1.1.1 能层与能级基态与激发态原子光谱(学案)-【成才之路】2024-2025学年高中新课程化学选择性必修第二册同步学习指导(人教版2019)

书 ! " # $ % & ' ( ２ ) * + , - . & + # # # # # # # 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 核心素养发展目标 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。 一、能层与能级 　 　 １９２０年，丹麦科学家玻尔在氢原子模型基础 上，提出　 构造原理　 ，开启了用原子结构解释 　 元素周期律　 的篇章。１９２５年以后，玻尔的 “壳层”落实为“能层”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。１９３６ 年，德国科学家马德隆发表了以　 原子光谱　 事 实为依据的完整的　 构造原理　 。 　 　 １．能层 （１）含义：根据核外电子的　 能量　 不同， 将核外电子分为不同的能层。 （２）序号、符号及所能容纳的最多电子数 能层 一 二 三 四 五 六 七 符号 Ｋ　 Ｌ　 Ｍ　 Ｎ　 Ｏ　 Ｐ　 Ｑ　 最多 电子数 ２　 ８　 １８　 ３２　 ５０　 ７２　 ９８　 　 　 （３）能量关系 能层越高，电子的能量越高，能量的高低顺 序为 　 　 。 ２．能级 （１）含义：根据多电子原子的同一能层电子 的　 能量　 不同，将它们分为不同能级。 （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，如第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．能层、能级与最多容纳的电子数 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…………………… 最多电 子数 ２ ２ ６ ２ ６ １０ ２ ６ １０ １４ ２ …………………… ２ ８ １８ ３２ ………………２ｎ２ 　 　 由上表可知： ①能层序数　 等于　 该能层所包含的能级 数，如第三能层有　 ３　 个能级。 ②ｓ、ｐ、ｄ、ｆ各能级可容纳的电子数分别为 　 １　 、　 ３　 、　 ５　 、　 ７　 的２倍。 ③原子核外电子的每一能层最多可容纳的 电子数与能层的序数（ｎ）间存在的关系 是　 ２ｎ２　                                     。 !!" # # # # / 0 1 2 # 3 4 5 6 7 " 8 9 : 正误判断 １． ２ｄ表示Ｌ层上的ｄ能级。 （ × ） ２．能层就是电子层。 （√ ） ３．不同能层，ｓ能级的能量相同。 （ × ） ４． ｓ能级的能量一定比ｐ能级的能量低。 （ × ） ５．各能级最多可容纳的电子数按ｓ、ｐ、ｄ、ｆ…… 的顺序依次为１、３、５、７……的２倍。 （√ ） 深度思考 　 　 １．同一原子中不同能层的电子最根本的区 别是什么？ 　 　 ２．同一原子中同一能层不同能级的电子最 根本的区别是什么？ 　 　 ３．理论上第８能层有几个能级？该能层最 多能容纳多少个电子？ 应用体验 １．表示一个原子在Ｍ能层上有１０个电子，可以 写成 （Ｃ ） Ａ． ３ｐ６ Ｂ． ３ｄ１０ Ｃ． ３ｓ２３ｐ６３ｄ２ Ｄ． ３ｓ２３ｐ６４ｓ２ ２．在Ｍ能层中，能级数目为 （Ｂ ） Ａ． １ Ｂ． ３ Ｃ． ９ Ｄ． １８ ３．下列有关认识中正确的是 （Ａ ） Ａ．在同一能层不同能级上的电子，其能量肯 定不同 Ｂ．各能层的能级都是从ｓ能级开始至ｆ能级 结束 Ｃ．各能层含有的能级数为ｎ － １ Ｄ．各能层含有的电子数为２ｎ２ 　 　 （１）不同能层之间，符号相同的能级的能量 随着能层数的递增而增大。 （２）在相同能层各能级能量由低到高的顺 序是ｎｓ ＜ ｎｐ ＜ ｎｄ ＜ ｎｆ。 （３）不同能层中同一能级，能层数越大，能 量越高。例如：１ｓ ＜ ２ｓ ＜ ３ｓ ＜ ４ｓ……                                                  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， 电子会跃迁到　 较高　 能级，变为激发态原子。 （３）基态、激发态相互间转化的能量变化 基态原子 吸收能量释放能量，主要形式为光（辐射幑 幐帯帯帯帯帯帯帯帯帯帯帯）激 发态原子 　 　 ２．光谱 （１）光谱的成因及分类 （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                 。 !!# ! " # $ % & ' ( ２ ) * + , - . & + # # # # # # # 正误判断 １．电子在原子轨道上运动时能量较为稳定，跃 迁时释放或者吸收能量。 （√ ） ２．基态原子的能量一定比激发态原子的能量高。 （ × ） ３．焰色试验是金属原子的电子从基态跃迁到激 发态时产生的光谱。 （ × ） ４．日常生活中我们看到的许多可见光，如霓虹 灯光、节日焰火都与原子核外电子发生跃迁 释放能量有关。 （√ ） ５．电子仅从激发态跃迁到基态时才会产生原子 光谱。 （ × ） 深度思考 　 　 １．电子跃迁是如何完成的？是物理变化还 是化学变化？ ２．金属元素的焰色试验属于吸收光谱还是 发射光谱？ ３．每到夜幕降临的时候，大街上的霓虹灯 就会渐渐亮起来，整个城市也变得那么迷人，霓 虹灯内因为充有稀薄氖气或其他稀有气体才会 发出颜色各异的光，你知道霓虹灯为什么能发 出颜色各异的光吗？ 应用体验 １．下列关于同一原子中的基态和激发态的说法 中，正确的是 （Ｃ ） Ａ．基态时的能量比激发态时高 Ｂ．激发态时比较稳定 Ｃ．由基态转化为激发态过程中吸收能量 Ｄ．电子仅在激发态跃迁到基态时才会产生原 子光谱 ２．电子由３ｄ能级跃迁至４ｐ能级时，可通过光 谱仪直接摄取 （Ｂ ） Ａ．电子的运动轨迹图像 Ｂ．原子的吸收光谱 Ｃ．电子体积大小的图像 Ｄ．原子的发射光谱 ３．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 ） 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 ４．下列有关原子光谱的说法中，不正确的是 （Ｄ ） Ａ．霓虹灯能发出五颜六色的光，发光机理与 氢原子光谱形成机理基本相同 Ｂ．铯和钕光谱图中有特征的蓝光和红光 Ｃ．夜空中五彩缤纷的烟花与原子核外电子的 跃迁有关 Ｄ．利用光谱仪只能测得原子的发射光谱 　 　 （１）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；反之， 将吸收能量。光（辐射）是电子释放能量的重要 形式之一。 （２）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。 （３）一般在能量相近的能级间发生电子 跃迁。                                                                        !!$ # # # # / 0 1 2 # 3 4 5 6 7 " 8 9 : !"#$%&'() 对应学生用书学案Ｐ １．排布在下列各电子层上的一个电子，所具有 的能量最低的是 （Ａ ） Ａ． Ｋ层 Ｂ． Ｌ层 Ｃ． Ｍ层 Ｄ． Ｎ层 ２．下列能级符号表示错误的是 （Ｃ ） Ａ． ６ｓ Ｂ． ３ｄ Ｃ． ３ｆ Ｄ． ５ｐ ３．第Ｏ能层所含能级数、最多容纳电子数分别为 （Ｃ ） Ａ． ３、１８ Ｂ． ４、２４ Ｃ． ５、５０ Ｄ． ４、３２ ４．下列能层或能级，所含原子轨道数目从小到 大排列顺序正确的是 （Ｃ ） ①７ｓ ②Ｏ层 ③３ｄ ④４ｆ Ａ．①②③④ Ｂ．③④①② Ｃ．①③④② Ｄ．②④③① ５．下列对焰色试验的描述正确的是 （Ｄ ） Ａ．焰色试验是单质的性质 Ｂ．焰色试验是化学变化 Ｃ．焰色试验是金属原子失去电子时吸收能量 产生的现象 Ｄ．焰色试验是金属原子或离子中的电子从较 高能量的激发态跃迁到较低能量的激发态 乃至基态时，将能量以光的形式释放出来 的现象 ６．（１）人类对原子的认识史可以大致划分为５ 个阶段： ①古代原子论；②道尔顿原子论；③汤姆孙原 子模型和卢瑟福原子模型；④玻尔原子模型； ⑤原子结构（核外电子运动）的量子力学 模型。 其中，玻尔原子模型（又称分层模型）是指，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。根据现代原子模 型，电子能否在不同“球壳”中移动？ （２）（教材二次开发）下面是几种元素的光谱 图像，根据教材Ｐ８“在现代化学中，常利用原 子光谱上的特征谱线来鉴定元素。”请分析光 谱的类型，以及同一元素的两种不同光谱的 谱线关系。 请同学们认真完成练案［１                                                                   ］ !!% 书 学案及练案部分 　 参考答案 ［学案部分］ 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 　 　 一、构造原理　 元素周期律　 原子光谱　 构造原理　 １．（１）能量　 （２）Ｋ　 Ｌ　 Ｍ　 Ｎ　 Ｏ　 Ｐ　 Ｑ　 ２　 ８　 １８　 ３２　 ５０ 　 ７２　 ９８　 （３）Ｅ（Ｋ）＜ Ｅ（Ｌ）＜ Ｅ（Ｍ）＜ Ｅ（Ｎ）＜ Ｅ（Ｏ）＜ Ｅ（Ｐ） ＜ Ｅ（Ｑ）　 ２．（１）能量　 （２）ｓ、ｐ、ｄ、ｆ　 ｎｐ　 ｎｄ　 ３．①等于　 ３　 ②１　 ３　 ５　 ７　 ③２ｎ２ 正误判断 １． × 　 ２．√　 ３． × 　 ４． × 　 ５．√ 深度思考 １．将电子划分为不同能层的依据是能量大小。 ２．将同一能层中的电子划分为不同能级的依据是能量大小。 ３．能级数＝能层序数；每一能层最多容纳的电子数为２ｎ２。 应用体验 １． Ｃ　 Ｍ层为第三能层，根据构造原理，电子依次排布在１ｓ，２ｓ， ２ｐ，３ｓ，３ｐ，４ｓ，３ｄ能级，故第三能层有１０个电子的电子排布式 为３ｓ２３ｐ６３ｄ２，故答案选Ｃ。 ２． Ｂ　 Ｍ能层是第三能层，含有３个能级，分别是３ｓ、３ｐ、３ｄ，答案 选Ｂ。 ３． Ａ　 在多电子原子中，同一能层不同能级上的电子具有的能量 不同，Ａ正确；各能层的能级都是从ｓ能级开始，但不都是至ｆ 能级结束，如Ｌ能层只有２ｓ、２ｐ两个能级，Ｍ能层只有３ｓ、３ｐ、 ３ｄ三个能级，Ｂ错误；各能层含有的能级数与能层序数相同， Ｃ错误；各能层最多容纳电子数为２ｎ２，Ｄ错误。故选Ａ。 　 　 二、１．（１）最低能量　 （２）吸收　 较高　 ２．（１）吸收光谱　 发射光谱　 （２）特征谱线 正误判断 １．√　 ２． × 　 ３． × 　 ４．√　 ５． × 深度思考 １．电子跃迁是通过吸收能量或者释放能量而完成的；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。一般在能量相近的能级间发生电子跃迁。如 １ｓ２２ｓ２２ｐ６（基态） →电子跃迁１ｓ２２ｓ２２ｐ５３ｓ１（激发态）。 ２．光（辐射）是电子跃迁释放能量的重要形式，焰色试验属于发 射光谱。 ３．当外电源电路接通后，变压器输出端就会产生几千伏甚至上 万伏的高压。当这一高压加到霓虹灯管两端电极上时，霓虹 灯管内的带电粒子电子就会发生跃迁，发出五颜六色的光。 应用体验 １． Ｃ　 激发态时能量较高，较不稳定，Ａ、Ｂ不正确；电子从较低能 量的基态跃迁到较高能量的激发态时，也会产生原子光谱，Ｄ 不正确。 ２． Ｂ　 Ｅ（３ｄ）＜ Ｅ（４ｐ），故电子由３ｄ能级跃迁至４ｐ能级时，要吸 收能量，形成吸收光谱。 ３． Ａ　 霓虹灯发红光是因为电子吸收能量后跃迁到能量较高的 轨道，能量较高轨道上的电子会跃迁回能量较低的轨道而以 光的形式释放能量。 ４． Ｄ　 霓虹灯能发出五颜六色的光，发光机理与氢原子光谱形成 机理基本相同，都是电子在不同的、能量量子化的状态之间跃 迁所导致的，Ａ正确；铯和钕光谱图中有特征的蓝光和红光，Ｂ 正确；核外电子发生跃迁时会吸收或释放能量，主要体现为光 （辐射），不同原子发射的光谱不同，则夜空中五彩缤纷的烟 花与原子核外电子的跃迁有关，Ｃ正确；利用光谱仪既能测得 原子的发射光谱，也能测得原子的吸收光谱，Ｄ错误。故 选Ｄ。 随堂演练·知识落实 １． Ａ　 离核最近的电子层称为Ｋ层，该层的能量最低，电子层能 量由低到高依次为Ｋ、Ｌ、Ｍ、Ｎ、Ｏ…… ２． Ｃ　 能层的能级总是从ｓ能级开始，每一能层的能级数等于该 能层的序数。第三能层只有３ｓ、３ｐ和３ｄ三个能级，没有３ｆ 能级。 ３． Ｃ　 每一能层包含的能级数目等于该能层的序数，Ｏ层为第五 能层，包含５个能级；每一能层所容纳的最多电子数为２ｎ２，故 第五能层最多所容纳的电子数为２ × ５２ ＝ ５０个。 ４． Ｃ　 ７ｓ、Ｏ层、３ｄ、４ｆ的原子轨道数目分别为１、２５、５、７个，所以 从小到大正确的顺序为①③④②。 ５． Ｄ　 焰色试验是金属元素的原子或离子中的电子从高能级跃 迁到低能级时释放能量的现象，变化过程中并没有新物质产 生，是物理变化。 ６．（１）不同的原子轨道具有不同的能量，原子核外电子可以在能 量不同的轨道上发生跃迁。 （２）光谱的分类： 原子光谱 原子吸收能量 　  吸收光谱 　 原子释放能量发射光谱 。 发射光谱是暗色背景的明亮谱线，吸收光谱则是明亮背景的 暗色谱线，两者一一对应。 第２课时　 构造原理与电子排布式　 电子云与原子轨道 　 　 一、１．（１）光谱学事实　 能级　 （２）３ｄ　 ４ｄ　 ４ｆ　 ５ｄ　 ２．能 级　 右上角　 能级　 电子数 正误判断 １． × 　 ２． × 　 ３． × 　 ４． × 深度思考 １． １ ～ ３６号元素中，只有Ｃｒ、Ｃｕ两种元素基态原子的电子填充顺 序与构造原理不符合。 ２．方括号里符号的意义是稀有气体元素原子的结构，表示该元 素前一周期的稀有气体元素原子的电子排布结构； Ｏ：［Ｈｅ］２ｓ２２ｐ４；Ｓｉ：［Ｎｅ］３ｓ２３ｐ２；Ｆｅ：［Ａｒ］３ｄ６４ｓ２。 ３．［Ａｒ］３ｄ８４ｓ２ 　 ３ｄ８４ｓ２ 　 ３ｓ２３ｐ１ 　 ４ｓ２４ｐ２ 　 ４ｓ２４ｐ４ ４． ２４Ｃｒ：１ｓ２２ｓ２２ｐ６３ｓ２３ｐ６３ｄ５４ｓ１ 或［Ａｒ］３ｄ５４ｓ１，２９Ｃｕ：１ｓ２２ｓ２ ２ｐ６３ｓ２３ｐ６３ｄ１０４ｓ１或［Ａｒ］３ｄ１０４ｓ１；均不符合构造原理                                                               。 —１４９—