第1章 第1节 课时1 能层与能级 基态与激发态-【正禾一本通】2024-2025学年高中化学选择性必修2同步课堂高效讲义配套课件（人教版2019 单选）

正禾一本通 一轮总复习 多媒体课件 英语（人教版） 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 任务一 能层与能级 教材基础·预习 能量 K L M N O P Q 2 8 18 32 E(K)＜E(L)＜E(M)＜E(N)＜E(O)＜E(P)＜E(Q) 高 np nd 2 2 6 2 6 10 2 6 10 14 2 s 序数 s、p、d、f 1，3，5，7 √ × × × 核心能力·探究 任务二 基态与激发态　原子光谱 教材基础·预习 最低能量 吸收 较高 吸收或释放 吸收 释放 特征谱线 课下巩固训练(一)　 能层与能级　基态与激发态 学习目标 素养解读 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．能辨识原子光谱与电子跃迁之间的关系 通过认识原子结构及核外电子排布规律，辨识微观粒子运动状态与宏观物体运动状态的差异，培养宏观辨识与微观探析的化学学科核心素养 【情境诱思】 人们经常会类比切开的洋葱理解能层的结构。原子核周围是否真实存在这样的壳层？ 提示：能层不是真实存在的，是科学家为了表达形象，根据电子经常出现的区域而设想的结构模型。 1．能层 (1)分类标准：核外电子按 不同被分成不同能层。 (2)电子的能层由内向外排序，其序号、符号及所能容纳的最多电子数如下： 能层 一 二 三 四 五 六 七 符号 最多电子数 50 72 98 (3)能量关系：能层越高，电子的能量越 ，能量的高低顺序为 。 2．能级 (1)分类标准：同一能层的电子按能量不同被分为不同能级。 (2)表示方法：分别用相应能层的序数和字母 等表示，如第n能层的能级按能量由低到高的顺序排列为ns、 、 、nf等。 s、p、d、f 3．能层、能级与所能容纳的最多电子数 能层 K L M N O 能级 1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s 4p 4d 4f 5s …… 最多电子数 …… 特点 ①任一能层的能级总是从 能级开始，能级数等于该能层 。 ②能级的字母代号总是按 ……排序的，它们可容纳的最多电子数依次为 ……的2倍 提示：多电子原子中，同一能级上电子的能量相同。 【易错辨析】 1．同一原子中，符号相同的能级上电子能量不一定相同( ) 2．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( ) 3．同是s能级，在不同的能层中最多所能容纳的电子数是不相同的( ) 4．多电子原子中，每个电子的能量不同( ) 提示：同一原子中，符号相同的能级上电子能量不一定相同，如1s和2s，能量2s＞1s。 提示：能层含有的能级数等于能层序数，即第n能层含有n个能级，每一能层总是从s能级开始。 提示：s能级在不同的能层中最多所能容纳的电子数都是2个。 理清能层与能级的关系 亨利·莫斯莱和巴克拉首次于X射线吸收研究的实验中发现电子层(能层)。巴克拉把它们称为K、L、M等(最初K和L电子层名为B和A，改为K和L的原因是预留空位给未发现的电子层)。 问题1：以s能级为例，不同能层的s能级之间的能量有何关系？同一能层不同能级间能量有何关系？ 提示：不同能层：E(1s)＜E(2s)＜E(3s)＜E(4s)……；同一能层：E(ns)＜E(np)＜E(nd)＜E(nf)…… 提示：第五能层最多容纳50个电子；它们分别容纳在5个能级中。 问题2：第五能层最多可容纳多少个电子？它们分别容纳在几个能级中？ 【要点归纳】 1．能层、能级中的数量关系 (1)每一能层所含能级数＝能层序数。 (2)每一能层最多能容纳电子数为2n2。 (3)ns、np、nd、nf……最多能容纳的电子数依次为2、6、10、14……与n的取值无关。 2．能层、能级中的能量关系 (1)不同能层中同一能级，能层序数越大能量越高，如1s<2s<3s，2p<3p<4p。 (2)同一能层中，各能级之间的能量大小关系是s<p<d<f……如第四能层中4s<4p<4d<4f。 【典例分析】 【典例1】 (2024·山东烟台高二联考)下列关于能层和能级的认识正确的是(　　) A．各能层含有的电子数为2n2 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．无论哪一个能层的s能级，最多容纳的电子数均为2 【命题分析】 本题主要考查能层与能级的组成及数量关系。 解析：选D。各能层最多含有的电子数为2n2，但原子最外层电子数不能超过8，次外层电子数不能超过18，倒数第三层电子数不能超过32，A错误；各能层的能级都是从s能级开始，每个能层上能级个数与能层数相等，所以有的能层不含f能级，B错误；各能层含有的能级数与其能层数相等，C错误； s能级最多容纳的电子数均为2，D正确。 【易错剖析】 各能层最多容纳的电子数为2n2，但不是必须满足2n2，注意区别“最多”与“含有”，即可容纳的最多电子数与实际填充的电子数不一定相同。 【对点练】 1.原子核外的某一能层最多能容纳的电子数目为18，则该能层是(　　) A．K能层 B．L能层 C．O能层 D．M能层 2．下列多电子原子不同能级能量高低的比较错误的是(　　) A．1s＜2s＜3s B．2p＜3p＜4p C．3s＜3p＜3d D．4s＞4p，3d＞3p 答案：D 答案：D 【情境诱思】 我们平时看到的激光、节日燃放的焰火、霓虹灯光都与什么有关？ 提示：都与原子核外电子发生跃迁时释放能量有关。 1．基态原子与激发态原子 (1)基态原子：处于 状态的原子。 (2)激发态原子：基态原子 能量，它的电子会跃迁到 能级，变为激发态原子。 2．原子光谱 (1)含义 不同元素原子的电子发生跃迁时会 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)成因及分类 (3)光谱分析：在现代化学中，常利用原子光谱上的 来鉴定元素，称为光谱分析。 [拓展] 可见光包括红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫，其中紫色光的波长最短、红光的波长最长。 【开拓思维】 ①电子的跃迁与电子得失相同吗？跃迁过程是物理变化还是化学变化？ ②某些金属进行焰色试验产生不同火焰颜色的原因是什么？ 提示：不相同。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。 提示：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 eq \o(―――→,\s\up7(吸收能量))激发态原子 eq \o(―――→,\s\up7(释放能量))基态原子。 【对点练】 3.(2024·广东东莞中学高二检测)下列说法不正确的是(　　) A．焰色试验是化学变化 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大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 答案：A 4．电子由3d能级跃迁至4p能级时，可通过光谱仪直接摄取(　　) 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 解析：选B。E(3d)<E(4p)，故电子由3d能级跃迁至4p能级时，吸收能量，形成吸收光谱。 课堂加练·课后检测 【课堂加练题组】 1．(2024·浙江杭州高二检测)下列能级符号不正确的是( ) A．1s B．2p C．3f D．4d 答案：C 2．下列说法正确的是(　　) A．第三能层只有s、p两个能级 B．在基态多电子原子中，p能级电子的能量一定高于s能级电子的能量 C．第三能层最多容纳8个电子 D．d能级最多容纳的电子数均为10 解析：选D。第三能层有s、p、d三个能级，A错误；同一能层中的p能级电子的能量一定比s能级电子能量高，但能层较高的s能级电子能量则比能层低的p能级电子能量高，B错误；每个能层最多可容纳的电子数是2n2，第三能层最多容纳18个电子，C错误；d能级最多容纳的电子数为10，D正确。 3．下列图像中所发生的现象与电子跃迁无关的是(　　) 解析：选D。平面镜成像为物理学原理中的光学现象，与电子的跃迁无关。 4．(2024·黑龙江大庆高二检测)下列关于同一种原子的基态和激发态的说法中，正确的是(　　) 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的过程中吸收能量 D．当碳原子核外一个电子由2s能级跃迁到2p能级时，碳原子由激发态变为基态 解析：选C。基态时的能量低、稳定，激发态时能量高、不稳定，A错误、B错误；基态转化为激发态是由低能量状态转化成高能量状态，转化过程中要吸收能量，C正确；碳原子的核外电子排布中2s的一个电子跃迁到2p，碳原子由基态变为激发态，能量升高，D错误。 5．第三代半导体材料有氮化镓、碳化硅等。请回答下列问题： (1)硅原子占据电子的能级符号有__________________，其中占据电子的能量最高的能级符号为__________，该能级已经容纳了________个电子。 (2)N原子中，有电子占据的最高能层符号为________，该能层已经容纳的电子数为________。 (3)镓为元素周期表中第31号元素，位于元素周期表第四周期。镓原子具有______个能层，每个能层已经容纳的电子数之比为________________。 解析：(1)硅位于元素周期表第三周期第ⅣA族，为第14号元素，有3个能层，分别为K、L、M，占据电子的能级符号为1s、2s、2p、3s、3p，其中占据电子的能量最高的能级为3p，该能级容纳的电子数为2。 (2)N原子位于元素周期表第二周期第ⅤA族，为第7号元素，原子核外电子分为2个能层，符号分别为K、L，L为最高能层，该能层包括2s能级的2个电子和2p能级的3个电子，共5个电子。 (3)镓为元素周期表中第31号元素，位于元素周期表第四周期，能层数与元素原子所在的周期数相等，故Ga有4个能层，每层的电子数为2、8、18、3，每层已经容纳的电子数之比为2∶8∶18∶3。 答案：(1)1s、2s、2p、3s、3p　3p　2　(2)L　5　(3)4　2∶8∶18∶3 【基础达标练】 1．在基态多电子原子中，关于核外电子能量的叙述错误的是(　　) A．最易失去的电子能量最高 B．离核最远的电子能量最高 C．p能级电子的能量一定高于s能级电子的能量 D．在离核最近的区域内运动的电子能量最低 解析：选C。最易失去的电子，性质活泼，能量最高，A正确；离核最近的区域内运动的电子能量最低，离核最远的区域内运动的电子能量最高，B、D正确；处于同一能层时，p能级电子的能量一定高于s能级电子的能量，C错误。 2．下列能级书写正确且能量最高的是(　　) A．4s B．3p C．4d D．3f 解析：选C。相同能层中能级间能量关系为s＜p＜d＜f，M能层没有f能级，则能量最高的为4d。 3．下列有关能层和能级的叙述正确的是(　　) 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．p能级最多容纳的电子数均为6 D．任一能层都有s、p能级，但不一定有d能级 解析：选C。A项，M能层有s、p、d共3个能级，最多能容纳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，最多容纳14个电子，不存在3f能级；D项，K能层只有s能级，没有p能级。 4．(2024·云南玉溪高二联考)某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 解析：选A。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项不可能；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项可能；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项可能；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项可能。 5．元素Na的焰色试验呈黄色，从能量变化的角度分析其光谱类型属于(　　) A．发射光谱 B．吸收光谱 C．连续光谱 D．线状光谱 解析：选A。焰色试验是待测物的金属元素吸收能量后，原子中的电子发生跃迁变为激发态，而激发态不稳定，释放能量变为较低能量的激发态或基态，产生发射光谱。 6．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 解析：选A。在电流作用下，基态氖原子的电子吸收能量跃迁到较高能级，变为激发态原子，这一过程不会发出红色光；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项正确。 7．当碳原子核外一个电子由2s能级跃迁到2p能级时，下列说法正确的是(　　) A．碳原子由基态变为激发态 B．碳原子由激发态变为基态 C．该过程将产生发射光谱 D．碳原子要向外界环境释放能量 解析：选A。碳原子的核外电子排布中2s的一个电子跃迁到2p，碳原子由基态变为激发态，能量升高，产生吸收光谱，A项正确，B、C、D项错误。 8．激发态原子和基态原子可以通过电子跃迁的方式相互转换，跃迁过程中可得到光谱，下列说法正确的是(　　) A．元素K的焰色试验呈紫色，紫色光对应的辐射波长约为700 nm B．以上实验装置测得的是氢元素的吸收光谱 C．电子仅从激发态跃迁到基态时才会产生原子光谱 D．原子光谱可以用于定性鉴定元素 解析：选D。元素K的焰色试验呈紫色，紫色光对应的波长介于380～420 nm，A错误；该实验装置测得的是氢元素的发射光谱，B错误；原子光谱有吸收光谱和发射光谱两种，电子由激发态跃迁到基态时产生的原子光谱属于发射光谱，C错误；原子光谱可以用于定性鉴定元素，D正确。 【能力提升练】 9．下列关于原子结构的说法正确的是(　　) A．电子由3d能级跃迁至4p能级，可通过光谱仪摄取原子的发射光谱 B．同一原子中，2p、3p、4p电子的能量依次增大 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能级只能跃迁到2p能级 D.日常生活中的焰火、LED灯、激光都与原子核外电子跃迁吸收能量有关 解析：选B。由于E3d<E4p，电子由3d能级跃迁至4p能级时，需要吸收能量，通过光谱仪摄取到的是原子的吸收光谱，A错误；同一原子中，不同能层但相同能级上的电子，从低能层到高能层电子能量依次增大，则2p、3p、4p电子的能量依次增大，B正确；2s能级的电子还可以跃迁到3s能级等，C错误；焰火、LED灯、激光都与原子核外电子发生跃迁释放能量有关，D错误。 10．(1)某元素的原子序数为13，则 ①此元素原子的电子总数是________。 ②该元素原子有_______个能层，有_______个能级。 ③该元素原子能量最低的能级符号是________，能量最高的能层是________。 (2)基态Ca原子中，核外电子占据最高能层的符号为________，该能层上有______个能级，Ca在该能层上的电子数为________。 (3)下列现象和应用与电子跃迁有关的是________。 A．激光 B．焰色试验 C．原子光谱 D．石墨导电 解析：(1)①原子序数为13的元素是Al，其核外电子总数为13。②Al的原子结构示意图为，故该元素原子有3个能层，其中K层有1个能级(1s)，L层有2个能级(2s、2p)，M层占有2个能级(3s、3p)，共5个能级。③该元素原子(Al)能量最低的能级是1s，能量最高的能层是M。(2)Ca原子结构示意图为，K、L、M、N能层上分别有2、8、8、2个电子，所以电子占据的最高能层为N能层，该能层有4个能级，分别为4s、4p、4d、4f。(3)激光、焰色试验、原子光谱都与电子的跃迁有关；石墨是层状结构，层内有自由移动的电子，能导电与电子的跃迁无关。 答案：(1)①13　②3　5　③1s　M　 (2)N　4　2　(3)ABC 11．(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________、________。 解析：(1)短周期元素的原子最多有三个能层(K、L、M)，则A元素原子的次外层只可能为K层或L层，n只可能是2或8，又因为B元素原子的L层电子数为m＋n＋2，而L层最多容纳8个电子，所以n只可能等于2。由m＋n＋2＝8，得m＝4。故A元素原子的核外电子排布情况为K层2个电子，L层4个电子，则A为C；B元素原子的核外电子排布情况为K层2个电子，L层8个电子，M层1个电子，则B为Na。(2)根据题意，Y元素原子的核外电子总数比X元素原子的多5，而Y元素原子的L层电子只比X元素原子的多3个，故Y元素原子的最外层不是L层，而是M层，根据核外电子排布规律可知，其L层为次外层时只能排8个电子，则X元素原子的L层有5个电子，其原子核外电子数为2＋5＝7，故X为N；Y元素原子核外电子数为7＋5＝12，故Y为Mg。 答案：(1)C　Na　(2)N　Mg 12．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。 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 C 植物生长所需三种营养元素之一，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 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 根据上述信息填空： (1)B元素的基态原子含有______个能层，其中第二能层中的能级：______；画出D的原子结构示意图________。 (2)C元素的元素符号是________，该元素的原子含有________个能层，其中能量最高的能级符号是________。 (3)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：(1)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、钾是植物生长所需三种营养元素，N2O俗称“笑气”，是早期医疗中使用的麻醉剂，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。 答案：(1)2　2s和2p　　(2)N　2 2p　(3)2N2H4＋N2O4 3N2＋4H2O $$