1.1.1 原子结构能层和能级 课件 2023-2024学年高二化学上学期人教版（2019）选择性必修2

第一节 原子结构 第一章 原子结构和性质 第一课时 能层与能级、基态与激发态、原子光谱 引课视频：能级大楼的电子居民 “葡萄干布丁”模型（汤姆生1904） 电子分布在均匀的正电荷连续体内 原子结构模型的演变 原子结构模型的演变 实心球模型（道尔顿1803） 原子是不可再分的 1 2 行星模型（卢瑟福1911） 原子由原子核核外电子组成 3 圆形轨道模型（波尔1913） 核外电子在特定轨道上高速运动 4 电子云模型（薛定谔1926） 电子只能用概率大小来描述在某处出现的可能性 5 3 “壳层”落实为“能层”与“能级” 原子光谱事实完整构造理论 波尔提出构造原理 1. 原子：是化学变化中最小的粒子 2. 化学反应的实质：是原子的重新组合。 知识回顾 3.原子结构： 核电荷数(z)= 核内质子数 = 核外电子数 = 原子序数 质量数（A） = 质子数（Z） + 中子数（N） 原子 原子核 核外电子(—) 质子(+) 中子 { { 我们知道，原子是由_________和___________构成，原子核由_______和_______构成(除外)，整个原子的质量集中在__________上，核外电子是______排布的。 原子核 核外电子 质子 中子 原子核 分层 原子核 电子层 根据必修阶段的学习，请同学们回答电子在核外空间是怎样排布的？ 知识回顾 在多电子的原子中，电子分别在能量不同的区域运动。 1、原子核外电子总是尽先由里向外(能量由低到高)排列。 2、第n层最多能最多容纳2n2个电子。 4、次外层最多能容纳18个电子，倒数第三层最多容纳32个电子。 3、最外层最多容纳8个电子(K层为最外层时最多容纳2个)。 核外电子排布规律 氧 镁 氩 钠 +8 2 6 +11 2 8 1 +12 2 8 2 +18 2 8 8 “一低 四不超” 知识回顾 1.能层 核外电子按能量不同分成能层，也叫电子层 能层的表示方法 能层 一 二 三 四 五 六 七 符号 K　  L　  M　  N　  O P Q 离核越近的能层，具有的能量越低，电子优先占据低能量能层 一、能层与能级 （电子层） 能量高低： K < L < M < N < O < P <Q 8 +11 第1层 第2层 第3层 2 8 1 电子在原子核外是分层排布的，这三层上的电子有什么不同？ Na的原子结构示意图 一、能层与能级 离核距离不同 电子能量不同 思考：不同能层的电子能量不同，在同一层上的电子的能量是否一定相同呢，例如第2层的8个电子能量是否相同？ +11 第1层 第2层 第3层 2 8 1 一、能层与能级 同一能层的电子的能量可能不同，又将能层分成不同的能级 (电子亚层) 2.能级 一、能层与能级 （又叫电子亚层） 同一能层中，电子的能量还稍有差异， 把一个能层分为1个或若干个能级 同一能层中，电子的能量也不完全相同,将不同能量的电子分为不同的能级 11 N层 M层 L层 K层 同一能层各能级能量越来越高 能级 能量越来越高 能层 能层是楼层 能级是楼层的阶梯 一、能层与能级 一、能层与能级 类比： 能层 小学 初中 高中 能级 一年级 二年级 三年级 四年级 五年级 六年级 初一 初二 初三 高一 高二 高三 能级 能级 13 2.能级 问题1：同一能层中，不同的能级用什么形式表示呢？ 一、能层与能级 （电子亚层） 能级表示形式：用字母s、p、d、f ┅ ┅ 能级的符号：ns np nd nf… ( n：能层序数) 电子亚层用s、p、d、f、g ┅ ┅等方式表示，但就目前发现的118种元素，只用到前四个亚层。 14 2.能级 一、能层与能级 （电子亚层） 问题2：不同能层中，能级数是否相同？有什么规律？ 能层 K L M N O 能级 … … 1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s 4p 4d 4f 5s 5p 一 二 三 四 五 能层序数 课本P6 表格 ②能级数 = 能层序数 ①任一能层的能级总从s能级开始，按s、p、d、f ……排序 ③各能级所在能层的取值 nd→n≥3； 规律： 最多容纳电子 ns→n≥1； np→n≥2； ······ nf→n≥4； 15 思考与讨论 P7 (2)以s、p、d、f为符号的能级分别最多可容纳多少个电子？ 3d、4d、5d能级所能容纳的最多电子数是否相同? 2 6 10 14，，相同，均为10e- 16 2.能级 一、能层与能级 （电子亚层） 问题2：不同能层中，能级种数是否相同？有什么规律？ 能层 K L M N O 能级 … … 1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s 4p 4d 4f 5s 5p 一 二 三 四 五 能层序数 课本P6 表格 最多容纳电子 2 2 6 2 6 10 2 6 14 10 2 6 ④以s、p、d、f……排序的各能级可容纳的最多电子数依次为1、3、5、7…的二倍。 规律： ns np nd nf … 即： 2 6 10 14 17 以s、p、d、f……排序的各能级可容纳的最多电子数依次为1、3、5、7……的二倍 释疑 能级： s、p、d、f…… ，又叫电子亚层 电子在各能级(亚层)上运动是有不同的轨道(即不同的运动状态)， 我们称之为原子轨道 原子轨道 s p d f 轨道数 电子数 每个原子轨道最多容纳一对自旋相反的电子 1 3 5 7 2 6 10 14 玻尔原子模型 这是为什么呢？ 18 (3)第五能层最多可以容纳多少个电子？分别容纳在哪些能级中？ 思考与讨论 P7 各能级最多容纳多少个电子？ 19 2.能级 一、能层与能级 （电子亚层） 问题2：不同能层中，能级种数是否相同？有什么规律？ 能层 K L M N O 能级 … … 1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s 4p 4d 4f 5s 5p 一 二 三 四 五 能层序数 课本P6 表格 最多容纳电子 2 2 6 2 6 10 2 6 14 10 2 6 2 2+6=8 2+6+10=18 2+6+10+14=32 2n2 5d、5f、5* 10 14 18 50 ⑤每个能层最多容纳的电子数不超过2n2 规律： 20 (3)第五能层最多可以容纳多少个电子？分别容纳在哪些能级中？ 思考与讨论 P7 50 5s：2，5p：6，5d：10，5f ：14，5*： 18 各能级最多容纳多少个电子？ 5s、5p、5d、5f、5* 每个能层最多容纳的电子数不超过2n2 21 【总结归纳】能层与能级 ②能级数 = 能层序数 ①任一能层的能级总从s能级开始，按s、p、d、f ……排序 ③各能级所在能层的取值 nd→n≥3； ns→n≥1； np→n≥2； ······ nf→n≥4； ④以s、p、d、f……排序的各能级可容纳的最多电子数依次为1、3、5、7……的二倍。 ns np nd nf … 即： 2 6 10 14 ⑤每个能层最多容纳的电子数不超过2n2 7个能层：K L M N O P Q 1. 电子在核外是分层排布的，按能量不同分成能层，也叫电子层 离核由近到远，能量由低到高 2.能级 且电子能量的高低： ns<np<nd<nf (电子亚层) 3. 能层或能级的能量特点如下： ①单电子原子中： ②多电子原子中： 【总结归纳】能层与能级 E(ns) ＝ E(np) ＝ E(nd) ＝ E(nf) E(ns) ＜ E(np) ＜ E(nd) ＜ E(nf) (H原子) (1)2d表示L层上的d能级(　　) (2)同一原子中，1s、2s、3s电子的能量逐渐减小(　　) (3)各能层的能级都是从s能级开始至f能级结束(　　) (4)4s、4p、4d、4f能量的高低顺序为E(4s)＜E(4p)＜E(4d)＜E(4f)(　　) (5)3d、4d、5d能级所能容纳的最多电子数不相同(　　) 判断正误 × × × √ × 3.下列能级符号表示正确且最多容纳的电子数按照从少到多的顺序排列的是 A.1s、2p、3d B.1s、2s、3s C.2s、2p、2d D.3p、3d、3f A 4.若n＝3，以下能级符号错误的是 A.np B.nf C.nd D.ns B 【思考】电子的能量和所在能级是否就一成不变的呢？ 三、基态与激发态 电子的跃迁是物理变化 原子的得失是化学变化 led灯光 焰火 激光 光（辐射）是电子跃迁释放能量的重要形式之一 问题：解释金属的焰色试验的原因？ 金属原子中,核外电子按一定轨道顺序排列,轨道离核越远,能量越高。灼(燃)烧时,电子获得能量,能量较低的电子发生跃迁,从基态变为激发态。随即电子又从能量较高的激发态跃迁到能量较低的激发态乃至基态,便以光(辐射)的形式释放能量,形成不同的焰色。 特别提醒： ①电子的跃迁是物理变化（未发生电子转移），而原子得失电子时发生的是化学变化。 ②一般在能量相近的能级间发生电子跃迁。如1s22s22p2 表示基态碳原子，1s22s12p3为激发态碳原子（电子数不变）。 ③激发态原子不稳定，易释放能量变为基态原子。 光 K L M N 3.研究原子结构的方法——原子光谱 原子光谱的产生 二、基态与激发态 原子光谱 P7-8 光是电子跃迁释放能量的重要形式之一。 每一次跃迁的能量以光的形式产生一条分立的谱线，被记录下来，就形成了原子光谱。 其能量可转化为可见光，如：焰火、激光、霓虹灯…… 30 →光谱： 按照一定能量次序排列的光带。 →可见光光谱： 可以被人眼观察的光带。 3.研究原子结构的方法——原子光谱 二、基态与激发态 原子光谱 P7-8 不同原子的电子发生跃迁时可以吸收或发射不同的光 31 用光谱仪可以摄取各种原子吸收光谱。 锂、氦、汞的吸收光谱 3.研究原子结构的方法——原子光谱 二、基态与激发态 原子光谱 P7-8 不同原子的电子发生跃迁时可以吸收不同的光 32 用光谱仪可以摄取各种原子的发射光谱。 锂、氦、汞的发射光谱 3.研究原子结构的方法——原子光谱 二、基态与激发态 原子光谱 P7-8 不同原子的电子发生跃迁时可以发射不同的光 33 各种原子的吸收光谱或发射光谱，总称为原子光谱。 3.研究原子结构的方法——原子光谱 二、基态与激发态 原子光谱 P7-8 特征:暗背景,亮线, 线状不连续 特征:亮背景，暗线，线状不连续 P8 锂、氦、汞的发射光谱 锂、氦、汞的吸收光谱 对比二者，它们之间有何联系？ 发射光谱中的彩色亮线与吸收光谱中的暗线恰好处于完全相同的位置。 同种原子的两种光谱是可以互补的 34 【深度思考】 1.发射光谱中的彩色亮线与吸收光谱中的暗线恰好处于完全相同的位置。 相同元素的原子，电子在两个能级之间的跃迁往返时，经历了两个恰好相反的过程，过程中也就必然吸收或放出同样多的能量，对应的光的波长相同。故在吸收光谱和发射光谱相同位置一定出现线状谱。 为什么？ 不同元素的原子具有不同的结构，能级各不相同，因此电子跃迁时发射或吸收光的频率也必定不同，故每种元素在光谱中都会形成“特征谱线”。 下图是锂、氦、汞的吸收光谱和发射光谱。其中图_______是原子由基态转化为激发态时的吸收光谱，图_______是原子由激发态转化为基态时的发射光谱。不同元素的原子光谱上的特征谱线不同，请在下图中用线段将同种元素的吸收光谱和发射光谱连接。 ①③⑤ ②④⑥ 课堂练习 在现代化学中，常利用原子光谱上的特征谱线 来鉴定元素，称为光谱分析。元素的发现等 4.光谱分析 通过原子光谱发现许多元素。 如： 铯（1860年）和铷（1861年），其光谱中有特 征的蓝光和红光。 又如：1868年科学家们通过太阳光谱的分析发现了 稀有气体氦。 二、基态与激发态 原子光谱 光谱分析： 在现代化学中，常利用原子光谱上的特征谱线来鉴定元素。 原子光谱 原子结构 反映 决定 光谱仪： 利用原子光谱线(吸收或发射光谱)上的特征谱线来鉴定元素的仪器 不同元素的焰色试验 原子光谱的应用——（2）检验元素 3.研究原子结构的方法——原子光谱 二、基态与激发态 原子光谱 P7-8 39 生活中，我们看到的许多可见光，如：焰火、激光、霓虹灯……都与原子核外电子跃迁释放能量有关。 发射光谱 （3）生产生活 分析霓虹灯发光的原理： 充有氖气的霓虹灯能发出红光，产生这一现象的原因是通电后在电场作用下，放电管里氖原子中的电子吸收能量后跃迁到能量较高的能级，且处在能量较高的能级上的电子会很快地以光的形式释放能量而跃迁回能量较低的能级上，该光的波长恰好处于可见光区域中的红色波段。 41 基态原子 激发态原子 吸收能量 释放能量 发射光谱 吸收光谱 能量较高 能量最低 课堂小结 特征:暗背景,亮线, 线状不连续 特征:亮背景，暗线，线状不连续 主要形式为 (辐射) 光 课堂练习4、判断正误： （1）光（辐射）是电子跃迁释放能量的重要形式之一（ ） （2）霓虹灯、激光、萤光都与原子核外电子跃迁吸收能量有光（ ） （3）产生激光的前提是原子要处于激发态（ ） （4）电子跃迁时只吸收能量（ ） （5）同一原子处于激发态时的能量一定高于基态时的能量（ ） （6）激发态原子的能量较高，极易失去电子，表现出较强的还原性（ ） √ × √ × √ × 课堂练习5、下列说法<zzd>不正确</zzd>的是( @28@ )。 A.焰色试验是化学变化 B.在现代化学中，常利用光谱分析法来鉴定元素 C.同一原子处于激发态时的能量一定大于其处于基态时的能量 D.焰色试验中观察到的焰色是金属原子的电子从激发态跃迁到基态时产生的光的颜色 A 课堂练习6、电子由3d能级跃迁至4p能级时，可通过光谱仪直接摄取(　　) A．电子的运动轨迹图像 B．原子的吸收光谱 C．电子体积大小的图像 D．原子的发射光谱 B 1.下列叙述正确的是( ) A.能级就是电子层 B.每个能层最多可容纳的电子数是2n2 C.同一能层中的不同能级的能量高低相同 D.不同能层中的s能级的能量高低相同 B 2.以下能级符号正确的是( ) A.3f B.2d C.4s D.2f C [达标检测] 5.以下现象与核外电子的跃迁有关的是 ①霓虹灯发出有色光　②棱镜分光　③激光器产生激光　④石油蒸馏　⑤凸透镜聚光　⑥燃放的焰火，在夜空中呈现五彩缤纷的礼花　 ⑦日光灯通电发光　⑧冷却结晶 A.①③⑥⑦ B.②④⑤⑧ C.①③⑤⑥⑦ D.①②③⑤⑥⑦ A →棱镜分光是由于不同色彩的光在玻璃中的折射率不同引起的 →石油蒸馏是利用石油中各成分的沸点不同加以分离 →凸透镜聚光是由光的折射形成的 →冷却结晶，是由于温度降低，物质的溶解度减小，析出溶质 5、对充有氖气的霓虹灯管通电，灯管发出红色光，产生这一现象的主要原因是（ ） A.电子由激发态向基态跃迁时以光的形式释放能量。 B.电子由基态向激发态跃迁时吸收除红光以外的光。 C.氖原子获得电子后转变成发出红光的物质。 D.在电流的作用下，氖原子与构成灯管的物质发生反应。 A EVCapture4.1.9软件录制 Lavf57.25.100 本视频由湖南一唯信息科技开发的EV录屏软件录制，www.ieway.cn $$