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同步课堂高效讲义教师用书（人教版2019 单选）

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 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 任务一　能层与能级 【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：核外电子按能量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 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E(K)＜E(L)＜E(M)＜E(N)＜E(O)＜E(P)＜E(Q)。 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s、p、d、f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、np、nd、nf等。 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 2 2 6 2 6 10 2 6 10 14 2 …… 特点 ①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能级的字母代号总是按s、p、d、f……排序的，它们可容纳的最多电子数依次为1，3，5，7……的2倍 【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(√) 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。 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(×) 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。 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(×) 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。 4．多电子原子中，每个电子的能量不同(×) 提示：多电子原子中，同一能级上电子的能量相同。 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)…… 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？ 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。 【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 答案：D 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 任务二　基态与激发态　原子光谱 【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)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特征谱线来鉴定元素，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？ 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。 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：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。 【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 学科网（北京）股份有限公司 $$