第一節(jié)原子結(jié)構(gòu)第1課時能層與能級基態(tài)與激發(fā)態(tài)原子光譜[核心素養(yǎng)發(fā)展目標(biāo)]1.通過認(rèn)識原子結(jié)構(gòu)與核外電子排布理解能層與能級的關(guān)系。2.通過核外電子能量不同分析、理解基態(tài)與激發(fā)態(tài)的含義與關(guān)系。3.能辨識光譜與電子躍遷之間的關(guān)系。一、能層與能級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”落實為“能層”與“能級”，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，德國科學(xué)家馬德隆發(fā)表了以原子光譜事實為依據(jù)的完整的構(gòu)造原理。1.能層(1)劃分依據(jù)根據(jù)能量不同，將核外電子分為不同的能層。(2)表示方法及最多可容納電子的數(shù)量關(guān)系每一能層最多可容納的電子數(shù)為2n2(n為能層序數(shù))。電子的能層由內(nèi)向外排序，其序號、符號以及所能容納的最多電子數(shù)如下：能層一二三四五六七符號KLMNOPQ最多電子數(shù)281832507298(3)能層間的能量關(guān)系能層越高，電子的能量越高，能量的高低順序為E(K)<E(L)<E(M)<E(N)<E(O)<E(P)<E(Q)。(4)原子的電子層模型示意圖由內(nèi)到外，電子能量由低到高，能層最多容納的電子數(shù)由少到多。2.能級(1)劃分依據(jù)根據(jù)同一能層電子的能量不同，將它們分為不同能級。(2)表示方法能級用相應(yīng)的能層序數(shù)(1、2、3、4……)和字母(s、p、d、f……)組合起來表示。如1s、2s、2p、3s、3p、3d……(3)數(shù)量關(guān)系①任一能層的能級總是從s能級開始。②能級數(shù)=該能層序數(shù)。③s、p、d、f……各能級可容納的最多電子數(shù)依次為自然數(shù)中的奇數(shù)序列1，3，5，7…的2倍。④能層、能級與最多容納的電子數(shù)見下表：能層(n)一二三四五六七……符號KLMNOPQ……能級1s2s2p3s3p3d4s4p4d4f5s……最多容納的電子數(shù)22626102610142……281832………………2n2(4)能量關(guān)系相同能層不同能級，能級越高，電子能量越高，即E(ns)<E(np)<E(nd)<E(nf)……1.以s能級為例，不同能層的s能級之間的能量有何關(guān)系？提示不同能層的s能級的能量關(guān)系：E(1s)<E(2s)<E(3s)<E(4s)……2.以s、p、d、f為符號的能級分別最多可容納多少個電子？3d、4d、5d能級所能容納的最多電子數(shù)是否相同？提示最多容納的電子數(shù)：s能級2個，p能級6個，d能級10個，f能級14個；3d、4d、5d能級所能容納的最多電子數(shù)相同。3.第五能層最多可容納多少個電子？它們分別容納在幾個能級中？提示第五能層最多容納50個電子；它們分別容納在5個能級中。1.(2024·長沙期末)下列能級符號表示正確且可容納的最多電子數(shù)按照從少到多的順序排列的是()A.1s、2p、3d、4p B.1s、2p、3d、4fC.2s、2p、2d、3d D.3s、3p、3d、3f答案B解析s、p、d、f能級可容納的最多電子數(shù)分別為2、6、10、14。可容納的最多電子數(shù)：2p=4p<3d，故A錯誤；從M層開始有d能級，不存在2d能級，故C錯誤；從N層開始有f能級，不存在3f能級，故D錯誤。2.下列關(guān)于能層與能級的說法正確的是()A.同一原子中，符號相同的能級上的電子能量不一定相同B.p能級的能量一定比s能級的高C.同是s能級，在不同的能層中所能容納的最多電子數(shù)是不相同的D.多電子原子中，每個能層上電子的能量一定不同答案A解析同一原子中，符號相同的能級上的電子能量不一定相同，如能量：2s>1s，A正確；能層相同的p能級的能量一定比s能級的高，能層不同不一定，B錯誤；同是s能級，在不同的能層中所能容納的最多電子數(shù)都是2，C錯誤；多電子原子中，同一能級上電子的能量相同，D錯誤。3.比較各能層或能級中電子能量大小：(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)<<解析不同能層的能量按K、L、M、N、O、P、Q……的順序依次升高，同一能層里，各能級的能量按s、p、d、f……的順序依次升高。4.碘是人體中的重要元素，人體缺碘易患甲狀腺腫大，請回答下列問題：(1)碘原子的結(jié)構(gòu)示意圖為。

(2)碘原子有個能層，核外電子占據(jù)的最高能層符號為，該能層有個能級。

(3)碘原子核外能量最高的電子所在的能級是。

答案(1)(2)5O5(3)5p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，它的電子會躍遷到較高能級，變?yōu)榧ぐl(fā)態(tài)原子。(3)基態(tài)、激發(fā)態(tài)原子相互間轉(zhuǎn)化的能量變化基態(tài)原子激發(fā)態(tài)原子注意處于不同能級的電子在一定條件下會發(fā)生躍遷。電子由低能級吸收能量躍遷到高能級，也可以由高能級釋放能量躍遷到低能級。2.原子光譜(1)原子光譜的形成及分類不同元素原子的電子發(fā)生躍遷時會吸收或釋放不同的光，可以用光譜儀攝取各種元素原子的吸收光譜或發(fā)射光譜，總稱原子光譜。(2)原子光譜的應(yīng)用——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來鑒定元素，稱為光譜分析。光譜分析的依據(jù)是每一種元素原子都有自己的特征譜線。光譜圖就像“指紋”一樣，可以用于辨別形成光譜的元素。焰火、霓虹燈光、激光、熒光、LED燈光等都與原子核外電子躍遷有關(guān)。已知霓虹燈發(fā)光的原理為通電后在電場作用下，放電管里氖原子中的電子吸收能量后躍遷到能量較高的能級，但處在能量較高能級上的電子會很快以光的形式輻射能量而躍遷回能量較低的能級，所發(fā)出的光的波長恰好位于可見光區(qū)域中的紅色波段。試分析焰色試驗中焰色產(chǎn)生的過程及呈現(xiàn)不同焰色的原因？焰色試驗是化學(xué)變化還是物理變化？提示焰色產(chǎn)生的過程及呈現(xiàn)不同焰色的原因：受熱后金屬元素原子中的電子吸收能量躍遷到能量較高的能級，變?yōu)榧ぐl(fā)態(tài)原子，激發(fā)態(tài)原子中的電子躍遷到能量較低的能級時，多余的能量以光的形式釋放，釋放的能量不同，光的顏色不同。金屬元素的焰色是電子躍遷的結(jié)果，故焰色試驗是物理變化，該過程中因受熱可能伴隨化學(xué)變化。1.正誤判斷(1)一般在能量相近的能級間發(fā)生電子躍遷()(2)電子的躍遷是物理變化()(3)電子躍遷時只吸收能量()(4)同一原子處于激發(fā)態(tài)時的能量一定高于基態(tài)時的能量()(5)激發(fā)態(tài)原子的能量較高，極易失去電子，表現(xiàn)出較強的還原性()答案(1)√(2)√(3)×(4)√(5)×2.(2024·成都十八中期末)電子躍遷伴隨著能量的釋放或吸收。下列與電子躍遷無關(guān)的是()A.燃放的焰火B(yǎng).銅絲可以導(dǎo)電C.裝飾建筑夜景的LED燈光D.從太陽光譜中發(fā)現(xiàn)氦答案B解析燃放的焰火、LED燈發(fā)光、從太陽光譜中發(fā)現(xiàn)氦都與電子躍遷有關(guān)；銅絲可以導(dǎo)電是因為自由電子的定向移動，與電子躍遷無關(guān)，B符合題意。3.(2024·安徽池州期中)燃放煙花是中國人民在重要節(jié)日慶祝的一種方式，如辛棄疾在《青玉案·元夕》中寫道：“東風(fēng)夜放花千樹，更吹落、星如雨?！毕铝嘘P(guān)于煙花的說法正確的是()A.煙花的色彩是原子吸收光能產(chǎn)生的B.煙花的綠色是銅原子核外電子從基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)所致C.可以通過加入某些金屬化合物使煙花綻放特定的顏色D.煙花呈現(xiàn)出各種焰色是化學(xué)變化答案C解析煙花的色彩是激發(fā)態(tài)原子中的電子躍遷到能量較低的能級時，以光的形式釋放能量而產(chǎn)生的，故A、B項錯誤；不同金屬元素的焰色不同，可以通過加入某些金屬化合物使煙花綻放特定的顏色，故C正確；焰色試驗是物理變化，故D錯誤。4.(2024·黑龍江綏化開學(xué)考)下列有關(guān)說法正確的是()A.電子易從1s躍遷到4d上B.電子只有獲得能量后才能發(fā)生躍遷C.激發(fā)態(tài)碳原子變?yōu)榛鶓B(tài)碳原子時能產(chǎn)生發(fā)射光譜D.灼燒含鈉元素的物質(zhì)，產(chǎn)生黃光時電子的能量會升高答案C解析一般電子容易在能量相近的不同能級之間發(fā)生躍遷，E(4d)?E(1s)，電子不易從1s躍遷到4d上，故A錯誤；電子由較高能量的激發(fā)態(tài)躍遷到較低能量的激發(fā)態(tài)乃至基態(tài)時釋放能量，故B錯誤；激發(fā)態(tài)碳原子變?yōu)榛鶓B(tài)碳原子時，會釋放能量，產(chǎn)生發(fā)射光譜，故C正確；灼燒含鈉元素的物質(zhì)，產(chǎn)生黃光時電子會釋放能量，其能量降低，故D錯誤。課時對點練[分值：100分][1~9題，每小題5分]題組一能層、能級的理解與應(yīng)用1.(2024·山東菏澤一中高二月考)下列能級符號中，不正確的是()A.3f B.2s C.3d D.2p答案A解析第一能層只有1s能級，第二能層有2s、2p能級，第三能層有3s、3p、3d能級，不存在3f能級，故B、C、D正確，A錯誤。2.(2024·吉林通化高二期末)下列關(guān)于能層和能級的說法錯誤的是()A.每個能層中的能級數(shù)都等于該能層序數(shù)B.原子核外每個能層容納的電子數(shù)都是n2(n表示能層序數(shù))C.d能級最多能容納10個電子D.任一能層的能級總是從s能級開始答案B解析每個能層中的能級數(shù)都等于該能層序數(shù)，如第一能層只有一個能級，第二能層有兩個能級，第三能層有三個能級，其余能層同理，A正確；原子核外每個能層最多容納電子數(shù)都是2n2(n為能層序數(shù))，B錯誤；各能級按s、p、d、f……的順序，可容納的最多電子數(shù)依次為1，3，5，7……的2倍，所以d能級最多能容納10個電子，C正確。3.第N能層所含能級數(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解析每一能層包含的能級數(shù)目等于該能層的序數(shù)，故第四能層包含s、p、d、f4個能級；每一能層所容納的最多電子數(shù)為2n2，故第四能層最多所容納的電子數(shù)為2×42=32個。4.在基態(tài)多電子原子中，關(guān)于核外電子能量的敘述錯誤的是()A.最易失去的電子能量最高B.同一個能層上的不同能級上的電子，能量大小不同C.L層電子的能量比K層電子的能量低D.在離核最近的區(qū)域內(nèi)運動的電子能量最低答案C解析能量越高的電子在離核越遠(yuǎn)的區(qū)域內(nèi)運動，也就越容易失去，故A不符合題意；在第n層中不同能級的能量大小順序為E(ns)<E(np)<E(nd)<E(nf)……，同一個能層上的不同能級上的電子，能量大小不同，故B不符合題意。5.下列說法錯誤的是()A.某原子K層上只有一個電子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層上只有一個電子，A正確；Cl-、K+等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層全排滿，即8個電子，這樣M層就有32個電子，而M層為第三能層，最多可容納的電子數(shù)為18個，故不可能，C錯誤；O2-核電荷數(shù)為8，最外層電子數(shù)也為8，D正確。6.下列能級符號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、3p D.3p、3d、3f答案A解析K層只有s能級，s能級最多容納2個電子；L層有s、p能級，p能級最多容納6個電子；M層有s、p、d能級，d能級最多容納10個電子，故A正確，B、C錯誤；M層沒有f能級，故D錯誤。題組二基態(tài)與激發(fā)態(tài)原子光譜7.下列關(guān)于同一種原子的基態(tài)和激發(fā)態(tài)的說法正確的是()A.基態(tài)時的能量比激發(fā)態(tài)時高B.激發(fā)態(tài)時比較穩(wěn)定C.由基態(tài)轉(zhuǎn)化為激發(fā)態(tài)吸收能量D.電子僅在激發(fā)態(tài)躍遷到基態(tài)時才會產(chǎn)生原子光譜答案C解析同一原子處于激發(fā)態(tài)時能量較高，較不穩(wěn)定，A、B不正確；電子從基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)時，會產(chǎn)生發(fā)射光譜，D不正確。8.(2024·青島高二期末)下列說法正確的是()A.許多元素是通過原子光譜發(fā)現(xiàn)的B.2d能級最多容納10個電子C.電子從激發(fā)態(tài)躍遷到基態(tài)時可形成吸收光譜D.原子的電子發(fā)生躍遷，是指電子從較低能量的狀態(tài)變?yōu)檩^高能量的狀態(tài)答案A解析歷史上許多元素是通過原子光譜發(fā)現(xiàn)的，如銫、銣等，故A正確；第二能層只包含2s、2p能級，沒有2d能級，故B錯誤；電子從激發(fā)態(tài)躍遷到基態(tài)是高能態(tài)變?yōu)榈湍軕B(tài)，可形成發(fā)射光譜，故C錯誤；電子從較低能量的狀態(tài)變?yōu)檩^高能量的狀態(tài)與電子從較高能量狀態(tài)變?yōu)檩^低能量狀態(tài)都稱為電子躍遷，故D錯誤。9.下列有關(guān)光譜的說法不正確的是()A.原子中的電子在躍遷時能量的表現(xiàn)形式之一是光，這也是原子光譜產(chǎn)生的原因B.電子由低能級躍遷至較高能級時，可通過光譜儀直接攝取原子的發(fā)射光譜C.燃放的焰火在夜空中呈現(xiàn)五彩繽紛的禮花與原子核外電子的躍遷有關(guān)D.通過光譜分析可以鑒定某些元素答案B解析不同元素原子的電子發(fā)生躍遷時會吸收或釋放不同的光，可以用光譜儀攝取各種元素原子的吸收光譜或發(fā)射光譜，A正確；電子由低能級躍遷至較高能級時，要吸收能量，光譜儀攝取到的是吸收光譜，B錯誤；在現(xiàn)代化學(xué)中，常利用原子光譜上的特征譜線來鑒定元素，稱為光譜分析，D正確。[10~13題，每小題6分]10.下列有關(guān)能層和能級的敘述正確的是()A.M能層有s、p共2個能級，最多能容納8個電子B.3d能級最多容納5個電子，3f能級最多可容納7個電子C.無論哪一能層的s能級容納的最多電子數(shù)均為2D.任一能層都有s、p能級，但不一定有d能級答案C解析A項，M能層有s、p、d共3個能級，最多容納18個電子；B項，3d能級最多容納10個電子，從N能層開始有f能級，最多容納14個電子，不存在3f能級；C項，每個能層都從s能級開始，且s能級最多容納2個電子；D項，K能層只有s能級，不含有p能級。11.下列對焰色試驗的描述正確的是()A.焰色試驗只是金屬單質(zhì)特有的性質(zhì)B.焰色試驗是化學(xué)變化C.焰色試驗是金屬原子從基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)時，將能量以光的形式表現(xiàn)出來D.焰色試驗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，將能量以光的形式表現(xiàn)出來的現(xiàn)象答案D解析焰色試驗是大多數(shù)金屬元素的性質(zhì)，是物理變化。12.下列現(xiàn)象與原子核外電子的躍遷無關(guān)的是()A.激光筆產(chǎn)生紅色光線B.金屬鈉在空氣中燃燒時的火焰呈黃色C.用光束照射膠體時產(chǎn)生光亮的通路D.焰火在夜空中呈現(xiàn)五彩繽紛的圖案答案C解析光是電子躍遷釋放能量的重要形式之一，激光筆產(chǎn)生的紅色光線是可見光，與原子核外電子的躍遷有關(guān)，故A項正確；用光束照射膠體時產(chǎn)生光亮的通路是膠體的丁達(dá)爾效應(yīng)，與原子核外電子的躍遷無關(guān)，故C項錯誤；燃燒的焰火在夜空中呈現(xiàn)五彩繽紛的圖案為金屬元素的焰色試驗，與原子核外電子的躍遷有關(guān)，故D項正確。13.W、X、Y、Z均為短周期主族元素，原子序數(shù)依次增大，且原子核外L能層的電子數(shù)分別為0、5、8、8，它們的最外層電子數(shù)之和為18。下列說法正確的是()A.X和Y元素原子核外均有3個能級B.W元素原子核外只有1個電子C.Z元素原子的M層上有3個能級，有6個電子D.X、Y、Z元素形成的簡單離子具有相同的電子層結(jié)構(gòu)答案B解析由題給信息分析可知W、X、Y、Z元素分別為H、N、P、Cl元素。W(H)元素原子核外只有1個電子，B正確；Z(Cl)元素原子的M層有3s、3p、3d共3個能級，其中3s能級有2個電子，3p能級有5個電子，C錯誤；X(N)、Y(P)、Z(Cl)元素形成的簡單離子分別為N3-、P3-和Cl-，其中P3-和Cl-具有相同的電子層結(jié)構(gòu)，D錯誤。14.(20分)(1)用符號填寫能層所含能級種類：K層：；L層：；

M層：；N層：。

(2)用數(shù)字填寫能級所能容納的最多電子數(shù)目：s：；p：；d：；f：。

(3)比較下列能級的能量高低(填“<”“=”或“>”)。①E(4f)E(4d)E(4p)E(4s)；

②E(1s)E(2p)E(3d)E(4f)。

答案(1)1s2s、2p3s、3p、3d4s、4p、4d、4f(2)261014(3)①>>>②<<<15.(11分)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，隨著人類對環(huán)境的認(rèn)識和要求的提高，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)為固體，加熱易熔化