第一節(jié)原子結(jié)構(gòu)第1課時(shí)能層與能級(jí)基態(tài)與激發(fā)態(tài)[核心素養(yǎng)發(fā)展目標(biāo)]1.通過(guò)認(rèn)識(shí)原子結(jié)構(gòu)與核外電子排布理解能層與能級(jí)的關(guān)系。2.通過(guò)核外電子能量不同分析，理解激態(tài)與激發(fā)態(tài)的含義與關(guān)系。3.能辨識(shí)光譜與電子躍遷之間的關(guān)系。一、能層與能級(jí)1920年，丹麥科學(xué)家玻爾在氫原子模型基礎(chǔ)上，提出構(gòu)造原理，開(kāi)啟了用原子結(jié)構(gòu)解釋元素周期律的篇章。1925年以后，玻爾的“殼層”落實(shí)為“能層”與“能級(jí)”，厘清了核外電子的可能狀態(tài)，復(fù)雜的原子光譜得以詮釋。1936年，德國(guó)科學(xué)家馬德隆發(fā)表了以原子光譜事實(shí)為依據(jù)的完整的構(gòu)造原理。1．能層(1)含義：根據(jù)核外電子的能量不同，將核外電子分為不同的能層(電子層)。(2)序號(hào)及符號(hào)能層序號(hào)一、二、三、四、五、六、七……分別用K、L、M、N、O、P、Q……表示，其中每層所容納的電子數(shù)最多為2n2個(gè)。(3)能量關(guān)系能層越高，電子的能量越高，能量的高低順序?yàn)镋(K)＜E(L)＜E(M)＜E(N)＜E(O)＜E(P)＜E(Q)。2．能級(jí)(1)含義：根據(jù)多電子原子的同一能層的電子的能量也可能不同，將它們分為不同能級(jí)。(2)表示方法：分別用相應(yīng)能層的序數(shù)和字母s、p、d、f等表示，如n能層的能級(jí)按能量由低到高的排列順序?yàn)閚s、np、nd、nf等。3．能層、能級(jí)與最多容納的電子數(shù)能層(n)一二三四五六七……符號(hào)KLMNOPQ……能級(jí)1s2s2p3s3p3d4s4p4d4f5s……最多電子數(shù)22626102610142……281832………………2n2由上表可知：(1)能層序數(shù)等于該能層所包含的能級(jí)數(shù)，如第三能層有3個(gè)能級(jí)。(2)s、p、d、f各能級(jí)可容納的最多電子數(shù)分別為1、3、5、7的2倍。(3)原子核外電子的每一能層最多可容納的電子數(shù)是2n2(n為能層的序數(shù))。(1)2d表示L層上的d能級(jí)()(2)同一原子中，1s、2s、3s電子的能量逐漸減小()(3)各能層的能級(jí)都是從s能級(jí)開(kāi)始至f能級(jí)結(jié)束()(4)4s、4p、4d、4f能量的高低順序?yàn)镋(4s)＜E(4p)＜E(4d)＜E(4f)()(5)3d、4d、5d能級(jí)所能容納的最多電子數(shù)不相同()答案(1)×(2)×(3)×(4)√(5)×1．根據(jù)Be、N、Ne、Na、Mg五種元素的原子結(jié)構(gòu)，回答下列問(wèn)題：(1)只有K層與L層的原子有________。答案Be、N、Ne(2)含有M層的原子有________。答案Na、Mg(3)最外層電子數(shù)相同的原子有________。答案Be、Mg(4)每一層電子數(shù)都符合2n2的有________。答案Ne2．若n＝3，以下能級(jí)符號(hào)錯(cuò)誤的是()A．npB．nfC．ndD．ns答案B3．下列能級(jí)符號(hào)表示正確且最多容納的電子數(shù)按照從少到多的順序排列的是()A．1s、2p、3d B．1s、2s、3sC．2s、2p、2d D．3p、3d、3f答案A二、基態(tài)與激發(fā)態(tài)原子光譜1．基態(tài)原子與激發(fā)態(tài)原子(1)基態(tài)原子：處于最低能量狀態(tài)的原子。(2)激發(fā)態(tài)原子：基態(tài)原子吸收能量，它的電子會(huì)躍遷到較高能級(jí)，變成激發(fā)態(tài)原子。(3)基態(tài)、激發(fā)態(tài)相互間轉(zhuǎn)化的能量變化基態(tài)原子eq\o(,\s\up7(吸收能量),\s\do5(釋放能量，主要形式為光))激發(fā)態(tài)原子2.光譜(1)光譜的成因及分類(lèi)(2)光譜分析：在現(xiàn)代化學(xué)中，常利用原子光譜上的特征譜線(xiàn)來(lái)鑒定元素，稱(chēng)為光譜分析。(1)光(輻射)是電子躍遷釋放能量的重要形式之一()(2)霓虹燈光、激光、螢光都與原子核外電子躍遷吸收能量有關(guān)()(3)產(chǎn)生激光的前提是原子要處于激發(fā)態(tài)()(4)電子躍遷時(shí)只吸收能量()(5)同一原子處于激發(fā)態(tài)時(shí)的能量一定高于基態(tài)時(shí)的能量()(6)激發(fā)態(tài)原子的能量較高，極易失去電子，表現(xiàn)出較強(qiáng)的還原性()答案(1)√(2)×(3)√(4)×(5)√(6)×1．回答下列問(wèn)題：吸收光譜是________的電子躍遷為_(kāi)_______的電子產(chǎn)生的，此過(guò)程中電子________能量；發(fā)射光譜是________的電子躍遷為_(kāi)_______的電子產(chǎn)生的，此過(guò)程中電子________能量。答案基態(tài)激發(fā)態(tài)吸收激發(fā)態(tài)基態(tài)釋放2．如圖是鋰、氦、汞原子的吸收光譜和發(fā)射光譜。其中圖________是原子由基態(tài)轉(zhuǎn)化為激發(fā)態(tài)時(shí)的光譜，圖________是原子由激發(fā)態(tài)轉(zhuǎn)化為基態(tài)時(shí)的光譜。不同元素的原子光譜上的特征譜線(xiàn)不同，請(qǐng)?jiān)趫D中將同種元素原子的吸收光譜和發(fā)射光譜連接起來(lái)。答案①③⑤②④⑥如圖所示1．下列敘述正確的是()A．能級(jí)就是電子層B．每個(gè)能層最多可容納的電子數(shù)是2n2C．同一能層中的不同能級(jí)的能量高低相同D．不同能層中的s能級(jí)的能量高低相同答案B解析能層是電子層，對(duì)于同一能層里能量不同的電子，又將其分為不同的能級(jí)，故A錯(cuò)誤；每個(gè)能層最多可容納的電子數(shù)是2n2，故B正確；同一能層里不同能級(jí)，能量按照s、p、d、f的順序升高，故C錯(cuò)誤；不同能層中的s能級(jí)的能量不同，能層越大，s能級(jí)的能量越高，例如：E(1s)<E(2s)<E(3s)……，故D錯(cuò)誤。2．以下能級(jí)符號(hào)正確的是()A．3f B．2dC．4s D．2f答案C解析第三能層有3個(gè)能級(jí)(3s、3p、3d)，沒(méi)有3f能級(jí)，故A錯(cuò)誤；第二能層有2個(gè)能級(jí)(2s和2p)，沒(méi)有2d能級(jí)，故B錯(cuò)誤；第四能層有4個(gè)能級(jí)(4s、4p、4d,4f)，故C正確；第二能層有2個(gè)能級(jí)(2s和2p)，沒(méi)有2f能級(jí)，故D錯(cuò)誤。3．第N能層所含能級(jí)數(shù)、最多容納電子數(shù)分別為()A．3、18 B．4、24C．5、32 D．4、32答案D解析第N能層為第4層，含有的能級(jí)分別為s、p、d、f，最多可以容納32個(gè)電子，D正確。4．下列現(xiàn)象和應(yīng)用與電子躍遷無(wú)關(guān)的是()A．激光 B．焰色試驗(yàn)C．燃燒放熱 D．霓虹燈答案C5．K層有________個(gè)能級(jí)，用符號(hào)表示為_(kāi)_______；L層有________個(gè)能級(jí)，用符號(hào)分別表示為_(kāi)_________；M層有________個(gè)能級(jí)，用符號(hào)分別表示為_(kāi)_______。由此可推知n能層最多可能有________個(gè)能級(jí)，能量最低的兩個(gè)能級(jí)其符號(hào)分別表示為_(kāi)_______。答案11s22s、2p33s、3p、3dnns、np6．(1)已知短周期元素A、B，A元素原子的最外層電子數(shù)為m，次外層電子數(shù)為n；B元素原子的M層(有電子)電子數(shù)為m－n－1，L層電子數(shù)為m＋n＋2，則A為_(kāi)_______(填元素符號(hào)，下同)，B為_(kāi)_______。(2)已知X元素原子的L層比Y元素原子的L層少3個(gè)電子，Y元素原子的核外電子總數(shù)比X元素原子的多5，則X、Y分別為_(kāi)_______、________。答案(1)CNa(2)NMg解析(1)短周期元素的原子最多有三個(gè)能層(K、L、M)，則A元素原子的次外層只可能為K層或L層，n只可能是2或8，又因?yàn)锽元素原子的L層電子數(shù)為m＋n＋2，而L層最多容納8個(gè)電子，所以n只可能等于2。由m＋n＋2＝8，得m＝4。故A元素原子的核外電子排布情況為K層2個(gè)電子，L層4個(gè)電子，則A為C；B元素原子的核外電子排布情況為K層2個(gè)電子，L層8個(gè)電子，M層1個(gè)電子，則B為Na。(2)根據(jù)題意，Y元素原子的核外電子總數(shù)比X元素原子的多5，而Y元素原子的L層電子只比X元素原子的多3個(gè)，故Y元素原子的最外層不是L層，而是M層，根據(jù)核外電子排布規(guī)律可知，其L層為次外層時(shí)只能排8個(gè)電子，則X元素原子的L層有5個(gè)電子，其原子核外電子數(shù)為2＋5＝7，故X為N；Y元素原子核外電子數(shù)為7＋5＝12，故Y為Mg。題組一能層的理解與應(yīng)用1．在基態(tài)多電子原子中，關(guān)于核外電子能量的敘述錯(cuò)誤的是()A．最易失去的電子能量最高B．離核最遠(yuǎn)的電子能量最高C．p能級(jí)電子能量一定高于s能級(jí)電子能量D．在離核最近的區(qū)域內(nèi)運(yùn)動(dòng)的電子能量最低答案C解析最易失去的電子，性質(zhì)活潑，所以能量最高，A正確；離核最近的區(qū)域內(nèi)運(yùn)動(dòng)的電子能量最低，離核越遠(yuǎn)區(qū)域內(nèi)運(yùn)動(dòng)的電子能量越高，B、D正確；處于同一能層時(shí)，p能級(jí)電子能量一定高于s能級(jí)電子能量，C錯(cuò)誤。2．某元素原子的核外有三個(gè)能層，最外能層有4個(gè)電子，該原子核內(nèi)的質(zhì)子數(shù)為()A．14B．15C．16D．17答案A解析原子核外共有三個(gè)能層，最內(nèi)層只有1s能級(jí)，可容納2個(gè)電子，第二層有2s、2p兩個(gè)能級(jí)，可容納1×2＋3×2＝8個(gè)電子，最外層有4個(gè)電子，所以該原子核外有14個(gè)電子，又因在原子中核外電子數(shù)等于核內(nèi)質(zhì)子數(shù)，故選A。3．在同一個(gè)原子中，M能層上的電子與Q能層上的電子的能量()A．前者大于后者 B．后者大于前者C．前者等于后者 D．無(wú)法確定答案B4．下列說(shuō)法中有錯(cuò)誤的是()A．某原子K層上只有一個(gè)電子B．某離子M層和L層上的電子數(shù)均為K層的4倍C．某原子M層上的電子數(shù)為L(zhǎng)層電子數(shù)的4倍D．存在核電荷數(shù)與最外層電子數(shù)相等的離子答案C解析氫原子K層上只有一個(gè)電子，A正確；Cl－、K＋等離子M層和L層上的電子數(shù)均為K層的4倍，B正確；原子核外已有M層，則L層為全排滿(mǎn)，即8個(gè)電子，這樣M層就有32個(gè)電子，而M層為第三層，最多容納的電子數(shù)為18個(gè)，故不可能，C錯(cuò)誤；O2－核電荷數(shù)為8，核外最外層電子數(shù)也為8，D正確。題組二能層和能級(jí)5．下列有關(guān)能層和能級(jí)的敘述中正確的是()A．M能層有s、p共2個(gè)能級(jí)，最多能容納8個(gè)電子B．3d能級(jí)最多容納5個(gè)電子，3f能級(jí)最多容納7個(gè)電子C．無(wú)論哪一能層的s能級(jí)最多容納的電子數(shù)均為2D．任一能層都有s、p能級(jí)，但不一定有d能級(jí)答案C解析A項(xiàng)，M能層有s、p、d共3個(gè)能級(jí)，最多容納18個(gè)電子；B項(xiàng)，3d能級(jí)最多容納10個(gè)電子，從N能層開(kāi)始有f能級(jí)，最多容納14個(gè)電子，不存在3f能級(jí)；C項(xiàng)，每個(gè)能層都從s能級(jí)開(kāi)始，且s能級(jí)最多容納2個(gè)電子；D項(xiàng)，K能層只有s能級(jí)，不含有p能級(jí)。6．某一能層上nd能級(jí)最多所能容納的電子數(shù)為()A．6B．10C．14D．15答案B解析d能級(jí)有5個(gè)軌道，每個(gè)軌道最多能容納2個(gè)電子，所以nd能級(jí)最多能容納10個(gè)電子。7．下列各能層不包含d能級(jí)的是()A．O能層B．P能層C．M能層D．K能層答案D解析多電子原子中，同一能層的電子可分為不同的能級(jí)，K層只有s能級(jí)，L層有s、p能級(jí)，從M層開(kāi)始有d能級(jí)。8．下列多電子原子不同能級(jí)能量高低的比較錯(cuò)誤的是()A．1s＜2s＜3s B．2p＜3p＜4pC．3s＜3p＜3d D．4s＞3d＞3p答案D解析在多電子原子中，從3d能級(jí)開(kāi)始有“能級(jí)交錯(cuò)”現(xiàn)象，實(shí)際4s能級(jí)的能量小于3d，所以D錯(cuò)誤。題組三原子的激發(fā)態(tài)、基態(tài)與光譜9．下列關(guān)于同一種原子中的基態(tài)和激發(fā)態(tài)說(shuō)法中，正確的是()A．基態(tài)時(shí)的能量比激發(fā)態(tài)時(shí)高B．激發(fā)態(tài)時(shí)比較穩(wěn)定C．由基態(tài)轉(zhuǎn)化為激發(fā)態(tài)過(guò)程中吸收能量D．電子僅在激發(fā)態(tài)躍遷到基態(tài)時(shí)才會(huì)產(chǎn)生原子光譜答案C解析同一原子處于激發(fā)態(tài)時(shí)能量較高，較不穩(wěn)定，A、B不正確；電子從能量較低的基態(tài)躍遷到能量較高的激發(fā)態(tài)時(shí)，也會(huì)產(chǎn)生原子光譜，D不正確。10．以下現(xiàn)象與核外電子的躍遷有關(guān)的是()①霓虹燈發(fā)出有色光②棱鏡分光③激光器產(chǎn)生激光④石油蒸餾⑤凸透鏡聚光⑥燃放的焰火，在夜空中呈現(xiàn)五彩繽紛的禮花⑦日光燈通電發(fā)光⑧冷卻結(jié)晶A．①③⑥⑦ B．②④⑤⑧C．①③⑤⑥⑦ D．①②③⑤⑥⑦答案A解析①霓虹燈發(fā)出有色光，因?yàn)闊艄苤械南∮袣怏w原子吸收能量，電子發(fā)生躍遷，發(fā)射出不同顏色的光，正確；②棱鏡分光是由于不同色彩的光在玻璃中的折射率不同引起的，與電子躍遷無(wú)關(guān)，錯(cuò)誤；③激光的產(chǎn)生就是在外部刺激的情況下，很多高能的電子同時(shí)釋放相位和能級(jí)相同能量，這些能量成為顏色一樣的光子，有的在激光器內(nèi)反射，繼續(xù)與電子碰撞，釋放更多的與它相同的光子，有的離開(kāi)激光器，形成激光，與電子躍遷有關(guān)，正確；④石油蒸餾是利用石油中各成分的沸點(diǎn)不同加以分離，與電子躍遷無(wú)關(guān)，錯(cuò)誤；⑤凸透鏡聚光是由光的折射形成的，與電子躍遷無(wú)關(guān)，錯(cuò)誤；⑥燃放的焰火，是因?yàn)椴煌饘匐x子吸收能量，電子發(fā)生躍遷，形成不同的顏色的光，正確；⑦日光燈通電發(fā)光，是因?yàn)殡娮邮艿郊ぐl(fā)的時(shí)候原子就會(huì)釋放出可見(jiàn)光子形成的，與電子躍遷有關(guān)，正確；⑧冷卻結(jié)晶，是由于溫度降低，物質(zhì)的溶解度減小，析出溶質(zhì)，與電子躍遷無(wú)關(guān)。11．元素Na的焰色試驗(yàn)呈黃色，從能量變化的角度其光譜類(lèi)型屬于()A．發(fā)射光譜B．吸收光譜C．連續(xù)光譜D．線(xiàn)狀光譜答案A解析焰色反應(yīng)是待測(cè)物的金屬元素吸收能量后，原子中的電子發(fā)生躍遷變?yōu)榧ぐl(fā)態(tài)，而激發(fā)態(tài)不穩(wěn)定，釋放能量變?yōu)檩^低能量的激發(fā)態(tài)或基態(tài)，產(chǎn)生發(fā)射光譜。12．對(duì)焰色試驗(yàn)的描述正確的是()A．焰色試驗(yàn)只是金屬單質(zhì)特有的性質(zhì)B．焰色試驗(yàn)是化學(xué)變化C．焰色試驗(yàn)是金屬原子從基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)時(shí)，將能量以光的形式表現(xiàn)出來(lái)D．焰色試驗(yàn)是金屬原子或離子從較高能量的激發(fā)態(tài)躍遷到較低能量的激發(fā)態(tài)或基態(tài)時(shí)，將能量以光的形式表現(xiàn)出來(lái)的現(xiàn)象答案D解析焰色試驗(yàn)是大多數(shù)金屬元素的性質(zhì)，是物理變化，從基態(tài)→激發(fā)態(tài)要吸收能量，從激發(fā)態(tài)→基態(tài)會(huì)釋放能量。13．圖中所發(fā)生的現(xiàn)象與電子的躍遷無(wú)關(guān)的是()答案D解析燃放煙火、霓虹燈、燃燒蠟燭等獲得的光能都是電子躍遷時(shí)能量以光的形式釋放出來(lái)導(dǎo)致的，而平面鏡成像則是光線(xiàn)反射的結(jié)果。14．對(duì)充有氖氣的霓虹燈管通電，燈管發(fā)出紅色光。產(chǎn)生這一現(xiàn)象的主要原因是()A．電子由激發(fā)態(tài)向基態(tài)躍遷時(shí)以光的形式釋放能量B．電子由基態(tài)向激發(fā)態(tài)躍遷時(shí)吸收除紅光以外的光線(xiàn)C．氖原子獲得電子后轉(zhuǎn)變成發(fā)出紅光的物質(zhì)D．在電流的作用下，氖原子與構(gòu)成燈管的物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)答案A解析霓虹燈之所以能發(fā)光，是因?yàn)殡娮游漳芰亢筌S遷到能量較高的能級(jí)，能量較高能級(jí)上的電子會(huì)很快以光的形式釋放能量而躍遷回能量較低的能級(jí)。15．填空。(1)用符號(hào)填寫(xiě)能層所含能級(jí)種類(lèi)：K層：________；L層：________；M層：________；N層：________。(2)用數(shù)字填寫(xiě)能級(jí)所能容納最多電子數(shù)目：s：________；p：________；d：________；f：________。(3)比較下列能級(jí)的能量高低(填“<”“＝”或“>”)。①4s________3s________2s________1s；②4f________4d________4p________4s；③1s________2p________3d________4f。答案(1)1s2s、2p3s、3p、3d4s、4p、4d、4f(2)261014(3)①>>>②>>>③<<<16．(1)1861年德國(guó)人基爾霍夫(G.R.Kirchhoff)和本生(R.W.Bunsen)研究鋰云母的某譜時(shí)，發(fā)現(xiàn)在深紅區(qū)有一新線(xiàn)，從而發(fā)現(xiàn)了銣元素，他們研究的是________________________________________________________________________。(2)含有鉀元素的鹽的焰色試驗(yàn)為_(kāi)_______色。許多金屬鹽都可以發(fā)生焰色試驗(yàn)，其原因是________________________________________________________________________。答案(1)原子光譜(2)紫電子從能量較高的激發(fā)態(tài)躍遷到能量較低的基態(tài)時(shí)，以一定波長(zhǎng)(可見(jiàn)光區(qū)域)光的形式釋放能量17．(1)Cl原子核外電子能量最高的電子所在的能級(jí)是________。(2)基態(tài)Si原子中，核外電子占據(jù)最高能層的符號(hào)為_(kāi)_______，該能層上有________個(gè)能級(jí)，電子數(shù)為_(kāi)_______。答案(1)3p(2)M34解析(1)Cl原子核外有17個(gè)電子，排布在1s、2s、2p、3s、3p5個(gè)能級(jí)上，能量最高的是3p能級(jí)。(2)Si原子核外有14個(gè)電子，K、L、M能層上分別有2、8、4個(gè)電子，所以電子占據(jù)的最高能層為M能層，該能層有3s、3p、3d三個(gè)能級(jí)，排有4個(gè)電子。18．下表給出了五種元素的相關(guān)信息，其中A、B、C、D為短周期元素。元素相關(guān)信息A在常溫、常壓下，其單質(zhì)是氣體，隨著人類(lèi)對(duì)環(huán)境的認(rèn)識(shí)和要求的提高，它將成為備受青睞的清潔燃料B工業(yè)上通過(guò)分離液態(tài)空氣獲得其單質(zhì)，其某種同素異形體是保護(hù)地球地表環(huán)境的重要屏障C植物生長(zhǎng)三要素之一，它能形成多種氧化物，其中一種是早期醫(yī)療中使用的麻醉劑D室溫下其單質(zhì)呈粉末狀固體，加熱易熔化。該單質(zhì)在氧氣中燃燒，發(fā)出明亮的藍(lán)紫色火焰E它是人體不可缺少的微量元素，其單質(zhì)也是日常生產(chǎn)和生活中不可缺少的金屬原材料，常用于制造橋梁、樓房等根據(jù)上述信息填空：(1)B元素的基態(tài)原子含有________個(gè)能層，其中第二能層中有哪幾個(gè)能級(jí)：________；畫(huà)出D的原子結(jié)構(gòu)示意圖_______