1.1.1 能层与能级 基态与激发态（课件PPT）-【新课程学案】2024-2025学年高中化学选择性必修2（人教版2019，浙江专版）

第一章　原子结构与性质 1 原子结构 第一节　 2 学习目标 1.知道电子运动的能量状态具有量子化的特征。 2.了解原子核外电子排布的构造原理,能写出1~36号元素基态原子的电子排布式。 3.知道电子的运动状态可通过原子轨道和电子云模型来描述,能说明微观粒子运动状态与宏观物体运动特点的差异。 4.认识基态原子中核外电子排布遵循能量最低原理、泡利原理和洪特规则,能写出1~36号元素基态原子的轨道表示式。 重点难点 重点 根据构造原理写出1~36号元素的基态原子的电子式;核外电子的运动状态,电子云与原子轨道;泡利原理和洪特规则。 难点 基态、激发态与原子光谱;电子与原子轨道。 能层与能级 基态与激发态 第1课时 目录 新知探究（一） 能层与能级 新知探究（二） 基态与激发态　原子光谱 课时跟踪检测 能层与能级 新知探究(一) 1.原子结构的研究 元素周期律 构造原理 能层 能 级 原子光谱 原子光谱 2.能层 (1)划分依据:核外电子按 不同分成能层。 (2)能层排序:电子的能层由 向 排序。 (3)能层序号、符号以及所能容纳的最多电子数关系: 能层 一 二 三 四 五 六 七 符号 K L M N ___ ___ ___ 最多电子数 2 8 18 32 ___ ___ ___ 能量 内 外 O P Q 50 72 98 (4)能量关系:能层越高,电子的能量越高,各能层电子能量的高低顺序为E(K)<E(L)<E(M)<E(N)<E(O)<E(P)<E(Q)。 3.能级 同一能层的电子,能量也可能不同,还被分成不同能级。能级的符号和所能容纳的最多电子数关系如下: 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 …… 结合上表内容归纳总结: (1)同一能层、能级排列:任一能层的能级总是从ns能级开始(n为能层序数),总是按n 、n 、n 、n ……排序的,能级数等于该____ 。 (2)可容纳的最多电子数:各能级可容纳的最多电子数依次为1、3、5、7…的 倍,每一能层可容纳的最多电子数为 。 s p d f 能层 序数 2 2n2 (3)能层与能级的能量关系: 1.正误判断(正确的打“√”,错误的打“×”)。 (1)每一能层都有s能级( ) (2)3d能级代表M层的d能级( ) (3)s能级的能量一定比p能级的能量高( ) (4)N层可容纳的最多电子数为18( ) 题点多维训练 √ √ × × 2.以下能级符号不正确的是 (　　) A.6s　　　　　　　　　 B.4d C.3f D.7p 解析:能层分不同的能级,各能层都有s能级,从第二能层开始有p能级,从第三能层开始有d能级,从第四能层有f能级,所以C错误。 √ 3.第三能层所含的能级数为 (　　) A.18 B.3 C.8 D.2 解析:能层含有的能级数等于能层序数,第三能层有3个能级(3s、3p和3d)。 √ 4.下列关于能层与能级的说法正确的是 (　　) A.在基态多电子原子中,p轨道电子的能量不一定高于s轨道电子的能量 B.任一能层的能级总是从s能级开始,而且能级数不一定等于该能层序数 C.同是s能级,在不同的能层中所能容纳的最多电子数是不相同的 D.多电子原子中,每个能层上电子的能量一定不同 √ 解析:在基态多电子原子中,同一能层的p轨道电子的能量高于s轨道电子的能量,不同能层的p轨道电子的能量不一定高于s轨道电子的能量,如2p轨道电子的能量低于3s轨道电子的能量,A正确;任一能层的能级总是从s能级开始,且能级数一定等于该能层序数,B错误;同是s能级,在不同的能层中所能容纳的最多电子数都是2,C错误;多电子原子中,任一能层的同一能级上电子的能量相同,D错误。 新知探究(二) 基态与激发态　原子光谱 1.基态与激发态 基态原子 处于最低能量状态的原子 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。电子从较高能量的激发态跃迁到较低能量的激发态乃至基态时,将释放能量 2.原子光谱 (1)原子光谱: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 光谱或 光谱,总称原子光谱。 (2)原子光谱的成因及分类 吸收 发射 吸收 发射 [微点拨]　光(辐射)是电子跃迁释放能量的重要形式之一。焰火、霓虹灯光、LED灯光等都与原子核外电子跃迁释放能量有关。 (3)光谱分析的应用:在现代化学中,常利用原子光谱上的特征谱线来鉴定元素。 1.正误判断(正确的打“√”,错误的打“×”)。 (1)同一原子,基态原子比激发态原子稳定( ) (2)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( ) (3)霓虹灯发光是由于电子从基态跃迁到激发态而产生的( ) (4)电子从基态跃迁到激发态时能产生发射光谱( ) 题点多维训练 √ √ × × (5)某些金属元素的特殊焰色是金属原子的电子从基态跃迁到激发态时产生的 ( ) (6)发光材料发光是由于电子由基态跃迁到激发态时以光的形式释放能量( ) (7)由基态变为激发态是化学变化( ) × × × 2.许多金属盐都可以发生焰色试验,其原因是激发态的电子从能量高的轨道跃迁到能量低的轨道时,能量以一定的波长(可见光区域)光的形式释放。下列现象和应用与电子跃迁无关的是 (　　) A.激光　B.石墨导电　C.霓虹灯　D.原子光谱 解析:激光、原子光谱、霓虹灯是原子的发射光谱,与原子核外电子发生跃迁有关,石墨导电是电子的自由移动,与电子跃迁无关。 √ 3.钾的相关化合物在化工、医药、材料等领域有着广泛的应用。元素K的焰色试验呈紫色,其中紫色对应的辐射波长为 (　　) A.404.4 nm B.553.5 nm C.589.2 nm D.670.8 nm 解析:可见光中,紫色波长最短,即紫色波长为400~435 nm。 √ 课时跟踪检测 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 1.下列能层不包含d能级的是 (　　) A.O能层 B.N能层 C.M能层 D.K能层 解析:多电子的原子中,同一能层的电子可分为不同的能级,K能层只有s能级,L能层有s、p能级,从M能层开始有d能级。 √ 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 2.下列能级符号中,错误的是 (　　) A.3s B.3p C.3d D.2d 解析:第二能层只有2个能级,分别为2s和2p,不存在2d。 2 3 4 √ 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 3.第四能层上4d能级最多容纳的电子数是 (　　) A.6 B.10 C.14 D.18 解析:s、p、d、f能级最多容纳的电子数依次是1、3、5、7的2倍,即d能级最多容纳的电子数是5×2=10。 2 3 4 √ 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 4.下列有关M能层的说法正确的是 (　　) A.表示第二能层 B.最多能容纳8个电子 C.表示第三能层 D.至少含有s、p、d、f四个能级 解析:M能层表示第三能层,含有s、p、d三个能级,A和D项均错误,C项正确;M能层最多能容纳18个电子,B错误。 2 3 4 √ 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 5.下列能层能量最低的是 (　　) A.L B.M C.K D.N 解析:原子核外电子是分层排布的,距离原子核越近能量越低,而能层从内到外为K、L、M、N、O、P、Q等;因此能量最低的为K能层。 2 3 4 √ 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 6.(2024·西安高二期末)第N能层所含能级数、原子轨道数和最多容纳电子数分别为 (　　) A.3、32、2×32 B.4、42、2×32 C.5、42、5×32 D.4、42、2×42 解析:第N能层为第4层,含有的轨道能级分别为s、p、d、f,共有16个轨道,每一个轨道可容纳2个电子,可以最多容纳32个电子。 2 3 4 √ 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 7.下列现象与原子核外电子的跃迁无关的是 (　　) A.激光笔产生红色光线 B.金属钠在空气中燃烧时火焰呈黄色 C.用光束照射胶体时产生光亮的通路 D.焰火在夜空中呈现五彩缤纷的图案 2 3 4 √ 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 解析:当基态原子的电子吸收能量后,电子会跃迁到较高能级,变成激发态。相反,电子从较高能量的激发态跃迁到较低能量的激发态乃至基态时,将释放能量。光是电子释放能量的重要形式之一。我们看到的许多可见光,如灯光、霓虹灯光、激光、节日里燃放的焰火等都与原子核外电子发生跃迁释放能量有关。激光笔产生红色光线是可见光,与原子核外电子的跃迁有关,故A正确。金属元素的焰色试验,与原子核外电子的跃迁有关,故B正确。用光束照射胶体时产生光亮的通路是胶体的性质,是丁达尔效应,与原子核外电子的跃迁无关,故C错误。燃放的焰火在夜空中呈现五彩缤纷的图案为金属元素的焰色试验,与原子核外电子的跃迁有关,故D正确。 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 8.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.氖原子获得电子后转变成发出红光的物质 B.在电流的作用下,氖原子与构成灯管的物质发生反应 C.电子由激发态向基态跃迁时以光的形式释放能量 D.电子由基态向激发态跃迁时吸收除红光以外的光线 2 3 4 √ 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 解析:光是电子释放能量的一种重要形式,霓虹灯发光过程中没有新物质生成,A错误;霓虹灯发光过程属于物理变化,没有发生化学反应,B错误;由于处于激发态的氖原子不稳定,则电子由激发态跃迁到较低能级的激发态乃至基态时,多余的能量以光的形式释放出来,光的波长对应一定的颜色,C正确,D错误。 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 9.(2024·揭阳一中高二期末)下列有关能层和能级的叙述中正确的是 (　　) A.M能层有s、p共2个能级,最多能容纳8个电子 B.3d能级最多容纳5个电子,3f能级最多容纳7个电子 C.无论哪一能层的s能级最多容纳的电子数均为2 D.任一能层都有s、p能级,但不一定有d能级 2 3 4 √ 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 解析:A项,M能层有s、p、d共3个能级,最多容纳18个电子;B项,3d能级最多容纳10个电子,从N能层开始有f能级,f能级最多容纳14个电子,不存在3f能级;C项,每个能层都从s能级开始,且s能级最多容纳2个电子;D项,K能层只有s能级,不含有p能级。 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 10.(2024·秦皇岛一中高二期中)下列说法不正确的是 (　　) A.p能级的能量一定比s能级的能量高 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高于其处于基态时的能量 D.焰色试验中观察到的特殊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 2 3 4 √ 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 解析:2p能级的能量小于3s能级的,A项错误;不同元素的特征谱线不同,故可以利用光谱分析法来鉴定元素,B项正确;基态是原子能量最低时的状态,C项正确;焰色试验中观察到的特殊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,D项正确。 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 11．硒是人体中的重要元素，请回答下列问题： (1)硒在元素周期表中的位置是__________________。 (2)硒原子有__个能层，分别为______________(用相应的符号表示)。 解析：能层即为电子层，一共4个，分别是K、L、M、N。 2 3 4 第四周期第ⅥA族 4 K、L、M、N 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 (3)硒原子的结构示意图为__________，最外电子层有____个电子。 解析：根据核外电子排布规律可知硒原子的结构示意图为 ，最外层有6个电子。 2 3 4 6 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 12．(1)用符号填写能层所含能级种类： K层：______________；L层：________________； M层：______________；N层：________________。 解析：各能层含有的能级数与能层序数相等，故K层：1s；L层：2s、2p；M层：3s、3p、3d；N层：4s、4p、4d、4f。 2 3 4 1s 2s、2p 3s、3p、3d 4s、4p、4d、4f 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 (2)用数字填写能级所能容纳的最多电子数目： s：_______；p：_______；d：_______；f：_______。 (3)比较下列能级的能量高低(填“<”“＝”或“>”)。 ①E(4s)______E(3s)______E(2s)______E(1s)； 解析：在原子核外电子排布中，各能级能量高低顺序为①相同能级的原子轨道，能层序数越大，轨道能量越高，则E(1s)<E(2s)<E(3s)<E(4s)； 2 3 4 2 　6 10 14 > > > 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 ②E(4f)______E(4d)______E(4p)______E(4s)。 解析：相同能层而不同能级的能量高低顺序为E(ns)<E(np)<E(nd)<E(nf)……；所以E(4f)>E(4d)>E(4p)>E(4s)。 2 3 4 > > > 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 13．1814年，德国物理学家夫琅禾费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，后人称之为夫琅禾费线。1859年，德国科学家本生和基尔霍夫发明了光谱仪，证实了夫琅禾费线的实质，并一一找到对应的元素。 (1)光照使催化剂的电子被激发。该过程形成的原子光谱为________(填“吸收”或“发射”)光谱。 2 3 4 吸收 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 (2)钙或钙盐的焰色为砖红色，该光谱属于________(填“吸收”或“发射”)光谱。 (3)将某原子的一个2s电子激发进入2p能级参与形成化学键，该过程形成的原子光谱为________(填“吸收”或“发射”)光谱。 (4)Ge原子的电子发生跃迁时会吸收或发出不同的光，可用光谱分析仪获得________(填“连续”或“离散”)的谱线，鉴定Ge元素的存在。 2 3 4 发射 吸收 离散 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 (5)用原子光谱分析法可以确定元素种类。Ge元素的光谱不可能是________。 A．发射光谱 B．吸收光谱 C．离散的线光谱 D．连续光谱 (6)太阳能电池材料的很多金属元素在灼烧时会产生特殊的火焰颜色，产生这种现象是因为基态原子变为激发态原子后，电子再跃迁到_______(填“较高”或“较低”)能级状态时释放能量。 2 3 4 D 较低 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 (7)火星本身不发光，其红色的外观源于表层土壤中丰富的铁元素及反射的太阳光。将火星反射的光线穿过棱镜色散，得到的光谱属于_______(填“吸收”或“发射”)光谱。 2 3 4 吸收 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 高阶思维训练 14.W、X、Y、Z均为短周期主族元素,原子序数依次增大,且原子核外L电子层的电子数分别为0、5、8、8,它们的最外层电子数之和为18。下列说法正确的是(　　) A.X和Y元素原子核外均有3个能级 B.W元素原子核外只有1个电子 C.Z元素原子的M层上有3个能级,有6个电子 D.X、Y、Z元素形成的简单离子具有相同的电子层结构 2 3 4 √ 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 解析:由题分析可知W、X、Y、Z元素分别为H、N、P、Cl元素。W(H)元素原子核外只有1个电子,B正确。Z(Cl)元素原子的M层有3s、3p、3d共3个能级,其中3s能级有2个电子,3p能级有5个电子,C错误。X(N)、Y(P)、Z(Cl)元素形成的简单离子分别为N3-、P3-和Cl-,其中P3-和Cl-具有相同的电子层结构,D错误。 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 15.下表给出了五种元素的相关信息,其中A、B、C、D为短周期元素。 2 3 4 元素 相关信息 A 在常温、常压下,其单质是气体,随着人类对环境的认识和要求的提高,它将成为备受青睐的清洁燃料 B 工业上通过分离液态空气获得其单质,其某种同素异形体是保护地球地表环境的重要屏障 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 2 3 4 C 植物生长三要素之一,它能形成多种氧化物,其中一种是早期医疗中使用的麻醉剂 D 室温下其单质呈粉末状固体,加热易熔化。该单质在氧气中燃烧,发出明亮的蓝紫色火焰 E 它是人体不可缺少的微量元素,其单质也是日常生产和生活中不可缺少的金属原材料,常用于制造桥梁、楼房等 续表 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 根据上述信息填空： (1)B元素的基态原子含有________个能层，其中第二能层中含有的能级有____________；画出D的原子结构示意图______。 解析：氢气是一种清洁燃料，所以A为氢元素；臭氧对紫外线有吸收作用，是保护地球地表环境的重要屏障，所以B为氧元素，其基态原子含有K层与L层2个能层，L层为第二能层，有s、p两个能级(即2s和2p)；氮、磷、钾是植物生长三要素，N2O俗名“笑气”，是早期医疗中使用 2 3 4 2 2s和2p 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 的麻醉剂，所以C为氮元素；单质硫在氧气中燃烧，发出明亮的蓝紫色火焰，所以D为硫元素；日常生产和生活中最常用的金属是铁、铜和铝，其中只有铁是人体不可缺少的微量元素，所以E为铁元素。 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 (2)C与A形成的某一化合物能和C与B形成的另一无色化合物(这两种化合物分子中原子个数比皆为1∶2)一起用作火箭助推剂，写出两者发生反应生成无毒物质的化学方程式：____________________________。 解析：氮和氢形成的原子个数比为1∶2的化合物为N2H4，氮和氧形成的原子个数比为1∶2的化合物有NO2和N2O4，其中N2O4是无色气体，NO2是红棕色气体，N2H4和N2O4反应生成无毒的N2和H2O。 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 (3)某矿藏主要含D、E两种元素组成的化合物，它在空气中高温条件下生成一种刺激性气体和一种红色氧化物，试写出化学方程式：_____________________________。 2 3 4 2N2H4＋N2O43N2＋4H2O 解析：我国主要以黄铁矿(其主要成分是FeS2)为原料制备硫酸，其第一阶段的主要反应是煅烧黄铁矿，反应为4FeS2＋11O22Fe2O3＋8SO2。 4FeS2＋11O22Fe2O3＋8SO2 $$