第一章 第一节 第1课时 能层与能级 基态与激发态 原子光谱-【优化探究】2025-2026学年新教材高中化学选择性必修2同步导学案配套PPT课件（人教版）单选

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 优化探究 第一章　原子结构与性质 [课程标准要求]　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。 课时作业　巩固提升 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　　　　　,开启了用原子结构解释　　　　 　　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　　　　　事实为依据的完整的 　　　　　。  构造原理 元素周期律 原子光谱 构造原理 1.能层 (1)划分依据 根据　　　不同,将核外电子分为不同的能层。  (2)表示方法:电子的能层由内向外排序,表示为 能层序号 一 二 三 四 五 六 七 能层符号 ____ ____ ____ ____ ____ ____ ____ 能量 K L M N O P Q (3)能层间的能量高低顺序 能层越高,电子的能量越　　,能量的高低顺序为 　  　 。  (4)能层序号、能层数(n)以及所能容纳的最多电子数如下: 规律:每一能层上所能容纳的最多电子数=　　　(n为电子的能层数)。  能层序号 一 二 三 四 五 六 七 能层数(n) 1 2 3 4 5 6 7 最多电子数 ___ ___ ___ ___ ___ ___ ___ 高 E(K)<E(L)<E(M)<E(N)<E(O)<E(P)<E(Q) 2 8 18 32 50 72 98 2n2 2.能级 (1)划分依据:多电子原子中,同一能层的电子根据　　　不同,将它们分为不同能级。  (2)表示方法:　　、　　、　　、　　……  某一能层内每一能级用相应能层的序数(n)和字母s、p、d、f……组合在一起来表示,如ns、np、nd、nf…… (3)同一能层不同能级的能量高低顺序 n能层的能级按能量由低到高的顺序为　　　　　　　　　　　……  能量 s p d f E(ns)<E(np)<E(nd)<E(nf) (4)能层、能级与所能容纳的最多电子数 能层 符号 K L M N O P Q …… 能层 数(n) 1 2 3 4 5 6 7 …… 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 …… …… …… …… 规律: ①每一能层内的能级数=该能层　　　。即第一能层只有1个能级,表示为　　　,第二能层有2个能级,表示为 　　　　　,第三能层有 　　个能级,表示为 　　　 　　　,依次类推。  特别提醒　原子核外没有1p、2d、3f等能级。 ②任一能层的能级总是从　　能级开始。  ③s、p、d、f……各能级能容纳的最多电子数依次为自然数中的奇数序列1,3,5,7…的　　倍。  序数 1s 2s和2p 3 3s、3p和3d s 2 1.原子核外存在1p、2d、3f等能级。(　　) 2.各能级最多可容纳的电子数按ns、np、nd、nf……的顺序依次为自然数中的奇数序列1,3,5,7…的2倍。(　　) 3.4s、4p、4d、4f能级的能量的高低顺序为E(4s)<E(4p)<E(4d)<E(4f)。 (　　) × √ √ 1.按照能量由低到高的顺序为下列能级的能量排序: (1)E(1s)、E(2s)、E(3s)、E(4s):　 。  (2)E(ns)、E(np)、E(nd)、E(nf):　 。  2.(1)以ns、np、nd、nf为符号的能级分别最多可容纳的电子数为 　　　　　、　　　　　、　　　　　、　　　　　。  (2)3d、4d、5d能级所能容纳的最多电子数分别为　　　　　、 　　　　　、　　　　　。  E(1s)<E(2s)<E(3s)<E(4s) E(ns)<E(np)<E(nd)<E(nf) 2 6 10 14 10 10 10 3.第四能层内含有的能级分别为　　　　　　　　(按能量由低到高填写能级符号),每个能级上最多可容纳的电子数分别为　　　　　　　　　,该能层最多容纳的电子数为　 。  4s、4p、4d、4f 2、6、10、14 32 4.溴是海洋资源中的重要元素,研究溴的结构具有重要意义,请回答下列问题: (1)溴在元素周期表中的位置是　 。  (2)溴原子有　　　　　个能层,分别为　　　　　　　　　　(用相应的符号表示)。  (3)溴原子的最外电子层有　　　　　个能级,能量最高的能级符号为 　　　　　。  第四周期第ⅦA族 4 K、L、M、N 4 4f (2)能层即电子层,一共有4个,分别是K、L、M、N。(3)溴原子的核外共有4个能层,根据能级数等于能层序数,所以溴原子的最外电子层有4个能级,能量最高的能级符号为4f。 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　　　 　　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。  最低能量 吸收 较高 (3)基态、激发态原子相互间转化的能量变化 较高 特别提醒　光(辐射)是电子跃迁释放能量的重要形式。 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　　　 　　或　　　　　,总称原子光谱。  吸收光谱 发射光谱 (2)成因及分类 吸收光谱 发射光谱 特别提醒　发射光谱的谱线为明线,吸收光谱的谱线为暗线。 (3)原子光谱的应用 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。  ①发现新元素:许多元素是通过原子光谱发现的,如铯(1860年)和铷(1861年),其光谱图中有特征的蓝光和红光。又如1868年科学家们通过分析太阳光谱发现了稀有气体氦。 ②检验元素: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,该过程中可能伴随化学变化。 特征谱线 ③其他应用:原子光谱在生产、生活中也有许多应用,比如焰火、霓虹灯光、激光、荧光、LED灯光等可见光都与原子核外电子跃迁　 　　(填 “释放”或“吸收”)能量有关。  释放 1.光(辐射)是电子跃迁释放能量的重要形式。(　　) 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。(　　) √ × √ × √ × 1.以下现象与核外电子的跃迁有关的是(　　) ①霓虹灯发出有色光　②棱镜分光　③激光器产生激光　④LED灯发光　⑤凸透镜聚光　⑥燃放的焰火在夜空中呈现五彩缤纷的礼花　⑦日光灯通电发光　⑧冷却结晶　⑨白炽灯泡发光　⑩金属钠变成Na+ A.①③⑥⑦　　　　　　 B.②④⑤⑧ C.①③④⑥⑦⑨ D.①②③⑤⑥⑦ C ①霓虹灯发出有色光、③激光器产生激光、④LED灯发光、⑥燃放的焰火在夜空中呈现五彩缤纷的礼花、⑦日光灯通电发光、⑨白炽灯泡发光均与电子跃迁有关,即电子在一定条件下吸收能量跃迁到较高能级,产生吸收光谱,当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以光的形式释放能量,产生发射光谱,符合题意;②棱镜分光的原理是不同波长的光在玻璃中的折射率不同,与电子跃迁无关,不符合题意;⑤凸透镜聚光是由光的折射形成的,与电子跃迁无关,不符合题意;⑧冷却结晶是由于温度降低,溶质的溶解度减小,溶质从溶液中结晶析出,与电子跃迁无关,不符合题意;⑩金属钠失去电子变成Na+,与电子跃迁无关,不符合题意;故与核外电子跃迁有关的是①③④⑥⑦⑨,C正确。 2.燃放烟花时,发出的焰火的焰色属于　　　　　(填“吸收光谱”或“发射光谱”),一种元素产生其特征焰色的原理是__________________________ ______________________________________________________________ _________________________________________________________________________________。  发射光谱 光(辐射)是电子跃迁释放能量的重要形式,元素的基态原子吸收能量,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 3.焰色试验是元素分析的重要实验,结合焰色试验回答下列问题: (1)焰色试验产生的焰色的原理是_________________________________ _____________________________________________________________  　 。  (2)有些金属元素的焰色试验看不到焰色的主要原因是_______________ 　 。  (3)焰色试验属于　　　　(填“物理”或“化学”)变化,判断的依据是______ ______________________________________________________________ 　 　 。  金属原子或离子的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,会释放能量,将能量以光的形式表现出来就形成焰色 这些金属元素原子发生电子跃迁时形成的发射光谱不属于可见光 物理 产生焰色的过程中,电子在原子内不同能级间跃迁,不涉及电子的得失,不会造成物质种类的改变,没有新物质生成 4.光谱分析法是现代化学常用的元素分析方法。原子光谱能鉴定元素的原因是________________________________________________________   　 。  在原子光谱中每一种特征谱线都对应着一种特定的元素。利用原子光谱上的这些特征谱线可以鉴定元素 课时作业　巩固提升 2 3 4 5 6 7 8 1 [A组　基础落实] 题组一　能层与能级 1.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能级最多可容纳7个电子 C.无论哪一能层的s能级容纳的最多电子数均为2 D.任一能层都有s、p能级,但不一定有d能级 9 10 11 12 13 14 C A项,M能层有s、p、d共3个能级,最多容纳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;C项,每个能层都从s能级开始,且s能级最多容纳2个电子;D项,K能层只有s能级,没有p能级。 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 12 13 14 2.某一能层上nd能级最多可容纳的电子数为(　　) A.6 B.10 C.14 D.15 能级按照s、p、d、f……的顺序,最多可容纳的电子数依次为自然数中的奇数序列1,3,5,7…的2倍,所以nd能级最多可容纳的电子数为2×5=10。 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 12 13 14 B 3.若能层序数n=3,则下列能级符号错误的是(　　) A.ns B.np C.nd D.nf 每一能层含有的能级数与其能层序数相等,当能层序数n=3时,则有3s、 3p、3d能级,不存在3f能级,从n=4时开始出现f能级,故选D。 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 12 13 14 D 4.下列说法错误的是(　　) A.某原子K层上只有一个电子 B.某离子M层和L层上的电子数均为K层的4倍 C.某原子M层上的电子数为L层电子数的4倍 D.存在核电荷数与最外层电子数相等的离子 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 12 13 14 C 氢原子K层上只有一个电子,A正确;Cl-、K+等M层和L层上的电子数均为K层的4倍,B正确;原子核外已有M层,则L层为全排满,即8个电子,这样M层就有32个电子,而M层为第三能层,最多可容纳的电子数为18个,故不可能, C错误;O2-的核电荷数为8,最外层电子数也为8,D正确。 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 12 13 14 5.下列能级符号表示正确且容纳的最多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 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 12 13 14 A K层只有1个能级,为1s,最多容纳2个电子;L层有2个能级,分别为2s、2p,2p最多容纳6个电子;从M层开始有d能级,3d能级最多容纳10个电子,故A正确;s能级均最多容纳2个电子,故B错误;L层没有2d能级,故C错误;从N层开始有f能级,即4f,第三能层没有f能级,故D错误。 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 12 13 14 题组二　基态与激发态　原子光谱 6.下列关于同一种原子的基态和激发态的说法正确的是(　　) 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 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 12 13 14 C 同一原子处于激发态时能量较高,较不稳定,A、B不正确;原子光谱分为吸收光谱和发射光谱,电子从基态跃迁到激发态时,也会产生原子光谱,D不正确。 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 12 13 14 7.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 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。 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 12 13 14 B 8.下列有关光谱的说法不正确的是(　　) A.原子中的电子在跃迁时能量的表现形式之一是光,这也是原子光谱产生的原因 B.电子由低能级跃迁至较高能级时,可通过光谱仪直接摄取原子的发射光谱 C.燃放的焰火在夜空中呈现五彩缤纷的礼花与原子核外电子的跃迁有关 D.通过光谱分析可以鉴定某些元素 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 12 13 14 B 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,A正确;电子由低能级跃迁至较高能级时,要吸收能量,光谱仪摄取的是吸收光谱,B错误;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, D正确。 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 12 13 14 [B组　培优训练] 9.下列关于能层和能级的说法正确的是(　　) A.原子核外每一能层可容纳的最多电子数为n2(n为能层序数) B.能层序数较大的能级,能量不一定较高 C.同一原子中,1s、2s、3s电子的能量逐渐减小 D.同一原子中,2p、3p、4p所能容纳的最多电子数逐渐增多 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 12 13 14 B 原子核外每一能层可容纳的最多电子数为2n2(n为能层序数),A错误;同一原子中,不同能层的s能级,能层序数越大,其能量越高,即能量: E(1s)<E(2s)<E(3s),C错误;同一原子中,2p、3p、4p所能容纳的最多电子数都为6个,D错误。 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 12 13 14 10.对焰色试验的描述正确的是(　　) A.焰色试验只是金属单质特有的性质 B.焰色试验是化学变化 C.焰色试验是金属原子从基态跃迁到激发态时,将能量以光的形式表现出来 D.焰色试验是金属原子或离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,将能量以光的形式表现出来的现象 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 12 13 14 D 焰色试验是大多数金属元素的性质,是物理变化。 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 12 13 14 11.下列现象或应用与基态钠原子的电子跃迁无关的是(　　) 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 熔融NaCl导电,是因为存在自由移动的离子,与电子跃迁无关,故B符合题意。 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 12 13 14 B 12.W、X、Y、Z均为短周期主族元素,原子序数依次增大,且原子核外L电子层的电子数分别为0、5、8、8,它们的最外层电子数之和为18。下列说法正确的是(　　) A.X和Y元素原子核外均有3个能级 B.W元素原子核外只有1个电子 C.Z元素原子的M层上有3个能级,有6个电子 D.X、Y、Z元素形成的简单离子具有相同的电子层结构 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 12 13 14 B 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 由题分析可知W、X、Y、Z元素分别为H、N、P、Cl元素。W(H)元素原子核外只有1个电子,B正确;Z(Cl)元素原子的M层有3s、3p、3d共3个能级,其中3s能级有2个电子,3p能级有5个电子,C错误;X(N)、Y(P)、Z(Cl)元素形成的简单离子分别为N3-、P3-和Cl-,其中P3-和Cl-具有相同的电子层结构,D错误。 11 12 13 14 13.(1)用符号填写能层所含能级种类: K层:　　　　　;L层:　　　　　;  M层:　　　 　　;N层:　　　 　　。  (2)用数字填写能级所能容纳的最多电子数目: s:　　　　　;p:　　　　　;d:　　　　　;f:　　　　　。 (1)各能层含有的能级数与能层序数相等,故K层:1s;L层:2s、2p;M层:3s、 3p、3d;N层:4s、4p、4d、4f。 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 12 13 14 1s 2s、2p 3s、3p、3d 4s、4p、4d、4f 2 6 10 14 (3)比较下列能级的能量高低(填“<”“=”或“>”)。 ①E(4s)　　　　　E(3s)　　　　　E(2s)　  E(1s); ②E(4f)　　　　　E(4d)　　　　　E(4p)　  E(4s)。 (3)在原子核外电子排布中,各能级能量高低顺序为①不同能层的s能级,能 层序数越大,能级能量越高,则E(1s)<E(2s)<E(3s)<E(4s);②相同能层而不 同能级的能量高低顺序为E(ns)<E(np)<E(nd)<E(nf)……所以 E(4f)>E(4d)>E(4p)>E(4s)。 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 12 13 14 > > > > > > 14.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。 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 12 13 14 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 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 12 13 14 元素 相关信息 C 植物生长三要素之一,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 E 它是人体不可缺少的微量元素,其单质也是日常生产和生活中不可缺少的金属原材料,常用于制造桥梁、楼房等 根据上述信息填空: (1)B元素的基态原子含有　　　　　个能层,其中第二能层中含有的能级 为　　　　　;D的原子结构示意图:　　　　　　　　　　。  2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 12 13 14 2 2s和2p (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2s、2p两个能级;氮、磷、钾是植物生长三要素,N2O俗名“笑气”,是早期医疗中使用的麻醉剂,所以C为氮元素;硫熔点低,加热易熔化,在氧气中燃烧发出明亮的蓝紫色火焰,所以D为硫元素;日常生产和生活中常用的金属是铁、铜和铝,其中只有铁是人体不可缺少的微量元素,所以E为铁元素。 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 12 13 14 (2)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: 　 。  (2)氮和氢形成的原子个数比为1∶2的化合物为N2H4,氮和氧形成的原子 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N2和H2O。 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 12 13 14 2N2H4+N2O43N2+4H2O (3)某矿藏主要含D、E两种元素组成的化合物,它在空气中高温条件下生成一种有刺激性气味的气体和一种红色氧化物。试写出反应的化学方程 式: 　 。  (3)工业上一般以黄铁矿(其主要成分是FeS2)为原料制备硫酸,其第一阶段的主要反应是煅烧黄铁矿,反应的化学方程式为4FeS2+11O22Fe2O3+8SO2。 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 12 13 14 4FeS2+11O22Fe2O3+8SO2 $$