第1章 第1节 第1课时 原子核外电子的运动状态-【金版教程】2024-2025学年高中化学选择性必修2创新导学案教用word（人教版2019 不定项版）

化学　选择性必修2[RJ]导学案 不定项 第一节　原子结构 第一课时　原子核外电子的运动状态 1.通过认识原子结构与核外电子的排布，理解能层与能级的关系。2.知道电子运动的能量状态具有量子化的特征，电子可以处于不同的能级，在一定条件下会发生跃迁。3.知道原子核外电子的能级高低顺序，了解原子核外电子排布的构造原理。 一　能层与能级 1．能层 (1)含义：根据多电子原子的核外电子的能量不同，将核外电子分成不同的能层(电子层)。 (2)符号：能层序数一、二、三、四、五、六、七分别用K、L、M、N、O、P、Q表示。 (3)能量关系：能层越高，电子的能量越高。 (4)各能层最多容纳的电子数：2n2(n表示能层序数)。 2．能级 (1)同一能层的电子，还被分成不同能级，任一能层的能级总是从s能级开始，能级数等于该能层序数。 (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，如n能层的能级按能量由低到高的排列顺序为ns、np、nd、nf等。 (3)s、p、d、f各能级可容纳的最多电子数分别为1、3、5、7的2倍。 二　基态与激发态　原子光谱 1．基态原子与激发态原子 (1)基态原子：处于最低能量状态的原子。 (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，变成激发态原子。 2．原子光谱 (1)光谱的成因及分类 ①吸收光谱与发射光谱 ②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)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，称为光谱分析。 三　构造原理与电子排布式 1．构造原理：以光谱学事实为基础，从氢开始，随核电荷数递增，新增电子填入能级的顺序称为构造原理。其示意图如下： 2．电子排布式 (1)概念：将能级上所排布的电子数标注在该能级符号右上角，并按照能层从低到高的顺序从左到右排列的式子。 (2)示例：基态氢原子的电子排布式： 1．判断正误，正确的画“√”，错误的画“×”。 (1)能级能量大小关系：2s<4s、3s<3p。(　　) (2)K原子的原子结构示意图是。(　　) (3)所有原子的核外电子排布都遵循构造原理。(　　) (4)激光的产生与电子跃迁有关。(　　) (5)同一原子处于激发态时的能量一定高于基态时的能量。(　　) 答案：(1)√　(2)√　(3)×　(4)√　(5)√ 解析：(3)构造原理是根据光谱学事实总结的一般规律，适用于绝大多数原子。 2．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(n为能层序数) C．同一能层中的不同能级的能量相同 D．不同能层中的s能级的能量相同 答案：B 解析：能层是电子层；同一能层中的不同能级能量高低的顺序是ns<np<nd<nf；不同能层，能级符号相同时，n越大，能量越高，如1s<2s<3s<4s…… 3．下列说法正确的是(　　) A．第三能层共有s、p两个能级 B．在基态多电子原子中，p轨道电子能量一定高于s轨道电子能量 C．第三能层最多容纳8个电子 D．无论哪一能层的s能级最多容纳的电子数均为2 答案：D 解析：第三能层有s、p、d三个能级，A错误；同一能层中的p轨道电子的能量一定比s轨道电子能量高，但能层较大的s轨道电子能量则比能层小的p轨道电子能量高，B错误；每个能层最多可容纳的电子数为2n2，第三能层最多容纳18个电子，C错误。 4．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的火焰呈黄色 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 答案：C 5．写出下列基态原子的电子排布式： (1)8O：________________________。 (2)19K：________________________。 (3)17Cl：________________________。 (4)21Sc：________________________。 (5)27Co：________________________。 答案：(1)1s22s22p4 (2)1s22s22p63s23p64s1 (3)1s22s22p63s23p5 (4)1s22s22p63s23p63d14s2 (5)1s22s22p63s23p63d74s2 知识点一　能层、能级　原子光谱 一、能层与能级的关系 1．数量关系 任一能层的能级都是从s能级开始，能级数等于该能层序数。 能层(n) 1 2 3 4 …… 符号 K L M N …… 能级 1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s 4p 4d 4f …… 最多容纳的电子数 每个能级 2 2 6 2 6 10 2 6 10 14 …… 每个电子层 2×12 2×22 2×32 2×42 2n2 2.能量关系 二、基态、激发态与电子跃迁 1．基态原子与激发态原子的关系 2．与电子跃迁有关的现象与原理 焰火、霓虹灯光、激光、荧光、LED灯光等都与核外电子跃迁释放能量有关，其中光(辐射)是电子跃迁释放能量的重要形式。 (1)霓虹灯发光原理：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的红色波段。 (2)焰色试验中产生的焰色是电子跃迁的结果，焰色的产生与消失是物理变化。焰色发生的过程：基态原子激发态原子基态原子。 3．同一原子处于不同状态能量高低的判断方法 (1)原子处于基态时，能量最低，激发态能量高于基态，其中各能层能级的能量高低顺序为1s<2s<2p<3s<3p<…… (2)电子由基态跃迁到激发态时，激发态原子所处的能层和能级数越高，需要的能量越多。 (3)能层和能级数低的能级上排布的电子数越 多，原子所处的能量越低，能层和能级数高的能级上排布的电子数越多，原子所处的能量越高。 [练1]　下列有关说法正确的是(　　) A．各能级按s、p、d、f的顺序所容纳的最多电子数依次为1、3、5、7的2倍 B．各能层的能级都是从s能级开始至f能级结束 C．2s能级与3s能级能量相同 D．各能层含有的电子数为2n2(n为能层序数) 答案：A 解析：各能层中的能级数等于其能层序数，也就是说n＝1时，只有一个s能级，n＝2时，才有s、p两个能级，B错误；2s能级能量小于3s能级，C错误；能层就是电子层，每个电子层最多能填充2n2个电子，但不是所有的能层都含有2n2个电子，D错误。 [练2]　下列有关说法不正确的是(　　) A．电子从激发态到基态产生的光谱是发射光谱 B．原子核外电子从基态变成激发态一定需要吸收能量 C．原子核外电子从基态跃迁到激发态时，只能跃迁到稍高的能级，如从2s只能跃迁到2p D．夜幕下的霓虹灯光、军事上使用的激光均与原子核外电子发生跃迁有关 答案：C [练3]　(1)已知短周期元素A、B，A元素原子的最外层电子数为m，次外层电子数为n；B元素原子的M层(有电子)电子数为m－n－1，L层电子数为m＋n＋2，则A为________(填元素符号，下同)，B为________。 (2)已知X元素原子的L层比Y元素原子的L层少3个电子，Y元素原子的核外电子总数比X元素原子的多5，则X、Y分别为________、________。 答案：(1)C　Na　(2)N　Mg (1)不同能层中符号相同的能级所容纳的最多电子数相同。 (2)任何能层都含有s能级，但并不是任何能层都含有p、d、f能级。 (3)电子的跃迁是物理变化，而有电子得失时发生的变化是化学变化。 知识点二　构造原理与电子排布式 1．构造原理 (1)构造原理是绝大多数基态原子的核外电子排布顺序。 (2)电子按照构造原理排布，会使整个原子的能量处于最低状态，原子相对较稳定。 (3)“能级交错”现象 当出现d能级时，电子按ns、(n－1)d、np的顺序填充电子，当出现f能级时，电子按ns、(n－2)f、(n－1)d、np的顺序填充电子。从第三能层开始，电子填充顺序不完全符合能层顺序，产生了能级交错排列，即产生“能级交错”现象。要特别记忆先排4s后排3d这一能级交错现象。 2．电子排布式的书写 (1)书写方法 [技巧]　书写电子排布式的关键是熟悉构造原理，电子在各能级排布顺序可记为ns→(n－2)f→(n－1)d→np，最后要把同一能层的不同能级移到一起。 (2)简化电子排布式 为了避免电子排布式过于烦琐，我们可以把内层电子达到稀有气体结构的部分，以相应稀有气体元素符号外加方括号来表示。如Na的核外电子排布式为1s22s22p63s1，其中第一、二能层与Ne(1s22s22p6)的核外电子排布结构相同，所以其电子排布式可简化为[Ne]3s1。 (3)特殊原子：当p、d、f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。如24Cr： (4)离子的电子排布式 ①判断原子变成离子时会得到或失去的电子数。 ②原子失去电子时，一般来说，主族元素只失去它们的最外层电子，而副族元素可能还会进一步向里失去内层电子。 ③原子得到电子而形成阴离子，则得到的电子填充在最外一个能层的某一个能级上。 [知识拓展]　价电子层和价层电子排布式 (1)在化学反应中可能发生电子变动的能级称为价电子层；价电子层上排布的电子叫价层电子。 (2)价层电子排布式 ①主族元素原子最外层电子为价层电子，价层电子排布式即最外层电子排布式。主族元素原子的价层电子排布式为ns1～2或ns2np1～5。如钙(Ca)的价层电子排布式为4s2，溴(Br)的价层电子排布式为4s24p5。 ②过渡元素原子次外层电子常常参与成键，其价层电子包括d(镧系、锕系除外)能级电子。如铬(Cr)的价层电子排布式为3d54s1，铜(Cu)的价层电子排布式为3d104s1。 [练4]　下列说法错误的是(　　) A．根据构造原理，原子核外电子填充顺序为1s、2s、2p、3s、3p、3d、4s、4p…… B．1s22s12p1是激发态原子的电子排布式 C．基态溴原子的简化电子排布式是[Ar]3d104s24p5 D．Mg的电子排布式为1s22s22p63s2 答案：A 解析：根据构造原理原子核外电子填充顺序为1s、2s、2p、3s、3p、4s、3d、4p……，A错误；1s22s2为基态，1s22s12p1为激发态，B正确；基态溴原子的核外有35个电子，分4层排布，基态溴原子的简化电子排布式为[Ar]3d104s24p5，C正确；Mg原子的核外电子数为12，电子排布式为1s22s22p63s2，D正确。 [练5]　(1)基态S原子的电子排布式为____________。 (2)基态Ti原子的核外电子排布式为____________________。 (3)Fe成为阳离子时首先失去________能级电子，Sm的价层电子排布式为4f66s2，Sm3＋的价层电子排布式为________。 (4)Cl－基态核外电子排布式为________________。 答案：(1)1s22s22p63s23p4 (2)1s22s22p63s23p63d24s2或[Ar]3d24s2 (3)4s　4f5 (4)1s22s22p63s23p6 本课总结 课时作业 题号 1 2 3 4 5 6 7 8 难度 ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★★ ★★ 对点 能层 能级 电子排布式 原子光谱 原子光谱 电子排布式 能层与能级 电子排布式 题号 9 10 11 12 13 14 15 16 难度 ★★ ★★ ★★★ ★★ ★ ★★ ★★★ ★★ 对点 能层与能级 电子跃迁、能层 电子排布式 电子排布式 电子排布式 电子排布式 电子排布式 元素推断、能层和能级 一、选择题(每小题只有1个选项符合题意) 1．下列有关M能层的说法正确的是(　　) A．表示第二电子层 B．最多能容纳8个电子 C．表示第三电子层 D．至少应该填充2个电子 答案：C 2．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 答案：A 3．下列表示式中错误的是(　　) ①Na＋的电子式：[Na]＋ ②Na＋的结构示意图： ③Na的电子排布式：1s22s22p63s1 ④Na的简化电子排布式：[Na]3s1 A．①② B．②③ C．③④ D．①④ 答案：D 4．下列现象或应用与基态钠原子的能级跃迁无关的是(　　) A．NaCl的焰色试验 B．熔融NaCl导电 C．钠的原子光谱 D．高压钠灯 答案：B 解析：熔融NaCl导电是因为存在自由移动的离子，与电子跃迁无关。 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 答案：A 解析：在电流作用下，基态氖原子吸收能量，它的电子跃迁到较高能级，变为激发态原子，这一过程要吸收能量，不会发出红色光；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态时，将释放能量，从而产生红光，故A正确。 6．下列电子排布式中，原子不是处于激发状态的是(　　) A．氮原子：1s22s12p4 B．氟原子：1s22s22p43s1 C．锰原子：[Ar]3d54s2 D．铝原子：1s22s22p63s13p2 答案：C 7．下列说法不正确的是(　　) A．3p2表示3p能级上有两个电子 B．f能级最多容纳的电子数是s能级最多容纳电子数的7倍 C．同一原子中，2p、3p、4p能级的能量依次增大 D．基态Cl原子的电子排布式为1s22s22p63s13p6 答案：D 解析：基态Cl原子的电子排布式应为1s22s22p63s23p5，D错误。 8．X、Y、Z三种主族元素原子的价层电子排布式分别为ns1、3s23p1、2s22p4，由这三种元素组成的化合物的化学式可能是(　　) A．X2YZ3 B．XYZ2 C．XYZ3 D．X2YZ2 答案：B 解析：X元素原子的价层电子排布式为ns1，则其在化合物中通常显＋1价；Y元素原子的价层电子排布式为3s23p1，则Y元素为铝，在化合物中显＋3价；Z元素原子的价层电子排布式为2s22p4，则Z元素为氧，在化合物中通常显－2价。根据化合物中各元素的正、负化合价代数和为0可知，B正确。 二、选择题(每小题有1个或2个选项符合题意) 9．下列说法正确的是(　　) A．原子中处于第三能层的电子跃迁到第二能层时会吸收能量 B．M能层可以有s、p、d能级 C．任一能层都有s、p能级，但不一定有d能级 D．在一个原子中，不可能出现运动状态完全相同的两个电子 答案：BD 解析：A项，原子中处于第三能层的电子跃迁到第二能层是由较高能层跃迁到较低能层，会放出能量，错误；C项，第一能层只有s能级，错误。 10．当原子的电子由激发态跃迁至基态时，会将多余的能量以光的形式释出，这种现象为电子跃迁的一种。已知释放的能量越多，产生光谱的波长越短。氢原子在下列能层(n)之间的电子跃迁，所产生光谱的波长最短的是(　　) A．n＝2→n＝1 B．n＝3→n＝1 C．n＝4→n＝3 D．n＝3→n＝2 答案：B 解析：跃迁过程中，能量变化越小，波长越长，能量变化越大，波长越短；n的相隔数值越大，能量相差越大。A项，n＝2→n＝1间隔1个能层数；B项，n＝3→n＝1间隔2个能层数；C项，n＝4→n＝3间隔1个能层数；D项，n＝3→n＝2间隔1个能层数；根据分析，B的波长最短。 11．下列说法正确的是(　　) A．Na＋基态电子排布式与Ne原子基态电子排布式不同 B．产生激光的前提是原子要处于激发态 C．Al3＋与Ar的1s能级上的电子能量不相同 D．Se原子的简化电子排布式为[Ar]4s24p4 答案：BC 解析：Na＋与Ne原子核外电子数均为10，它们的基态电子排布式相同，A错误；Se原子核外共有34个电子，其简化电子排布式为[Ar]3d104s24p4，D错误。 12．M原子的结构示意图为，则x、y及该原子3d能级上的电子数不可能的组合是(　　) A．18、8、0 B．20、8、0 C．25、13、5 D．30、18、10 答案：A 解析：若x、y及该原子3d能级上的电子数的组合是18、8、0，核内质子数与核外电子数不相等，A不可能；若x、y及该原子3d能级上的电子数的组合是20、8、0，符合钙原子的结构，B可能；若x、y及该原子3d能级上的电子数的组合是25、13、5，符合锰原子的结构，C可能；若x、y及该原子3d能级上的电子数的组合是30、18、10，符合锌原子的结构，D可能。 三、非选择题 13．按要求填空： (1)B原子的电子排布式为____________。 (2)N原子的价层电子排布式为____________。 (3)Se原子序数为________，其核外M层电子的排布式为________。 (4)Li3N晶体中氮以N3－存在，N3－的电子排布式为____________。 (5)写出镓(Ga)原子的电子排布式：____________。 答案：(1)1s22s22p1(或[He]2s22p1)　 (2)2s22p3 (3)34　3s23p63d10　(4)1s22s22p6 (5)1s22s22p63s23p63d104s24p1 (或[Ar]3d104s24p1) 14．A、B、C、D是四种短周期元素，E是过渡元素。A、B、C为同周期元素，C、D为同主族元素。A元素原子的结构示意图为，B元素原子是同周期除稀有气体元素原子外半径最大的元素原子，C元素原子的最外层有三个单电子，E元素原子的价层电子排布式为3d64s2。回答下列问题： (1)A为________(填元素符号，下同)。 (2)B为________，其基态原子的简化电子排布式为________________。 (3)C为________，其基态原子的价层电子排布式为________________。 (4)D为________。 (5)E为________，其原子结构示意图为__________________。 答案：(1)Si　(2)Na　[Ne]3s1　(3)P　3s23p3　(4)N　(5)Fe　 解析：A、B、C、D是四种短周期元素，A元素原子的结构示意图为，则x＝2，故A为Si元素；A、B、C为同周期元素，即均处于第三周期，B元素原子是同周期除稀有气体元素原子外半径最大的元素原子，则B为Na元素；C元素原子的最外层有三个单电子，则其价层电子排布式为3s23p3，故C为P元素；因C、D为同主族元素，故D为N元素；E是过渡元素，其原子的价层电子排布式为3d64s2，故E为Fe元素。 15．下表列出了核电荷数为21～25的元素的最高正化合价，回答下列问题： 元素名称 钪 钛 钒 铬 锰 元素符号 Sc Ti V Cr Mn 核电荷数 21 22 23 24 25 最高正价 ＋3 ＋4 ＋5 ＋6 ＋7 (1)写出下列元素基态原子的核外电子排布式。 Sc__________________________， Ti__________________________， V__________________________， Mn__________________________。 (2)已知基态铬原子的电子排布式是1s22s22p63s23p63d54s1，并不符合构造原理。人们常常会碰到客观事实与理论不相吻合的问题，当你遇到这样的问题时，你的态度是__________________________________。 (3)对比上述五种元素原子的核外电子排布与元素的最高正化合价，你发现的规律是__________________________________________________________________________；出现这一现象的原因是__________________________。 答案：(1)1s22s22p63s23p63d14s2(或[Ar]3d14s2) 1s22s22p63s23p63d24s2(或[Ar]3d24s2) 1s22s22p63s23p63d34s2(或[Ar]3d34s2) 1s22s22p63s23p63d54s2(或[Ar]3d54s2) (2)尊重客观事实，注意理论适用范围，掌握特例等 (3)五种元素的最高正化合价数值等于各元素基态原子的最高能层s电子和次高能层d电子数目之和　能级交错使得d电子也参与了化学反应 16．下表给出了五种元素的相关信息，其中X、Y、Z、W为短周期元素。 元素 相关信息 X 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 Y 工业上通过分离液态空气获得它的一种单质，含它的另一种单质的浓度相对较高的平流层是保护地球地表环境的重要屏障 Z 植物生长所需的主要元素之一，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 W 室温下其单质为粉末状固体，加热易熔化。该单质在氧气中燃烧，发出明亮的蓝紫色火焰 M 它是人体不可缺少的微量元素，含该元素的合金是工业生产中不可缺少的金属材料，常用于建造桥梁、楼房等 根据上述信息填空。 (1)Y元素的原子含有________个能层，其中第二能层中的能级包括____________；画出W元素原子的结构示意图：________；M元素是________(填元素符号)。 (2)Z与X形成的某种化合物能和Z与Y形成的另一种无色化合物(这两种化合物分子中Z原子与另一元素原子的个数比均为1∶2) 一起用作火箭推进剂，写出二者发生反应生成无毒物质的化学方程式：______________________________________。 答案：(1)2　2s和2p　　Fe　(2)2N2H4＋N2O43N2＋4H2O 解析：氢气是一种清洁燃料，所以X为氢元素；臭氧对紫外线有吸收作用，其浓度相对较高的平流层是保护地球地表环境的重要屏障，所以Y为氧元素，其原子含有K层和L层两个能层，L层为第二能层，有2s和2p两个能级；氮元素是植物生长所需的主要元素之一，N2O俗称“笑气”，是早期医疗中使用的麻醉剂，所以Z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W为硫元素；钢铁常用于建造桥梁、楼房等，铁是人体不可缺少的微量元素，所以M为铁元素。 (2)N和H形成的原子个数比为1∶2的化合物为N2H4，N和O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反应生成无毒的物质N2和H2O。 15 学科网（北京）股份有限公司 $$