子处于量子数为n的激发态时，可能辐射出的光谱条数为NC，而一个氢原子处于量子数为n的激发态上时，最多可辐射出n1条光谱线.例1(2018南京市、盐城市二模)如图2是氢原子的能级示意图，已知基态氢原子能量为E1，普朗克常量为h，则氢
10、原子从n2能级跃迁到n1能级时辐射出的光子的频率为；若此光子恰好能使某金属发生光电效应，则当氢原子从n3能级跃迁到n1能级时放出的光子照到该金属表面时，逸出的光电子的最大初动能为.图2答案解析基态氢原子能量为E1，则n2能级能量E2E1，故从n2能级跃迁到n1能级时辐射出的光子能量hE2E1，故光子的频率为，若此光子恰好能使某金属发生光电效应，则金属的逸出功W0，E3E1，从n3能级跃迁到n1能级时放出的光子的能量为hE3E1E1，逸出的光电子的最大初动能为EkhW0.变式1(2018扬州市一模)可见光中某绿光的光子能量是2.5 eV，若用它照射逸出功是2.2eV的某种金属，产生光电子的最大初
11、动能为eV.如图3所示为氢原子能级的示意图，若用该绿光照射处于n2能级的氢原子，(选填“能”或“不能”)使氢原子跃迁.图3答案0.3不能解析用能量为2.5eV的光子照射逸出功是2.2eV的某种金属，根据光电效应方程，产生光电子的最大初动能为EkhW00.3eV；绿光的光子能量2.5eV不等于处于n2能级的氢原子与任一能级间的能量差，故不能使氢原子跃迁.命题点二原子核的衰变1.衰变规律及实质衰变类型衰变衰变衰变方程XYHeXYe衰变实质2个质子和2个中子结合成一个整体射出中子转化为质子和电子2H2nHenHe衰变规律电荷数守恒、质量数守恒2.原子核的人工转变用高能粒子轰击靶核，产生另一种新核的反
12、应过程.3.确定衰变次数的方法(1)设放射性元素X经过n次衰变和m次衰变后，变成稳定的新元素Y，则表示该核反应的方程为XYnHeme根据电荷数守恒和质量数守恒可列方程AA4n，ZZ2nm(2)因为衰变对质量数无影响，先由质量数的改变确定衰变的次数，然后再根据衰变规律确定衰变的次数.例2(2018江苏单科12C(1)已知A和B两种放射性元素的半衰期分别为T和2T，则相同质量的A和B经过2T后，剩有的A和B质量之比为()A.14B.12C.21D.41答案B解析根据半衰期公式mm0，经过2T，A剩有的质量为mAm0，B剩有的质量为mBm0，故mAmB12，选项B正确.变式2(2018苏锡常镇二模)
13、氡存在于建筑水泥、装饰石材及土壤中，是除吸烟外导致肺癌的重大因素.静止的氡核Rn放出一个粒子X后变成钋核Po，钋核的动能为0.33MeV，设衰变放出的能量全部变成钋核和粒子X的动能.(1)写出上述衰变的核反应方程；(2)求粒子X的动能.(保留两位有效数字)答案见解析解析(1)RnPoHe(2)设钋核的质量为m1、速度大小为v1，粒子X的质量为m2、速度大小为v2根据动量守恒定律，有0m1v1m2v2粒子X的动能Ek218MeV.命题点三核反应类型及核反应方程类型可控性核反应方程典例衰变衰变自发UThHe衰变自发ThPae人工转变人工控制NHeOH(卢瑟福发现质子)HeBeCn(查德威克发现中子
14、)AlHePn约里奥居里夫妇发现放射性同位素，同时发现正电子PSie重核裂变比较容易进行人工控制UnBaKr3nUnXeSr10n轻核聚变除氢弹外无法控制HHHen例3(2018南京市三模)用速度大小为v的中子轰击静止的锂核(Li)，发生核反应后生成氚核和粒子，生成的氚核速度方向与中子的初速度方向相反，氚核与粒子的速度之比为78，中子的质量为m，质子的质量可近似看做m，普朗克常量为h.(1)写出核反应方程.(2)该核反应中粒子对应的物质波的波长为多少？答案(1)nLiHHe(2)解析(1)由题意可知，核反应方程为nLiHHe.(2)以中子的初速度方向为正方向，由动量守恒定律得mv3mv14mv2又v1v278解得v1v，v2v.粒子对应的物质波的波长为.变式3(多选)(2018江苏省扬州市期末检测)关于核反应方程，下列说法正确的是 ()A.H
