2.2.9.1.Mục tiêu bài học a. Mục tiêu kiến thức
- Trình bày đƣợc mô hình của hành tinh nguyên tử.
- So sánh mẫu nguyên tử Bo khác với mẫu nguyên tử Rơdơpho.
- Phát biểu đƣợc hai tiên để của Bo về cấu tạo nguyên tử.
- Dùng mẫu nguyên tử Bo để giải thích sự tạo thành quang phổ, vạch phát xạ và quang phổ vạch hấp thụ của nguyên tử hidro.
b. Mục tiêu kĩ năng
- Vận dụng kiến thức đã học để giải thích các bài toán liên quan. 2.2.9.2.Chuẩn bị của giáo viên và học sinh::
a. Giáo viên :
- Vẽ hình các quỹ đạo của electron trong nguyên tử hydro trên giấy khổ lớn, hoặc hổ trợ máy chiếu để mô tả các quỹ đạo chuyển động của electron; hiệu ứng khi electron hấp thụ, phát xạ photon và nhảy mức năng lƣợng.
- Yêu cầu HS ôn tập lại kiến thức hóa học lớp 10 về cấu tạo nguyên tử. b.Học sinh:
- Ôn tập cấu tạo nguyên tử đã học ở Hóa lớp 10.
- Ôn tập đặc điểm quang phổ hấp thụ, quang phổ phát xạ của nguyên tử hidro. 2.2.9.3. Thiết kế phƣơng án xây dựng kiến thức
a. Lựa chọn phƣơng pháp
- Bài học này vừa có kiến thức cũ, là mẫu nguyên tử Rơdơpho đã học ở Hóa lớp 10, vừa có kiến thức mới là hai tiên đề của Bo nên cần vận dụng cả phƣơng pháp đàm thoại, vấn đáp và phƣơng pháp thuyết trình.
b.Phƣơng án
- GV đƣa ra hệ thống câu hỏi trắc nghiệm dẫn dắt để HS nhớ lại mẫu hành tinh nguyên tử Rơđơpho đã học.
- Để kích thích sự thích thú tò mò của HS, GV kể lại lịch sử vật lý về sự mâu thuẫn của mẫu hành tinh nguyên tử rơđopho khi gặp phải khó khăn là không giải thích
đƣợc tính bền vững của nguyên tử và sự tạo thành quang phổ vạch của các nguyên tử. Thông báo cho HS một trong những thành công của thuyết lƣợng tử ánh sáng là giải thích đƣợc nhiều hiện tƣợng liên quan đến quang phổ của các nguyên tử. Vậy, thuyết lƣợng tử ánh sáng giải quyết vấn đề nêu trên nhƣ thế nào.
- Mẫu nguyên tử Bo đƣa ra vào năm 1913, trong mẫu này, Bo vẫn giữ mô hình hành tinh nguyên tử, nhƣng ông cho rằng hệ thống nguyên tử bị chi phối bởi những quy luật đặc biệt có tính lƣợng tử mà ông đề ra dƣới dạng giả thuyết. Ngƣời ta gọi chúng là hai tiên đề của Bo về cấu tạo nguyên tử. Sau đó yêu cầu HS đọc SGK lần lƣợt về hai tiên đề này.
- Sau mỗi tiên đề, GV yêu cầu HS trả lời bộ câu hỏi TNKQ mà GV đã soạn sẵn trên phiếu học tập để hiểu về hai tiên đề đó:
+ Tiên đề 1: GV mở rộng đối với trƣờng hợp vận dụng tiên đề một cách hiệu quả
nhất, đó là trạng thái nguyên tử hidro. GV vẽ và mô tả các mức năng lƣợng tƣơng ứng với các quỹ đạo. Chỉ rõ trên hình vẽ trạng thái cơ bản và trạng thái kích thích. Bình thƣờng electron chuyển động trên quỹ đạo gần hạt nhân nhất, đây là trạng thái cơ bản. Khi hấp thụ năng lƣợng thì electron chuyển động trên những quỹ đạo xa hạt nhân hơn. Nguyên tử chuyển lên các trạng thái dừng có năng lƣợng cao hơn gọi là trạng thái kích thích. Các trạng thái có năng lƣợng càng cao thì ứng với bán kính quỹ đạo của electron càng lớn và trạng thái đó càng kém bền vững. Nhiều nghiên cứu cho thấy, thời gian sống trung bình của các nguyên tử trong trạng thái kích thích rất ngắn (chỉ khoảng 10-8giây), sau đó nó chuyển dần về trạng thái có năng lƣợng thấp hơn và cuối cùng về trạng thái cơ bản.
+ Tiên đề 2: Sau phần trả lời của HS về kiến thức của tiên đề này, GV xác nhận thông
tin đúng và cần nhấn mạnh: mỗi khi nguyên tử chuyển mức năng lƣợng thì nó nhận vào hoặc phát ra một photon có năng lƣợng đúng bằng hiệu các mức năng lƣợng đó là
=En-Em. Nhƣ vậy, để nguyên tử có thể chuyển lên mức năng lƣợng lớn hơn thì nguyên tử phải hấp thụ đƣợc một photon có năng lƣợng đúng bằng hiệu hai mức năng lƣợng. Nếu phần năng lƣợng hấp thụ đƣợc lớn hơn hoặc nhỏ hơn hiệu hai mức năng lƣợng thì nguyên tử cũng không thể chuyển sang trạng thái năng lƣợng mới đƣợc.
2.2.9.4. Tiến trình hoạt động dạy học cụ thể:
Hoạt động của GV Hoạt động của HS
Hoạt động 1 : Nghiên cứu mô hình hành tinh nguyên tử và hạn chế của nó.
Đề nghị HS nêu mẫu hành tinh nguyên tử Ruđơpho bằng cách trả lời câu hỏi sau:
Câu 33.1: Hãy trả lời các câu hỏi sau;
1. Cấu tạo một nguyên tử gồm những loại hạt nào?...
2. Vị trí của các hạt đó trong nguyên tử ….…… 3. Điện tích của các hạt đó như thế nào? …… 4. Khối lượng của nguyên tử tập trung ở đâu?...
GV xác nhận ý kiến đúng và dẫn dắt HS nêu những hạn chế của mẫu nguyên tử này bằng cách yêu cầu HS trả lời câu hỏi sau:
Câu 33.2: Hãy trả lời các câu hỏi sau:
1. Giữa electron và hạt nhân nguyên tử tương tác nhau bằng lực gì?………
2. Lực này làm quỹ đạo chuyển động của electron quanh hạt nhân có dạng như thế nào?...
3. Nếu vậy, nguyên tử có bền vững không?...
4. Nếu như vậy, quang phổ của nguyên tử hiđrô thuộc loại quang phổ nào? …………Tại sao?
5. Trên thực tế, quang phổ phát xạ của nguyên tử hiđrô là loại quang phổ gì?………
GV xác nhận thông tin đúng và nói thêm, mẫu hành tinh nguyên tử Ruđơpho gặp khó khăn là không giải thích đƣợc tính bền vững của nguyên tử và sự tạo thành quang phổ vạch phát xạ của nguyên tử. Thông báo, một trong những thành công của thuyết lƣợng tử giải quyết đƣợc khó khăn trên. Vậy, thuyết lƣợng tử giải quyết vấn đề nêu trên nhƣ thế nào?
Chuẩn bị ôn tập trƣớc và trả lời. 1. Hạt nhân và các electron. 2. Hạt nhân ở tâm, còn các electron chuyển động xung quanh. 3. Độ lớn điện tích dƣơng của hạt nhân bằng tổng độ lớn của điện tích âm của các electron. Nguyên tử trung hòa về điện. 4. Khối lƣợng hầu nhƣ tập trung ở hạt nhân.
HS lắng nghe và tiếp tục trả lời để thấy những hạn chế của mẫu nguyên tử này
1. Lực hút hạt nhân. 2. Có dạng xoắn ốc.
3. Không. Vì cuối cùng electron bị hút vào hạt nhân. 4. Quang phổ liên tục vì năng lƣợng của electron là liên tục. 5. Quang phổ phát xạ gián đoạn, gồm 4 vạch màu.
Hoạt động 2: Tìm hiểu tiên đề của Bo và cấu tạo nguyên tử
Đề nghị HS đọc sgk tiên đề 1 về trạng thái dừng và trả lời câu hỏi sau vào phiếu học tập:
Câu 33.3: Hãy trả lời các câu hỏi sau:
1. Phát biểu nội dung tiên đề 1 về trạng thái dừng……….
2. Trạng thái cơ bản là gì ……… Khi nào nguyên tử ở trạng thái cơ bản……… 3. Trạngthái kích thích là gì ………… Khi nào nguyên tử ở trạng thái kích thích………… 4. Electron trong nguyên tử hidrô chuyển động trên các quỹ đạo dừng có bán kính theo qui luật nào?………
5. Năng lượng nguyên tử có liên quan với bán kính quỹ đạo như thế nào? ………
6. Kể tên các quỹ đạo liên tiếp của nguyên tử theo thứ tự từ mức năng lượng cơ bản của nguyên tử hiđrô ………
Hƣớng dẫn thảo luận và trả lời lần lƣợt từng câu hỏi. Xác nhận đáp án đúng.
Tiếp tục đề nghị HS đọc mục 2 tiên đề 2 về sự bức xạ và hấp thụ năng lƣợng của nguyên tử và lần lƣợt trả lời câu hỏi sau:
Câu 33.4:
1. Phát biểu nội dung tiên đề về bức xạ và hấp thụ năng lượng của nguyên tử……… 2. Nếu photon có năng lượng lớn hơn hiệu En- Em thì nguyên tử có hấp thụ được không?……… 3. Nguyên tử hiđrô ở quỹ đạo K, hấp thụ 1 photon có năng lượng bằng EM-EK sẽ chuyển trạng thái nào?………khi trở về trạng thái K, nó phát ra photon có năng lượng như thế nào?
Hƣớng dẫn thảo luận và trả lời lần lƣợt từng câu hỏi. Xác nhận đáp án đúng.
1. Phát biểu nhƣ sgk.
2. Là trạng thái ở gần hạt nhân nhất; khi có năng lƣợng thấp nhất. 3. Là trạng thái có mứt năng lƣợng cao hơn và electron chuyển động xa hạt nhân hơn. Khi nguyên tử hấp thụ năng lƣợng.
4. Bán các quỹ đạo dừng tăng tỉ lệ với bình phƣơng của các số nguyên liên tiếp.
5. Tỉ lệ thuận
6. K, L, M, N, O, P……
Thảo luận và trả lời lần lƣợt từng câu hỏi và ghi nhớ kiến thức vừa trả lời để nắm nội dung tiên đề về trạng thái dừng.
Tiếp tục đọc mục 2 sgk, sau đó thảo luận và trả lời câu 33.4 dƣới hƣớng dẫn , gợi ý của GV.
1. Phát biểu nội dung nhƣ sgk. 2. Không.
3. Chuyển lên trạng thái M, Khi trở về phát ra một photon có năng lƣợng đúng bằng EM-EK
Ghi nhớ kiến thức mà GV đã xác nhận đúng.
Hoạt động 3: Vận dụng 2 tiên đề Bo để giải thích quang phổ phát xạ và hấp thụ của nguyên tử hidrô
Đặc điểm quang phổ vạch và quang phổ hấp thụ của nguyên tử hiđro, HS đã học ở chƣơng trƣớc và trong bài này, HS đã nắm đƣợc đặc điểm của sự chuyển các mức năng lƣợng của nguyên tử hiđrô. Gv đƣa ra hệ thống câu hỏi nhằm dẫn dắt HS trả lời để tự nhớ lại kiến thức cũ, đồng thời vận dụng kiến thức mới trong 2 tiên đề Bo để giải thích lại kiến thức cũ.
Gv đề nghị HS ôn lại đặc điểm quang phổ vạch và quang phổ hấp thụ của nguyển tử hidrô. Sau đó vận dụng 2 tiên đề Bo để giải quyết các câu hỏi sau:
Câu 33.5: Hãy trả lời các câu hỏi sau:
1. Ở điều kiện bình thường, nguyên tử hiđrô tồn tại ở trạng thái nào?………
2. Khi để nguyên tử hiđrô ở trạng thái dưới áp suất thấp và được kích thích bằng tác nhân bên ngoài nghĩa là ta đã cung cấp cho nguyên tử hiđrô cái gì? ………
3. Vì sao khi nguyên tử hiđrô hấp thụ năng lượng do bị kích thích thì ta thu được quang phổ phát xạ………
4. Đặc điểm của quang phổ phát xạ của nguyên tử hiđrô………
5. Vì sao không thu được các vạch màu liên tục như quang phổ liên tục………
Hƣớng dẫn HS thảoluận và trả lời đúng câu hỏi. Sau đó xác nhận thông tin đúng.
HS làm theo yêu cầu và trả lời câu hỏi vào phiếu học tập.
1. Cơ bản 2. Năng lƣợng
3. Vì bình thƣờng, nguyên tử tồn tại ở mức cơ bản, khi hấp thụ năng lƣợng thì nó nhảy lên mức năng lƣợng cao hơn, thời gian sống ở mức năng lƣợng này rất bé nên lập tức nó nhảy về mức năng lƣợng thấp hơn. Đồng thời, với mỗi lần nhảy xuống nó phát ra photon ánh sáng nên ta thu đƣợc quang phổ phát xạ.
4. Gồm 4 vạch màu: Đỏ-lam- chàm-tím.
5. Vì năng lƣợng photon phát ra khi nguyên tử nhảy xuống mức năng lƣợng thấp hơn có tần số
Tiếp tục đƣa ra câu hỏi và yêu cầu HS thảo luận, vận dụng 2 tiên đề Bo để giải thích quang phổ hấp thụ của nguyên tử Hiđrô.
Câu 33.6:
1. Đặc điểm quang phổ của ánh sáng trắng…. 2. Nếu trên đường đi của ánh sáng trắng ta đặt khí hiđrô thì quang phổ thu được lúc này có đặc điểm gì? …………
3. Ở điều kiện bình thường, nguyên tử hiđrô ở trạng thái nào?………
4. Khi đặt khí hiđrô trên đường đi của ánh sáng trắng thì các nguyên tử Hiđrô xảy ra điều gì?… 5. Vì sao quang phổ hấp thụ nêu trên lại có 4 vạch màu đỏ-lam-chàm-tím của quang phổ liên tục…..
đúng bằng tần số của 4 vạch trên.
Ghi nhớ thông tin mà GV đã xác nhận đúng.
Tiếp tục thảo luận, ôn lại đặc điểm của quang phổ hấp thụ nguyên tử hiđrô và vận dụng 2 tiên đề Bo để trả lời các câu hỏi sau dƣới sự hƣớng dẫn của GV. 1. Phổ màu liên tục từ đỏ đến tím. 2. Bốn vạch tối trên nền một quang phổ liên tục. 3. Cơ bản. 4. Hấp thụ phôton của ánh sáng trắng và chuyển sang trạng thái kích thích.
5. Đặc điểm của nguyên tử hiđrô có khả năng hấp thụ 4 loại photon bƣớc sóng ứng với 4 vạch màu này nên trong nền của quang phổ liên tục thiếu 4 vạch trên.
Hoạt động 4: Củng cố, ôn tập và vận dụng
GV lựa chọn thời gian thích hợp chốt lại kiến thức cần nắm trong bài và trả lời câu hỏi TNKQ
HS trả lời câu hỏi
Câu 33.7: Chọn câu đúng: Trạng thái dừng là:
A. Trạng thái electron không chuyển động quanh hạt nhân.
B. Trạng thái đứng yên của nguyên tử.
C. Trạng thái có năng lượng xác định và electron chuyển động trên một quỹ đạo nhất định.
Câu 33.8: Khi electron trong nguyên tử hiđrô hấp thụ photon ánh sáng thì electron:
A. chuyển xuống mức năng lượng thấp hơn.
B. vẫn chuyển động ở quỹ đạo đó nhưng có động năng lớn hơn.
C. chuyển lên mức năng lượng cao hơn.
D. chuyển sang quỹ đạo gần hạt nhân hơn.
Câu 33.9: Ở trạng thái dừng nguyên tử:
A. không bức xạ và không hấp thụ năng lượng.
B. không bức xạ nhưng có thể hấp thụ năng lượng.
C. không hấp thụ nhưng có thể bức xạ năng lượng.
D. có thể bức xạ và hấp thụ năng lượng.
Câu 33.10: Nội dung của tiên đề về sự bức xạ và hấp thụ năng lượng của nguyên tử được thể hiện trong câu nào sau đây:
A. Nguyên tử phát ra một photon mỗi lần bức xạ ánh sáng.
B. Nguyên tử hấp thụ một photon mỗi lần bức xạ ánh sáng.
C. Nguyên tử phát ra ánh sáng nào thì có thể hấp thụ ánh sáng đó.
D. Nguyên tử chỉ có thể chuyển giữa các trạng thái dừng , mỗi lần chuyển nó bức xạ hay hấp thụ một photon có năng lượng đúng bằng độ chênh lệch năng lượng giữa hai trạng thái đó.
Câu 33.11: Mẫu nguyên tử Bo khác mẫu nguyên tử Rơdơpho ở điểm nào dưới đây:
A. hình dạng quỹ đạo của các electron.
B. Lực tương tác giữa các electron và hạt nhân nguyên tử.
C. trạng thái có năng lượng ổn định.
D. mô hình nguyên tử có hạt nhân.
Câu 33.12: Nội dung của tiên đề về các trạng thái dừng của nguyên tử thể hiện trong câu nào dưới đây:
A. Nguyên tử tồn tại ở trạng thái có năng lượng liên tục.
B. Nguyên tử tồn tại ở trạng thái có năng lượng gián đoạn, trên mỗi mức năng lượng, electron chỉ chuyển động quanh hạt nhân trên quỹ đạo với bán kính xác định.
C. Nguyên tử tồn tại ở trạng thái có năng lượng liên tục phụ thuộc vào bán kính quỹ đạo của nó quanh hạt nhân.
D. Nguyên tử tồn tại ở trạng thái có năng lượng gián đoạn, trên mỗi mức năng lượng, trên mỗi mức năng lượng, nguyên tử có thể bức xạ hoặc hấp thụ photon.
Câu 33.13: Electron chuyển động trên quỹ đạo M thì nó có thể vạch ra bao nhiêu vạch quang phổ: