1.1.1 能级与能层 基态与激发态 课件 2023-2024学年高二下学期化学人教版（2019）选择性必修2

第1课时 能级与能层 原子光谱 第一章 原子结构与性质 第一节 原子结构 1 学习目标 1.通过认识原子结构与核外电子排布理解能层与能级的关系。 2.通过核外电子能量不同分析、理解基态与激发态的含义与关系。 3.能辨识光谱与电子跃迁之间的关系。 “原子”一词源自古希腊语“ATOM”，是不可再分的意思。古希腊哲学家假想原子是世间万物最小的微粒。19世纪初，英国人道尔顿创立了近代原子学说，假设原子是化学元素中的最小粒子，每一种元素有一种原子。20世纪初，人们终于认识到原子不是最小的粒子，而且有复杂的结构。对原子结构的认识为元素周期律找到了理论根据。原子的基本性质，如原子半径、电离能和电负性等都与原子结构密切相关，因而也呈现周期性。 原子的来源 新课导入 3 原子结构模型的演变 1.公元前5世纪，希腊哲学家德谟克利特等人认为 ： 万物是由大量的不可分割的微粒构成的，即原子。 2.道尔顿原子模型(1803年) ：原子是坚实的、不可再分的实心球。 3.汤姆孙原子模型(1904年) ：原子是一个平均分布着正电荷的粒子，其中镶嵌着许多电子，中和了正电荷，从而形成了中性原子。 4.卢瑟福原子模型( 1911年) ：原子中心有一个带正电荷的核，它的质量几乎等于原子的全部质量，电子在它的周围沿着不同的轨道运转，就像行星环绕太阳运转一样。 5.玻尔原子模型(1913年)电子在原子核外空间的一定轨道上绕核做高速圆周运动。 又称分层模型： 当原子只有一个电子时，电子沿特定球形轨道运转； 当原子有多个电子时，它们将分布在多个球壳中绕核运动。 不同的电子运转轨道是具有一定级差的稳定轨道。 6.电子云模型 （1927~1935年）：现代物质结构学说。 电子在原子核外很小的空间内做高速运动，其运动规律与一般物体不同，没有确定的轨道。 如右图所示氢原子电子云图。 原子 原子核 核外电子 质子 中子 → 带正电 → 不带电 → 带负电 不带电 核电荷数=核内质子数=核外电子数 质量数=质子数+中子数 【思考与讨论】 核外电子是怎样排布的？有啥规律呢？ 一、能层与能级 1.能层（电子层） 新知梳理 (1)含义：在多电子的原子里核外电子的能量是不同的，根据核外电子的能量差异，将核外电子分成不同的能层。 (2)能层的表示方法及各能层最多容纳的电子数 能层 一 二 三 四 五 六 七 符号 K　  L　  M　  N　  O P Q 最多电子数 　  　  2=2×12 8=2×22 18=2×32 32=2×42 50=2×52 72=2×62 98=2×72 电子的能层由内向外排序，其序号、符号以及所能容纳的最多电子数如下： 7 ①原子核外电子总是尽可能先排布在能量较低的电子层上，然后由内向外依次排布在能量逐渐升高的电子层。 (3)能量规律： ①先排能量低的电子层，再排能量高的电子层，由里往外 ②每一层最多容纳电子数：2n2个 ③最外层电子数不超过8个（K层为最外层时不超过2个） ④次外层电子数不超过18个，倒数第三层不超过32个 (4)核外电子的排布规律:（一低四不超） ②能层越高，电子的能量越高，能量的高低顺序为： E(K)＜E(L)＜E(M)＜E(N)＜E(O)＜E(P)＜E(Q) 8 (1)含义：多电子原子中，同一能层的电子，能量也可能不同，所以，同一能层的电子，又被分成不同的能级，就好比能层是楼层，能级是楼梯的阶级。 2.能级（电子亚层） (2)能级的符号和所能容纳的最多电子数 能层 K L M N O 能级 1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s 4p 4d 4f 5s 5p … 最多电子数 2 2 6 2 6 10 2 6 10 14 2 6 … （同一个能层中电子的能量相同的电子亚层分别用字母s、p、d、f等表示） (3)能层与能级的组成以及能量的关系 ①任一能层的能级总是从s能级开始，能级数=能层序数，即第一能层只有1个能级（1s），第二能层有2个能级（2s和2p），第三能层有3个能级（3s、3p和3d），依次类推…… ②在每一个能层中，能级符号的顺序是ns、np、nd、nf.....(n为能层序数)。 ③能级的字母代号总是s、p、d、f....排序的，字母前的数字是它们所处的能层序数，它们可容纳的最多电子数依次为自然数中的奇数序列1、3、5、7....的2倍。 ④英文字母相同的不同能级中所能容纳的最多电子数相同。例如，1s、2s、3s、4s......能级最多都只能容纳2个电子。 ⑤能层或能级的能量关系 不同能层中，能级的能量高低是 1s<2s<3s<4s……；2p<3p<4p….. 在同一能层中，能级的能量高低是 ns<np<nd<nf…… 11 1.一个能层的能级数与能层序数(n)间存在什么关系？ 一个能层最多可容纳的电子数与能层序数(n)间存在什么关系？ 能级数 = 能层序数 每个能层最多容纳的电子数= 2n2 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? 【思考与讨论】 最多可容纳的电子数为：s能级2个，p能级6个，d能级10个，f能级14个。3d、4d、5d能级可容纳的最多电子数相同。 12 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？各能级最多容纳多少个电子？ 方法1：第五能层最多可以容纳的电子数2n2 ＝ 2×52 ＝ 50 方法2：分别容纳在5s、5p、5d、5f、5g五个能级中 各能级最多容纳的电子数为： 5s能级 2×1=2 5p能级 2×3=6 5d能级 2×5=10 5f能级 2×7=14 5g能级 2×9=18 总计50个电子，与前面能层的计算结果相同。 13 节日里五颜六色的火焰是化学变化吗？霓虹灯光、LED灯光呢？与今天所学的原子结构有什么关系呢？ 都与原子核外电子跃迁释放能量有关。 二、基态与激发态 原子光谱 （一）基态与激发态 1.基态原子： 处于最低能量状态的原子叫做基态原子。 2.激发态原子： 基态原子吸收能量，它的电子会跃迁到较高能级，变为激发态原子。 3.基态原子与激发态原子的关系 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。 光（辐射）是电子跃迁释放能量的重要形式。 (1)定义：不同元素原子的电子发生跃迁时会吸收或释放不同的光，可以用光谱仪摄取各种元素原子的吸收光谱或发射光谱，总称原子光谱。 (2)形成原因： (3)分类： 特征：暗背景， 亮线， 线状不连续 特征：亮背景， 暗线，线状不连续 锂、氦、汞的吸收光谱 锂、氦、汞的发射光谱 （二）原子光谱与光谱分析 1.原子光谱 (1)定义：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。光谱分析的依据是每一种元素都有自己的特征谱线。 ②化学研究中利用光谱分析检测一些物质的存在与含量等。 (2)应用 ①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。 2.光谱分析 【思考】金属的焰色试验中，一些金属元素呈现不同焰色的原因是什么? 焰色反应是电子跃迁的结果，焰色反应发生的过程： ③生产生活 烟花 霓虹灯 【思考】每到夜幕降临时，大街上的霓虹灯就会亮起来，产生五颜六色的光。你知道是什么原因吗？ 霓虹灯内充有稀薄的氖气或其他稀有气体，当外电源电路接通后，变压器输出端就会产生几千伏甚至几万伏高压，当这一高压加到霓虹灯管两端电极上时，管内带电粒子（电子）就会发生跃迁，发出五颜六色的光。 科学史话 1814年，德国物理学家夫琅禾费(J. Fraunhofer, 1787- 1826) 发明了分光镜并用来观察太阳光，发现在太阳光谱中有570多条黑线(现知几千条)，后人称之为夫琅禾费线。 1859年，德国科学家本生(R. W. Bunsen,1811-1899)和基尔霍夫(G. R. Kirchhoff,1824-1887)发明了光谱仪，证实了夫琅禾费线实质上是原子的吸收光谱，并一一找到对应的元素。例如，被夫琅禾费标记为D的双线源自钠(如图1-6)，后人称为钠双线。然而，原子光谱为什么是离散的谱线而不是连续的呢？丹麦科学家玻尔破解了这个百年之谜。 1913年，玻尔创造性地假设，被束缚在原子核外的电子的能量是量子化的，只能取一定数值，称为定态，而原子光谱的谱线是不同定态的电子发生跃迁产生的，因而是离散的而不是连续的谱线。1925年，德国科学家洪特解释了复杂光谱，得出了过渡元素(包括铬和铜等)的光谱学基态原子的电子排布，为构造原理的确立奠定了基础。 离散的谱线 课堂训练 1.下列轨道含有轨道数目为3的是( ) A.1s B.2p C.3p D.4d 3.第三电子层含有的轨道数为( ) A.3 B.5 C.7 D.9 2.3d轨道中最多容纳电子数为( ) A.2 B.10 C.14 D.18 4. 第三能层中能量最高的轨道是( ) A.3s B.3p C.3d D.3f 3s、3p、3d 1 + 3 + 5 =9 BC B D C 5.下列说法正确的是 ( ) A.某微粒核外电子排布为2、8、8结构，则该微粒一定是氩原子 B.最外层达稳定结构的微粒只能是稀有气体的原子 C.F-、Na+、Mg2+、Al3+是与Ne原子具有相同电子层结构的离子 D.NH4+与H3O+具有相同的质子数和电子数 CD 6.下列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 7.短周期元素W、X、Y和Z的原子序数依次增大。元素W是制备一种高效电池的重要材料，X原子的最外层电子数是内层电子数的2倍，元素Y是地壳中含量最丰富的金属元素，Z原子的最外层电子数是其电子层数的2倍。下列说法错误的是( ) A. 元素W、X的氯化物中，各原子均满足8电子的稳定结构 B. 元素X与氢形成的原子比为1：1的化合物有很多种 C. 元素Y的单质与氢氧化钠溶液或盐酸反应均有氢气生成 D. 元素Z可与元素X形成共价化合物XZ2 Li C Al S LiCl中锂离子不满足8电子 A CS2 本节内容结束 $$