第1章 第1节 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)-【金榜题名】2025-2026学年高二化学选择性必修2高中同步学案（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　 原子光谱　构造原理与电子排布式 学习目标 核心素养 1.知道原子核外电子的能层分布、能级的高低顺序及其与能量的关系。 2．基态与激发态以及原子核外电子在一定条件下会发生跃迁，了解其简单应用。 3．了解原子核外电子排布的结构原理，熟记基态原子核外电子在原子轨道上的排列顺序。 4．熟练掌握1～36号元素基态原子核外电子的排布。 1.知道原子核外电子的能级高低顺序，了解原子核外电子排布的构造原理。认识基态原子中核外电子的排布遵循能量最低原理。 2．知道电子可以处于不同的能级，在一定条件下会发生激发与跃迁。 3．能说明微观粒子的运动状态与宏观物体运动特点的差异。 知识点一　能层与能级　基态与激发态　原子光谱 一、能层与能级 1．能层 核外电子按能量不同分成能层。电子的能层由内向外排序。 通常用符号K、L、M、N、O、P、Q……表示，其能量依次升高。 2．能级 多电子原子中，同一能层的电子能量不同，将它们分成不同的能级，通常用ns、np、nd、nf……表示，同一能层各能级的能量顺序为：E(ns)＜E(np)＜E(nd)＜E(nf)…… 3．能层、能级中所容纳的电子数 能层 K L M N O …… 能级 1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s 4p 4d 4f 5s 5p …… …… 最多电 子数 2 2 6 2 6 10 2 6 10 14 2 6 …… …… 2 8 18 32 …… …… 二、基态与激发态　原子光谱 1．基态原子与激发态原子 光(辐射)是电子跃迁释放能量的重要形式之一。 2．光谱与光谱分析 (1)原子光谱：不同元素的原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：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。 (3)光谱分析的应用——鉴定元素。 1．符号为K的能层最多能容纳的电子数为(　　) A．2　　　　　　　　　　 B．32 C．50 D．72 [答案]　A 2．下列关于同一原子中的基态和激发态说法中，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过程中吸收能量 D．电子仅从激发态跃迁到基态时才会产生原子光谱 [答案]　C 1．一个能层的能级数与能层序数(n)间存在什么关系？ [提示]　相等。 2．原子核外电子的每一个能层最多可容纳的电子数与能层序数(n)间存在什么关系？ [提示]　各层最多容纳的电子数为2n2。 3．以s能级为例，不同能层的s能级间能量有何关系？同一能层，不同能级间能量有何关系？ [提示]　1s＜2s＜3s＜4s……　ns＜np＜nd＜nf＜…… [归纳提升] 能层与能级的关系 1．能层与能级类似楼层与阶梯之间的关系，就好比能层是楼层，能级是阶梯，如图所示。 2．能层、能级中的数量关系 (1)任一能层，能级数＝能层序数，且总是从s能级开始。 (2)以s、p、d、f……排序的各能级最多容纳的电子数依次为1、3、5、7……的二倍。 (3)每个能层最多可容纳的电子数是能层序数的平方的二倍，即2n2。 (4)能级符号相同的不同能级中所容纳的最多电子数相同。 3．能层、能级中的能量关系 1．下列有关认识正确的是(　　) A．各能级最多能容纳电子数按s、p、d、f的顺序分别为2、6、10、14 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]　各能级最多能容纳电子数按s、p、d、f的顺序分别为2、6、10、14，A正确；各能层的能级不都是从s能级开始至f能级结束，比如第一能层只有s能级，B错误；第一能层：一个能级s；第二能层：二个能级s、p；第三能层：三个能级s、p、d，依次类推，C错误；各能层含有的电子数最多为2n2，D错误。 [答案]　A 2．下列符号不符合事实的是(　　) A．4s2 B．2p3 C．3d8 D．3f14 [解析]　s能级最多排列2个电子、p能级最多排列6个电子、d能级最多排列10个电子，存在4s2、2p3、3d8排布，f能级最多排列14个电子，第三能层没有f能级，至少在第四能层才存在f能级，所以不可能有3f14排布，故选D。 [答案]　D [误区警示]　(1)任一能层，都是从s能级开始，且能级数与能层序数相同，并非都含s～f能级。 (2)每个能层最多容纳电子数是能层序数平方的2倍，但与实际填充的电子数不一定相同。 知识点二　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 (1)概念：将能级上所排布的电子数标注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。 (2)表示方法： 1．下列各原子或离子的电子排布式正确的是(　　) A．Al　1s22s22p63s13p2 B．O　1s22s22p4 C．Na＋　1s22s23p6 D．Si　1s22s22p53s23p3 [解析]　A、C、D违反构造原理，正确写法应为Al：1s22s22p63s23p1、Na＋：1s22s22p6、Si：1s22s22p63s23p2。 [答案]　B 2．下列各项中，前面的能级先填入电子的是(　　) ①3d和4s　　　　　　　 ②4p和5s ③5s和4d ④5p和4d A．①② B．②③ C．②④ D．③④ [解析]　根据构造原理可知电子填入能级的顺序为……4s、3d、4p、5s、4d、5p、6s……从而可以看出②③中前面的能级先填入电子，选B。 [答案]　B 1．基态原子的核外电子排布，总是填满一个能层后再开始填入下一个能层，对吗？ [提示]　不对。 2．铁元素基态原子电子排布式能否写为1s22s22p63s23p64s23d6? [提示]　不对。正确的应为1s22s22p63s23p63d64s2。在书写电子排布式时，能层低的能级要写在左边，而不是按构造原理顺序写。 3．是不是所有基态原子的电子排布都符合构造原理？ [提示]　有些过渡金属元素基态原子电子排布不符合构造原理。如Cr的基态原子电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s1，Cu的基态原子电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s1。 [归纳提升] 构造原理与电子排布式书写 1．构造原理 (1)简易识记图： ns　(n－2)f　(n－1)d　np 7s 　5f 　 6d 7p 6s 　4f 　 5d 6p 5s 　 4d 5p 4s 　 3d 4p 3s 3p 2s 2p 1s (2)实质：构造原理中的电子排布顺序，其实质是各能级的能量高低顺序。 (3)“能级交错”现象：由构造原理可知，核外电子排布的能级顺序为1s、2s、2p、3s、3p、4s、3d、4p、5s、4d、5p、6s、4f、5d、6p、7s……从中可以看出，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。如E(3d)>E(4s)、E(4d)>E(5s)、E(5d)>E(6s)、E(6d)>E(7s)、E(4f)>E(5p)、E(4f)>E(6s)等。 (4)注意： ①构造原理是一个思维模型，是个假想过程，是被理想化了的。 ②构造原理呈现的能级交错源于光谱学事实，是经验的，而不是任何理论推导的结果。 (5)构造原理的特例： 由原子光谱得知有些过渡金属元素基态原子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分别为3d54s1和3d104s1。 2．基态原子和离子电子排布式书写 (1)原子的电子排布式： ①简单原子：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14Si：1s22s22p63s23p2。 ②复杂原子：先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特殊原子：当p、d、f能级处于全空、全充满或半充满状态时，能量相对较低，原子结构较稳定。如24Cr： (2)离子的电子排布式： ①判断该原子变成离子时会得到或失去的电子数。 ②原子失去电子时，总是从能量高的能级失去电子，即失去电子的顺序是由外向里。一般来说，主族元素只失去它们的最外层电子，而副族和第Ⅷ族元素可能还会进一步向里失去内层电子。 ③原子得到电子而形成阴离子，则得到的电子填充在最外一个能层的某一个能级上。 (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。 (4)价电子排布式： 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)。例如，Fe的简化电子排布式为[Ar]3d64s2，价层电子排布式为3d64s2。通常，元素周期表只给出价层电子排布。 1．某种原子的电子排布式为1s22s22p63s23p1，有关该原子的下列说法中正确的是(　　) A．该原子核内有13个中子 B．该原子的简化电子排布式为[He]3s23p1 C．该原子最外层有1个电子 D．该原子第二能层上有8个电子 [解析]　由电子排布式可以看出该原子核外共13个电子，故只能确定核内质子数为13，中子数无法确定，A错误；该原子的简化电子排布式为[Ne]3s23p1，B错误；该原子的最外层电子排布式为3s23p1，故最外层有3个电子，C错误。 [答案]　D 2．(1)某元素的原子序数为33，则： ①此元素原子的电子总数是________； ②有________个能层，________个能级； ③它的基态原子电子排布式为_____________________________________。 (2)写出Si、Ca2＋、Cl－的电子排布式： ①Si：___________________________________________________________； ②Ca2＋：_________________________________________________________； ③Cl－：__________________________________________________________。 [解析]　(1)①核电荷数＝原子序数＝核外电子数，故此原子的核外电子数为33；③依据构造原理，能量高低顺序为4s<3d<4p，则此元素的基态原子电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p3。 [答案]　(1)①33　②4　8 ③1s22s22p63s23p63d104s24p3 (2)①1s22s22p63s23p2　②1s22s22p63s23p6 ③1s22s22p63s23p6 1．下列能级符号书写错误的是(　　) A．4f　　　　　　　　 B．2d C．5s D．3p [解析]　A项，第四能层有4个能级，分别是4s、4p、4d、4f，正确；B项，第二能层含有2个能级，分别是2s、2p，不含d能级，错误；C项，每个能层都有s能级，正确；D项，第三能层含有3个能级，分别是3s、3p、3d，正确。 [答案]　B 2．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．电子的吸收光谱 C．电子体积大小的图像 D．电子的发射光谱 [解析]　能量E(3d)＜E(4p)，故电子由3d能级跃迁至4p能级时，要吸收能量，形成吸收光谱。 [答案]　B 3．下列说法中正确的是(　　) A．s能级的能量一定比p能级低 B．3p2表示第三能层上有2个电子 C．同一原子中，1s、2p、4p能级电子的能量逐渐减小 D．同一原子中，2p、3p、4p能级最多容纳的电子数相等 [解析]　高能层的s能级比低能层的p能级的能量高，A错误；3p2表示3p能级排了2个电子，B错误；同一原子中，1s、2p、4p能级电子的能量逐渐升高，C错误；p能级最多容纳6个电子，D正确。 [答案]　D 4．下列各原子或离子的电子排布式错误的是(　　) A．Na＋：1s22s22p6 B．F：1s22s22p5 C．Cl－：1s22s22p63s23p5 D．Mn：1s22s22p63s23p63d54s2 [解析]　s能级最多容纳2个电子，p能级最多可容纳6个电子；电子总是从能量低的能层、能级开始排列，Cl－应是Cl原子得1个电子形成的稳定结构，所以Cl－的电子排布式应为1s22s22p63s23p6。 [答案]　C 5．按要求填空。 (1)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。 ①A元素原子核外M层电子数是L层电子数的一半：__________________________。 ②B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＋、S2－的电子排布式分别为__________、________。 (2)某元素的最外层电子排布式是4s24p5，则其元素符号为________。 (3)基态Ti2＋中，电子占据的最高的能层符号为__________________________，该能层有________个能级。 (4)写出基态砷原子的电子排布式__________________________，砷位于元素周期中______周期______族。 [解析]　(1)①L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，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。③Ni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；硫原子序数为16，基态硫原子的电子排布式为1s22s22p63s23p4，故S2－的电子排布式为1s22s22p63s23p6。 (2)根据价电子排布式可知该元素有4个电子层，最外层有7个电子，位于元素周期表的第4周期第ⅦA族，为Br元素。 (3)Ti的原子序数为22，基态Ti原子的电子排布式为[Ar]3d24s2，故基态Ti2＋的电子排布式为[Ar]3d2，电子占据的最高能层符号为M，该能层有3s、3p、3d 3个能级。 (4)砷的原子序数为33，基态As原子的电子排布式为[Ar]3d104s24p3，位于第四周期第ⅤA族。 [答案]　(1)①1s22s22p63s23p2 ②1s22s22p1　③1s22s22p63s23p63d8或[Ar]3d8　1s22s22p63s23p6或[Ne]3s23p6 (2)Br　(3)M　3　(4)[Ar]3d104s24p3　第四　第ⅤA 课时作业(一) 一、单项选择题(共7小题，每小题只有一个选项符合题意) 1．下列叙述正确的是(　　) A．能级就是电子层 B．每个能层最多可容纳的电子数是2n2 C．同一能层中的不同能级的能量高低顺序为ns>np>nd>nf D．不同能层中的s能级的能量高低相同 [解析]　同一能层中不同能级的能量高低顺序是E(ns)<E(np)<E(nd)<E(nf)……不同能层，能级符号相同，n越大，能量越高，如1s<2s<3s<4s…… [答案]　B 2．符号为N的能层最多能容纳的电子数为(　　) A．18　　　　　　　　 B．32 C．50 D．72 [解析]　符号为N的能层是第四能层，即n＝4，每一能层最多容纳的电子数为2n2，故N能层最多能容纳的电子数为2×42＝32。 [答案]　B 3．下列能级符号表示错误的是(　　) A．6s B．3d C．3f D．5p [解析]　任一能层的能级总是从s能级开始，每一能层的能级数等于该能层的序数；第三能层只有3s、3p和3d三个能级，没有3f能级，故C项错误。 [答案]　C 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]　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。 [答案]　A 5．下列各原子或离子的电子排布式正确的是(　　) A．Al　1s22s22p63s13p2 B．O　1s22s22p4 C．Na＋　1s22s23p6 D．Si　1s22s22p53s23p3 [解析]　A、C、D违反构造原理，正确写法为Al：1s22s22p63s23p1、Na＋：1s22s22p6、Si：1s22s22p63s23p2。 [答案]　B 6．R元素的原子，其最外层的p能级电子数等于所有的能层s能级电子总数，则R可能是(　　) A．Li B．Be C．S D．Ar [解析]　若只有1个能层，不存在p能级；若有2个能层，则有两个s能级，则电子排布式为1s22s22p4，为O元素；若有3个能层，则有三个s能级，则电子排布式为1s22s22p63s23p6，则为Ar元素。 [答案]　D 7．下列关于同一原子中的基态和激发态说法中，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过程中吸收能量 D．电子仅在激发态跃迁到基态时才会产生原子光谱 [解析]　激发态时能量较高，较不稳定，A、B不正确。电子从较低能量的基态跃迁到较高能量的激发态时，也会产生原子光谱，D不正确。 [答案]　C 二、不定项选择题(共5小题，每小题有一个或两个选项符合题意) 8．下列有关构造原理的说法错误的是(　　) A．原子核外电子填充3p、3d、4s能级的顺序为3p→4s→3d B．某基态原子部分核外电子的排布为3s24s2 C．不是所有基态原子的核外电子排布均符合构造原理 D．构造原理中的电子填入能级的顺序，实质是各能级能量由低到高的顺序 [解析]　根据构造原理示意图判断，A项正确。根据构造原理可知，3s与4s能级之间还有3p能级，故B项错误。绝大多数基态原子的核外电子排布都遵循构造原理，但也有少数例外，如Cu和Ag，故C项正确。构造原理中电子填入能级的顺序即各能级能量由低到高的顺序，故D项正确。 [答案]　B 9．元素的原子核外有四个电子层，其3d能级上的电子数是4s能级上的3倍，则此元素是(　　) A．S B．Fe C．Si D．Cl [解析]　某元素原子核外有四个电子层，其3d能级上的电子数是4s能级上的3倍，说明该元素的3d的电子数是2×3＝6，其核外电子数＝2＋8＋8＋6＋2＝26，原子核外电子数＝原子序数，所以该元素是Fe元素。 [答案]　B 10．某原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s2，下列说法中不正确的是(　　) A．该元素原子中共有24个电子 B．该元素原子核外有4个能层 C．该元素原子最外层共有2个电子 D．该元素原子M能层共有8个电子 [解析]　从电子排布式看，该原子最高能级为4s能级，故有4个能层，最外层有2个电子，B、C正确；各能级的电子数之和为25，A错误；M层电子排布为3s23p63d5，故该层电子数为13，D项错误。 [答案]　AD 11．核外电子排布中，能级会发生交错现象。以下表示的各能级能量大小关系，不符合客观事实的是(　　) A．3f>3d>3p>3s B．6s>5p>4d>3d C．5f>4d>3p>2s D．7d>6d>5d>4d [解析]　在第三能层中没有f能级，故A项不符合客观事实。 [答案]　A 12．科学研究证明：核外电子的能量不仅与电子所处的能层、能级有关，还与核外电子的数目及核电荷数有关。氩原子与硫离子的核外电子排布相同，都是1s22s22p63s23p6。下列说法正确的是(　　) A．两粒子的1s能级上电子的能量相同 B．两粒子的3p能级上电子离核的距离相同 C．两粒子的电子发生跃迁时，产生的光谱不同 D．两粒子都达8电子稳定结构，化学性质相同 [解析]　氩原子与硫离子的核外电子排布虽然相同，但核内质子数(即核电荷数)不同。电子层数相同时，核电荷数越大，原子半径越小，对应相同能级上的电子的能量和距离原子核的距离是不同的，其对应的化学性质也不同，如S2－虽然达到了稳定结构，但具有较强的还原性，和Ar的性质不同。 [答案]　C 三、非选择题 13．硅是典型的半导体元素，在电子、材料等领域应用广泛。回答下列问题： (1)基态硅(Si)原子的核外电子排布式为[Ne]________，有________个未成对电子。 (2)碳(C)、硅(Si)、锗(Ge)是同族元素。 ①基态Ge原子的核外电子占据________个能层、________个能级。 ②上述三种元素的电负性由大到小的顺序为________(填元素符号)。 ③固态CO2可用于人工降雨，SiO2常用于________(填一种即可)。 ④请写出高温条件下碳和二氧化硅反应的化学方程式：_________________________。 (3)在元素周期表中，某些元素与其右下方的主族元素(如图所示)的一些性质是相似的。如Si与NaOH反应生成Na2SiO3和H2，则B与NaOH反应生成________(填化学式)和H2。 [解析]　(1)Si为14号元素，原子核外有14个电子，电子排布式为[Ne]3s23p2,3p能级有2个未成对电子； (2)①Ge元素位于第四周期ⅣA族，所以原子核外电子占据4个能层，核外电子排布为[Ar]3d104s24p2，占据1s、2s、2p、3s、3p、3d、4s、4p共8个能级； ②同主族元素自上而下电负性依次减小，所以电负性C＞Si＞Ge； ③SiO2为制造光导纤维的原料，常用于光纤通信； ④高温条件下碳和二氧化硅反应生成Si单质和CO，化学方程式为2C＋SiO2Si＋2CO↑； (3)B元素为第ⅢA族元素，最高正价为＋3价，结合Si和NaOH的反应可知，B与NaOH反应生成NaBO2和H2。 [答案]　(1)3s23p2　2 (2)4　8　C＞Si＞Ge　光纤通信　 2C＋SiO2Si＋2CO↑； (3)NaBO2 14．有几种元素的粒子核外电子排布式均为1s22s22p63s23p6，其中： (1)某电中性粒子，一般不和其他元素的原子反应，这种粒子的符号是________。 (2)某粒子的盐溶液，能使溴水褪色，并出现浑浊，这种粒子的符号是________。 (3)某粒子氧化性很弱，但得到电子后还原性很强，且这种原子最外层只有一个电子，这种粒子的符号是________。 [解析]　符合题述核外电子排布式的电中性粒子，很难发生化学反应的应为稀有气体Ar；使溴水褪色，应为还原性较强的S2－，发生反应：S2－＋Br2===S↓＋2Br－；氧化性很弱，得电子后还原性很强，应为K＋。 [答案]　(1)Ar　(2)S2－　(3)K＋ 15．有A、B、C、D四种微粒，A得到一个电子后，其电子层构型与Ar相同。B有三个电子层，其失去2个电子后变为原子，原子中第一、三层电子数之和等于第二层电子数。C呈电中性，在空气中的含量仅次于氮气。D的符号为D2＋。试回答下列问题： (1)用化学符号表示下列物质： A________；B________；C________；D________。 (2)A微粒和D微粒的电子排布式分别是________、________。 (3)B和C所属元素的原子结合时可形成分子或离子，各举两例：____________，____________。 [答案]　(1)Cl　S2－　O2　Ca2＋ (2)1s22s22p63s23p5　1s22s22p63s23p6　(3)SO2、SO3　SO、SO 学科网（北京）股份有限公司 $$