1.1 第1课时 能层与能级 基态与激发态 原子光谱 构造原理与电子排布式(教用Word)-【赢在微点·轻松课堂】2024-2025学年高中化学选择性必修2（人教版，单选）

▶导语: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的最小粒子。随着人类对原子结构和元素性质认识的不断深入,科学家基于新的证据建立新的模型,采用多种方法揭示了原子结构的特征和核外电子的运动规律,分析了元素性质(如原子半径、电离能和电负性)的递变规律,开启了对物质微观结构与性质关系的研究之门。 要点概括与学法引导 通过构建模型认识原子结构与核外电子的排布规律,熟练掌握电子排布式、电子排布图等基本化学用语的书写。 通过原子结构的周期性变化理解元素周期表的分区;从原子结构角度理解原子半径、第一电离能、电负性及其周期性变化的原因,形成结构决定性质的认知模型。 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 构造原理与电子排布式 新课程标准 核心素养 1.知道基态与激发态,知道原子核外电子在一定条件下会发生跃迁产生原子光谱。 2.了解原子结构的构造原理。 3.知道原子核外电子的能级分布,能用基态原子电子排布式表示常见元素(1~36号)原子核外电子的排布。 1.宏观辨识与微观探析: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,理解核外电子的排布规律,通过微观上对核外电子排布规律的分析,理解基态与激发态的含义与关系,能辨识光谱与电子跃迁之间的关系。 2.证据推理与模型认知:结合构造原理形成基态原子电子排布式书写的思维模型,并能根据思维模型熟练书写1~36号元素基态原子的电子排布式。 3.科学态度与社会责任:通过对原子模型演变过程的学习,使学生了解假说、模型等科学研究方法和过程,培养他们的科学态度和社会责任感。 课前预习新知 　 知|识|梳|理 知识点一 能层与能级 1.能层。 (1)含义:核外电子按能量不同分成能层。电子的能层由内向外排序,分别用K、L、M、N、O、P、Q表示,其中每个能层最多容纳的电子数为2n2个(其中能层序数用n表示)。 (2)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)含义:同一能层电子的能量不同,将它们分为不同的能级。分别用相应能层的序数和字母s、p、d、f表示,如第3能层的s能级可表示为3s。任一能层的能级总是从s能级开始。 (2)同一能层不同能级的能量顺序:E(ns)<E(np)<E(nd)<E(nf)……。 (3)各能级最多容纳的电子数。 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 …… 微思考 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)……。 2.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能级所容纳的最多电子数是否相同? 提示:最多容纳的电子数为s能级:2,p能级:6,d能级:10,f能级:14;3d、4d、5d能级所容纳的最多电子数相同。 3.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。 微判断(正确的画“√”,错误的画“×”) 1.2d表示L层上的d能级。 (×) 2.同一原子中,1s、2s、3s电子的能量逐渐减小。 (×) 3.s能级的能量一定比p能级的能量低。 (×) 4.各能级最多可容纳的电子数按s、p、d、f……的顺序依次为自然数中的奇数序列1、3、5、7…的2倍。 (√) 5.4s、4p、4d、4f能级的能量的高低顺序为E(4s)<E(4p)<E(4d)<E(4f)。 (√) 知识点二 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,它的电子跃迁到较高能级,变为激发态原子。 (3)基态、激发态相互转化的能量变化。 基态原子激发态原子 2.原子光谱与光谱分析。 (1)原子光谱。 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。 微思考 1.许多金属元素都可以发生焰色试验,请用原子结构的知识解释其原因。 提示:基态原子吸收能量,电子从基态跃迁到激发态后,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。 2.金属元素的焰色试验属于吸收光谱还是发射光谱? 提示:光(辐射)是电子跃迁释放能量的重要形式之一,焰色试验属于发射光谱。 微判断(正确的画“√”,错误的画“×”) 1.光(辐射)是电子跃迁释放能量的重要形式之一。 (√) 2.霓虹灯光、激光、荧光都与原子核外电子跃迁吸收能量有关。 (×) 3.产生激光的前提是原子要处于激发态。 (√) 4.电子跃迁时只吸收能量。 (×) 5.同一原子处于激发态时的能量一定高于基态时的能量。 (√) 6.激发态原子的能量较高,极易失去电子,表现出较强的还原性。 (×) 知识点三 构造原理与电子排布式 1.构造原理。 (1)含义。 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。 (2)示意图。 2.电子排布式。 将能级上所容纳的电子数标在该能级符号右上角,并按照能层从左到右的顺序排列的式子叫电子排布式。 如氮原子的电子排布式为 3.简化电子排布式。 Na的电子排布式为1s22s22p63s1,可简化为[Ne]3s1,Na的内层电子排布与稀有气体元素Ne的核外电子排布相同。 4.能级交错。 构造原理显示,随核电荷数递增,电子并不总是填满一个能层后再开始填入下一个能层的。电子是按3p→4s→3d的顺序而不是按3p→3d→4s的顺序填充的,这种现象被称为能级交错。 5.价层电子排布式。 为突出化合价与电子排布的关系,将在化学反应中可能发生电子变动的能级称为价电子层(简称价层)。如:Ni的简化电子排布式为[Ar]3d84s2,价层电子排布为3d84s2。 微判断(正确的画“√”,错误的画“×”) 1.O:1s22s22p4。 (√) 2.Na:1s22s22p63s1。 (√) 3.Cl:1s22s22p63s23p5。 (√) 4.Cr:最后两个能级的电子排布为3d44s2。 (×) 课堂互动探究 　 探究一 能层和能级 1.能层与能级的四个数量关系。 (1)任一能层,能级数=能层序数,且总是从s能级开始。 (2)各能级最多容纳的电子数为以s、p、d、f……排序的自然数1、3、5、7…的2倍。 (3)每一能层中最多容纳的电子数为2n2(n代表能层序数)。 (4)不同能层中符号相同的能级所容纳的最多电子数相同。 2.能层中各能级的能量关系。 (1)能层或能级的能量关系。 (2)不同能层不同能级的能量高低顺序(存在能级交错)ns<(n-2)f<(n-1)d<np。 【例1】　下列有关认识正确的是 (　　) A.各能层的能级数按K、L、M、N分别为1、2、3、4 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 解析　各能层中的能级数等于其所处的能层序数,即当n=1时,它只有一个s能级,当n=2时,有两个能级分别为s、p能级,所以B、C两项都不正确;D项中每个能层最多能容纳2n2个电子,但不是一定含有2n2个电子。 答案　A 【变式训练】 1.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能级电子能量一定高于s能级电子能量 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 解析　第三能层有s、p、d 3个能级,A项错误;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项错误;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项错误;s能级最多容纳的电子数为2,D项正确。 答案　D 探究二 基态与激发态、原子光谱 1.电子跃迁的能量变化与可见光现象。 激发态原子不稳定,电子从能量较高的激发态跃迁到能量较低的激发态乃至基态时,将释放能量。光(辐射)是电子释放能量的重要形式之一。霓虹灯光、激光、焰火等可见光都与原子核外电子发生跃迁释放能量有关。 2.金属元素的焰色试验的成因。 金属原子中,核外电子按一定能级顺序排列,能级离核越远,能量越高。灼(燃)烧时,能量较低的基态电子吸收能量而发生跃迁,从基态变为激发态。随即电子又从能量较高的激发态跃迁到能量较低的激发态乃至基态,便以光(辐射)的形式释放能量,形成不同的焰色。 3.光谱分析。 在现代化学中,利用原子光谱上的特征谱线来鉴定元素的分析方法称为光谱分析。 【例2】　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　霓虹灯之所以能发光,是因为电子吸收能量后跃迁到能量较高的能级,能量较高能级上的电子会很快以光的形式释放能量而跃迁回能量较低的能级。 答案　A 【变式训练】 2.下列说法正确的是 (　　) A.自然界中的所有原子都处于基态 B.同一原子处于激发态时的能量一定高于基态时的能量 C.无论原子种类是否相同,基态原子的能量总是低于激发态原子的能量 D.激发态原子的能量较高,极易失去电子,表现出较强的还原性 解析　自然界中存在放射性元素,其原子处于激发态,故A项错误;基态原子吸收能量变为激发态原子,所以激发态原子能量大于基态原子能量,故B项正确;基态原子吸收不同的能量变为不同的激发态原子,只有相同原子基态原子的能量总是低于激发态原子的能量,故C项错误;激发态原子的能量较高,是指其电子易跃迁到能量较低的轨道里,但不一定易失去,不一定表现出较强的还原性,故D项错误。 答案　B 探究三 依据构造原理书写电子排布式 1.构造原理。 (1)依据构造原理,绝大多数基态原子核外电子的排布都遵循:1s→2s→2p→3s→3p→4s→3d→4p→5s……但部分过渡金属元素基态原子的电子排布不符合构造原理。如Cr和Cu的最后两个能级的电子排布式分别为3d54s1和3d104s1。 (2)“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,各能级能量高低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4s<3d这一能级交错现象。 2.电子排布式中各符号的含义(以Al原子为例)。 3.电子排布式的书写。 (1)“三步法”书写一般电子排布式。 (2)简化电子排布式。 将电子排布式中内层电子达到稀有气体元素原子结构的部分用相应的稀有气体元素符号外加方括号表示的式子称为简化电子排布式。如钠、铁、砷的简化电子排布式分别为[Ne]3s1、[Ar]3d64s2、[Ar]3d104s24p3。 (3)离子核外电子排布式的书写。 先写出原子的电子排布式,再根据得失电子情况进行调整。对于主族元素的原子来说,原子失去电子时,一般只失去最外层电子,而过渡元素的原子可能还会进一步失去内层电子;原子得到电子时,一般总是填充到最外层未填满的能级上。如 【例3】　根据构造原理,写出下列基态原子的核外电子排布式和简化电子排布式。 (1)8O: 　; (2)14Si: 　; (3)18Ar: 　; (4)19K: 　; (5)21Sc: 　; (6)26Fe: 　。 答案　(1)1s22s22p4、[He]2s22p4 (2)1s22s22p63s23p2、[Ne]3s23p2 (3)1s22s22p63s23p6、[Ne]3s23p6 (4)1s22s22p63s23p64s1、[Ar]4s1 (5)1s22s22p63s23p63d14s2、[Ar]3d14s2 (6)1s22s22p63s23p63d64s2、[Ar]3d64s2 【变式训练】 3.已知Na的核外电子排布式为1s22s22p63s1,通常可把内层已达稀有气体原子的电子层结构的部分写成“原子实”,如Na的核外电子排布式可写成[Ne]3s1。用“原子实”表示的30号元素锌的原子核外电子排布式正确的是 (　　) A.[Ne]3d104s2 B.[Ar]3d104s24p2 C.[Ar]3d84s24p2 D.[Ar]3d104s2 解析　根据构造原理可知,锌元素原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s2,除3d104s2外,锌原子内层电子的排布与稀有气体原子Ar的电子排布相同,因此锌的核外电子排布式可写为[Ar]3d104s2。 答案　D 随堂达标自测 　 1.下列能级符号不正确的是 (　　) A.6s B.5p C.4d D.3f 解析　f能级至少在第四层及以上,因此不存在3f能级。 答案　D 2.符号为M的能层所含的能级有 (　　) A.2种 B.3种 C.8种 D.18种 解析　M能层包含的能级为3s、3p、3d,共3种。 答案　B 3.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　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。 答案　B 4.构造原理揭示的电子排布能级顺序,实质是各能级能量高低。若以E(nl)表示某能级的能量,以下各式中正确的是 (　　) A.E(5s)>E(4f)>E(4s)>E(3d) B.E(3d)>E(4s)>E(3p)>E(3s) C.E(4s)<E(3s)<E(2s)<E(1s) D.E(5s)>E(4s)>E(4f)>E(3d) 解析　根据构造原理,各能级能量由低到高的顺序为1s、2s、2p、3s、3p、4s、3d、4p、5s……,A、D两项正确顺序应为E(4f)>E(5s)>E(3d)>E(4s);对于不同能层的相同能级,能层序数越大,能量越高,所以C项错误。 答案　B 5.按要求填空: (1)基态B原子的电子排布式为　　　　。  (2)基态N原子的价层电子排布式为　　　。  (3)Se的原子序数为　　　　,其核外M层电子的排布式为　　　　。  (4)Li3N晶体中氮以N3-存在,基态N3-的电子排布式为　　　　。  (5)写出基态镓(Ga)原子的电子排布式:　　　　　　　　　　　　。  解析　B的核外有5个电子,其基态原子电子排布式为1s22s22p1或[He]2s22p1。N原子最外层有5个电子,最高能层为2,价层电子排布式为2s22p3。Se与O同主族,原子序数为34,N能层上有6个电子,故其M层排满,M层电子排布式为3s23p63d10。N原子基态电子排布式为1s22s22p3,N原子得到3个电子所得N3-的基态电子排布式为1s22s22p6。Ga为第四周期第ⅢA族元素,故其原子价层电子排布式为4s24p1,Ga原子电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p1或[Ar]3d104s24p1。 答案　(1)1s22s22p1或[He]2s22p1　(2)2s22p3 (3)34　3s23p63d10　(4)1s22s22p6 (5)1s22s22p63s23p63d104s24p1或[Ar]3d104s24p1 学科网（北京）股份有限公司 $$