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1、第2讲原子结构原子核考点一原子结构、氢原子的能级跃迁1原子结构(1)电子的发现：英国物理学家汤姆孙在研究阴极射线时发现了电子，提出了原子的“枣糕模型”。(2)原子的核式结构19091911年，英籍物理学家卢瑟福进行了粒子散射实验，提出了核式结构模型。粒子散射实验的结果：绝大多数粒子穿过金箔后，基本上仍沿原来的方向前进，但有少数粒子发生了大角度偏转，偏转的角度甚至大于90，更有极少数粒子几乎被“撞了回来”，如图所示。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光按波长展开，获得光的波长(频率)和强度分布的记
2、录，即光谱。(2)光谱分类有些光谱是一条条的亮线，这样的光谱叫作线状谱。有的光谱是连在一起的光带，这样的光谱叫作连续谱。(3)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：原子从一种定态跃迁到另一种定态时，它辐射或吸收一定频率的光子，光子的能量由这两个定态的能量差决定，即hEmEn。(h是普朗克常量，h6.631034 Js)(3)轨道：原子的不同能量状态跟电子在不同的圆周
3、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氢原子的能级、能级公式(1)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，叫作能级。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。(2)氢原子的能级和轨道半径氢原子的能级公式：EnE1(n1、2、3)，其中E1为基态能量，其数值为E113.6_V。氢原子的半径公式：rnn2r(n1、2、3)其中r1为基态半径，其数值为r10.531010 m。(3)氢原子的能级图(如图所示)：思维诊断(1)粒子散射实验说明了原子
4、的正电荷和绝大部分质量集中在一个很小的核上。()(2)原子的核式结构学说是英国的物理学家卢瑟福在粒子散射实验的基础上提出的。()(3)氢原子光谱是由不连续的亮线组成的。 ()(4)玻尔理论成功地解释了氢原子光谱，也成功地解释了氦原子光谱。()(5)按照玻尔理论，核外电子均匀地分布在各个不连续的轨道上。()(6)氢原子吸收光子后，将从高能级向低能级跃迁。()答案：(1)(2)(3)(4)(5)(6)题组训练1粒子散射实验在卢瑟福粒子散射实验中，金箔中的原子核可以看作静止不动，下列各图画出的是其中两个粒子经历金箔散射过程的径迹，其中正确的是()解析：粒子散射实验中，入射的粒子只有靠近金箔原子核时在
5、其斥力作用下发生大角度偏转，图A、D中出现引力情况，这是不可能的；图B中其中一个粒子的径迹不对，只有选项C正确。答案：C2原子的核式结构下列对原子结构的认识中，不正确的是()A原子中绝大部分是空的，原子核很小B电子在核外绕核旋转，向心力为库仑力C原子的全部正电荷都集中在原子核里D原子核的直径大约为1010 m解析：卢瑟福的粒子散射实验证明，原子具有核式结构，原子中绝大部分是空的，原子核集中在很小的空间，但原子的全部正电荷都集中在原子核里，选项A、C说法正确；在核式结构模型中，原子核处于原子中心，电子绕原子核做圆周运动，向心力是原子核与电子间的库仑引力，选项B正确；原子直径大约为1010 m，原
6、子核的直径远小于原子直径，选项D错误。 答案：D3氢原子能级跃迁(2017襄阳模拟)(多选)图示为氢原子能级的示意图，已知可见光的光子能量范围是1.613.10 eV，则()A氢原子从高能级向低能级跃迁时会吸收能量B氢原子从n4的激发态向n3的激发态跃迁时不可能辐射出可见光C要使处于基态的氢原子变成氢离子，至少要吸收13.6 eV的能量D大量氢原子从n4的激发态向n1的基态跃迁时，能发出三种频率的光子解析：氢原子从高能级向低能级跃迁时，根据能量守恒，会以光子的形式辐射能量，选项A错误；氢原子从n4的激发态向n3的激发态跃迁时辐射出的光子能量为0.85 eV(1.51) eV0.66 eV，所以
7、辐射出的光子为红外线，选项B正确；要使处于基态的氢原子变成氢离子至少要吸收13.6 eV的能量，选项C正确；大量氢原子从n4的激发态向n1的基态跃迁时，能发出NC6种频率的光子，选项D错误。答案：BC4与能级有关的能量问题一个氢原子从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，能量减少解析：氢原子从高能级向低能级跃迁时，将以辐射光子的形式向外放出能量，故选项B正确。答案：B反思总结解答氢原子能级图与原子跃迁问题的注意事项(1)能级之间跃迁时放出的光子频率是不连续的。(2)能级之间发生跃迁时放出(吸收)光子的频率由hEmEn求得。若
8、求波长可由公式c求得。(3)一个氢原子跃迁发出可能的光谱线条数最多为n1。,(4)一群氢原子跃迁发出可能的光谱线条数的两种求解方法：用数学中的组合知识求解：NCoal(2,n)。利用能级图求解：在氢原子能级图中将氢原子跃迁的各种可能情况一一画出，然后相加。考点二原子核的衰变半衰期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)放射性和放射性元素：物质发射某种看不见的射线的性质叫放射性。具有放射性的元素叫放射性元素。(3)三种射线：放射性元素放射出的射线共有三种，分别是射线、射线、射线。种类射线射线射线组成高速氦
9、核流高速电子流光子流(高频电磁波)带电荷量2ee0质量4mp静止质量为零符号Hee速度可达0.1c可达0.99cc垂直进入电场或磁场的偏转情况偏转偏转不偏转(4)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、作示踪原子等。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。(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。3原子核
10、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。两个重要的衰变：UThHe；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原子核内部因素决定的，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。(3)衰变次数的计算若XYnHeme则AA4n，ZZ2nm解以上两式即可求出m和n。题组训练1射线的性质(2015重庆理综1)图中曲线a、b、c、d为气泡室中某放射物
11、发生衰变放出的部分粒子的径迹，气泡室中磁感应强度方向垂直于纸面向里。以下判断可能正确的是()Aa、b为粒子的径迹Ba、b为粒子的径迹Cc、d为粒子的径迹Dc、d为粒子的径迹解析：粒子不带电，不会发生偏转，故B错。由左手定则可判定，a、b粒子带正电，c、d粒子带负电，又知粒子带正电，粒子带负电，故A、C均错，D正确。答案：D2衰变(2015北京理综14)下列核反应方程中，属于衰变的是()A.NHeOHBUThHeC.HHHen DThPae解析：A项属于原子核的人工转变，B项属于衰变，C项属于聚变反应，D项属于衰变。答案：B3半衰期2015山东理综39(1)(多选)14C发生放射性衰变成为14N
12、，半衰期约5 700年。已知植物存活期间，其体内14C与12C的比例不变；生命活动结束后，14C的比例持续减少。现通过测量得知，某古木样品中14C的比例正好是现代植物所制样品的二分之一。下列说法正确的是()A该古木的年代距今约5 700年B12C、13C、14C具有相同的中子数C14C衰变为14N的过程中放出射线D增加样品测量环境的压强将加速14C的衰变解析：古木样品中14C的比例正好是现代样品的二分之一，说明该古木恰好经历了一个半衰期的时间，故A正确。12C、13C、14C具有相同的质子数、不同的中子数，故B错。14C的衰变方程为：CNe，可见C正确。放射性元素的半衰期与外界因素无关，故D错
13、。答案：AC4三种射线与电磁场的综合如图，放射性元素镭衰变过程中释放出、三种射线，分别进入匀强电场和匀强磁场中，下列说法正确的是()A表示射线，表示射线B表示射线，表示射线C表示射线，表示射线D表示射线，表示射线解析：由于在放射现象中，射线带正电，射线带负电，射线不带电，所以，可判断C正确，A、B、D错误。答案：C考点三核反应类型及核反应方程1重核裂变(1)定义：质量数较大的原子核受到高能粒子的轰击而分裂成几个质量数较小的原子核的过程。(2)特点：裂变过程中能够放出巨大的能量；裂变的同时能够放出23(或更多)个中子；裂变的产物不是唯一的。对于铀核裂变有二分裂、三分裂和四分裂形式，但三分裂和四分
14、裂概率比较小。(3)典型的裂变反应方程：92UnKr56Ba3n。(4)链式反应：由重核裂变产生的中子使裂变反应一代接一代继续下去的过程。(5)临界体积和临界质量：裂变物质能够发生链式反应的最小体积及其相应的质量。(6)裂变的应用：原子弹、核反应堆。(7)反应堆构造：核燃料、减速剂、镉棒、防护层。2轻核聚变(1)定义：两轻核结合成质量较大的核的反应过程。轻核聚变反应必须在高温下进行，因此又叫热核反应。(2)特点：聚变过程放出大量的能量，平均每个核子放出的能量，比裂变反应中每个核子放出的能量大3至4倍。聚变反应比裂变反应更剧烈。对环境污染较少。自然界中聚变反应原料丰富。(3)典型的聚变反应方程：HHHen17.60 MeV。3核反应的四种类型类型可控性核反应方程典例衰变衰变自发92U90 Th_He衰变自发90 Th
