1.1 原子结构 第1课时（培优课件）化学人教版选择性必修2

第一节 原子结构 人教版选择性必修二 高效培优系列 第一章 原子结构与性质 第1课时 能层与能级 基态与激发态 01 能层与能级 原子结构发展史 基态与激发态 03 02 知识导航 目标立纲 1.知道能层、能级的概念，能说出能层符号（K、L、M、N…）与能级符号（s、p、d、f…）的对应关系。 2. 理解能层、能级的能量规律，会用 2n² 计算各能层最多容纳的电子数，会判断同层与跨层能级能量高低。 3. 理解基态、激发态与原子光谱的成因，能用电子跃迁解释光的吸收与发射。 知识目标 1. 宏观辨识与微观探析：由烟花、霓虹灯等宏观发光现象，探析核外电子能级与跃迁的微观本质。 2. 变化观念与平衡思想：建构"能层—能级"的原子结构模型，用光谱证据推理电子的运动状态。 素养目标 情境启思 ① 夜空中绽放的烟花，为什么有红、绿、紫 等不同颜色？ ② 霓虹灯通电后发出红光，充入不同气体颜色 为何不同？ ③ 这些光，与原子核外电子有什么关系？ 光的颜色不同 → 能量不同。这些光都来自核外电子的能量变化——电子究竟"住"在哪？如何运动？这正是本课时要解决的问题。 原子结构发展史 01 知识精研 一、原子结构发展史 1.道尔顿 — 实心球模型（1803） 道尔顿于1803年提出原子为不可分割的实心小球，奠定科学原子论基础。 原子就像一个微小的实心球，每个原子都是一个不可分割的实体 知识精研 一、原子结构发展史 2.汤姆生 —“葡萄干面包”原子模型（1904） 汤姆生1897年发现电子后提出“葡萄干面包模型”，揭示原子存在亚原子结构。 知识精研 一、原子结构发展史 3.卢瑟福 — 原子核式模型（1911） 卢瑟福1911年通过α粒子散射实验建立原子核式模型，也叫“行星式”模型。 知识精研 一、原子结构发展史 4.玻尔 — “量子化轨道”原子模型（1913） 玻尔1913年引入量子化轨道理论解释氢原子光谱。 知识精研 一、原子结构发展史 5.薛定谔与海森堡 — “现代电子云”原子模型 析典破难 【例1】人类对原子结构的研究不断深入、发展，通过实验事实不断地丰富、完善原子结构理论，请判断下列关于原子模型发展史及原子结构的说法不正确的是 A．英国物理学家汤姆孙提出葡萄干面包模型 B．原子中的质子、中子和电子三种基本构成微粒不可能再进一步分成更小的微粒 C．原子核对电子的吸引作用的实质是原子核中的质子对核外电子的吸引 D．在卢瑟福的α粒子散射实验中，有少数α粒子发生大角度偏转，其原因是原子的正电荷和绝大部分质量集中在一个很小的核上 B 析典破难 【例2】原子结构的认知是一个不断深化的过程。以下关于原子结构模型发展史的叙述中，说法正确的是 A．1803年，道尔顿提出原子论，认为原子是构成物质的基本粒子，是不可再分的实心球 B．1904年，卢瑟福提出“枣糕模型”，认为正电荷均匀分布在整个原子球体内 C．1913年，玻尔在行星模型的基础上，指出电子在原子核外空间并不是在固定轨道上做高速圆周运动 D．1926-1935年，薛定谔等人建立的电子云模型，指出电子在核外有确定的运动轨迹 A 析典破难 1.熟记原子结构模型发展史时间轴：道尔顿实心球模型（1803）→ 汤姆逊枣糕模型（1904）→ 卢瑟福核式结构模型（1911，α粒子散射实验）→ 玻尔轨道模型（1913）→ 薛定谔等电子云模型（1926 年以后），人物、年代、模型一一对应。 2.此类题最常见的设错点是"张冠李戴"：枣糕模型是汤姆逊提出的，卢瑟福提出的是核式结构（行星式）模型；判断时先把"人物—模型"连线核对。 3.抓准各模型的核心观点：实心球——原子不可再分；枣糕——正电荷均匀分布、电子镶嵌其中；核式——原子核居中、电子绕核运动；玻尔——电子在固定轨道上运动；电子云——用小黑点的疏密表示电子在核外空间出现概率的大小。 4.特别警惕电子云的表述陷阱：电子云不是电子的运动轨迹图，电子并无确定的运动轨迹，凡"有确定轨迹""做圆周运动"描述电子云模型的说法必错。 5.树立科学观：模型是随实验证据不断修正、深化的，每一代模型都有其时代局限性，"后来的模型推翻并取代前人全部观点"这类绝对化说法要慎选。 方法总结 能层与能级 02 知识精研 二、能层与能级 1.能层 — 核外电子的“楼层” 概念 什么是能层？ 在多电子原子中，核外电子的能量是不同的。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。人们按电子的能量差异，把核外电子分成不同的能层（电子层）。 符号 能层怎么表示？ 能层序数 n = 1、2、3、4、5、6、7…，对应的符号依次为 K、L、M、N、O、P、Q。 知识精研 二、能层与能级 1.能层 — 核外电子的“楼层” 规律 能层与能量的关系 ① 离核越近的能层，能量越低； 离核越远，能量越高。 ② 能层序数越大，能量越高： E(K) < E(L) < E(M) < E(N)。 ③ 每个能层最多容纳 2n² 个电子 （K 层 2 个、L 层 8 个…）。 图示解读：电子按能量高低"分楼层居住"——K 层离核最近、能量最低，N 层离核最远、能量最高；每层"房间数"有限，最多住 2n² 个电子。 知识精研 二、能层与能级 2.能级 — 能层里的“台阶” 概念 同一能层内还有能量差异 同一能层的电子，能量也可能略有差异。据此把一个能层再分成若干个能级，符号依次为 s、p、d、f（此后还有 g、h…）。书写时在能级符号前加上能层序数，如 1s、2s、2p、3d。 能级数 = 能层序数（n 个能级） ① 第 n 能层只有 n 个能级：K 层只有 1s，L 层有 2s、2p，M 层有 3s、3p、3d… ② 同一能层内，能量按 E(ns) < E(np) < E(nd) < E(nf) 依次升高。 ③ 跨能层比较：能层序数大的能量高，如 E(2p) < E(3s)——"层"优先于"级"。 规律 知识精研 二、能层与能级 能层与能级对应关系（能级数 = n） 能层 能级数 能级符号 K（n=1） 1 1s L（n=2） 2 2s、2p M（n=3） 3 3s、3p、3d N（n=4） 4 4s、4p、4d、4f 能量阶梯（同一能层内） ns ＜ np ＜ nd ＜ nf 台阶越靠右、楼层越高，电子能量越高 警示 能级符号 s、p、d、f 须小写；"2p"读作"2p 能级"，不能写成"2P"或"p²"。 2.能级 — 能层里的“台阶” 知识精研 二、能层与能级 3.能层与能级的关系 — 原子“能量大楼”剖面图 类比记忆：把原子比作一栋"能量大楼"，能层是楼层，能级是每层里的台阶——楼层越高能量越高；同一层里台阶越高能量越高，但任何高层楼的一层，都比低层楼的顶楼"高"（跨层看能量）。 读图三问 ① 每一层的台阶数等于多少？——正好等于能层序数 n。 ② 同一层内台阶怎么排？——从左到右 s、p、d、f，能量依次升高。 ③ 3d 和 4s 谁能量高？——先比楼层再比台阶，E(3d) < E(4s) 这类"层优先"在构造原理中再深化。 培优点拨：能层决定能量的"大档次"，能级决定"小档次"；判断能量高低，先看 n、再看能级符号。 知识精研 二、能层与能级 4.规律小结 能层（n） 能级数 能级符号 各能级最多电子数 容纳电子总数（2n²） K（n=1） 1 1s s：2 2 L（n=2） 2 2s、2p s：2　p：6 8 M（n=3） 3 3s、3p、3d s：2　p：6　d：10 18 N（n=4） 4 4s、4p、4d、4f s：2　p：6　d：10　f：14 32 口诀：层数定台阶，spdf 定顺序，2n² 定容量。　 判断能量先看能层序数 n，再比能级符号； 计算容量先套 s²p⁶d¹⁰f¹⁴，再加和得 2n²。 1 能级数 = n 第 n 能层只有 n 个能级：K 层 1 个、L 层 2 个、M 层 3 个、N 层 4 个…… 2 各级容量 s²p⁶d¹⁰f¹⁴ s、p、d、f 能级最多分别容纳 2、6、10、14 个电子，与 n 无关。 3 能层总量 2n² 第 n 能层最多容纳 2n² 个电子；注意是"最多"，实际可以不满。 析典破难 【例3】判断下列说法的正误，并说明理由： （1）在多电子原子里，能量高的电子通常在离核较近的区域运动。　 （2）每个能层最多容纳 2n² 个电子，实际排布可以不满。 （3）同一能层的不同能级，电子能量完全相同。　 （4）2p 能级的能量高于 3s 能级。　 × 能量高→离核远。 √ 如 K 层最多 2 个、也只排 2 个；M 层最多 18 个，常见只排 8 个。 × E(ns) < E(np) < E(nd) < E(nf)。 × 跨能层比较先看 n：E(2p) < E(3s)。 析典破难 【例4】下列能级中，电子能量最高的是 A．2p　 B．3s　 C．3p　 D．3d D 误区警戒 ① "能量高"与"离核近"张冠李戴——能量高者离核远。 ② 见"n 不同"仍只比能级符号——跨层比较先看能层序数。 规律提炼 ① 能量比较口诀：先比楼层（n），再比台阶（spdf）。 ② 2n² 是"容量上限"，不是"实际排布数"。 析典破难 【例5】关于 M 能层，下列说法正确的是 A．M 能层共有 2 个能级：3s、3p B．M 能层最多容纳 18 个电子 C．M 能层的最高能级是 3f D．M 能层各能级能量：E(3d) < E(3p) B 析典破难 能层问题“三步套路” 第一步　定 n：由能层符号写出序数（K→1，L→2，M→3，N→4）。 第二步　列能级：写全 n 个能级（如 M 层：3s、3p、3d），按能量从低到高排。 第三步　算容量：用 2n² 求最多电子数，用 s²p⁶d¹⁰f¹⁴ 求各能级容量。 方法总结 基态与激发态 03 知识精研 三、基态与激发态 1.基态与激发态 — 电子的“跳台阶” 基态 处于最低能量状态的原子。电子尽可能占据离核近、能量低的轨道，是最稳定的状态。 激发态 基态原子吸收能量后，电子跃迁至较高能级，原子处于较高能量状态。不稳定，易回到基态。 规律 跃迁中的能量守恒 ① 基态 → 激发态：吸收能量（光能、热能等），ΔE = E(高能级) − E(低能级)。 ② 激发态 → 基态：释放能量，常以光的形式放出——这就是原子发光的机理。 ③ 吸收或放出的能量是量子化的：只能等于两个能级间的能量差，不多不少。 知识精研 三、基态与激发态 1.基态与激发态 — 电子的“跳台阶” 警示 跃迁时电子本身不会变成别的电子，只是"换楼层"；基态原子不吸收与能级差不相符的光。 图示解读：电子"上台阶"必须恰好付出台阶差的能量；"下台阶"时把差值以光子形式吐出来——烟花、霓虹灯的光由此而来。 知识精研 三、基态与激发态 2.原子光谱与光谱分析 — 原子的“指纹” 发射光谱·明线 激发态原子释放能量 基态原子吸收能量→跃迁→回到基态时发射光子，在黑底上呈现一系列明亮彩线。 吸收光谱·暗线 基态原子吸收能量 白光通过低温原子蒸气，某些波长的光被吸收，在连续彩色背景上留下黑暗条纹（如太阳光谱中的暗线）。 知识精研 三、基态与激发态 2.原子光谱与光谱分析 — 原子的“指纹” 规律 特征谱线——原子的"指纹" ① 不同元素的原子，能级差不同 → 都有自己的特征谱线，且发射光谱的亮线与吸收光谱的暗线位置一一对应。 ② 光谱分析：用光谱仪获取谱线，与已知元素谱线比对，即可鉴定元素或测定含量。 应用 从烟花到星辰 ① 烟花的不同颜色：不同金属元素的电子跃迁释放不同波长的光（锶红、钡绿、钠黄）。 ② 科学家据恒星光谱推知遥远星体的元素组成——氦元素就是在太阳光谱中先被发现的。 析典破难 【例6】判断下列叙述中原子所处的状态，并说明理由： （1）钠原子的电子能量处于允许的最低值。 （2）某原子吸收光子后，一个电子跃迁到更高能级。 （3）处于激发态的原子可以长期稳定存在。　 （4）电子从高能级跃迁到低能级时，需要从外界吸收能量。　 基态 能量最低的状态就是基态。 激发态 吸收能量、能量升高即为激发态。 ❌️ 激发态不稳定，会释放能量（发光）回到基态。 ❌️ 向下跃迁是释放能量，不是吸收。 解题钥匙 判断两步走：先问能量相对高低， 再问吸能还是放能。 吸能上跃＝基态→激发态； 放能下跃＝激发态→基态（发光）。 误区警戒 ① 只说"能量高"不算激发态— 必须是相对基态而言的较高能量 状态。 ② 以为激发态稳定存在—它像被 举到高处的球，随时会"落"回来 发光。 析典破难 【例7】下列关于电子跃迁与原子光谱的说法中，正确的是 A．原子光谱是连续的带状光谱 B．发射光谱的亮线与吸收光谱的暗线位置对应 C．不同元素原子的特征谱线基本相同 D．电子跃迁时吸收或释放的能量是任意的 B 规律提炼 一条主线：能级量子化 → 能量差定值 → 谱线位置固定 → 指纹鉴定元素。 见到"连续""任意"等词多为错误选项。 误区警戒 ① 把白光色散（连续光谱）与原子光谱（线状）混为一谈。 ② 认为吸收光谱是"发光"——它其实是白光被吸收后留下的暗线。 知识融通 原子结构 原子结构发展史 能层与能级 基态与 激发态 道尔顿实心球模型→汤姆生葡萄干面包模型→卢瑟福核式模型→玻尔量子化轨道模型→现代电子云模型 原子光谱 能层：K L M N…（n 越大能量越高） 能级：s p d f…（能级数 = n） 同层 E(ns) < E(np) < E(nd) < E(nf) 容量：s²p⁶d¹⁰f¹⁴，能层 2n² 基态：最低能量状态，最稳定 吸收能量 → 跃迁 → 激发态 激发态不稳定 → 释放光子 → 回基态 吸收/释放能量 = 两能级能量差 发射光谱：黑底亮线（激发态放能） 吸收光谱：彩底暗线（原子吸能） 特征谱线 = 原子的"指纹" 应用：光谱分析鉴定元素 能力跃迁 1.判断正误（正确的打“√”，错误的打“x”）。 （1）能层序数越大，能层内电子能量一定越高。 （2）N 能层共有 4s、4p、4d 三个能级。 （3）L 能层最多容纳 8 个电子，实际也可以少于 8 个。 （4）基态原子吸收能量后变为激发态，激发态很稳定。 （5）可用光谱分析鉴定样品中的元素种类。 √ × √ × √ 能力跃迁 C 2.下列有说法中正确的是 A．3p2表示3p能级有两个轨道 B．在基态多电子原子中，p轨道电子的能量一定高于s轨道电子的能量 C．能层序数越大，s原子轨道的半径越大 D．在同一能级上的电子，其能量不同 能力跃迁 C 3.下面有关“核外电子的运动状态”的说法，错误的是 A．各原子轨道的伸展方向种数按p、d、f的顺序分别为3、5、7 B．同一个原子的原子核外任何一个电子的运动状态都是不相同的 C．只有在电子层、原子轨道、原子轨道伸展方向都确定时，才能准确表示电子运动状态 D．基态原子变为激发态原子会吸收能量，得到吸收光谱 能力跃迁 B 4.下列元素基态原子的对应轨道上的电子最容易失去的是 A．Fe元素原子4s轨道上的电子 B．Ca元素原子4s轨道上的电子 C．F元素原子2p轨道上的电子 D．Ga元素原子4p轨道上的电子 能力跃迁 D 5.20世纪20年代中期建立的量子力学理论不仅能够较圆满的解释原子光谱的实验事实，而且为解释和预测物质结构和性质提供了全新的理论支持，已经成为现代化学理论的基础。依据该理论，下列各项叙述中正确的是 A．所有原子任一能层的s电子云轮廓图都是球形，电子绕核运动，其轨道为球面 B．钠的焰色试验呈现黄色，是电子由激发态转化成基态时吸收能量产生的 C．4s轨道电子能量较高，总是在比3s轨道电子离核更远的地方运动 D．s轨道电子能量可能高于p轨道电子能量 感谢观看 人教版选择性必修二 高效培优系列 分层精准培优，助力全面提升 $