1.1.1 能层与能级 基态与激发态 原子光谱 构造原理与电子排布式-【状元桥·优质课堂】2024-2025学年高中化学选择性必修2（人教版2019）

●第一章 原子结构与性质● 第一节 原子结构 第1课时能层与能级 基态与激发态 原子光谱 构造原理与电子排布式 答案解析P 目标导航 [知识导图] [课程标准] 按能量高低 同层 L,通过认识原子结构及核外电子排布，知道原子核外 能层 按能量高低 能级 电子的能级高低顺序，知道处于不同能级的电子， 吸收光谱 在一定条件下可以发生激发或跃迁。 核外电子 基态 激发态 发射光增 2.了解原子核外电子排布的构造原理，能书写1~36 电子堆充规律 号元素基态原子的核外电子排布式。 构造原理 表示方肉电子排布式 课前·教材预案川 川知识点1能层与能级 能级的字母代号总是按s、P、d、f…排序的， L,能层 字母前的数字是它们所处的四 核外电子按四 不同分成能层。电子 它们可容纳的最多电子数依次为自然数中的 的能层由回 向回 排序，其序号、 奇数序列1,3,5,7…的四 倍 符号以及所能容纳的最多电子数如表： (3)多电子原子中，同一能层各能级的能量顺 能层一 三 五 六 七 序：E(s)3@ E (xp)31 E(nd) 符号国 网 E(nf)… 最多 电子面 (4)能层、能级的符号和所能容纳的最多电子数 数 2 3 M 能层越高，电子的能量圆 ,能量的高 K 2 2p 3 3p3d44 低顺序为E(K)回 E(L)回 E(M) 最多国 2 26图 2610 四 E(N)☒ E(O)☒ 电了 E(P) 数 四 E(Q). 川知识点2|基态与激发态 原子光谱 2.能级 (1)同一能层的电子，被分成不同能级。能级 1.基态原子与激发态原子 数团 该能层的序数，即第一能层只有 (1)基态原子：处于国 状态的原子。 四个能级(1s),第二能层有2个能级(2s (2)激发态原子：基态原子固 能量，它 和2p),第三能层有3个能级(3s、3p和3d). 的电子会跃迁到国 能级，变为激发态 (2)任一能层的能级总是从回能级开始。 原子 。4 第一章原子结构与性质 2.光谱与光谱分析 3.能级交错 (1)原子光谱：不同元素原子的电子发生跃迁 随核电荷数递增，电子并不总是填满一个能层 时会吸收或释放不同的光，可以用光谱仪摄取 后再开始填入下一个能层的，如电子是按 各种元素原子的回 光谱或 团 的顺序而不是按3p→3→ 国 光谱，总称原子光谱。 4s的顺序填充的，这种现象被称为能级交错。 (2)光谱分析：在现代化学中，常利用原子光谱 构造原理呈现的能级交错源于圆 上的图 来鉴定元素，称为光谱 事实。 分析。 自主测评 川川知识点31构造原理与电子排布式 判断正误，正确的打“/”，错误的打“×”。 L.构造原理 (1)在基态原子中第”能层容纳的电子数一定 以团 事实为基础，从氢开始，随 是2n2。 () 圆 递增，新增电子填人能级的顺 (2)最外层电子排布式为4s的元素一定为K。 序称为构造原理，如图所示： () (3)能层序数大，能级的能量一定大。( 年行对位个 (4)原子光谱是核外电子得失所引起的。 6 50 ○一钙个小表一个圆 (5)K的电子排布式为1s22s2p3s3p3d. ( 箭头引宁的面线显示5网 2 名师提醒 K (1)基态原子中第n能层容纳的电子数最多 2.电子排布式 为2n2. 电子排布式中，能级符号右上角的数字表示该 (2)由构造原理可知E(4s)<E(3d),所以并 能级的圆 如Mg原子的电子排 不是能层序数大，能级的能量一定大。 布式中数字和符号的意义： (3)原子光谱是电子在不同能级之间发生跃 能级上的电子数 迁形成的，为物理变化。 18322p3s (4)基态原子电子排布是按照构造原理进行 +能层 的，并不是从内到外依次填满的。 一能级 课堂·深度拓展川 川川探究点1能层与能级的组成以及能量关系 2.以s能级为例，不同能层的s能级间能量有何 关系？以第三能层为例，不同能级间能量有何 互动探究 关系？ 1.英文字母相同的不同能级（如2p、3p)中所能容 纳的最多电子数是否相同？ 5 化学选择性必修2课堂学案 深度拓展 川川探究点21基态与激发态、原子光谱 1.能层与能级中的四个数量关系 互动探究 (1)任一能层，能级数=能层序数，且总是从s 3.宽虹灯为什么能够发出五颜六色的光？ 能级开始。 (2)以s、P、d、f…排序的各能级最多容纳的电 子数依次为1、3、5、7…的2倍。 (3)每一能层中最多容纳的电子数是能层序数 的平方的2倍，即2n(n代表能层序数) 深度拓展1 (4)不同能层中相同能级所容纳的最多电子数 L.电子跃迁的能量变化与可见现象 相同。 激发态原子不稳定，电子从能量较高的激发态 2.能层中各能级之间的能量大小关系 跃迁到能量较低的激发态乃至基态时，将释放 (1)能层或能级的能量关系 能量。光辐射是电子释放能量的重要形式之 扣ld能： 符号扣的能笼) 一。霓虹灯光、激光、焰火等可见光都与原子 不可能级 不同能层 核外电子发生跃迁释放能量有关。 nnnd<nf) 14<23#4w 2.金属元素的焰色试验的成因 金属原子中，核外电子按一定能级顺序排列， (2)不同能层不同能级的能量高低顺序（存在 能级离核越远，能量越高。灼（燃）烧时，电子 能级交错)ns<(n一2)f<(n一1)d<np 获得能量，能量较低的电子发生跃迁，从基态 【例题1】下列关于能层与能级的说法中正确 变为激发态。随即电子又从能量较高的激发 的是 态跃迁到能量较低的激发态乃至基态，便以光 A.同一原子中，符号相同的能级，电子能量 (辐射)的形式释放能量，形成不同的焰色。 不一定相同 3.光谱分类 B.任一能层的能级总是从s能级开始，而且 原子吸收光、吸收光谱 能级数不一定等于该能层序数 原子光谱 C,同是s能级，在不同的能层中所能容纳的 原了舒放光，发射光谱 【例题2】对充有氖气的霓虹灯管通电，灯管发出 最多电子数是不相同的 红色光。产生这一现象的主要原因是() D.多电子原子中，每个能层上电子的能量均 A.电子由激发态向基态跃迁时以光的形式释 不相同 放能量 思维导引：不同能层和不同能级的电子能量 B.电子由基态向激发态跃迁时吸收除红光以 是不同的→同一能层的同一能级上的不同电 外的光线 子能量是相同的。 C.氖原子获得电子后转变成发出红光的物质 【变式1】下列说法正确的是 D.在电流的作用下，氖原子与构成灯管的物 A.第三能层有s、p2个能级 质发生反应 B.3d能级最多容纳5个电子 【变式2】如图所示，在物体内部，原子核表面生成 C.第三能层最多容纳8个电子 光子的过程称作原子核“长毛”，由于原子核 D.无论是哪一能层的s能级，最多容纳的电 与核外电子及周围粒子的相互作用，原子核 子数均为2个 表面的“毛发”易脱落而成为一个自由态光 第一章原子结构与性质 子，这就是我们通常观察到的运动光子。从 排布。从第三能层开始，各能级不完全遵循能 原子核脱落的光子，通常和核外电子一样围 层顺序，产生了能级交错排列，即产生“能级交 绕原子核运动，称作束缚态光子。下列说法 错”现象。 错误的是 3.简单原子的电子排布式 原了核场域边界 (1)按构造原理将电子依次填充到能量逐渐升 电了与原了 核描合涡环 高的能级中。 光子轨道 (2)为了避免电子排布式过于烦琐，我们可以 电子轨道 电子跃近轨道 把内层电子达到稀有气体结构的部分，以相应 .比子能级跃迁前的状 h.比子能级跃迁后的状 稀有气体元素符号外加方括号来表示。如Na A.电子能级跃迁后的状态为原子的激发态 的核外电子排布式为1s22s22p3s,其中第一、 B.光子的能量不同，获得的光谱图也不同 二能层与Ne(1s2s2p)的核外电子排布结构 C.光子和电子一样，都只能绕原子核运动 相同，所以其电子排布式可简化为[Ne]3s'。 D.电子能级跃迁前的状态到电子能级跃迁后 4.复杂的电子排布式 的状态得到的光谱为原子发射光谱 对于较复杂的电子排布式，应先按能量从低到 川川探究点3构造原理与电子排布式的书写 高排列，然后将同一能层的电子移到一起。 例如：sFe先按能量从低到高排列为1s2s22p I互动探究 3s23p4s23d,然后，将同一能层的移到一起.即 4.分别写出aV、sFe的电子排布顺序和电子排 该原子的电子排布式为1s22s22p3s23p3d 布式。 4s,简化为[Ar]3d4s。 5.特殊原子的电子排布式书写规则 当能级处于全空、全充满或半充满状态时，能 量相对较低，原子结构较稳定。 5.元素周期表中钠的电子排布式写成[Ne]3s', (1)2Cr的电子排布式的书写 方括号里的符号是什么意义？模仿写出8号、 光按构造惊理从低到高牡列 +1822p3s3p4s3d 14号、26号元素简化的电子排布式。 3为半元为状态较稳定 闪此将4能级卜的·个 1n2'2p3s3p4s'3d 电调到3l能级L 深度拓展 按能层颗序未列 =14222p33p3d4 1.构造原理的实质 (2)Cu的电子排布式的书写 构造原理中的电子排布顺序，其实质是各能级 兆按构迹原理从低高排列 +122s22D33p4231 的能量由低到高的顺序。绝大多数原子核外 电子的填充顺序符合此规律。 3为全充满状态校艳定， 2.“能级交错"现象 因此需将4能级上的个 +122p33p4'3 当出现d轨道时，电子按s、(n一1)d、p的顺 电了到3d能级上 序在原子轨道上排布：当出现「轨道时，电子按 s、(n一2)f、(n一1)d、p的顺序在原子轨道上 按能及顷序排列 -1.22s22p33p3"4 7 化学选择性必修2课堂学案 6.简单离子的电子排布式的书写 (4)2Fe 先写原子的电子排布式，然后再得失电子。对 (5)2Cu 于主族元素的原子来说，原子失去电子时，一 (6)uNa 般只失去最外层电子，而过渡元素的原子可能 (7)C1 还会进一步失去内层电子；原子得到电子时， 思维导引：根据构造原理，将相关电子填入对 一般总是填充到最外层未填满的能级上。如： 应能级→注意Cu的电子排布“特例”→按照 能层由低到高，能级s、P、d顺序书写电子排 布式。 [A对4s失2eAB失sA3d 【变式3】下列基态原子的电子排布式正确的是 【例题3】请根据构造原理，写出下列粒子的电子 排布式： A.F:1s22s22p (1)16S B.0y:1s22s22p (2)1Ne C.21Sc:1s22s22p3s23p4s23d (3)Ca D.Br:Is2s22p3s3p3d4s4p 课末·随堂演练 L.(能层与能级)下列能层不包含d能级的是 A.1s22s'2p'3s B.1s2s2p'3d C.1s22s22p33p D.1s22s'2p A.O能层 B.N能层 5.(综合应用)按要求填空： C.M能层 D.K能层 (1)根据构造原理写出下列基态原子或离子的 2.(原子光谱)激发态原子和基态原子可以通过 核外电子排布式。 电子跃迁的方式相互转换，跃迁过程中可得到 ①A元素原子核外M层电子数是L层电子数 光谱，下列说法正确的是 的一半： A.K元素的焰色试验呈紫红色，其中紫色对应 的辐射波长约为700nm ②B元素原子的最外层电子数是次外层电子 B.利用光谱仪只能测得原子的发射光谱 数的1.5倍： C.焰色试验是化学变化 ③基态N+、Fe+、S-的电子排布式分别为 D.原子光谱可以用于定性鉴定元索 3.(基态与激发态)下列说法正确的是 A.自然界中的所有原子都处于基态 (2)某元素的最外层电子排布式是4s4p,则 B同一原子处于激发态时的能量一定高于基 其元素符号为 态时的能量 (3)基态T+中，电子占据的最高的能层符号 C.无论原子种类是否相同，基态原子的能量总 是 ,该能层有 个能级 是低于激发态原子的能量 (4)写出基态砷原子的电子排布式 D.激发态原子的能量较高，极易失去电子，表 砷位于元素周期表中第 周期 现出较强的还原性 4.(构造原理与电子排布式)下列属于氟原子激 第 族。 发态的电子排布式且能量较高的是() 友情提示完成Px课时作业（一）课堂学案答案 【例题2】A解在电流作用下,基态氛原子的电子吸收能量 第一章 原子结构与性质 跃迁到较高能级,变为激发态原子,这一过程要吸收能量, 而电子从较高能量的激发态跃迁到较低能量的激发态或基 第一节 原子结构 态时,将释放能量,从而产生红光,A项正确。 【变式2】D解处于最低能量的原子为基态原子,电子能级 第1课时 能层与能级 基态与激发态 跃迁后的状态能量不是最低状态,故为原子的激发态,A项 正确;光子的能量不同,则对应光的波长不同,故获得的光 原子光谱 构造原理与电子排布式 谱图也不同,B项正确;由题千信息可知,束缚态光子通常 课前·教材预案 和电子一样,只能绕原子核运动,C项正确;电子能级跃迁 知识点一 前的状态到电子能级跃迁后的状态得到的光谱为原子光 1.①能量 ②内 ③外 ④K ]IM 7N ⑧O 9P 谱,包括吸收光谱和发射光谱,由低能级跃迁到高能级为吸 Q 2 8 318 432 50 72 98 越 收光谱,由高能级跃迁回低能级为发射光谱,D项错误。 高 <园<<四<< 探究点三 2.(1)园等于 囤1(2)s⑧能层序数 园2(3)国< 【互动探究】 国<③<(4)3ls ③4s 国4p 2 ③6 310 14 4 02 08 18 ③32 元素 _oV 知识点二 Fe 1.(1)④最低能量(2)吸收 电子排 4较高 1s2s*2p*3s{3p{4s{3d 布顺序 1s{2s2p{3s{3p4s*3d 2.(1)7吸收 ⑧发射(2)特征谱线 电子 知识点三 1s*2s{2p'3s3p*3d4s* 1s{2s}2p*3s{3p3d4s 1.回光谱学 核电荷数 能层 ③能级 ④递增电子填 排布式 入能级的顺序 5.方括号里符号的意义是稀有气体元素原子的电子排布结 2.电子数 构,表示该元素前一周期的稀有气体元素原子的电子排 园光谱学 3.63p→4s→3d 布结构。如8号0元素为[He]2s{2p;14号Si元素为 【自主测评】 [Ne]3s*3p;26号Fe元素为[Ar]3d’4s。 (5)× (1×(2)X (3)X (4)X 【深度拓展】 课堂·深度拓展 【例题3】翻根据原子核外电子的排布规律和构造原理书写原 探究点一 子的电子排布式,从3d能级开始会出现“能级交错”现象。 【互动探究】 智翻(1)1s*2s*2p*3s*3p 1.相同,如2p、3p能级最多容纳的电子数都是6个。 (2)1s*2s22p{ 2. E(1s) E(2s)<E(3s)<E(4s)..;E(3s)<E(3p)E(3d (3)1s*2s2p*3s*3p{4s 【深度拓展】 (4)1s22s2p$3s?3p'3d4s 【例题1】A解析同一原子中,符号相同的能级,电子能量不 (5)1s*2s2p*3s?3p'3d'o4s 一定相同,如1s和2s,能量E(2s)>E(1s),A项正确;能层 (6)1s*2s2p3s1 含有的能级数等于能层序数,即第”能层含有n个能级,每 (7)1s{2s?2p3s?3p 一能层总是从s能级开始,B项错误;同是s能级,在不同的 【变式3】D翻氛原子2p能级应排5个电子,A项错误; 能层中所能容纳的最多电子数都是2个,C项错误;多电子 Or 的电子排布式应为1s^{}2^{}2n{,B项错误;书写电子排布 原子中,同一能层的同一能级上电子的能量相同,D项 式时,应将同一能层的能级移到一起,C项错误。 错误。 课末·随堂演练 【变式1】D解每一能层包含的能级数等于该能层的序数, 1.D 解同一能层的电子可分为不同的能级,K能层只有 故第三能层有s、p、d三个能级,A项错误;s、d能级最多容 s能级,L.能层有s、p能级,从M能层开始有d能级。故选 纳的电子数分别是2、10,B项错误,D项正确;每一能层最 D项。 多容纳的电子数为2r^{},第三能层最多容纳18个电子,C项 2.D 解K的焰色试验呈紫红色,其中紫色波长介于380~ 错误。 420nm之间,A项错误;可以用光谱仪摄取各种元素原子的 探究点二 吸收光谱或发射光谱,总称原子光谱,B项错误:焰色试验是 【互动探究】 物理变化,C项错误;原子光谱可以用于定性鉴定元素,D项 3.冤虹灯灯管中装载的气体不同,在高电压的激发下发出的光 正确。 的颜色不同。例如,在灯管中充入氛气,通电后在电场作用 3.B 解自然界中的原子有的处于基态,有的处于激发态,A 下,放电管里氛原子中的电子吸收能量跃迁到能量较高的能 项错误;同一种原子处于激发态时的能量一定高于基态时的 级,处在能量较高的能级上的电子以光的形式辐射能量而跃 能量,若原子种类不同,则不一定有此规律,B项正确,C项 迁回能量较低的能级,所发出的光的波长恰好位于可见光区 错误;激发态原子的能量较高,容易跃迁到能量较低的激发 域中的红色波段,就看到红色光。 态或基态,能量降低。激发态原子若要失去电子,仍必须再 ·130· 吸收能量,失去电子的难易程度需根据原子的具体情况而 【深度拓展】 定,有的激发态原子易失去电子,有的激发态原子难失去电 【例题1】As能级的原子轨道呈球形,A项正确;小黑点 子,D项错误。 表示电子在核外空间某处出现的机会,不表示电子数目,B 4.C 由题干选项可知,A、C为F原子的激发态,而C为2 项错误;p能级的原子轨道呈哑拎型,每个p轨道都含有3 个2p上的电子激发到3p上,A为1个2p上的电子激发到 个相互垂直的轨道,C项错误;原子轨道不是电子的运动轨 3s上,故C比A的能量更高,B为Ne原子的激发态,D为B 迹,而是量子力学描述的电子在原子核外的空间运动状态, 原子的激发态,故选C项。 D项错误。 5.解(1)①L.层有8个电子,则M层有4个电子,故A为硅。 【变式1】D解s轨道为球形,p轨道为哑拎形,A项错误; ②当次外层为K层时,最外层电子数则为3,则B为砌;当次 每个p能级只有3个原子轨道,B项错误;同一能级不同轨 外层为L层时,最外层电子数为1.5×8-12,违背了排布规 道的能量相等,即E(np.)一E(np.)一E(np.).C项错误;基 律,故不可能。③Ni的原子序数为28,根据构造原理,基态 态钟原子的电子在6个原子轨道上高速运动,D项正确。 探究点二 Ni原子的电子排布式为1s{2s2p{3s{3p^{3d^{4s{,故Nr 的 【互动探究】 电子排布式为1s{2s{2p{3s^{3p{3d^;基态Fe原子的电子排布 3.解析根据核外电子排布规律,①正确;②违反能量最低原 式为1s^{}2s{}2p{3s^{}3p{}3d^{}4s},故Fe+的电子排布式为 理,电子排完2s轨道后应排2p轨道而不是3p轨道,正确的 $s2s{2p{3s{}3p{3d^{};孩原子序数为16,基态疏原子的电子排 为1s{2s^{2p{;③违反洪特规则,电子填入简并轨道时,应单 布式为1s{2s^}2p*3s^{3p,故S”的电子排布式为1s{2s2p 独分占不同的轨道且自旋状态相同:④违反能量最低原理, 3s{}3p{。(2)根据最外层电子排布式可知该元素有4个电子 能量相同的原子轨道在半充满状态时,体系的能量较低,原 层,最外层有7个电子,位于元素周期表的第四周期第|A 子较稳定,正确的为1s2s2p3s3p{3f4s;和正确;违反 族,为Br元素。(3)Ti的原子序数为22,基态Ti原子的电子 排布式为[Ar]3df4s*,故基态Tr的电子排布式为[Ar]3d{, 电子占据的最高能层符号为M,该能层有3s、3p、3d三个能 ①②④③ 级。(4)种的原子序数为33,基态As原子的电子排布式为 【深度拓展】 [Ar]3d^{}4s{}4p,位于第四周期第VA族。 【例题2】雕(1)Mn是25号元素,电子排布式 答案(1)①1s*2s*2pf3s*3p* ②1s2s2p ls2s{}2p{3s{3p{3d4s{,根据核外电子排布规律可知,基态 ③[Ar]3d [Ar]3d 1s2s{2p{3s*3p Mn原子核外未成对电子有5个。(2)钱的M层电子排布 (2)Br(3)M 三(4)[Ar]3d{*4s{4p{* 四 VA 为3s^{,根据泡利原理可知这两个电子自旋方向相反。 第2课时 电子云与原子轨道 (3)基态Ge原子的核外电子排布式为[Ar]3d^{*}4s^{}4p{,在 其原子的最外层的2个4p电子分别位于2个不同的4p轨 泡利原理、洪特规则、能量最低原理 道上,所以基态Ge原子有2个未成对电子。(4)N原子位 课前·教材预案 于第二周期第VA族,价电子是最外层电子,即氮原子价层 知识点一 电子的轨道表达式(电子排布图)为。(5)根 2s ③电子云 ②越大 (2)④电子云轮廊 1.(1)1概率密度 2p 90% 球 ⑧哑拎状 回3 据核外电子排布规律可知Li的基态核外电子排布式为 空间运动状态 p、 1s*2s{,则D中能量最低;选项C中有2个电子处于2p能 D、D. 级上,能量最高。则能量最低和最高的分别为D、C(填 2.(1D一个空间运动状态 (2)1 33 ④5 37 知识点二 标号)。 黑(1)5(2)相反(3)2(4)NA 1.2 相反 上下箭头 2s 2p 2.电子排布图 + (5)DC 园原子轨道 【变式2】C 解相同轨道中的两个电子运动方向相反,违反 四自旋状态 4电子对 园单电子 园自旋平行 园能级 了泡利不相容原理,不符合题意,A项错误;电子应先充满 符号 同能级的轨道,违反了洪特规则,不符合题意,B项错误:K 3.网平行 原子的电子排布式:1s2s{2p{3s}3p{4s,违反能量最低原 4.最低 理,符合题意,C项正确;Br的电子排布式:[Ar]3d" 【自主测评】 4s4p{,正确,评价错误,D项错误。 (1)X (2)× (3)X (4)× (5)X (6)/ 微专题突破1 核外电子排布的表示方法 课堂·深度拓展 探究点一 【例题1】(1)基态碳原子的核外电子排布式为1s{2s^{2^{. 【互动探究】 根据洪特规则,2p轨道上的2个电子应该分别在2个轨道 1.离核越近,电子出现的概率越大,电子云越密集。如2s电子 上,且自旋方向相同,轨道表示式:;(2)基 1s2s- 云比1s电子云疏散。 2p 25 2.不同能层的同种能级的原子轨道形状相似,但不完全相同 态N原子的价层电子排布为2s{2p^{,其电子排布图为 原子轨道的半径不同,能级序数”越大,电子的能量越大,原 子轨道的半径越大。例如1s、2s、3s轨道均为球形,原子轨 2p ,正确;(3)NaO:是离子化合物,其电子式为 道半径;r(1s)<r(2s)<r(3s)。 ·131·