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（Word教参）-【学霸笔记·同步精讲】2025-2026学年高中化学选择性必修第二册（人教版）

本讲义聚焦高中化学“能层与能级、基态与激发态、原子光谱”核心知识点，系统梳理能层（K、L、M等）的能量关系与能级（ns、np等）的分布规律，构建“能层-能级-电子容纳数”逻辑脉络，通过表格对比、定义解析搭建学习支架，衔接电子跃迁与原子光谱的微观机理。 该资料以“化学观念”为统领，通过正误判断、选择辨析等题组训练培养科学思维，结合焰色试验、霓虹灯光等生活实例渗透科学态度与责任。课中助力教师开展互动教学，课后通过分层习题帮助学生巩固能层能级关系、电子跃迁规律等重点，有效查漏补缺。

第1课时　能层与能级　基态与激发态　原子光谱 学习目标 1.认识原子结构及核外电子排布，知道原子核外电子的能层分布、能级分布及其与能量的关系。 2.知道电子运动的能量状态具有量子化的特征（能量不连续），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。 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。 （2）表示方法 电子的能层由内向外排序，其序号、符号如下： 能层 一 二 三 四 五 六 七 符号 K L M N O P Q （3）能层间的能量关系 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　的电子，还被分成不同能级。 （2）表示方法 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）能层序数及容纳电子数 ①任一能层的能级总是从s能级开始。 ②能级数等于该能层序数，如第三能层有3个能级（　3s、3p、3d　）。 ③s、p、d、f能级可容纳的电子数依次为1、3、5、7的　2倍　。 3.能层与能级的关系 4.能层、能级与最多容纳的电子数 能层（n） 一 二 三 四 五 …… 符号 K L M N O …… 能级 1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s 4p 4d 4f 5s …… …… 最多容纳的电子数　 2 2 6 2 6 10 2 6 10 14 2 …… …… 2 8 18 32 …… 2n2 【思考】　（1）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能级所能容纳的最多电子数是否相同？ 提示：s、p、d、f能级最多容纳的电子数分别为2、6、10、14。3d、4d、5d能级所能容纳的最多电子数相同，均为10个电子。 （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2×52＝50个电子；它们分别容纳在5个能级中。 1.正误判断（正确的打“√”，错误的打“×”）。 （1）能层就是电子层， 包含不同的能级。（　√　） （2）2d表示L能层上的d能级。（　×　） （3）不同能层，s能级的能量相同。（　×　） （4）3f能级最多容纳14个电子。（　×　） 2.以下能级符号正确的是（　　） ①5s　②2d　③1p　④3d A.①② B.②③ C.①④ D.③④ 解析：C　②L能层只有s、p能级，没有d能级，错误；③K能层只有s能级，没有p能级，错误；①④正确。 3.（教材改编题）下列有关原子结构的说法中错误的是（　　） A.第五能层有5个能级，最多能容纳50个电子 B.同一原子中，不同能层均含有的能级是s能级 C.某一原子中，3d能级实际容纳的电子数一定为10个 D.能层和能级的划分，均以电子的能量高低为依据 解析：C　某一原子中，3d能级最多容纳的电子数为10个，实际容纳的电子数可能少于10个，C错误。 4.比较各能层或能级中电子能量大小（填“＞”“＜”或“＝”）： （1）E（2s）＜E（4s）； （2）E（3p）＜E（3d）； （3）E（5d）＞E（4d）； （4）E（K）＜E（L）＜E（M）。 解析：不同能层的能量按K、L、M、N、O、P、Q的顺序依次升高，同一能层里，各能级的能量按s、p、d、f……的顺序依次升高。 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，它的电子会跃迁到　较高　能级，变为激发态原子。 （3）基态、激发态原子相互间转化的能量变化 基态原子激发态原子 2.原子光谱 （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）光谱的成因与分类 （3）光谱分析及应用 ①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。 ②光谱分析的应用 a.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。 b.检验元素：焰色试验中产生的焰色是电子跃迁的结果，可通过焰色试验检验元素。 c.原子光谱在生产、生活中也有许多应用，如焰火、霓虹灯光、激光等。 【教材挖掘】 （1）教材中描述“在日常生活中，我们看到的许多可见光，如焰火、霓虹灯光、激光、荧光、LED灯光……都与原子核外电子跃迁释放能量有关”， 充有氖气的霓虹灯管通电，为什么会发出红色光？ 提示：当灯管通电时，氖原子的电子吸收能量由基态跃迁为激发态，电子由激发态向基态跃迁时以光的形式释放能量，所发出的光的波长恰好位于可见光区域中的红色波段，从而产生红光。 （2）教材中描述“可以用光谱仪摄取各种元素原子的吸收光谱或发射光谱”，金属元素的焰色属于吸收光谱还是发射光谱？金属的焰色试验是化学变化还是物理变化？ 提示：光（辐射）是电子跃迁释放能量的重要形式，金属元素的焰色属于发射光谱，焰色试验属于物理变化。 1.正误判断（正确的打“√”，错误的打“×”）。 （1）同一原子处于激发态时的能量一定高于基态时的能量。（　√　） （2）电子跃迁时只吸收能量。（　×　） （3）霓虹灯光、激光、荧光都与原子核外电子跃迁吸收能量有关。（　×　） （4）电子仅从激发态跃迁到基态时才会产生原子光谱。（　×　） 2.（2025·金华高二月考）下列现象和应用与电子跃迁无关的是（　　） A.激光 B.焰色试验 C.缓慢氧化放热 D.霓虹灯光 解析：C　激光、焰色试验、霓虹灯光均与原子核外电子发生跃迁有关，缓慢氧化放热是化学能转化为热能，与电子跃迁无关，选C。 3.烟花又称花炮、焰火，主要用于军事、盛大的典礼或表演中。下列对形成烟花的过程叙述错误的是（　　） A.与电子的跃迁有关 B.该过程中吸收能量 C.焰色试验属于物理变化 D.该过程中金属原子可能由激发态转化为基态 解析：B　金属原子的核外电子先吸收能量，由基态转化为激发态，再将电子由激发态跃迁到基态，将能量以光的形式释放，从而形成烟花，该过程中并没有化学反应发生，只是电子发生基态与激发态的转换，属于物理变化。 特别说明 　　现代量子物理学认为原子核外电子的可能状态是不连续的，因此各状态对应能量也是不连续的，也就是量子化的，原子核外电子在不同的能量量子化的状态之间跃迁，能量差是确定的，与能量差相对应的光谱是1条谱线，由此可知，原子光谱是线状光谱，不是连续光谱。 1.（鲁科版改编题）下列能级符号中，错误的是（　　） A.3s B.3p C.3d D.3f 解析：D　M能层包括s、p、d三个能级，没有f能级，D项错误。 2.共含有4个能级的能层符号为（　　） A.M B.N C.P D.Q 解析：B　每一能层所含的能级数目＝能层序数，所以共有4个能级的能层是第四能层，第四能层符号为N。 3.下列关于能层与能级的说法，正确的是（　　） A.同一原子中，字母代号相同的能级上电子能量不一定相同 B.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 C.同是s能级，在不同的能层中所能容纳的最多电子数是不相同的 D.多电子原子中，每个能层上电子的能量一定不同 解析：A　能层含有的能级数等于能层序数，每一能层总是从s能级开始，B错误；同是s能级，在不同的能层中所能容纳的最多电子数都是2，C错误；多电子原子中，同一能层的同一能级上电子的能量相同，D错误。 4.（2025·珠海高二检测）下列有关光谱的说法中错误的是（　　） A.原子中的电子在跃迁时会发生能量变化，这是原子光谱产生的原因 B.焰色试验产生的焰色和五彩霓虹灯都是发射光谱 C.原子光谱可用于鉴定和发现元素 D.原子中的电子从激发态向基态跃迁时才能产生原子光谱 解析：D　原子中的电子从激发态向基态跃迁时产生发射光谱，从基态向激发态跃迁时产生吸收光谱，D错误。 5.钠离子电池具有长循环、高倍率等性能优势。钠原子的原子序数为11，试回答下列问题： （1）写出钠的原子结构示意图：。 （2）钠的最外层有1个电子，若该电子分别位于①3s ②3p　③3d三种能级，则钠原子的能量最低的情况是①（填序号），若将钠原子完成①转化为②，则会吸收（填“吸收”或“释放”）能量，若将钠原子从③转化为①，则会产生发射（填“吸收”或“发射”）光谱。 解析：（1）根据所学知识，钠原子结构示意图为。（2）由于能量：3s＜3p＜3d，则钠原子的能量最低的情况是①；由于能量：①＜②，所以若将钠原子完成①转化②，则会吸收能量；因为能量：③＞①，所以将钠原子从③转化为①，则会产生发射光谱。 题组一　能层与能级 1.（教材改编题）根据能量不同能层又可分为不同的能级，分别用s、p、d、f等字母表示，以下各能层不包含p能级的是（　　） A.M B.N C.L D.K 解析：D　第一能层只有s能级，选D。 2.下列各能级可容纳的电子数最多的是（　　） A.2s B.3p C.4f D.5d 解析：C　f能级最多容纳14个电子，d能级最多容纳10个电子，p能级最多容纳6个电子，s能级最多容纳2个电子。 3.（2025·湛江高二下开学考）M能层包含的能级数和最多能容纳的电子数分别为（　　） A.2　2 B.2　8 C.3　8 D.3　18 解析：D　M能层有s、p、d三个能级，s能级最多容纳2个电子，p能级最多容纳6个电子，d能级最多容纳10个电子，所以M能层最多能容纳的电子数为18。 4.（2025·西安高二检测）下列有关能层和能级的叙述中正确的是（　　） A.M能层有s、p 2个能级，最多能容纳8个电子 B.3d能级最多可容纳5个电子 C.无论哪一能层的s能级最多容纳的电子数均为2 D.任一能层都有s、p能级，但不一定有d能级 解析：C　M能层有s、p、d 3个能级，最多可容纳18个电子，A错误； 3d能级最多可容纳10个电子，B错误；C项，每个能层都从s能级开始，且s能级最多可容纳2个电子，C正确； K能层只有s能级，不含有p能级，D错误。 5.下列有关认识正确的是（　　） A.各能层含有的能级数为n－1 B.各能层含有的电子数为2n2 C.各能层的能级都是从s能级开始至f能级结束 D.各能级按s、p、d、f的顺序最多容纳的电子数依次为2、6、10、14 解析：D　每一能层含有的能级数与其能层序数n相等，A错误；各能层中最多可容纳的电子数是2n2，B错误；K层只有s一个能级，L层有s、p两个能级，M层有s、p、d三个能级，依次类推，所以各能层的能级都是从s能级开始，但并不都是至f能级结束，C错误；s能级最多容纳电子数为2，p能级最多容纳电子数为6，d能级最多容纳电子数为10，f能级最多容纳电子数为14，D正确。 题组二　基态与激发态　原子光谱 6.（2025·邢台高二月考改编）当原子的电子从4d能级跃迁到4s能级上时，可通过光谱仪直接摄取（　　） A.电子运动轨迹 B.原子的吸收光谱 C.原子核内部结构 D.原子的发射光谱 解析：D　由于E（4d）＞E（4s），电子由4d能级跃迁至4s能级时，需释放能量，故光谱仪摄取的是发射光谱，D项正确。 7.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.电子仅在由基态跃迁到激发态时才会产生原子光谱 解析：C　同一原子处于激发态时能量较高，较不稳定，A、B错误；原子光谱分为吸收光谱和发射光谱，电子从激发态跃迁到基态时，也会产生原子光谱，D错误。 8.（鲁科版改编题）对充有氩气的霓虹灯管通电，灯管发出蓝紫色光。产生这一现象的主要原因是（　　） A.电子由能量较高的能级向能量较低的能级跃迁时以光的形式辐射能量 B.电子由能量较低的能级向能量较高的能级跃迁时吸收除蓝紫色光以外的光 C.氩原子获得电子后转变成发出蓝紫色光的物质 D.在电流的作用下，氩原子与构成灯管的物质发生反应 解析：A　在电场作用下，基态氩原子的电子吸收能量跃迁到能量较高的能级，变为激发态原子，这一过程不会发出蓝紫色光；而电子从较高能量的能级跃迁到较低能量的能级时，将释放能量，从而产生蓝紫色光，A项正确。 9.吸收光谱和发射光谱统称为原子光谱。下列说法错误的是（　　） A.同一种元素原子的吸收光谱和发射光谱的特征谱线相同 B.焰色试验是利用元素的特征可见原子光谱鉴别某些元素 C.光谱仪可以摄取元素的吸收光谱和发射光谱 D.目前发现的元素都是通过原子光谱发现的 解析：D　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，同一种元素原子的吸收光谱和发射光谱的特征谱线相同，A、C正确；光（辐射）是电子跃迁释放能量的重要形式，焰色试验是利用元素的特征原子光谱鉴别某些元素，B正确；每种元素都有自己的特征谱线，在历史上许多元素是通过原子光谱发现的，如铯和铷，但目前发现的元素并不都是通过原子光谱发现的，D错误。 10.由玻尔的理论发展而来的现代量子物理学认为原子核外电子的可能状态是不连续的，因此各状态对应能量也是不连续的，这些能量值就是能级。下列说法中错误的是（　　） A.硫原子的L能层上有两个能级，分别为2s、2p B.钠原子3s能级的电子跃迁至低能级时，最多出现5条谱线 C.灼烧含钾元素的物质时出现特征紫色是由电子的跃迁引起的 D.基态砷原子（原子序数为33）的最高能层为N 解析：B　L能层为第二电子层，该能层上有两个能级，分别为2s、2p，A正确；钠原子3s能级的电子跃迁至低能级，可以是3s到2p、3s到2s、3s到1s、2p到2s、2p到1s以及2s到1s，因此最多会出现6条谱线，B错误；钾元素原子的核外电子由低能状态跃迁到高能状态，再由高能状态跃迁到低能状态时释放的能量与紫光的能量相同，从而呈现出紫色，C正确；基态砷原子核外有4个电子层，其中能量最高的能层为N能层，D正确。 11.激发态原子和基态原子可以通过电子跃迁的方式相互转换，跃迁过程中可得到原子光谱，下列说法正确的是（　　） A.元素K的焰色试验呈紫色，紫色对应的辐射波长约为700 nm B.以下实验装置测得的是氢原子的吸收光谱 C.电子仅在由激发态跃迁到基态时才会产生原子光谱 D.原子光谱可用于定性鉴定元素 解析：D　元素K的焰色试验呈紫色，紫色光波长范围为400～430 nm，A错误；该实验装置测得的是氢原子的发射光谱，B错误；原子光谱有吸收光谱和发射光谱两种，电子由基态跃迁到激发态时会产生原子吸收光谱，C错误；原子光谱可以用于定性鉴定元素，D正确。 12.（2025·潍坊高二检测）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。下列说法错误的是（　　） A.Y和Z元素原子核外L能层上均有2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能层上有3个能级，有7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 解析：D　由题可知，W、X、Y、Z分别为H、N、P、Cl元素。Y（P）、Z（Cl）均为第三周期元素，原子核外有三个电子层，L能层上均有2s、2p两个能级，A正确；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，M能层有7个电子，C正确；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。 13.回答下列问题： （1）用符号填写能层所含能级种类： K：1s；M：3s、3p、3d；N：4s、4p、4d、4f。 （2）列式计算N能层最多能容纳的电子数：2＋6＋10＋14＝32。 （3）基态碳原子共有6个核外电子，核外电子占据的能层为K、L（填符号），碳原子占据的能级有3个，其中能量最高的能级是2p，此能级最多能填充6个电子。 解析：（1）K能层是第一能层，只有1s 1个能级。M能层是第三能层，有3个能级，即3s、3p、3d。N能层是第四能层，有4个能级，即4s、4p、4d、4f。（2）N能层是第四能层，有4个能级，即4s、4p、4d、4f，所以最多可容纳的电子数为2＋6＋10＋14＝32。（3）C是第6号元素，故其基态原子核外有2个电子层、有6个电子，结构示意图为，有2个电子层，占据的能级有1s、2s、2p，其中能量最高的能级为2p，此能级最多可容纳6个电子。 14.（2025·聊城一中高二检测）在真空放电管内充入低压氢气，并在放电管两端的电极间加上高压电时，氢分子便分解为氢原子并放电发光，经光谱仪记录便可得到氢原子光谱（如图所示）。氢原子光谱是线状光谱。用光谱仪还可以记录氯原子与硅原子的光谱。 氢原子光谱的测定示意图 （1）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。 （2）下列现象和应用与电子跃迁无关的是DE（填字母）。 A.激光 B.焰色试验 C.原子光谱 D.燃烧放热 E.石墨导电 （3）基态O原子核外电子能量最高的电子所在的能级是2p。 （4）基态Si原子中，核外电子占据最高能层的符号为M，该能层上有3个能级，电子数为4。 解析：（1）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，不同元素原子的吸收光谱或发射光谱不同，所以可以利用原子光谱上的特征谱线来鉴定元素。（2）激光的产生与电子跃迁有关，A不符合题意；焰色试验与电子跃迁有关，B不符合题意；原子光谱的产生是原子核外电子发生能级跃迁的结果，与电子跃迁有关，C不符合题意；燃烧放热是化学能转化为热能，与电子跃迁无关，D符合题意；石墨导电，与电子跃迁无关，E符合题意。（3）基态O原子能量最高的电子所在的能级是2p能级。（4）基态Si原子核外有14个电子，K、L、M能层上分别有2、8、4个电子，所以电子占据的最高能层为M能层，该能层有3s、3p、3d三个能级，排有4个电子。 1 / 9 学科网（北京）股份有限公司 $