第1章 第1节 第1课时 能层与能级 构造原理与电子排布式-【创新教程】2025-2026学年高中化学选择性必修2五维课堂同步课件PPT（人教版2019）

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课后素养提升练 随堂自测夯基础 第一节　原子结构 第1课时　能层与能级　构造原理与电子排布式 课标要点 核心素养 1.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 2.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 3.结合构造原理形成核外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号元素的电子排布式 1.宏观辨识与微观探析：通过认识原子结构及核外电子排布，辨识微观粒子运动状态不同于宏观物体运动状态 2.证据推理与模型认知：结合原子核外电子排布规律及核外电子排布的原则，建立观点、证据和结论之间的逻辑关系 [知识梳理] [知识点一]　能层与能级 1．能层 根据多电子原子的核外电子的　能量差异　，将核外电子分成不同的能层，能层用n表示。n值越大，能量越　高　。 2．能级 (1)根据多电子原子中同一能层电子　能量　的不同，将它们分成不同能级。 (2)能级用相应能层的序数和字母s、p、d、f……组合在一起来表示，如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)能层序数　等于　该能层所包含的能级数，如第三能层有能级　3s、3p、3d　。 (4)s、p、d、f能级可容纳的电子数为1、3、5、7的　二　倍。 3．能层、能级与其容纳的最多电子数之间的关系 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　 … … … …… 容纳最多电子数 2 2 6 2 6 10 2 6 10 14 2 … … … …… 2　 8　 18　　 32 …… … … 2n2 [知识点二]　基态与激发态　原子光谱　 1．基态与激发态 (1)基态原子：处于　最低能量　的原子。 (2)激发态原子：基态原子的电子　吸收　能量后，电子跃迁到　较高　能级，变成激发态原子。 2．原子光谱 (1)光谱的成因与分类 (2)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。 (3)光谱分析的应用：　鉴定元素　。 [知识点三]　构造原理与电子排布式　 1．构造原理 随着原子核电荷数的递增，原子核每增加一个质子，原子核外便增加一个电子，这个电子大多是按如图所示的能级顺序填充的，填满一个能级再填一个能级。 2．电子排布式 将能级上所容纳的电子数标在该能级符号的　右上　角，并按照　能层　从左到右的顺序排列的式子，称为电子排布式。 (1)简单原子的电子排布式 按照构造原理将电子依次填充到能量逐渐升高的能级中。如：6C：　1s22s22p2　；10Ne：　1s22s22p6　；17Cl：　1s22s22p63s23p5　；19K：　1s22s22p63s23p64s1　。 (2)复杂原子的电子排布式 对于较复杂原子的电子排布式，应选按构造原理从低到高排列，然后将同能层的能级移到一起。 如26Fe，先排列为1s22s22p63s23p64s23d6，然后将同一能层的能级排到一起，即该原子的电子排布式为　1s22s22p63s23p63d64s2　。 (3)简化电子排布式 如K：1s22s22p63s23p64s1，其简化电子排布式可表示为[Ar]4s1，其中[Ar]代表Ar的核外电子排布式，即1s22s22p63s23p6。再如Fe的简化电子排布式为　[Ar]3d64s2　。 [自我评价] 1．[判一判](对的在括号内打“√”，错的在括号内打“×”) (1)能层就是电子层。(√) (2)不同能层，s能级的能量相同。(×) (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1、3、5、7…的2倍。(√) (5)第二能层(L)上有s、p、d、f四个能级。(×) 提示：×。第二能层上只有s、p两种能级。 (6)同一个原子中不同能层上的s能级的能量都相等。(×) 提示：×。不同能层上的s能级，能层数(n)越大，离原子核越远，能量越高，如E(1s)＜E(2s)＜E(3s)＜…… (7)同一能层中，各能级之间的能量大小关系是s＜p＜d＜f……(√) 提示：√。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。 2．[想一想] 美丽的焰火、绚丽的阳光、美轮美奂的霓虹灯等都给我们带来了极大的美感。 美丽的焰火跟原子结构有何关系？钠、钾、铜的焰色试验分别是什么颜色？ 提示：美丽的焰火即为焰色试验，与核外电子发生跃迁有关；钠、钾、铜的焰色试验分别为黄色、紫色和绿色。 3．[练一练] 写出下列原子或离子的电子排布式： ①8O：　1s22s22p4　； ②19K：　1s22s22p63s23p64s1　；可简写为　[Ar]4s1　； ③17Cl：　1s22s22p63s23p5　；可简写为　[Ne]3s23p5　； ④16S2－：　1s22s22p63s23p6　。 　　　　能量与能层、能级、构造原理的关系 [情境素材] 玻尔原子模型(又称分层模型)：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，电子的排布遵循构造原理。 1．构造原理 2．能层与能级中的能量关系 [思考探究] (1)决定电子能量高低的因素有哪些？ 提示：①能层：能级符号相同时，能层序数越大，电子能量越高；②能级：在同一能层的不同能级中，s、p、d、f能级的能量依次升高；③在多电子原子中会发生能级交错现象。 (2)多电子原子中，不同能级能量高低有什么关系？1s与3d、3s与3d的能量高低如何？ 提示：相同能层上不同能级能量的高低为ns＜np＜nd＜nf；不同能层上符号相同的能级能量的高低为1s＜2s＜3s＜4s。1s＜3d；3s＜3d。 [核心突破] 构造原理是指电子进入能级的排布顺序，即；1s－2s－2p－3s－3p－4s－3d－4p－5s－4d－5p－6s－4f－5d－6p－7s－5f－6d－7p。先排电子的能级能量低，后排电子的能级能量高。注意能级交错现象。 [典例示范] [典例1]　比较下列能级的能量大小关系(填“＞”“＝”或“＜”)： (1)2s　________　4s；(2)3p　________　3d； (3)3d　________　4s；(4)4d　________　5d； (5)2p　________　3s；(6)4d　________　5f。 [思维建模]　解析有关电子排布能级顺序问题的思维流程如下：能层高的能级能量高→同能层能级能量s＜p＜d＜f→符合构造原理ns＜(n－2)f＜(n－1)d＜np→注意能级交错现象。 [解析]　由构造原理可知：①同一能层的能级能量高低顺序为ns＜np＜nd＜nf；②不同能层之间，能量会产生能级交错现象，即能层序数大的能级，其能量不一定高，如3d能级具有的能量就高于4s能级所具有的能量。 [答案]　(1)＜　(2)＜　(3)＞　(4)＜　(5)＜　(6)＜ [学以致用] 1．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表示某能级的能量，以下各式中能量高低顺序正确的是(　　) 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：B　[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、4d、5p……所以A项和D项的正确顺序为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，即E(4s)＞E(3s)＞E(2s)＞E(1s)，C项错误。] 　　电子排布式的书写 [情境素材] 查阅元素周期表可知Cr的电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s1，Cu的电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s1。 [思考探究] (1)分析Cr、Cu的电子排布式，思考电子排布式的书写顺序与核外电子填充顺序一定相同吗？ 提示：不一定相同，电子排布式的书写按电子层由里到外和s、p、d顺序，而核外电子填充顺序是按构造原理。过渡元素电子排布式的书写与电子填充顺序不一致。 (2)所有元素的原子核外电子排布都符合构造原理吗？ 提示：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。 (3)元素周期表中钠的电子排布式写成[Ne]3s1，方括号里的符号是什么意义？模仿写出8号、14号、26号元素简化的电子排布式。 提示：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。 [核心突破] 1．基态原子的核外电子排布 (1)绝大多数元素的原子核外电子的排布顺序遵循构造原理。 (2)“能级交错”现象：当出现d轨道时，电子按ns、(n－1)d、np的顺序在原子轨道上排布；当出现f轨道时，电子按ns、(n－2)f、(n－1)d、np的顺序在原子轨道上排布。从第三能层开始，各能级不完全遵循能层顺序，产生了能级交错排列，即产生“能级交错”现象。 2．电子排布式书写 (1)“三步法”书写电子排布式 构造原理是书写基态原子电子排布式的依据。 第一步：按照构造原理写出电子填入能级的顺序，1s→2s→2p→3s→3p→4s→3d→4p→5s→4d→5p→6s…… 第二步：根据各能级容纳的电子数填充电子。 第三步：去掉空能级，并按照能层顺序排列即可得到电子排布式。 (2)简化的电子排布式 将电子排布式中的内层电子排布用相应的稀有气体元素符号加方括号来表示而得到的式子称为简化的电子排布式。如氮、钠、钙的简化电子排布式分别为[He]2s22p3、[Ne]3s1、[Ar]4s2。 (3)特例：Cr：[Ar]3d54s1、Cu：[Ar]3d104s1。 3．离子的电子排布式书写 基态原子转化为相应离子时的一般规律：原子失去电子时总是先失去最外层电子，然后失去次外层电子，之后是倒数第三层电子……对于主族元素的原子来说，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能层未填满的能级上。如Fe位于第四周期第Ⅷ族，其原子的核外电子排布式为[Ar]3d64s2，Fe2＋的核外电子排布式为[Ar]3d6，Fe3＋的核外电子排布式为[Ar]3d5。 [典例示范] [典例2]　下列各原子或离子的电子排布式错误的是(　　) A．Mg2＋　1s22s22p6 B．Br　1s22s22p63s23p63d104s24p5 C．O2－　1s22s22p6 D．Cr　1s22s22p63s23p63d44s2 [思维建模]　解析有关电子排布式书写问题的思维流程如下： 确定元素核电荷数(原子序数)→按构造原理逐级排列电子，并写出原子的电子排布式(注意能级交错现象)→若为离子，加上所得电子或减去所失电子。 [解析]　D　[Mg的原子序数为12，离子的核外电子排布式为1s22s22p6，故A正确；35号Br原子电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p5，故B正确；O原子核外有8个电子，O2－核外电子排布式为1s22s22p6，最外层达到8电子稳定结构，故C正确；Cr的d能级处于半充满时稳定，因此核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s1，故D错误。] [学以致用] 2．下列说法或有关化学用语的表达正确的是(　　) A．在基态多电子原子中，p轨道电子能量不一定高于s轨道电子能量 B．核外电子排布由1s22s22p63s1→1s22s22p6的变化释放出能量 C．Ca处于基态的电子排布式为　1s22s22p63s23p64p2 解析：A　[A.在基态多电子原子中，p轨道电子能量不一定高于s轨道电子能量，比如第2电子层的p轨道电子能量高于同一电子层的s轨道电子的能量，但是低于第3电子层的s轨道电子能量，A正确；B.核外电子排布由1s22s22p63s1→1s22s22p6的变化中失去了最外层的电子，需要克服原子核对最外层电子的吸引力，所以需要吸收能量，B错误；C.Ca处于基态的电子排布式为1s22s22p63s23p64s2，C错误；D.氧元素基态原子的电子排布图为，D错误；故选A。] 3．下列原子或离子的核外电子排布式，正确的是(　　) A．16S2－：1s22s22p63s23p4 B．21Sc：1s22s22p63s23p64s23d1 C．18Ar：1s22s22p63s23p6 D．9F：2s22p5 解析：C　[S2－的原子核外共有18个电子，其核外电子排布式为1s22s22p63s23p6，选项A是S原子的核外电子排布式，故A错误；书写电子排布式时，能层低的能级要写在左边，能层高的能级要写在右边，因此21Sc原子的核外电子排布式应为1s22s22p63s23p63d14s2，故B错误；选项D是F的最外层电子(价层电子)排布式，不符合题意。] 书写电子排布式的关键是熟悉构造原理，各能级能量由低到高可记为ns＜(n－2)f＜(n－1)d＜np，最后要把同一能层的不同能级移到一起。 1．电子在一个原子的下列能级中排布时，最后一个排布的是(　　) A．ns　　　　　　 B．np C．(n－1)d D．(n－2)f 解析：B　[根据原子中上述能级的能量高低顺序：ns＜(n－2)f＜(n－1)d＜np，所以最后一个排布的应是能量最高的能级，应为np能级。可见，解此类题，应从构造原理入手，判断出能级的能量高低。电子在排布时应先进入能量低的能级，填满后再进入能量高的能级。] 2．第N能层所含能级数、最多容纳的电子数分别为(　　) A．3、18 B．4、24 C．5、32 D．4、32 解析：D　[每一能层包含的能级数目等于该能层的序数，故第四能层包含s、p、d、f四个能级；每一能层所容纳的最多电子数为2n2，故第四能层所容纳的最多电子数为2×42＝32个。] 3．下列电子排布式是基态原子的电子排布式的是(　　) ①Be：1s22s12p1　②O：1s22s22p4　③He：1s12s1　④Cl：1s22s22p63s23p5 A．①②　B．②③　　C．①③　　D．②④ 解析：D　[①Be：1s22s12p1是激发态，2s能量低于2p，故错误；②O：1s22s22p4符合能量最低原理，故正确；③He：1s12s1是激发态，1s能量低于2s，故错误；④Cl：1s22s22p63s23p5符合能量最低原理，故正确。] 4．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：A　[解答该题的关键是明确基态原子与激发态原子的相互转化及其转化过程中的能量变化及现象。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，这一过程要吸收能量，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。] 5．根据构造原理写出下列基态原子或离子的核外电子排布式。 (1)A元素原子核外M层电子数是L层电子数的一半：　________　。 (2)B元素原子的最外层电子数是次外层电子数的1.5倍：　________　。 (3)基态Ni2＋、Fe3＋、N3－的电子排布式分别为　________　、　________　、　________　。 解析：(1)L层有8个电子，则M层有4个电子，故A为硅，(2)当次外层为K层时，最外层电子数则为3，则B为硼；当次外层为L层时，最外层电子数为1.5×8＝12，违背了排布规律，故不可能。 (3)Ni的原子序数为28，根据构造原理，基态Ni原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d84s2，故Ni2＋的电子排布式为1s22s22p63s23p63d8；基态Fe原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2，故Fe3＋的电子排布式为1s22s22p63s23p63d5；氮原子序数为7，基态氮原子的电子排布式为1s22s22p3，故N3－的电子排布式为1s22s22p6。 答案：(1)1s22s22p63s23p2　(2)1s22s22p1 (3)[Ar]3d8　[Ar]3d5　1s22s22p6 [课堂小结] $$