第一章 第一节 第1课时 能层与能级 基态与激发态-【金版新学案】2026-2027学年高中化学选择性必修2 物质结构与性质同步课堂高效讲义教师用书Word（人教版 单选）

本高中化学讲义聚焦原子结构中的能层与能级、基态与激发态及原子光谱核心知识点，从原子结构模型演变切入，通过表格对比能层符号、最多电子数及能级种类，明确能层与能级关系，再阐述基态与激发态定义及电子跃迁，最后联系原子光谱特征与应用，形成完整知识脉络。 该资料以科学思维为导向，通过“2d能级是否存在”等交流研讨问题驱动分析推理，结合焰色试验、发现新元素等实例体现科学探究与实践，课中教师可依托表格和问题突破难点，课后测评帮助学生巩固知识，查漏补缺，深化物质结构的化学观念认知。

第一节 原子结构 第1课时 能层与能级 基态与激发态 [学习目标]　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。 任务一　能层与能级 一、原子结构模型的演变 1.1869年，俄国化学家门捷列夫发现了元素周期表。 2.19世纪初，道尔顿提出了近代原子学说。 3.1913年，丹麦科学家玻尔提出了氢原子模型。 4.1920年，丹麦科学家玻尔提出了构造原理。 5.1925年，丹麦科学家玻尔的“壳层”落实为“能层”与“能级”，厘清了核外电子的可能状态。 6.1936年，德国科学家马德隆发表了以原子光谱事实为依据的完整的构造原理。 二、能层与能级 1.能层：根据电子的能量差异和主要运动区域的不同，核外电子可分成不同的能层，能层越高，电子的能量越高，能层符号依次为K、L、M、N、O、P、Q等，各能层最多容纳的电子数为2n2个。 能层 一 二 三 四 五 六 七 符号 K L M N O P Q 最多电子数 2 8 18 32 50 72 98 2.能级：同一能层的电子，又被分成不同能级，如s、p、d、f等，不同能级的能量不同，且各能级可容纳的电子数也不同，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，f能级最多容纳14个电子。 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 … [交流研讨]　(1)K、M层各含有哪些能级？是如何确定的？ 提示：K层只含有1s能级；M层含有3s、3p、3d三种能级。能层能级数等于能层序数：第一能层含有一种能级，第三能层含有三种能级；再根据任一能层的能级总是从s能级开始，依次从s、p、d、f……中选取能级种数。 (2)能级符号2d存在吗？说明理由。 提示：不存在。因为第二能层只含有两个能级：2s和2p。 1.判断正误 (1)在同一能层不同能级上的电子，其能量肯定不同。 提示：√。 (2)各能层的能级都是从s能级开始至f能级结束。 提示：×，因为各能层的能级都是从s能级开始，但不都是至f能级结束，如L能层只有2s、2p两个能级，M能层只有3s、3p、3d三个能级。 (3)各能层含有的能级数为n－1。 提示：×，因为各能层含有的能级数与能层序数相同。 (4)各能层含有的电子数为2n2。 提示：×，因为各能层最多容纳电子数为2n2。 (5)同一原子中，1s、2s、3s电子的能量逐渐减小。 提示：×，因为英文字母相同的不同能级，能层越高，能级上的电子的能量越高。 (6)同一原子中，2p、3p、4p能级的轨道数依次增多。 提示：×，因为同一原子中，不同能层的p能级的轨道数相等，都为3。 2.比较各能层或能级中电子能量大小： (1)E(2s)　　　　E(4s)； (2)E(3p)　　　　E(3d)； (3)E(5d)　　　　E(4d)； (4)E(3s)　　　　E(2p)； (5)E(K)　　　　E(L)　　　　E(M)。 答案：(1)＜　(2)＜　(3)＞　(4)＞　(5)＜　＜ 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。 3.碘是人体中的重要元素，人体缺碘易患甲状腺肿大，请回答下列问题： (1)碘在元素周期表中的位置是　　　　　　　　。 (2)碘原子有　　　个能层，分别为　　　　　　　　　　　(用相应的符号表示)。 (3)碘原子的结构示意图为　　　　　　　　　　，最外电子层有　　　　个电子，这些电子容纳在　　　个能级中，各个能级所容纳的电子数分别为　　　　　　　。 答案：(1)第五周期第ⅦA族　(2)5　K、L、M、N、O (3)　7　2　2、5 解析：(3)根据核外电子排布规律可知碘原子的结构示意图为，最外层有7个电子，这些电子容纳在2个能级中，分别是5s、5p。 任务二　基态与激发态　原子光谱 一、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叫基态原子。 2.激发态原子：基态原子吸收能量后，电子会跃迁到较高能级，变成激发态原子。激发态原子不稳定，会再跃迁回基态，释放出光能等能量。 二、原子光谱 1.原子光谱：不同元素的原子，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发射光谱或吸收光谱，总称原子光谱。 2.原子光谱特征：发射光谱为亮线、暗背景；吸收光谱为暗线、亮背景。 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特征谱线来鉴定元素，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。 (3)生产生活中，焰火、霓虹灯光、激光等都与原子核外电子跃迁释放能量有关。 [交流研讨]　(1)美丽的焰火跟原子结构有何关系？焰色试验中钠、钾、铜的火焰分别是什么颜色？ (2)电子跃迁是如何完成的？是物理变化还是化学变化？ (3)金属元素的焰色试验利用的是原子的吸收光谱还是发射光谱？ 提示：(1)美丽的焰火与原子核外电子发生跃迁有关，金属原子吸收能量从基态跃迁到激发态后，电子从高能级轨道跃迁回到低能级轨道时，将能量以光能的形式释放出来；焰色试验中钠、钾、铜的火焰分别为黄色、紫色(透过蓝色钴玻璃)和绿色。 (2)电子跃迁是通过吸收能量或者释放能量来完成的；电子的跃迁是物理变化，而原子得失电子时发生的是化学变化。一般在能量相近的能级间发生电子跃迁。如从2p能级跃迁到3s能级。 (3)光(辐射)是电子跃迁释放能量的重要形式，焰色试验利用的是原子的发射光谱。 1.判断正误 (1)光(辐射)是电子跃迁释放能量的重要形式之一。 提示：√。 (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。 提示：×，霓虹灯光、激光、荧光都与原子核外电子跃迁释放能量有关。 (3)产生激光的前提是原子要处于激发态。 提示：√。 (4)电子跃迁时只吸收能量。 提示：×，电子跃迁时可能吸收能量也可能释放能量。 (5)基态原子变为激发态原子会吸收能量，得到吸收光谱。 提示：√。 (6)利用光谱仪只能测得原子的发射光谱。 提示：×，利用光谱仪可测得各种元素原子的吸收光谱和发射光谱。 2.基态与激发态 (1)基态原子：处于　　　　　　状态的原子。 (2)基态原子　　　　　　，电子跃迁到　　　　，变为激发态原子。 (3)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　　　　　　。 (4)　　　　　　是电子跃迁释放能量的重要形式之一。 答案：(1)最低能量　(2)吸收能量　较高能级 (3)释放能量　(4)光(辐射) 1.在基态多电子原子中，关于核外电子能量的叙述错误的是(　　) A.最易失去的电子能量最高 B.离核最远的电子能量最高 C.p能级电子能量一定高于s能级电子能量 D.在离核最近的区域内运动的电子能量最低 答案：C 解析：一般情况下，能层序数越大，能量越高。离核最远的，最易失去的电子都是处在能层序数大的位置，所以能量高；离核近的电子处在能层序数小的位置，所以能量低，故A、B、D都正确。p能级与s能级如果处在同一能层，p能级电子能量一定高于s能级电子能量，若不在同一能层，p能级电子能量不一定高于s能级电子能量，C项错误。 2.下列关于电子层与能级的说法中正确的是(　　) A.原子核外电子的每个电子层最多可容纳的电子数为n2 B.任一电子层的能级总是从s能级开始，而且能级数等于该电子层序数 C.同是s能级，在不同的电子层中所能容纳的最多电子数是不相同的 D.能级能量4s＞4d 答案：B 解析：A项，每一电子层最多可容纳的电子数为2n2；C项，只要是s能级，不论哪一电子层，所能容纳的电子数都为2；D项，能级能量4d＞4s；故选B。 3．下列说法正确的是(　　) A．激光的产生、LED灯发光都与电子跃迁有关 B．2d能级最多容纳10个电子 C．电子从激发态跃迁到基态时可形成吸收光谱 D．3d原子轨道的能量一定大于4s原子轨道的能量 答案：A 解析：激光的产生、LED灯发光、节日焰火等日常生活中看见的许多可见光都与电子跃迁有关，故A正确；第2电子层只包含2s、2p原子轨道，没有2d轨道，故B错误；电子从激发态跃迁到基态时是高能态变为低能态，可形成发射光谱，故C错误；出现能级交错现象的轨道，能量高低不是一成不变的，不能因为电子是按3p→4s→3d的顺序填充的，就认为3d轨道的能量一定大于4s轨道能量，只是电子按照这样的顺序填充之后，能使整个原子处于能量最低的状态，故D错误。 4.(1)已知短周期元素A、B，A元素原子的最外层电子数为m，次外层电子数为n；B元素原子的M层(有电子)电子数为m－n－1，L层电子数为m＋n＋2，则A为　　　　(填元素符号，下同)，B为　　　　　　　。 (2)已知X元素原子的L层比Y元素原子的L层少3个电子，Y元素原子的核外电子总数比X元素原子的多5，则X、Y分别为　　　　、　　　　。 答案：(1)C　Na　(2)N　Mg 解析：(1)短周期元素的原子最多有三个能层(K、L、M)，则A元素原子的次外层只可能为K层或L层，n只可能是2或8，又因为B元素原子的L层电子数为m＋n＋2，而L层最多容纳8个电子，所以n只可能等于2。由m＋n＋2＝8，得m＝4。故A元素原子的核外电子排布情况为K层2个电子，L层4个电子，则A为C；B元素原子的核外电子排布情况为K层2个电子，L层8个电子，M层1个电子，则B为Na。(2)根据题意，Y元素原子的核外电子总数比X元素原子的多5，而Y元素原子的L层电子只比X元素原子的多3个，故Y元素原子的最外层不是L层，而是M层，根据核外电子排布规律可知，其L层为次外层时只能排8个电子，则X元素原子的L层有5个电子，其原子核外电子数为2＋5＝7，故X为N；Y元素原子核外电子数为7＋5＝12，故Y为Mg。 课时测评1　能层与能级　基态与激发态 (时间：45分钟　满分：60分) (本栏目内容，在学生用书中以独立形式分册装订！) (1－11题，每小题2分，共22分) 题点一　能层、能级的理解与应用 1.下列说法正确的是(　　) A.同一原子中1s、2s、3s电子能量逐渐减小 B.同一原子中2p、3p、4p能级可容纳的最多电子数依次增多 C.能量高的电子在离核近的区域运动，能量低的电子在离核远的区域运动 D.各能层最多能容纳的电子数是2n2 答案：D 解析：能级符号相同，能层越大，电子能量越高，所以1s、2s、3s电子的能量逐渐增大，故A错误；同一原子中，2p、3p、4p可容纳的最多电子数相等，都为6，故B错误；能量低的电子在离核近的区域运动，能量高的电子在离核远的区域运动，故C错误；各能层最多能容纳的电子数为2n2。 2.第N能层所含能级数、最多容纳电子数分别为(　　) A.3、18 B.4、24 C.5、32 D.4、32 答案：D 解析：第N能层为第4能层，含有的能级分别为s、p、d、f，最多可以容纳32个电子，D正确。 3.下列关于能层与能级的说法中，不正确的是(　　) A.各能层含有的能级数等于能层序数 B.同一能层中，各能级的能量不同 C.每个能层最多可容纳的电子数是18 D.任一能层的能级总是从s能级开始，且能级数等于该能层序数 答案：C 解析：各能层最多容纳的电子数为2n2，而不是18，C错误；能层序数等于该能层所含的能级数，A正确；同一能层中，各能级能量按s、p、d、f依次升高，B正确；任一能层都是从s能级开始，且能级数等于能层序数，D正确。 4.下列能级符号表示错误的是(　　) A.6s B.3d C.3f D.5p 答案：C 解析：能层序数为3时，只存在s、p、d能级，不存在f能级，C错误。 5.下列能层中，只包含s能级的是(　　) A.K层 B.L层 C.M层 D.N层 答案：A 解析：K层为第一能层，只有1个能级，即只包含1s能级，故A符合题意； L层为第二能层，有2个能级：2s、2p能级，故B不符合题意；M层为第三能层，有3个能级：3s、3p、3d能级，故C不符合题意；N层为第四能层，有4个能级：4s、4p、4d、4f能级，故D不符合题意。 6.原子中的某一能层，最多能容纳的电子数目大于32，该能层可能会是(　　) A.L能层 B.M能层 C.N能层 D.P能层 答案：D 解析：每一能层最多能容纳的电子数目为2n2，所以最多能容纳的电子数目大于32的能层，至少是第五能层。 7.以下能级符号表示正确的是(　　) ①5s　②1d　③2f　④1p　⑤2d　⑥3f　⑦4f⑧5d　⑨3p　⑩6s A.③⑤⑦⑧⑨⑩ B.①⑦⑧⑨⑩ C.①③⑤⑦⑨ D.②④⑥⑧⑩ 答案：B 解析：每一个能层都有s能级，从第二能层开始出现p能级，从第三能层开始出现d能级，从第四能层开始出现f能级，B项正确。 8.下列多电子原子不同能级能量高低的比较错误的是(　　) A.1s＜2s＜3s B.2p＜3p＜4p C.3s＜3p＜3d D.1p＜2p＜3p 答案：D 解析：第一能层不存在p能级，所以D错误。 题点二　原子的激发态、基态与光谱 9.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 答案：B 解析：处于最低能量状态的原子叫做基态原子，A错误。电子吸收能量由较低能级向较高能级跃迁，叫激发，B正确。只有相同原子激发态原子的能量总是比原来基态原子的能量高，C错误。如果电子仅在内层激发，电子未获得足够的能量，不会失去，D错误。 10．(2025·辽宁锦州高二上期末)下列说法正确的是(　　) A．激发态硼原子核外电子运动状态有3种 B．光谱分析就是利用原子光谱上的特征谱线来鉴定元素 C．基态原子的2s电子的能量较高，其一定在比1s电子离核更远的区域运动 D．日常生活中的焰火、LED灯、激光都与原子核外电子跃迁吸收能量有关 答案：B 解析：硼为5号元素，原子核外有5个电子，激发态硼原子核外电子运动状态有5种，A错误；光谱分析是利用原子光谱上的特征谱线来鉴别物质及确定其化学组成和相对含量的方法，B正确；能级和能层只是表示电子在该处出现的概率大小，并不代表电子运动的位置，故基态原子的2s电子的能量较高，不一定在比1s电子离核更远的区域运动，C错误；日常生活中我们看到的许多可见光，如焰火、LED灯、激光都与原子核外电子发生跃迁释放能量有关，D错误。 11.下列图中所发生的现象与电子的跃迁无关的是(　　) 答案：D 解析：燃放烟火、霓虹灯、燃烧蜡烛等获得的光能都是电子跃迁时能量以光的形式释放出来导致的，而平面镜成像则是光线反射的结果。 12．(11分)(2026·全国高二上周测)回答下列问题： (1)在基态多电子原子中，关于核外电子能量的叙述错误的是________(填字母，下同)。 A．最易失去的电子能量最高 B．同一个电子层上的不同能级上的原子轨道，能量大小不同 C．p轨道电子能量一定高于s轨道电子能量 D．在离核最近区域内运动的电子能量最低 (2)下列说法正确的是________。 A．一个原子轨道上只能有1个电子 B．处在同一原子轨道上的电子运动状态完全相同 C．处在同一电子层上的电子(基态)能量一定相同 D．处在同一能级中的电子(基态)能量一定相同 (3)比较下列多电子原子的原子轨道的能量高低。 ①1s，3d________。 ②3s，3p，3d________。 ③2p，3p，4p________。 ④3px，3py，3pz________。 (4)某元素的原子序数为13，则： ①此元素原子中的电子总数是________。 ②该元素的原子有________个能层，有________个能级。 ③该元素原子中能量最低的能级符号是________，能量最高的能级符号是________，能量最高的能层是________。 答案：(1)C　(2)D (3)①1s<3d　②3s<3p<3d　③2p<3p<4p　＝3py＝3pz (4)①13　②3　5　③1s　3p　M 解析：(1)能量越高的电子在离核越远的区域内运动，受原子核的吸引力越小，也就越容易失去，A正确；多电子原子在第n层中不同能级的能量大小顺序为E<E<E<E，B正确；同一电子层中的p轨道电子能量一定比s轨道电子能量高，但外层s轨道电子能量比内层p轨道电子能量高，C错误；离核越近，电子能量越低，D正确；(2)同一原子轨道上最多容纳2个电子，并且自旋方向相反，A、B错误；电子的能量由电子层和能级共同决定，同一电子层(n相同)，根据能量的不同又分为不同的能级，所以同一电子层不同能级上的电子的能量不同，C错误；处在同一能级中的电子能量相同，D正确；(3)在多电子原子中，原子轨道能量的高低存在如下规律：①形状相同的原子轨道能量的高低：1s<2s<3s<4s…，3d<4d<5d…；②相同电子层上原子轨道能量的高低：ns<np<nd<nf；③电子层和能级均相同的原子轨道的能量相等，如3px＝3py＝3pz轨道的能量相等；则1s<3s<3d，故1s<3d；3s<3p<3d；2p<3p<4p；3px＝3py＝3pz；(4)①原子序数为13的元素是Al，其核外电子总数为13；②Al的原子结构示意图为，故该元素原子有3个能层，其中K层有1个能级，L层有2个能级，M层有2个能级，共5个能级；③其中能量最低的能级是1s，能量最高的能级是3p，能量最高的能层是M层。 13.(7分)(1)理论研究证明，多电子原子中，同一能层的电子，能量也可能不同，还可以把它们分成能级，第三能层有3个能级，分别为　　　　　　。 (2)在同一个原子中，离核越近，n越小的能层能量　　　　。在同一能层中，各能级的能量按s、p、d、f的次序　　　　。原子核外电子的每个能层最多可容纳的电子数与能层的序数(n)之间存在的关系是　　　　。 答案：(1)3s、3p、3d　(2)越低　递增　2n2 解析：多电子原子中，每个能层含有与能层序数相同的能级，能量由低到高按s、p、d、f……的顺序依次排列，每一能级所能容纳的最多电子数是其轨道数目的2倍，以s、p、d、f……排序的各能级可以容纳的最多电子数依次为1、3、5、7……的2倍，英文字母相同的不同能级中所能容纳的最多电子数相同。每个能层所能容纳的最多电子数为2n2。 14.(10分)下表给出了五种元素的相关信息，其中X、Y、Z、W为短周期元素。 元素 相关信息 X 在常温、常压下，其单质是气体，随着人类对环境保护的认识和要求的提高，它将成为备受青睐的清洁燃料 Y 工业上通过分离液态空气获得它的一种单质，含它的另一种单质的浓度相对较高的平流层是保护地球地表环境的重要屏障 Z 它是植物生长所需的三种主要元素之一，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 W 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 M 它是人体不可缺少的微量元素，含该元素的合金也是工业生产中不可缺少的金属材料，常用于建造桥梁、楼房等 根据上述信息填空： (1)Y元素的原子含有　　　　个能层，其中第二能层中的能级分别是　　　　　　；画出W的原子结构示意图：　　　　　　。 (2)Z与X形成的某种化合物能和Z与Y形成的一种无色化合物(这两种化合物分子中Z元素原子与另一元素原子的个数比均为1∶2)一起用作火箭推进剂，写出二者发生反应生成无毒物质的化学方程式：　　　　　　　。 (3)某矿藏主要含W、M两种元素组成的化合物，它是我国生产某强酸的主要原料。试写出生产该强酸过程中第一阶段主要反应的化学方程式：　　　　　　 　　　　　　　。 答案：(1)2　2s和2p　 (2)2N2H4＋N2O43N2↑＋4H2O (3)4FeS2＋11O22Fe2O3＋8SO2 解析：(1)氢气是一种清洁燃料，所以X为氢元素；臭氧对紫外线有吸收作用，其浓度相对较高的平流层是保护地球地表环境的重要屏障，所以Y为氧元素，其原子含有K层与L层两个能层，L层为第二能层，有两个能级，分别是2s和2p；氮、磷、钾是植物生长所需的三种主要元素，N2O俗称“笑气”，是早期医疗中使用的麻醉剂，所以Z为氮元素；单质硫在氧气中燃烧发出明亮的蓝紫色火焰，所以W为硫元素；钢铁常用于建造桥梁、楼房等，铁也是人体不可缺少的微量元素，所以M为铁元素。 (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，其中常温下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。 (3)我国主要以黄铁矿(主要成分是FeS2)为原料制备硫酸，该过程第一阶段是燃烧黄铁矿制备SO2。 15.(10分)有两种常见气态单质Am和Bn，已知2.4 g Am和2.1 g Bn所含的原子个数相等，分子数之比为2∶3。A原子L层的电子数是K层的3倍。 (1)A、B的元素符号分别为　　　　　　　。 (2)Am中m的值为　　　　　　　。 (3)B原子含有的能层数目为　　　　　　。 (4)A、B形成的一种气态化合物与水反应能生成由A、B形成的另一种气态化合物。写出该反应的化学方程式：　　　　　　　　　　　　　。 答案：(1)O、N　(2)3　(3)2　(4)3NO2＋H2O2HNO3＋NO 解析：由A原子L层的电子数是K层的3倍，可知A为O。根据题意，设A、B的相对原子质量分别为x、y，则，解得7x＝8y，2m＝3n。由此可知B为N，Am为O3，Bn为N2。 学科网（北京）股份有限公司 $