1.1.1 能层与能级 课件 2023-2024学年高二上学期化学人教版（2019）选择性必修2

选择性必修2 第一章 原子结构与性质 第一节 原子结构 第一课时 宇宙大爆炸 大爆炸后两小时，诞生了大量的H、少量的He及极少量的Li，然后经过长或短的发展过程，以上元素发生原子核的熔合反应，分期分批的合成了其它元素。 原子的来源 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。 3 学习 目标 第1课时 能层与能级 PART 01 PART 02 了解电子运动的能量状态具有量子化的特征(能量不连续),知道电子可以处于不同的能级,在一定条件下会发生激发与跃迁。 了解有关核外电子运动模型的历史发展过程，认识核外电子的运动特点。 PART 03 了解核外电子的运动状态,知道原子核外电子的能层分布、能级分布及其能量的关系。 19世纪初 道尔顿 近代原子学说 1920年 玻尔 构造原理 马德隆 完整的构造原理 1936年 以原子光谱为事实依据 人类在认识自然的过程中，经历了无数的艰辛，正是因为有了无数的探索者，才使人类对事物的认识一步步地走向深入，也越来越接近事物的本质。随着现代科学技术的发展，我们现在所学习的科学理论，还会随着人类对客观事物的认识而不断地深入和发展。 原子结构的探索历史 实心球 原子模型 电子分层排布 电子云 电子分层排布 即从氢开始，随核电荷数递增，新增电子填入外“壳层”的顺序，由此开启了用原子结构解释元素周期律的篇章。 5年后，玻尔的“壳层”落实为“能层”原子核与“能级”，厘清了核外电子的可能状态，复杂的原子光谱得以诠释。 5 不同时期的原子结构模型 时间或年代 1803年 1903年 1911年 1913年 20世纪20年代中期 原子结构模型 模型 名称 相关科学家 道尔顿 葡萄干布丁模型 汤姆孙 核式模型 卢瑟福 电子分层排布模型 玻尔 量子力学模型 实心球 原子模型 薛定谔 原子由原子核和核外电子构成，原子核由质子和中子构成； 含有多个电子的原子里，电子分别在能量不同的区域内运动：核外电子是分层排布的; 多电子原子中，电子的能量不同，离核越远的电子能量越高。 离核远近：近 远 能量高低：低 高 知识回顾 核外电子按能量不同分成能层。（K、L、M、N、O、P、Q等） 能层 一 二 三 四 五 六 七 n 符号 K L M N O P Q ----- 最多电子数 2 8 18 32 50 72 98 2n2 ①每一层最多容纳的电子数：2n2个。 ②最外层电子数不超过8个（K层为最外层时不超过2个）。 次外层电子数不超过18个，倒数第三层不超过32个。 一、能层与能级 1. 能层 2.数量规律: 3.能量规律:能层的高低顺序为 E(K)＜E(L)＜E(M)＜E(N)＜E(O)＜E(P)＜E(Q) 原子核外电子总是可能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。 多电子原子中，同一能层的电子，能量也可能不同。 还可以把一个能层分为不同能级。 科学家据此进一步完善玻尔模型。 将所谓的“壳层”由“能层” 落实为“能层”中的“能级”。 思考：什么是能级？ (1) 多电子原子的同一能层电子的能量不同，分为不同的能级。 (2)表示方法：分别用相应能层的序数和字母s、p、d、f 等表示。 2. 能级 3.能层与能级的关系 能层 一 二 三 四 五 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 … ③不同能层中符号相同的能级所容纳的最多电子数相同。如1s、2s能级最多都只能容 纳2个电子。 ②以s、p、d、f.....排序的每个能级最多可容纳的电子数依次为自然数1、3、5、 7……的2倍。每一能层中最多容纳的电子数为2n2(n代表能层序数)。 ①任一能层的能级总是从s能级开始，能级数=该能层序数。即第一能层只有1个能级(1s)， 第二能层有2个能级(2s和2p)，依次类推。 11 相同能层 ns＜np＜nd＜nf 符号相同的能级 1s ＜ 2s ＜ 3s ＜ 4s 不同能级 不同能层 能层或能级的能量关系 多电子原子中：E(ns) ＜ E(np) ＜ E(nd) ＜ E(nf) 12 2、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？ 思考交流 1、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 2n2=50 s-2，p-6，d-10，f-14， 更高能级-18 练习 1：判断正误 1.核外电子是分层运动的（ ） 2.能层就是电子层（ ） 2.同一原子中，符号相同的能级，其上电子能量不一定相同（ ） 3.不同能层的s能级能量相同（ ） 4.S能级的能量一定比p能级的低（ ） 5.各能层含有的能级数为n-1（ ） 6.各能层都是从s能级开始至f能级结束（ ） 7.同一原子中同一能层中的电子所具有的能量相同（ ） 8.各能层含有的电子数为2n2 （ ）    如：1s,2s     相等 4s>2p 只有第四能层   最多 练习2.下列能层中，包含f能级的是(　　) A． K能层 B． L能层 C． M能层 D． N能层 练习 3.下列能级符号正确的是( ) A.6s B.2d C.3f D.1p D A 练习4、下列符号代表一些能层或能级的能量，请将它们按能量由低到高的顺序排列。 (1)EK、EN、EL、EM： (2)E3s、E2s、E4s、E1s： (3)E4s、E4d、E4p、E4f： EK＜EL＜EM＜EN E1s＜E2s＜E3s＜E4s E4s＜E4p＜E4d＜E4f 练习4.按能量由低到高的顺序排列,正确的一组(　　) A.1s、2p、3d、4s B.1s、2s、3s、2p C.2s、2p、3s、3p D.3p、3d、4s、4p 答案 C 解析 电子能量的高低主要由能层和能级决定。当能级符号相同时,能层序数越大,能量越高,例如E1s<E2s<E3s;E2p<E3p<E4p。当能层序数相同时,能量顺序为ns<np<nd<nf,如E3s<E3p<E3d。能级和能层都不相同时,根据构造原理判断,如D项中各能级能量由低到高顺序为3p、4s、3d、4p。 小结:能层、能级与最多容纳的电子数、能量之间的相互关系 能层(n) 一 二 三 四 五 六 七 … 符号 K L M N O P Q … 能级 1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s 4p 4d 4f 5s … … … … 最多容纳电子数 2 2 6 2 6 10 2 6 10 14 2 … … … … 2 8 18 32 50 … … 每一能层最多可容纳的电子数是2n2 离核远近 由近到远 不同能层能量 逐渐增大 同一能层各能级的能量 逐渐增大 基态与激发态 原子光谱 19 原子 吸 收 能 量 释 放 能 量 处于最低能量状态 处于较高能量状态 1.基态原子 2.激发态原子 电子跃迁 光(辐射)是电子跃迁释放能量的重要形式 二、基态与激发态 原子光谱 注意：1.电子的跃迁是物理变化（未发生电子转移） 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。 20 基态与激发态相互转化的应用 焰色反应 激光笔 LED灯装饰的建筑夜景 焰色反应 LED灯装饰的建筑夜景 21 光谱与可见光光谱 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。 研究原子结构的方法——原子光谱 紫 外 波长λ/nm 红 外 用光谱仪测定氢气放电管发射的氢的发射光谱 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发射光谱或吸收光谱，总称原子光谱。 吸收光谱 特征:亮背景，暗线，线状不连续 3.原子光谱 发射光谱 特征:暗背景，亮线， 线状不连续 Li He Hg 24 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。 He 氦 原子光谱的应用 思考：钠与钾产生焰色及焰色不同的原因 当碱金属及其化合物在火焰上灼烧时，原子中的电子吸收了能量，从能量较低的轨道跃迁到能量较高的轨道，但处于能量较高的轨道上的电子是不稳定的，很快跃迁回能量较低的轨道，这时就将多余的能量以光的形式释放，而释放的光的波长在可见光范围内，因而能使火焰呈现颜色。钾和钠的原子结构不同，电子跃迁时能量的变化不同，则放出的光的波长不同，所以产生的焰色也就不同。 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 [例3] 下列现象和应用与电子跃迁无关的是 (　　) A.激光 B.焰色试验 C.缓慢氧化放热 D.霓虹灯 C　　 [例4]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线 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　　　　 能级 基态与激发态 原子光谱 构 造原理 【课堂小结】 29 $$