第1章 01 第一节 原子结构 01 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(Word讲义)-【满分思维】2026-2027学年化学选择性必修二学生用书（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 ◆ 学习任务一　能层与能级 【课前自主预习】 1.构造原理的发展历程 (1)1920年,丹麦科学家玻尔在氢原子模型基础上,提出　　　　　　,开启了用原子结构解释　　　　　　　的篇章。  (2)1925年以后,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,复杂的原子光谱得以诠释。 (3)1936年,德国科学家马德隆发表了以　　　　　　事实为依据的完整的　　　　　　。  2.能层 (1)含义 核外电子按　　　不同分成能层(电子层)。   (2)表示方法 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如下: 能层 一 二 三 四 五 六 七 符号 最多电子数 (3)能层间的能量关系 能层越高,电子的能量　　,能量的高低顺序为E(K)　　E(L)　　E(M)　　E(N)　　E(O)　　E(P)　　E(Q)。   3.能级 (1)含义 同一能层的电子,根据　　　　的差异,又可分成不同能级。  (2)表示方法 ①任一能层的能级总是从　　　能级开始,能级数等于该　　　　　　,即第一能层只有　　个能级(1s),第二能层有　　　个能级(2s和2p),第三能层有　　　个能级(3s、3p和3d),依次类推。  ②能级的字母代号总是按　　　　　 　……排序的,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　　　　　　…的2倍。  (3)多电子原子中,同一能层各能级的能量关系:E(ns)　　　E(np)　　　E(nd)　　　E(nf)……  [问题思考] (1)能层和能级的关系与生活中的大楼结构中的什么相似? (2)以s能级为例,不同能层的s能级间的能量有何关系?同一能层不同能级间的能量有何关系? (3)一个能层的能级数与能层序数(n)间存在什么关系?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? 【核心知识讲解】 1.能层与能级的关系 (1)任何能层总是从s能级开始,任何能层均含有s能级,但并不是任何能层都含有p、d、f能级。 (2)能层就是电子层,各能层具有的能级数等于能层序数。如K层只有1s能级,L层有2s、2p两个能级,M层有3s、3p、3d三个能级。 (3)每一能层中最多容纳的电子数为2n2(n代表能层序数)。 (4)不同能层中符号相同的能级所容纳的最多电子数相同。 2.能层中各能级之间能量高低关系 (1)能层与能级的关系类似楼层与阶梯之间的关系,在每一个能层中,能级符号顺序是ns、np、nd、nf……(如图所示): (2)能层或能级的能量关系: (3)原子核外电子排布与能层、能级的关系: 3.理清能层、能级与最多容纳的电子数、能量之间的相互关系 能层(n) 一 二 三 四 五 六 七 … 符号 K L M N O P Q … 能级 1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s 4p 4d 4f 5s … … … … 最多容纳电子数 2 2 6 2 6 10 2 6 10 14 2 … … … … 2 8 18 32 50 72 98 每一能层最多可容纳的电子数是2n2 离核远近 · 由近到远 不同能 层能量 · 逐渐升高 【知识迁移应用】 例1 下列有关原子结构的说法不正确的是(　) 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.不同原子中,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 例2 下列关于多电子原子核外电子排布的说法正确的是 (　) A.各能层含有的能级数等于能层序数减去1 B.同是s能级,在不同的能层中最多能容纳的电子数是不相同的 C.原子核外电子的每一个能层最多可容纳的电子数为n2 D.M能层中含有3d能级 ◆ 学习任务二　基态与激发态　原子光谱 【课前自主预习】 1.基态原子与激发态原子 2.电子跃迁的能量变化与可见光 激发态原子不稳定,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,将释放能量。　　　　　　　是电子跃迁释放能量的重要形式。焰火、霓虹灯光、激光、荧光、LED灯光等可见光都与原子核外电子跃迁释放能量有关。  3.原子光谱 不同元素原子的电子发生　　　　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　　　　光谱或　　　　光谱,总称原子光谱。   4.光谱分析 在现代化学中,常利用　　　　　上的特征谱线来鉴定元素,称为光谱分析。   [问题思考] (1)我们经常燃放焰火来庆祝节日,焰火产生的原因是什么? (2)原子光谱是怎么产生的,有什么应用? 【核心知识讲解】 1.光谱的成因与分类 2.焰色试验与电子跃迁 焰色试验中观察到的特殊焰色是电子跃迁的结果,故焰色试验是物理变化而不是化学变化。发生的过程:基态原子激发态原子较低能量的激发态或基态原子。 (1)电子的跃迁是物理变化(未发生电子转移),而原子得失电子时发生的是化学变化。 (2)一般在能量相近的能级间发生电子跃迁,如基态碳原子2s能级上的一个电子可激发到2p能级上,得到不稳定的激发态碳原子。 (3)可见光包括红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫,其中紫色光的波长最短、红光的波长最长。 3.可以用光谱分析法鉴定元素的原因 一种元素有一种原子光谱,一种原子光谱对应着一种元素,不同元素的原子光谱都是特定的。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),所以可以用光谱分析法鉴定元素。 【知识迁移应用】 例3 下列关于同一种原子中基态和激发态的说法中正确的是 (　) 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.电子仅在由激发态跃迁到基态时才会产生原子光谱 例4 下列关于原子光谱的说法不正确的是 (　) A.霓虹灯光、LED灯光与原子核外电子跃迁释放能量有关 B.焰色试验是利用元素的吸收光谱鉴别某些元素 C.玻尔提出了核外电子的能量是量子化的,因此可以解释离散的谱线 D.利用光谱仪既能测得原子的发射光谱,也能测得原子的吸收光谱 ◆ 学习任务三　构造原理与电子排布式 【课前自主预习】 1.构造原理 (1)以　　　　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　　　　　　。  (2)示意图如下: 2.电子排布式 (1)含义:将能级上所容纳的电子数标在该能级符号右上角,并按照能层序数从小到大的顺序排列的式子,称为电子排布式。 (2)表示方法:按照构造原理,元素的核电荷数每递增一个,同时增加一个核电荷和一个　　　　　,就得到一个　　　　　的电子排布。电子填满了一个　　　　　,开始填入下一个　　　,由此构建了元素周期系中各元素的基态原子的电子排布。电子排布式中,能级符号右上角的数字表示该能级的　。  (3)示例:基态氮原子的电子排布式为 [问题思考] (1)为什么K原子的原子结构示意图不是 ,而是? (2)从元素周期表给出的信息可知,基态Cr原子和基态Cu原子的电子排布式分别为1s22s22p63s23p63d54s1和1s22s22p63s23p63d104s1,这样的电子排布符合构造原理吗?是根据什么确定其电子排布的? 【核心知识讲解】 1.能级交错现象 由构造原理可知,从第三能层开始,不同能层的能级出现能级交错现象:随核电荷数的递增,电子并不总是填满一个能层后再开始填入下一个能层的。电子是按3p→4s→3d的顺序而不是按3p→3d→4s的顺序填充的。 2.电子排布式的书写 (1)书写方法 先按构造原理中能级顺序填充电子再将同一能层的能级按s、p、d、f……顺序排列 如22Ti:先排列为1s22s22p63s23p64s23d2,然后将同一能层的能级排列到一起,即该基态原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d24s2。 (2)注意事项 ①在书写电子排布式时,一般情况下,能层低的能级要写在左边,而不是按构造原理顺序写。 电子填充顺序(构造原理):1s、2s、2p、3s、3p、4s、3d、4p、5s…… 书写顺序:1s、2s、2p、3s、3p、3d、4s、4p、4d、4f、5s…… 如:基态Fe原子的电子排布式是1s22s22p63s23p63d64s2。 ②基态原子的能量最低,故基态原子的电子排布式是能量最低的状态;基态氦原子不存在1s12s1的状态,但氦处于激发态时可能会存在1s12s1的状态。 3.简化电子排布式 为了避免电子排布式过于烦琐,我们可以把内层电子达到稀有气体结构的部分,以相应稀有气体元素符号外加方括号来表示。如Na的电子排布式为1s22s22p63s1,其中第一、二能层与Ne(1s22s22p6)的电子排布式结构相同,所以其电子排布式可简化为[Ne]3s1。 4.简单离子的电子排布式 对于主族元素的原子来说,一般只失去最外层电子,而过渡元素的原子可能还会进一步失去内层电子;原子得到电子时,一般总是填充到最外层未填满的能级上。如基态Fe原子的简化电子排布式为[Ar]3d64s2;其原子在失去电子时,仍遵循先失去最外层电子,后失去次外层电子的顺序,即Fe失去电子时先失去4s能级上的2个电子,转化为Fe2+,再失去3d能级上的1个电子转化为Fe3+。基态Fe2+的简化电子排布式为[Ar]3d6,基态Fe3+的简化电子排布式为[Ar]3d5。 5.价层电子排布 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)。该能级的电子排布式称为价层电子排布。如Cl的简化电子排布式为 [Ne]3s23p5,则其价层电子排布为3s23p5。对于过渡元素而言,价电子包含最外层电子和部分内层电子,如Fe的价层电子排布为3d64s2,通常元素周期表只给出价层电子排布。 【知识迁移应用】 例5 下列粒子基态时电子排布式错误的是 (　) A.Ne:1s22s22p6 B.S2-:1s22s22p63s23p6 C.Ca2+:1s22s22p63s23p6 D.F:1s22s12p6 例6 下列说法中正确的是 (　) A.某原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s2,则该元素原子核外有4个能级填有电子 B.原子核电荷数为33,其基态原子的简化电子排布式为[Ar]4s24p3 C.根据构造原理可知同一原子的各能级能量高低为4f>4d>3d>3p D.Fe2+与Cr原子的核外电子数相同,因此电子排布式相同 1.判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)。 (1)能层就是电子层 (　) (2)不同能层的p能级能量高低相同 (　) (3)高能层的所有能级的能量都比低能层能级的能量高 (　) (4)Mg的简化电子排布式为[Ne]3s2 (　) (5)原子核外每一能层最多可容纳n2个电子 (　) (6)3d能级最多容纳5个电子 (　) (7)任一能层的s能级最多容纳的电子数均为2 (　) (8)同一原子中,2p、3p、4p电子的能量逐渐升高 (　) 2.下列关于能层和能级的说法正确的是 (　) A.原子核外每能层最多可容纳的电子数为n2 B.能层序数较大的能级,能量不一定较高 C.同一原子中,1s、2s、3s电子的能量逐渐减小 D.同一原子中,3d、4d、5d能容纳的电子数逐渐增多 3.下列说法中不正确的是 (　) A.处于最低能量状态的原子叫作基态原子 B.3p2表示3p能级有两个电子 C.K+的电子排布式为1s22s22p63s23p6 D.同一原子中,2p、3p、4p能级最多可容纳电子数依次增多 4.[2025·浙江嘉兴八校高二期中] 下列电子排布式中,原子处于激发态的是 (　) A.1s22s22p5 B.1s22s22p33s1 C.1s22s22p63s23p64s1 D.1s22s22p63s23p63d34s2 5.按要求填空。 (1)基态Cu原子的核外电子排布式为　　　　　　　　　　　　　　。  (2)基态O原子的电子排布式为　　　　　　　　　　　　　　。  (3)基态Si原子中,电子占据的最高能层符号为　　　,该能层电子数为　　　　。  (4)基态Ni2+的价层电子排布为　　　　　。  (5)Br的原子序数为　　　　,其基态原子核外M层电子的排布式为　　　　　　　　。  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 原子光谱、构造原理与电子排布式 【新课探究】 学习任务一 课前自主预习 1.(1)构造原理　元素周期律 (3)原子光谱　构造原理 2.(1)能量 (2)K　L　M　N　O　P　Q　2　8　18　32　50　72　98 (3)越高　<　<　<　<　<　< 3.(1)能量 (2)①s　能层序数　1　2　3　②s、p、d、f　1,3,5,7 (3)<　<　< [问题思考] (1)提示:能层和能级的关系与大楼中的楼层和楼层间的台阶的关系较为相似。 (2)提示:E(1s)<E(2s)<E(3s)<E(4s)……;E(ns)<E(np)<E(nd)<E(nf)…… (3)提示:一个能层的能级数与能层序数(n)相等;一个能层最多可容纳的电子数为2n2。 知识迁移应用 例1　C　[解析] 第五能层含有5个能级,最多能容纳的电子数为2×52=50,A正确;同一原子中,由于K层只有s能级,故不同能层均含有的能级为s能级,B正确;3d能级最多可容纳10个电子,但实际容纳的电子数不一定为10个,C错误;核外电子分成不同能层和能级,其依据为电子的能量高低,D正确。 例2　D　[解析] 各能层的能级数等于其能层序数,A错误;s能级最多容纳2个电子,与能层无关,B错误;每个能层上最多容纳的电子数为2n2,C错误;第一能层中,只含1s能级,第二能层中,只含2s、2p两个能级,第三能层(M层)中,含有3s、3p、3d三个能级,D正确。 学习任务二 课前自主预习 1.(从上到下,从左到右)最低能量状态　较高能量状态　较高　吸收　释放 2.光(辐射) 3.跃迁　吸收　发射 4.原子光谱 [问题思考] (1)提示:这与原子核外电子跃迁释放能量有关。金属元素原子的核外电子被爆炸的火药激发到较高能级后,电子再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,能量以光的形式释放出来。 (2)提示:原子光谱是不同元素原子的电子发生跃迁时吸收或释放不同的光产生的;每种元素的原子都有自己的特征谱线,在现代化学中,常利用原子光谱上的特征谱线来鉴定元素。 知识迁移应用 例3　C　[解析] 处于最低能量状态的原子叫作基态原子,基态时的能量比激发态时低,故A错误;基态时的能量低、稳定,激发态时能量高、不稳定,故B错误; 基态转化为激发态是由低能量状态转化成高能量状态,转化过程中要吸收能量,故C正确;电子由基态跃迁到激发态需要吸收能量,形成吸收光谱,由较高能量的激发态跃迁到较低能量的激发态乃至基态时,释放能量,形成发射光谱,吸收光谱和发射光谱总称原子光谱,故D错误。 例4　B　[解析] 霓虹灯光、LED灯光与原子核外电子跃迁释放能量有关,故A正确;焰色试验是利用元素的发射光谱鉴别某些元素,故B错误; 由玻尔理论知,被束缚在原子核外的电子的能量是量子化的,只能取一定数值,称为定态,而原子光谱的谱线是不同定态的电子发生跃迁产生的,因而是离散的而不是连续的谱线,故C正确; 利用光谱仪既能测得原子的发射光谱,也能测得原子的吸收光谱,故D正确。 学习任务三 课前自主预习 1.(1)光谱学　构造原理　 (2)能层　能级 2.(2)核外电子　基态原子　能级　能级　电子数 (3)电子数 [问题思考] (1)提示:能层序数大,但能级的能量不一定高,部分能级有交错现象。K原子在排满第二能层后,先排布3s、3p能级,3d能级的能量高于4s能级,最后一个电子排入4s能级,所以K原子的原子结构示意图是。 (2)提示:不符合构造原理,基态Cr原子和基态Cu原子的电子排布式是依据原子光谱得到的。 知识迁移应用 例5　D　[解析] Ne是10号元素,根据构造原理知,基态Ne原子的电子排布式是1s22s22p6,A正确;S是16号元素,S2-是S原子得到2个电子形成的,根据构造原理知,基态S2-的电子排布式是1s22s22p63s23p6,B正确;Ca是20号元素,根据构造原理知,基态Ca原子的电子排布式是1s22s22p63s23p64s2,Ca2+是Ca原子失去最外层的2个4s电子形成的,则其电子排布式是1s22s22p63s23p6,C正确;F是9号元素,根据构造原理知,基态F原子的电子排布式是1s22s22p5,D错误。 例6　C　[解析] 电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s2的原子核外有7个能级填有电子,A错误;原子核电荷数为33,则该元素为As元素,根据构造原理知,其基态原子的简化电子排布式为 [Ar]3d104s24p3,B错误;同一原子的各能级能量高低顺序为4f>4d>3d>3p,C正确;Fe2+与Cr原子的核外电子数相同,但电子排布式不同,前者为1s22s22p63s23p63d6,后者为1s22s22p63s23p63d54s1,D错误。 【课堂评价】 1.(1)√　(2)×　(3)×　(4)√　(5)×　(6)×　(7)√　(8)√ 2.B　[解析] 原子核外每能层最多可容纳的电子数为2n2,故A错误;能层序数越大的能级能量不一定越高,如4s的能量低于3d,故B正确;不同能层的s轨道,能层序数越大的其能量越高,即1s<2s<3s,同一原子中,1s、2s、3s电子的能量逐渐增大,故C错误;不同能层的d能级最多能容纳的电子数相同,均为10,故D错误。 3.D　[解析] 处于最低能量状态的原子叫作基态原子,故A正确;3p2表示3p能级有两个电子,故B正确;钾离子的核外有18个电子,依据核外电子排布规则,K+的电子排布式为1s22s22p63s23p6,故C正确;同一原子中,2p、3p、4p能级均最多容纳6个电子,故D错误。 4.B　[解析] 原子核外电子排布中低能量能级的电子未填满就进入高能量能级的为激发态原子。1s22s22p5是基态氟原子的核外电子排布式,A不符合题意;1s22s22p33s1电子总数为8,对应氧原子,基态氧原子的核外电子排布式应为1s22s22p4(2p能级优先填满),而此排布中,2p能级仅3个电子,有1个电子填充在3s能级(2p能级能量低于3s),故为激发态氧原子,B符合题意;1s22s22p63s23p64s1对应基态钾原子的核外电子排布,C不符合题意;1s22s22p63s23p63d34s2对应基态钒原子的核外电子排布,D不符合题意。 5.(1)1s22s22p63s23p63d104s1(或[Ar]3d104s1) (2)1s22s22p4 (3)M　4 (4)3d8 (5)35　3s23p63d10 [解析] (1)Cu是29号元素,其基态原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s1(或[Ar]3d104s1)。(2)O是8号元素,故其基态原子的电子排布式为1s22s22p4。(3)基态Si原子的电子排布式为1s22s22p63s23p2,电子占据的最高能层为第三能层,其符号为M,该能层有4个电子。(4)Ni是28号元素,其基态原子价层电子排布为3d84s2,基态Ni2+的价层电子排布为3d8。 (5)Br是35号元素,M层有18个电子,M层电子的排布式为3s23p63d10。 学科网（北京）股份有限公司 $