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高一~高中二年级 (15-17岁)

高中化学 原子模型的演变

每当出现旧模型无法解释的新实验结果，原子模型就会随之改变。 汤姆孙发现了电子，提出电子嵌在正电荷中的模型；卢瑟福通过 α 粒子散射实验提出有原子核的模型；玻尔提出能解释氢原子线状光谱的轨道模型。 在玻尔模型中，电子的能量随主量子数 n 只取一些分立的值，电子从高能级跃迁到低能级时，放出能量等于两能级之差的光。 在图中改变主量子数 n，电子运行的轨道、能级以及跃迁到 n = 1 时放出的光的能量都会一起改变。

原子模型为什么会改变

💡 随新实验结果而改变的模型
①汤姆孙：发现电子，提出电子嵌在一团正电荷中的模型
②卢瑟福：通过 α 粒子散射实验，发现原子中心有体积小、质量大的原子核
③玻尔：为了解释氢原子的线状光谱，提出电子只在确定的轨道上运动的模型
④现代：考虑到电子的波动性，使用表示电子出现概率的原子轨道模型
⑤玻尔模型只能很好地解释氢这样只有一个电子的原子，无法解释多电子原子

玻尔模型与能级

2
氢原子的能级
En = −13.6n2 [eV]
n 越大，能量越高，越接近 0
电子跃迁时放出的光的能量
ΔE = E高 - E低 = hν
h 是普朗克常量，ν 是光的频率
🔍 读图
①n = 1 是基态，E = −13.6 eV，最稳定
②n = 2 是第一激发态，E = −3.4 eV
③n 越大，轨道按 n² 的比例变大，能级之间的间隔越小
④n → ∞ 时 E → 0，电子离开原子（电离）

线状光谱与电子跃迁

光子能量
E = hν = hcλ
h = 6.626×10⁻³⁴ J·s, c = 3×10⁸ m/s
💡 电子跃迁与光
①电子从高能级跃迁到低能级时，放出能量等于两能级之差的光
②能量差越大，光的频率越高，波长越短
③氢原子的线状光谱是能级不连续的证据
④跃迁到 n = 1 时放出紫外线（莱曼系）
⑤跃迁到 n = 2 时放出可见光（巴耳末系）

动手算一算

例题 1
在卢瑟福的 α 粒子散射实验中，大多数粒子直线穿过，但少数以大角度被弹回。由此可以知道原子有怎样的结构？
1
解释大多数粒子直线穿过这一事实。
大多数直线穿过 → 原子内部绝大部分是空的
2
解释少数粒子以大角度被弹回这一事实。
少数大角度散射 → 存在体积小、质量大的带正电的原子核
▸ 发现原子中心体积小、质量大、带正电的原子核
只有原子的质量和正电荷集中在极小的中心，才能解释 α 粒子以大角度被弹回的现象。
例题 2
与汤姆孙模型和卢瑟福模型不同，玻尔模型能够解释的现象是什么？
1
假设电子不是随处都有，而是只存在于确定的轨道上。
电子只存在于确定的能级（轨道）上
2
认为电子在能级之间跃迁时放出或吸收光。
能级间跃迁 → 放出或吸收确定频率的光 → 线状光谱
▸ 氢原子的线状光谱
只有能级是确定而分立的，光才只以确定的能量放出，线状光谱才是不连续的。

总结

玻尔模型的能级
En = −13.6n2 [eV]
氢原子中电子的能量
跃迁能
ΔE = 13.6(1nf2 - 1ni2) [eV]
从 ni 跃迁到 nf 时的能量变化
2021 评价院模考化学Ⅰ类题改编
最早解释氢原子不连续的线状光谱的原子模型是哪一个？
①道尔顿模型
②汤姆孙模型
③卢瑟福模型
④玻尔模型
⑤现代原子轨道模型
▸ ④ 玻尔模型
1
汤姆孙模型和卢瑟福模型都无法解释线状光谱。
2
玻尔把电子的能级量子化，解释了线状光谱。
玻尔：能级量子化 → 解释不连续的线状光谱
🎯 考试重点
①原子模型的演变顺序：汤姆孙 → 卢瑟福 → 玻尔 → 现代模型
②玻尔模型只能解释只有一个电子的氢原子
③氢原子的能级 Eₙ = −13.6/n² eV
④线状光谱是能级不连续的证据
⑤基态 n = 1 能量最低，最稳定
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