1.1 原子结构 第1课时 能层与能级 基态与激发态（培优讲义）化学人教版选择性必修2

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 考点 1 能层（电子层）与能级 1.能层（相当于必修中的电子层） （1）定义：按电子能量高低、离核远近，将核外电子分为不同能层。 （2）电子的能层由内向外排序，其序号、符号以及所能容纳的最多电子数及能层的能量与能层离原子核距离的关系： 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 离核远近 近 远 能量高低 低 高 即能层越高，电子的能量越高，离原子核越远。 （3）能层数量规律 ①每一层最多容纳的电子数2n2个。 ②最外层电子数不超过8个（K层为最外层时不超过2个）。 ③次外层电子数不超过18个，倒数第三层不超过32个。 （4）能层能量规律 ①原子核外电子总是尽可能先排布在能量较低的能层上，然后由内向外依次排布在能量逐渐升高的能层。②能层越高，电子的能量越高。 ③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）定义：同一能层的电子，还被分成不同能级。 （2）表示方法：分别用相应能层的序数和字母s、p、d、f 等表示。 （3）能级的符号和所能容纳的最多电子数如下表： 能层 1 2 3 4 5 能层符号 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 ……2n2 （4）能层与能级的有关规律 ①能级的个数=所在能层的能层序数； ②能级的字母代号总是以s、p、d、f排序，字母前的数字是它们所处的能层序数，它们可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2倍。即s级最多容纳2个电子，p级最多容纳6个电子，d级最多容纳10个电子，f级最多容纳14个电子； ③英文字母相同的不同能级中所能容纳的最多电子数相同。例如，1s、2s、3s、4s…能级最多都只能容纳2个电子； ④每一能层最多容纳电子数为2n2（n为能层序数）； ⑤各能级所在能层的取值：ns(n≥1)；np(n≥2)；nd(n≥3)；nf(n≥4)； ⑥能级能量大小的比较：先看能层，一般情况下，能层序数越大，能量越高；再看同一能层各能级的能量顺序为：E(ns)< E(np)<E(nd)< E(nf) ……； ⑦不同能层中同一能级，能层序数越大，能量越高。例如：E(1s)< E(2s)<E(3s)； ⑧不同原子同一能层，同一能级的能量大小不同。例如：Ar的1s能级的能量≠S的1s能级的能量。 3.能层、能级能量高低判断 （1）能层能量高低判断规律：能层序数 n 越大，能量越高（离核越远，能量越高）。(E(K)<E(L)<E(M)<E(N)<E(O)<E(P)<E(Q)\) （2）能级能量高低判断（三类情形） 情形①同一能层内（比字母）：(E(ns)<E(np)<E(nd)<E(nf)，如E (3s)<E (3p)<E (3d) 情形②不同能层、同一能级（层序大者能量高）：E(1s)<E(2s)<E(3s)<E(4s)，E(2p)<E(3p)<E(4p) 情形③不同能层、不同能级 —— 能级交错（★难点） a.E(4s)<E(3d)<E(4p) b.E(5s)<E(4d)<E(5p) c.E(6s)<E(4f)<E(5d)<E(6p) （3）判断口诀：先看能层，层大能高；同层比字母，s<p<d<f；遇交错（4s/3d、6s/4f），特记顺序。能级交错只发生在特定能级间，不能一律用 "层序" 或 "字母" 单一规则判断。 （4）能级能量总顺序（构造原理填充顺序） 1s→2s→2p→3s→3p→4s→3d→4p→5s→4d→5p→6s→4f→5d→6p→…：横线为能级交错节点，也是填充顺序的转折点。 易错清单 ①只比字母不比层序：误判 E (4s)>E (3d)、E (6s)>E (4f)； ②能级交错范围混淆：不是所有跨层能级都交错，只有构造原理中规定的特定组合； ③填充分离：能级能量高低顺序就是电子填充顺序（构造原理），二者一致； ④忽略同能层内 s<p<d<f 的固定顺序。 【进阶典例】下列关于能层与能级的说法中正确的是(　　) A．同一原子中，符号相同的能级，其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 【答案】A 【解析】同一原子中，符号相同的能级，其上电子能量不一定相同，如1s和2s，能量2s＞1s，A正确；能层含有的能级数等于能层序数，即第n能层含有n个能级，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个，C错误；多电子原子中，同一能级上电子的能量相同，D错误。 解题点睛 1.能层即电子层，由 K、L、M… 标记，对应主量子数 n；能级是能层内细分亚层，分 s、p、d、f。 2.同一能层，能级能量 s＜p＜d＜f；n 不同，能级能量会交错。 3.做题先区分层次，看清问的是能层还是能级，不要混淆二者范围. 【拔高典例】（25-26高二下·甘肃酒泉·期中）下列关于能层与能级的说法中，正确的是 A．同一原子中，符号相同的能级，其上电子能量一定相同 B．多电子原子中，同一能级上电子的能量一定相同 C．同是s能级，在不同的能层中所能容纳的最多电子数不同 D．任一能层的能级总是从s能级开始，能级数与能层序数无关 【答案】B 【解析】A．同一原子中，符号相同的能级（如2s和3s）属于不同能层，电子能量不相同，A错误；B．同一能级中的电子处于相同能级，能量相同，仅自旋方向不同，B正确；C．s能级无论处于哪个能层，最多容纳2个电子，因此容纳电子数相同，C错误；D．任一能层的能级总是从s能级开始，能层的能级数等于能层序数（如第三能层有3个能级），而选项称“能级数与能层序数无关”，与事实矛盾，D错误；答案选B。 【对点练1】（25-26高二上·广西钦州·期末）下列关于能层和能级的叙述中正确的是 A．各电子层含有的原子轨道数为(且为整数) B．第四能层为N能层，最多容纳18个电子 C．各电子层的能级都是从s能级开始到f能级结束 D．多电子原子中同一能层各能级的能量高低： 【答案】D 【解析】A．各电子层最多容纳的电子数为(最外层不超8)，原子轨道数应为而非，A错误；B．第四能层（N能层）最多容纳电子数为，B错误；C．并非所有电子层都有f能级，如第一、二、三能层无f能级，C错误；D．在多电子原子中，同一能层内能级能量顺序为，符合能级分裂规律，D正确；故选D。 【对点练2】（25-26高二上·河南南阳·期末）下列关于能层和能级的叙述中正确的是 A．各电子层含有的原子轨道数为(且为整数) B．多电子原子中同一能层各能级的能量高低： C．各电子层的能级都是从s能级开始到f能级结束 D．第四能层为N能层，最多容纳18个电子 【答案】B 【解析】A．各电子层最多容纳的电子数为(最外层不超8)，原子轨道数应为而非，A错误；B．在多电子原子中，同一能层内能级能量顺序为，符合能级分裂规律，B正确；C．并非所有电子层都有f能级，如第一、二、三能层无f能级，C错误；D．第四能层（N能层）最多容纳电子数为，D错误；故答案选B。 考点 2 基态与激发态 原子光谱 1.基态与激发态 （1）基态原子：处于最低能量状态的原子叫做基态原子。 （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）基态原子与激发态原子的关系：基态—吸收能量（激发）→激发态—释放能量（回到基态）。 2.原子光谱 （1）定义：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吸收光谱或发射光谱，总称原子光谱。 （2）形成原因： （3）分类及其特征： ①吸收光谱：明亮背景的暗色谱线 ②发射光谱：暗色背景的明亮谱线 （4）原子光谱的应用——光谱分析 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生产生活：光(辐射)是电子释放能量的重要形式之一。 ③实例：焰色试验、焰火、霓虹灯光、激光、荧光、LED 灯光等都与核外电子跃迁释放能量有关。 3.光谱分析及其应用 1)光谱的产生（原理） （1）核外电子在能级间跃迁时伴随能量吸收或释放，产生光谱： ①基态→激发态：原子吸收特定波长的光，电子跃迁到较高能级 → 产生吸收光谱； ②激发态→基态：电子从较高能级跃迁回较低能级，释放能量（以光的形式）→ 产生发射光谱。 （2）规律：不同元素的原子结构（能级差）不同，因此每种元素都有特定的特征谱线——这正是光谱分析能鉴定元素的依据。 2)光谱的分类与特点 （1）分类 类型 产生条件 光谱形态 特征 吸收光谱 基态原子吸收特定波长光 暗线/暗带 明线背景上的暗线 发射光谱 激发态原子释放特征光 亮线 线状（特征光谱） 连续光谱 炽热固体/液体发光 连续色带 无分立谱线 （2）特点 ①原子光谱是线状光谱，不同元素谱线位置不同（谱线 "指纹"）。 ②现代光谱分析常用原子发射光谱法（AES）与原子吸收光谱法（AAS）。 3)光谱分析 （1）定义：利用原子光谱中元素的特征谱线来鉴定元素及其含量的分析方法。 （2）原理：元素原子能级差唯一 → 特征谱线唯一 → 由谱线识别元素。 4)光谱分析的应用 （1）元素鉴定（定性分析） ①通过特征谱线确定样品中含有的元素种类。 ②经典例：太阳光谱中观察到的暗线，与地球元素发射谱线对照，可判断太阳大气所含元素。 （2）含量测定（定量分析） ①谱线强度与元素含量相关，可测定物质中金属元素含量 ②应用：环境监测（水体重金属）、食品检验、冶金分析、医学检验 （3）生产生活中的典型应用 ①焰色反应：钠—黄、钾—紫（透过蓝色钴玻璃）、铜—绿，本质是电子跃迁（物理变化）； ②焰火/烟花：不同金属盐燃烧呈不同颜色，来自电子跃迁发射光谱； ③霓虹灯/激光/LED：稀有气体放电发光的应用； ④天文学：由天体光谱分析其元素组成。 高考考点与易错 ①焰色反应是物理变化（电子跃迁），不是化学变化； ②吸收光谱（基态→激发态，吸能）与发射光谱（激发态→基态，放能）不可混淆； ③光谱分析可定性鉴定元素，也可定量测定含量； ④每种元素特征谱线唯一，这是鉴定的依据。 【进阶典例】（25-26高二下·山西晋中·期中）原子光谱在刑侦、考古和天文领域都有重要应用，如刑侦中可通过微量物证的光谱分析锁定物质成分，天文学家可通过恒星光谱判断其元素组成。关于原子光谱，下列说法正确的是 A．玻尔理论不但成功地解释了氢原子光谱，而且还推广到其他原子光谱 B．原子光谱是不连续的线状谱线 C．利用原子光谱上的特征谱线可以确定物质结构 D．电子仅在激发态跃迁到基态时才会产生原子光谱 【答案】B 【解析】A．玻尔理论仅能成功解释氢原子光谱，无法推广到多电子原子的光谱，存在局限性，A错误；B．原子中电子的能量状态是量子化的，因此原子的能级不连续，原子光谱也是不连续的线状谱线，B正确；C．在现代化学中，可利用原子光谱上的特征谱线来鉴定元素种类，但要确定物质结构还需借助红外光谱、核磁共振波谱和X射线衍射等手段，C错误；D．原子光谱包含发射光谱和吸收光谱两类，原子核外电子从激发态跃迁至基态会释放特定频率的光，形成发射光谱；从基态跃迁到激发态时吸收特定频率的光，形成吸收光谱，两种光谱均属于原子光谱，D错误；故答案选B。 解题点睛 1.基态是电子按三原理排布的最低稳定状态；吸收能量，电子跃迁至高能级成为激发态。 2.激发态不稳定，释放能量跃迁回低能级，常伴随发光。 3.解题重点区分排布是否为最低能量，看清是吸收还是释放能量，警惕把激发态排布当成基态 【拔高典例】（25-26高二下·青海海南·期中）下列关于原子基态、激发态与原子光谱的说法不正确的是 A．基态原子的能量高于激发态原子 B．电子由3d能级跃迁至4p能级，其光谱为吸收光谱 C．日常生活中的焰火、LED灯都与原子核外电子跃迁释放能量有关 D．不同电子层中的s原子轨道的能量不同 【答案】A 【解析】A．基态原子为能量最低的稳定状态，激发态原子为电子吸收能量跃迁到高能级的状态，基态原子能量低于激发态原子，A错误；B．3d能级能量低于4p能级，电子由低能级跃迁至高能级需要吸收能量，对应吸收光谱，B正确；C．焰火的焰色反应、LED灯发光均为原子核外电子从高能级向低能级跃迁时以光能形式释放能量的结果，与电子跃迁释放能量有关，C正确；D．同类型原子轨道能量随电子层序数增大而升高，不同电子层的s轨道能量满足，能量不同，D正确；故选A。 【对点练1】（25-26高二下·吉林长春·阶段检测）下列描述与电子能级跃迁无关的是 A．LED发光灯 B．掺杂的聚乙炔材料用于制造电子器件 C．节日燃放的焰火 D．太阳光谱里的夫琅禾费线 【答案】B 【解析】A．LED发光是半导体中电子从高能级跃迁到低能级时释放能量产生光，与电子能级跃迁有关，A错误；B．掺杂的聚乙炔材料经掺杂后导电性能提升，用于制造电子器件是利用其导电性，依赖载流子的定向移动，与电子能级跃迁无关，B正确；C．节日燃放的焰火是金属元素的原子中电子受热跃迁到高能级，再返回低能级时释放特定波长的光产生的，与电子能级跃迁有关，C错误；D．太阳光谱的夫琅禾费线是太阳外层大气中的元素原子的电子吸收特定波长的光跃迁到高能级，形成的吸收暗线，与电子能级跃迁有关，D错误；故答案选B。 【对点练2】（25-26高二下·上海金山·阶段检测）1913年，玻尔提出氢原子模型，解释了氢原子的光谱。关于玻尔原子结构模型，下列说法中正确的是 A．玻尔原子结构模型可以解释的光谱 B．原子中的电子在定态轨道上运动时，可能会辐射能量 C．电子在不同能量的两个轨道之间发生跃迁时，一定会辐射能量 D．电子在定态轨道上的运动状态被称为基态 【答案】A 【解析】A．核外仅有1个电子，属于类氢微粒，玻尔原子结构模型可以解释其光谱，A正确；B．原子中的电子在定态轨道上运动时能量恒定，不会辐射能量，B错误；C．电子从低能级轨道向高能级轨道跃迁时会吸收能量，并非一定辐射能量，C错误；D．电子在能量最低的定态轨道上的运动状态被称为基态，并非所有定态轨道的运动状态都是基态，D错误；故选 A。 1.（25-26高二上·河南信阳·期末）下列能层中，不包含d能级的是 A．N B．L C．P D．Q 【答案】B 【分析】能层对应于主量子数，d能级从（M 层）开始出现。 【解析】A．N 层对应，包含s、p、d、f 能级，含有d能级，A不符合题意；B．L 层对应，仅包含s和p能级，不包含d能级，B符合题意；C．P 层对应，包含d能级，C不符合题意；D．Q 层对应，包含d能级，D不符合题意；故选B。 2.（25-26高二下·新疆喀什·期中）下列关于能层与能级的说法中，正确的是 A．原子核外电子的每一个能层最多可容纳的电子数为n2 B．任一能层的能级总是从s能级开始，以f能级结束 C．同是s能级，在不同的能层中所能容纳的最多电子数是相同的 D．1个原子轨道里最多只能容纳2个电子，且自旋方向相同 【答案】C 【解析】A．原子核外每一个能层最多可容纳的电子数为，而非，A错误；B．能级数等于该能层序数，例如n=1的能层只有s能级，n=2的能层只有s、p能级，并非所有能层都以f能级结束，B错误；C．所有s能级最多容纳的电子数均为2，因此不同能层的s能级所能容纳的最多电子数相同，C正确；D．根据泡利不相容原理，1个原子轨道里最多容纳2个电子，且自旋方向相反，并非自旋方向相同，D错误；故答案选C 3.（25-26高二上·四川绵阳·期末）下列能级符号中，错误的是 A．2s B．2p C．4d D．3f 【答案】D 【解析】A．第2能层，有s、p能级，A正确；B．第2能层，有s、p能级，B正确；C．第4能层，有s、p、d、f能级，C正确；D．第3能层，只有s、p、d能级，没有f能级，故不存在3f，D错误；故选D。 4.（25-26高二上·四川泸州·阶段检测）下列关于电子层与能级的说法中正确的是 A．同一原子中，符号相同的能级，其电子能量不一定相同 B．任一电子层的能级总是从s能级开始，而且能级数不一定等于该电子层序数 C．钠原子的3s、3p、3d原子轨道均填满电子 D．3d能级最多容纳5个电子，3f能级最多容纳7个电子 【答案】A 【解析】A．同一原子中，符号相同的能级（如2s和3s）因处于不同电子层，能量不同，因此电子能量不一定相同，A正确；B．每个电子层的能级数等于该电子层序数（如第三层有s、p、d三个能级），B错误；C．钠原子基态电子排布为1s22s22p63s1，3p和3d轨道均未填充电子，3s也未填满电子，C错误；D．3d能级最多容纳10个电子，且3f能级不存在，D错误；故选A。 5.（25-26高二上·黑龙江牡丹江·期末）下列各电子层中包含f能级的是 A．L B．N C．M D．K 【答案】B 【解析】A．L电子层对应n=2，包含s和p能级，不包含f能级，A错误；B．N电子层对应n=4，包含s、p、d、f能级，B正确；C．M电子层对应n=3，包含s、p、d能级，不包含f能级，C错误；D．K电子层对应n=1，仅包含s能级，D错误；故选B。 6.（25-26高二·全国·课后作业）下列能级符号表示正确且可容纳的最多电子数按照从少到多的顺序排列的是 A． B． C． D． 【答案】B 【解析】A．s、p、d、f能级可容纳的最多电子数分别为2、6、10、14.可容纳的最多电子数：，A错误；B．从M层开始有d能级，从N层开始有f能级，能级符号表示均正确，且可容纳的最多电子数从少到多，B正确；C．从M层开始有d能级，不存在能级，C错误；D．从N层开始有f能级，不存在能级，D错误；答案选B。 7.（25-26高二上·浙江·期末）下列能层或能级符号不正确的是 A．M B．4s C．3p D．2d 【答案】D 【解析】A．第三能层用M表示，A不符合；B．第四能层有s、p、d、f能级，B不符合；C．第三能层有s、p、d能级，C不符合；D．第二能层没有d能级，D 符合；故选D。 8.（25-26高二上·全国·课前预习）以下能级符号正确的是 ①6s　②2d　③3f　④7p A．①② B．②③ C．③④ D．①④ 【答案】D 【解析】能级数与电子层数n相同，当n=2时，只有2s、2p能级，不能出现d能级，而当n=3时也不会出现3f能级。 9.（25-26高二上·山西·期末）下列关于能级和原子轨道的说法正确的是 A．3p2表示3p能级有两个原子轨道 B．在不同的能层中， p能级最多可容纳的电子数是相同的 C．每个能级最多可容纳的电子数为2n2(n代表能层) D．3d能级有5个原子轨道，且电子按3p →3d →4s 的顺序填充 【答案】B 【解析】A．3p2表示3p能级三个轨道中有两个原子轨道上分别有1个电子，故A错误；B．在不同的能层中，p能级最多可容纳的电子数都为6个，故B正确；C．每个能层最多可容纳的电子数为2n2(n代表能层)，但最外层不能超过8个，次外层不能超过18个倒数第三层不能超过32个，它们是相互联系的，相互制约的，故C错误；D．3d能级有5个原子轨道，且电子按3p →4s→3d的顺序填充，故D错误。 综上所述，答案为B。 10.（25-26高二下·湖北·期中）某元素基态原子的核外有两个能层，能量最高的能层上有5个电子，该元素的原子序数为 A．6 B．7 C．8 D．9 【答案】B 【解析】基态原子的核外有两个能层，能量最高的能层上有5个电子，核外电子排布式为1s22s22p3，该元素为氮元素，原子序数为7，答案选B。 11.（25-26高二上·吉林·期中）下列有关原子结构的说法正确的是 A．副族元素基态原子的价层电子数等于其最外层电子数 B．基态原子的第二能层上有s、p、d三个能级 C．不同能层的s能级上电子的能量： D．节日的焰火是物质燃烧的现象，与电子跃迁无关 【答案】C 【解析】A．副族元素基态原子的价层电子数不等于其最外层电子数，A错误；B．第二能层只有、两个能级，B错误；C．在多电子原子中，不同能层相同能级上的电子具有的能量随能层逐渐增大，C正确；D．焰火为金属元素的焰色试验，是元素的物理性质，与原子核外电子的跃迁有关，D错误；故选C。 12.（25-26高二上·四川·期末）下列说法错误的是 A．2p和3p轨道的形状和能量均相同 B．激发态硼原子有5种不同运动状态的电子 C．原子光谱上的特征谱线可鉴定元素的种类 D．Na、K的焰色不同是因为原子结构不同，电子跃迁时释放的能量不同 【答案】A 【解析】A．和轨道形状均为哑铃形，形状相同，但能层序数越大轨道能量越高，轨道能量高于，二者能量不相同，A错误；B．硼原子的核外电子总数为5，原子核外每个电子的运动状态均不相同，激发态硼原子电子数不变，故有5种不同运动状态的电子，B正确；C．不同元素的原子光谱具有特征谱线，因此可利用原子光谱的特征谱线鉴定元素种类，C正确；D．、的原子结构不同，电子跃迁时的能级差不同，释放的光子能量不同，因此焰色不同，D正确；故选A。 13.（25-26高二上·河南洛阳·期末）下列现象与电子跃迁没有直接关联的是 A．钾的焰色试验 B．钠与水剧烈反应 C．节日燃放的烟火 D．霓虹灯发光 【答案】B 【解析】A．焰色试验是金属原子受热时电子跃迁至激发态，返回基态时释放特定波长光波的现象，与电子跃迁直接关联，A不符合题意；B．钠与水反应是剧烈的置换反应（），本质为化学键断裂与形成，伴随热能释放，与电子能级跃迁无直接关联，B符合题意；C．烟火色彩由金属化合物受热激发后电子跃迁产生特征光谱形成，与电子跃迁直接关联，C不符合题意；D．霓虹灯通过高压激发惰性气体原子，电子跃迁后回落释放光子发光，与电子跃迁直接关联，D不符合题意；故选B。 14.（25-26高一下·湖北·期中）原子核外电子的跃迁会形成原子光谱，下列说法正确的是 A．激发态原子释放能量一定变成基态原子 B．确定元素的原子发射光谱和吸收光谱都有多根特征谱线，数量和频率都相同 C．铬的核外电子排布式不可能是 D．若某基态原子3d能级上只有2个电子，则这2个电子能量不相同 【答案】B 【解析】A．激发态原子释放能量可转变为能量更低的激发态，不一定直接变成基态原子，A错误；B．确定元素的原子能级结构固定，电子跃迁对应的能级差固定，发射光谱的亮线与吸收光谱的暗线一一对应，特征谱线的数量和频率都相同，B正确；C．铬基态核外电子排布为，但激发态下电子可发生跃迁，存在的排布情况，C错误；D．3d能级的5个轨道为简并轨道，3d能级上2个电子的能量相同，D错误；故选B。 15.（25-26高二下·安徽阜阳·阶段检测）下列说法错误的是 A．原子光谱是不连续的线状谱线 B．电子所处轨道的能量是量子化的 C．霓虹灯发光的原理是电子由能量较高的轨道向能量较低的轨道跃迁时以光的形式辐射能量 D．利用玻尔原子结构模型解释在有外加磁场时氢原子光谱有多条谱线 【答案】D 【解析】A．核外电子的能量是量子化的，因此原子光谱是不连续的线状谱线，A正确；B．电子所处轨道的能量是不连续的，属于量子化的，B正确；C．霓虹灯发光的原理是电子先吸收能量跃迁到高能级轨道，再从能量较高的轨道向能量较低的轨道跃迁时，将多余能量以光的形式辐射出来，C正确；D．玻尔原子结构模型具有局限性，仅能解释氢原子的基本线状光谱，无法解释有外加磁场时氢原子光谱出现多条谱线的现象，D错误；故选D。 16.（25-26高二下·四川成都·阶段检测）下列现象与电子的跃迁没有直接关联的是 A．氢原子发光 B．钠与水剧烈反应 C．燃放烟花 D．霓虹灯发光 【答案】B 【解析】A．氢原子发光是氢原子核外电子从高能级向低能级跃迁时以光的形式释放能量产生的，与电子跃迁有直接关联，A不符合题意；B．钠与水剧烈反应是化学反应中发生了电子的转移（失电子、水中得电子），不存在原子核外电子在能级间的跃迁过程，与电子跃迁没有直接关联，B符合题意；C．燃放烟花时呈现不同颜色是金属元素的焰色试验，本质是金属原子核外电子跃迁释放不同波长的光导致的，与电子跃迁有直接关联，C不符合题意；D．霓虹灯发光是稀有气体原子的核外电子在通电时吸收能量跃迁到高能级，再从高能级跃迁回低能级时释放光能产生的，与电子跃迁有直接关联，D不符合题意；故选B。 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司1 / 10 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $ 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 考点 1 能层（电子层）与能级 1.能层（相当于必修中的电子层） （1）定义：按电子 、 ，将核外电子分为不同能层。 （2）电子的能层由内向外排序，其序号、符号以及所能容纳的最多电子数及能层的能量与能层离原子核距离的关系： 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 离核远近 近 远 能量高低 低 高 即能层越高，电子的能量越 ，离原子核越 。 （3）能层数量规律 ①每一层最多容纳的电子数 个。 ②最外层电子数不超过 个（K层为最外层时不超过 个）。 ③次外层电子数不超过 个，倒数第三层不超过 个。 （4）能层能量规律 ①原子核外电子总是尽可能先排布在 的能层上，然后由 依次排布在能量逐渐升高的能层。②能层越 ，电子的能量越 。 ③能量的高低顺序为 。 2.能级 （1）定义：同一能层的电子，还被分成不同能级。 （2）表示方法：分别用相应能层的序数和字母 等表示。 （3）能级的符号和所能容纳的最多电子数如下表： 能层 1 2 3 4 5 能层符号 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 ……2n2 （4）能层与能级的有关规律 ①能级的 =所在能层的能层序数； ②能级的字母代号总是以s、p、d、f排序，字母前的数字是它们所处的能层序数，它们可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。即s级最多容纳 个电子， 级最多容纳6个电子，d级最多容纳 个电子， 级最多容纳14个电子； ③英文字母相同的不同能级中所能容纳的最多电子数 。例如，1s、2s、3s、4s…能级最多都只能容纳2个电子； ④每一能层最多容纳电子数为 （n为能层序数）； ⑤各能级所在能层的取值：ns(n≥ )；np(n≥ )；nd(n≥ )；nf(n≥ )； ⑥能级能量大小的比较：先看能层，一般情况下，能层序数越大，能量越高；再看同一能层各能级的能量顺序为：E(ns)< E(np)<E(nd)< E(nf) ……； ⑦不同能层中同一能级，能层序数越 ，能量越 。例如：E(1s)< E(2s)<E(3s)； ⑧不同原子同一能层，同一能级的能量大小 同。例如：Ar的1s能级的能量 S的1s能级的能量。 3.能层、能级能量高低判断 （1）能层能量高低判断规律：能层序数 n 越大，能量越高（离核越远，能量越高）。(E(K)<E(L)<E(M)<E(N)<E(O)<E(P)<E(Q)\) （2）能级能量高低判断（三类情形） 情形①同一能层内（比字母）：(E(ns)<E(np)<E(nd)<E(nf)，如E (3s)<E (3p)<E (3d) 情形②不同能层、同一能级（层序大者能量高）：E(1s)<E(2s)<E(3s)<E(4s)，E(2p)<E(3p)<E(4p) 情形③不同能层、不同能级 —— 能级交错（★难点） a.E(4s)<E(3d)<E(4p) b.E(5s)<E(4d)<E(5p) c.E(6s)<E(4f)<E(5d)<E(6p) （3）判断口诀：先看能层，层大能高；同层比字母，s<p<d<f；遇交错（4s/3d、6s/4f），特记顺序。能级交错只发生在特定能级间，不能一律用 "层序" 或 "字母" 单一规则判断。 （4）能级能量总顺序（构造原理填充顺序） 1s→2s→2p→3s→3p→4s→3d→4p→5s→4d→5p→6s→4f→5d→6p→…：横线为能级交错节点，也是填充顺序的转折点。 易错清单 ①只比字母不比层序：误判 E (4s)>E (3d)、E (6s)>E (4f)； ②能级交错范围混淆：不是所有跨层能级都交错，只有构造原理中规定的特定组合； ③填充分离：能级能量高低顺序就是电子填充顺序（构造原理），二者一致； ④忽略同能层内 s<p<d<f 的固定顺序。 【进阶典例】下列关于能层与能级的说法中正确的是(　　) A．同一原子中，符号相同的能级，其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 【拔高典例】（25-26高二下·甘肃酒泉·期中）下列关于能层与能级的说法中，正确的是 A．同一原子中，符号相同的能级，其上电子能量一定相同 B．多电子原子中，同一能级上电子的能量一定相同 C．同是s能级，在不同的能层中所能容纳的最多电子数不同 D．任一能层的能级总是从s能级开始，能级数与能层序数无关 【对点练1】（25-26高二上·广西钦州·期末）下列关于能层和能级的叙述中正确的是 A．各电子层含有的原子轨道数为(且为整数) B．第四能层为N能层，最多容纳18个电子 C．各电子层的能级都是从s能级开始到f能级结束 D．多电子原子中同一能层各能级的能量高低： 【对点练2】（25-26高二上·河南南阳·期末）下列关于能层和能级的叙述中正确的是 A．各电子层含有的原子轨道数为(且为整数) B．多电子原子中同一能层各能级的能量高低： C．各电子层的能级都是从s能级开始到f能级结束 D．第四能层为N能层，最多容纳18个电子 考点 2 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 能量状态的原子叫做基态原子。 （2）激发态原子：基态原子吸收能量，它的电子会跃迁到较 能级，变为激发态原子。 （3）基态原子与激发态原子的关系：基态—吸收能量（激发）→激发态—释放能量（回到基态）。 2.原子光谱 （1）定义：不同元素原子的电子发生跃迁时会 不同的光，可以用光谱仪摄取各种元素原子的 光谱，总称原子光谱。 （2）形成原因： （3）分类及其特征： ①吸收光谱： 背景的暗色谱线 ②发射光谱： 背景的明亮谱线 （4）原子光谱的应用——光谱分析 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 分析。 ②生产生活：光(辐射)是电子释放能量的重要形式之一。 ③实例：焰色试验、焰火、霓虹灯光、激光、荧光、LED 灯光等都与核外电子跃迁释放能量有关。 3.光谱分析及其应用 1)光谱的产生（原理） （1）核外电子在能级间跃迁时伴随能量吸收或释放，产生光谱： ①基态→激发态：原子吸收特定波长的光，电子跃迁到较高能级 → 产生吸收光谱； ②激发态→基态：电子从较高能级跃迁回较低能级，释放能量（以光的形式）→ 产生发射光谱。 （2）规律：不同元素的原子结构（能级差）不同，因此每种元素都有特定的特征谱线——这正是光谱分析能鉴定元素的依据。 2)光谱的分类与特点 （1）分类 类型 产生条件 光谱形态 特征 吸收光谱 基态原子吸收特定波长光 暗线/暗带 明线背景上的暗线 发射光谱 激发态原子释放特征光 亮线 线状（特征光谱） 连续光谱 炽热固体/液体发光 连续色带 无分立谱线 （2）特点 ①原子光谱是线状光谱，不同元素谱线位置不同（谱线 "指纹"）。 ②现代光谱分析常用原子发射光谱法（AES）与原子吸收光谱法（AAS）。 3)光谱分析 （1）定义：利用原子光谱中元素的特征谱线来鉴定元素及其含量的分析方法。 （2）原理：元素原子能级差唯一 → 特征谱线唯一 → 由谱线识别元素。 4)光谱分析的应用 （1）元素鉴定（定性分析） ①通过特征谱线确定样品中含有的元素种类。 ②经典例：太阳光谱中观察到的暗线，与地球元素发射谱线对照，可判断太阳大气所含元素。 （2）含量测定（定量分析） ①谱线强度与元素含量相关，可测定物质中金属元素含量 ②应用：环境监测（水体重金属）、食品检验、冶金分析、医学检验 （3）生产生活中的典型应用 ①焰色反应：钠—黄、钾—紫（透过蓝色钴玻璃）、铜—绿，本质是电子跃迁（物理变化）； ②焰火/烟花：不同金属盐燃烧呈不同颜色，来自电子跃迁发射光谱； ③霓虹灯/激光/LED：稀有气体放电发光的应用； ④天文学：由天体光谱分析其元素组成。 高考考点与易错 ①焰色反应是物理变化（电子跃迁），不是化学变化； ②吸收光谱（基态→激发态，吸能）与发射光谱（激发态→基态，放能）不可混淆； ③光谱分析可定性鉴定元素，也可定量测定含量； ④每种元素特征谱线唯一，这是鉴定的依据。 【进阶典例】（25-26高二下·山西晋中·期中）原子光谱在刑侦、考古和天文领域都有重要应用，如刑侦中可通过微量物证的光谱分析锁定物质成分，天文学家可通过恒星光谱判断其元素组成。关于原子光谱，下列说法正确的是 A．玻尔理论不但成功地解释了氢原子光谱，而且还推广到其他原子光谱 B．原子光谱是不连续的线状谱线 C．利用原子光谱上的特征谱线可以确定物质结构 D．电子仅在激发态跃迁到基态时才会产生原子光谱 【拔高典例】（25-26高二下·青海海南·期中）下列关于原子基态、激发态与原子光谱的说法不正确的是 A．基态原子的能量高于激发态原子 B．电子由3d能级跃迁至4p能级，其光谱为吸收光谱 C．日常生活中的焰火、LED灯都与原子核外电子跃迁释放能量有关 D．不同电子层中的s原子轨道的能量不同 【对点练1】（25-26高二下·吉林长春·阶段检测）下列描述与电子能级跃迁无关的是 A．LED发光灯 B．掺杂的聚乙炔材料用于制造电子器件 C．节日燃放的焰火 D．太阳光谱里的夫琅禾费线 【对点练2】（25-26高二下·上海金山·阶段检测）1913年，玻尔提出氢原子模型，解释了氢原子的光谱。关于玻尔原子结构模型，下列说法中正确的是 A．玻尔原子结构模型可以解释的光谱 B．原子中的电子在定态轨道上运动时，可能会辐射能量 C．电子在不同能量的两个轨道之间发生跃迁时，一定会辐射能量 D．电子在定态轨道上的运动状态被称为基态 1.（25-26高二上·河南信阳·期末）下列能层中，不包含d能级的是 A．N B．L C．P D．Q 2.（25-26高二下·新疆喀什·期中）下列关于能层与能级的说法中，正确的是 A．原子核外电子的每一个能层最多可容纳的电子数为n2 B．任一能层的能级总是从s能级开始，以f能级结束 C．同是s能级，在不同的能层中所能容纳的最多电子数是相同的 D．1个原子轨道里最多只能容纳2个电子，且自旋方向相同 3.（25-26高二上·四川绵阳·期末）下列能级符号中，错误的是 A．2s B．2p C．4d D．3f 4.（25-26高二上·四川泸州·阶段检测）下列关于电子层与能级的说法中正确的是 A．同一原子中，符号相同的能级，其电子能量不一定相同 B．任一电子层的能级总是从s能级开始，而且能级数不一定等于该电子层序数 C．钠原子的3s、3p、3d原子轨道均填满电子 D．3d能级最多容纳5个电子，3f能级最多容纳7个电子 5.（25-26高二上·黑龙江牡丹江·期末）下列各电子层中包含f能级的是 A．L B．N C．M D．K 6.（25-26高二·全国·课后作业）下列能级符号表示正确且可容纳的最多电子数按照从少到多的顺序排列的是 A． B． C． D． 7.（25-26高二上·浙江·期末）下列能层或能级符号不正确的是 A．M B．4s C．3p D．2d 8.（25-26高二上·全国·课前预习）以下能级符号正确的是 ①6s　②2d　③3f　④7p A．①② B．②③ C．③④ D．①④ 9.（25-26高二上·山西·期末）下列关于能级和原子轨道的说法正确的是 A．3p2表示3p能级有两个原子轨道 B．在不同的能层中， p能级最多可容纳的电子数是相同的 C．每个能级最多可容纳的电子数为2n2(n代表能层) D．3d能级有5个原子轨道，且电子按3p →3d →4s 的顺序填充 10.（25-26高二下·湖北·期中）某元素基态原子的核外有两个能层，能量最高的能层上有5个电子，该元素的原子序数为 A．6 B．7 C．8 D．9 11.（25-26高二上·吉林·期中）下列有关原子结构的说法正确的是 A．副族元素基态原子的价层电子数等于其最外层电子数 B．基态原子的第二能层上有s、p、d三个能级 C．不同能层的s能级上电子的能量： D．节日的焰火是物质燃烧的现象，与电子跃迁无关 12.（25-26高二上·四川·期末）下列说法错误的是 A．2p和3p轨道的形状和能量均相同 B．激发态硼原子有5种不同运动状态的电子 C．原子光谱上的特征谱线可鉴定元素的种类 D．Na、K的焰色不同是因为原子结构不同，电子跃迁时释放的能量不同 13.（25-26高二上·河南洛阳·期末）下列现象与电子跃迁没有直接关联的是 A．钾的焰色试验 B．钠与水剧烈反应 C．节日燃放的烟火 D．霓虹灯发光 14.（25-26高一下·湖北·期中）原子核外电子的跃迁会形成原子光谱，下列说法正确的是 A．激发态原子释放能量一定变成基态原子 B．确定元素的原子发射光谱和吸收光谱都有多根特征谱线，数量和频率都相同 C．铬的核外电子排布式不可能是 D．若某基态原子3d能级上只有2个电子，则这2个电子能量不相同 15.（25-26高二下·安徽阜阳·阶段检测）下列说法错误的是 A．原子光谱是不连续的线状谱线 B．电子所处轨道的能量是量子化的 C．霓虹灯发光的原理是电子由能量较高的轨道向能量较低的轨道跃迁时以光的形式辐射能量 D．利用玻尔原子结构模型解释在有外加磁场时氢原子光谱有多条谱线 16.（25-26高二下·四川成都·阶段检测）下列现象与电子的跃迁没有直接关联的是 A．氢原子发光 B．钠与水剧烈反应 C．燃放烟花 D．霓虹灯发光 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司1 / 10 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $