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第五章 原子结构与元素周期律 （计划学时数：6） [教学目的]1．了解原子核外电子运动的波粒二象性、波函数、概率密度等概念； 2．理解四个量子数的取值、含义和核外电子运动状态的关系； 3．熟练掌握电子排布遵循的三个原理，能写出一些常见元素的电子排布； 4．了解原子结构与元素周期系的关系； 5．熟悉元素周期表的分区、重要元素的位置。 [教学重点] 1．四个量子数； 2．电子排布的三个原理； 3．常见元素核外电子排布式。 [教学难点] 波函数、原子轨道、概率密度等概念。 [每节时分配] 第一节 原子核外电子的运动状态 2节时 第二节 原子中电子的排布 1节时 第三节 原子核外电子排布与元素周期律 2节时 第四节 元素性质的周期性 1节时 [教学方法] 讲授、启发、练习 [使用教具] 挂图、多媒体 第一节 原子核外电子的运动状态 （本节内容较抽象，最好采用多媒体教学方法，将抽象的概念用可视图形表示，增进学生理解。） [说明]复习原子的构成及各组成间的数量关系。 而化学反应只对核外电子产生影响，所以是我们讨论的重点。 上述结构称为“卢瑟福的有核原子模型”，它是在自1881年发现电子（汤姆逊）、1900发现质子（卢瑟福、斯塔克）、1932年发现中子（查德威克）的基础上，由卢瑟福提出的，此模型的建立，正确回答了原子的组成问题，近几十年来，随着现代科学技术的发展，又在原子核内先后发现了三百多种基本粒子。实验结果已初步证明，质子和中子是各由三个称为夸克的粒子所组成的，并发现夸克可以带有非整数的单位电荷。这些事实说明原子的组成和结构是十分复杂的和物质是无限可分的。但与化学关系更密切的是核外电子的运动和分布。 原子核外电子的分布规律和运动状态等问题的解决，以及近代原子结构理论的确立是从氢原子光谱实验开始的。 1．原子光谱：任何一种元素的气态原子在高温火焰、电火花的作用下均能发光，经三棱镜分光后可以得到一种由一系列线条构成的特征的线性光谱，不同种类的原子所发射的光谱不同，同种类原子发射的光谱相同。 2．氢原子光谱：氢原子光谱是最简单的原子光谱，将氢气在高压下激发，氢原子在电场的激发下发光，光线经狭缝，再通过棱镜可得氢原子光谱。谱线是不连续的。 3．玻尔理论：经典电磁学理论无法解释氢原子光谱的不连续性，1900年，普朗克首先提出了著名的、当时被誉为物理学上一次革命的量子化理论。普朗克认为能量象物质微粒一样是不连续的，它具有微小的、分立的能量单位——量子。物质吸收或发射的能量总是量子能量的整倍数。能量以光的形式传播时，其最小单位又称光量子，也叫光子。 1913年玻尔在普朗克量子论、爱因斯坦(Etmteln)光子学说和卢瑟福有核原子模型的基础上，提出了原子结构理论的三点假设： （1）电子在一些符合一定条件（量子化条件）的轨道上运动（稳定轨道），不放出能量； （2）轨道离核越远，能量越高；电子尽可能处在离核最近的轨道上； （3）电子从较高能量轨道（离核远）跃迁到较低能量轨道（离核近）时，原子才会以光子形式放出能量。 玻尔理论的贡献、局限性、产生局限性的原因、理论的发展。 一、电子的波粒二象性 波粒二象性是光的属性，在一定的条件下，波动性比较明显，例如光在空间传播过程中发生的干涉、衍射现象就突出表现了光的波动性；在另一种条件下，粒子性比较明显，如光与实物接触进行能量交换时就突出地表现出光的粒子性，发生光的吸收、发射、光电效应时就是如此。 从电子的发现和光电效应，证实电子的粒子性；1927年，电子衍射现象的发现，说明电子运动与光相似，具有波动性。其他的微观粒子如质子、中子等也具波粒二象性，是微观粒子的运动特征，与宏观粒子的运动不同，不能用经典力学描述其运动规律，而应使用描述微观粒子运动规律的量子力学。 1．定义2．特点[讲解]经典力学中：能准确同时确定宏观粒子的位置和动量； 量子力学中：电子质量非常小，运动速度非常快，不可能同时准确测定电子运动的速度和空间位置，没有确定运动轨道，只能采用统计的方法，作出几率性的判断。如何确定其运动状态呢？ 二、波函数与原子轨道 宏观物体的运动状态可以用轨道、速度等描述，而作为微观粒子的电子的运动状态，用同时包含粒子特征（电子的质量、位能、系统总能量）和波动性（波函数ψ）的数学方程式描述。 1．波函数ψ量子力学描述核外电子运动状态的数学函数式，用ψn，l，m（x，y，z）表示。 [讲解]上述数学方程式的解就是波函数的具体形式，是一个包含n，l，m三个常数项的三变量（x、y、z）的函数，用ψn，l，m（x，