第1課時能層與能級基態(tài)與激發(fā)態(tài)原子光譜課時目標1.通過認識原子結(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)圖示Mg所謂能層,即化學必修第一冊所學的電子層,二者是同一概念。電子是按能量高低在原子核外分層排布(運動)的。小題對點過(1)回憶金屬鉀的原子結(jié)構(gòu)示意圖,能量最高的電子所處的能層符號是;倒數(shù)第2層的能層符號是,該能層最多容納的電子數(shù)是。

(2)硼原子受α粒子(He)轟擊可得碳原子和氕:511B+24He→614C+11答案(1)NM18(2)3∶42.能級(1)根據(jù)多電子原子的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①任一能層的能級總是從s能級開始。②每一能級用相應(yīng)能層的序數(shù)和字母s、p、d、f……組合在一起來表示,如n能層的能級按能量由低到高的順序為E(ns)<E(np)<E(nd)<E(nf)……(3)圖示小題對點過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)<<(4)能級數(shù)=該能層序數(shù)。(5)s、p、d、f……各能級能容納的最多電子數(shù)依次為自然數(shù)中的奇數(shù)序列1,3,5,7……的2倍。3.能層、能級與最多容納的電子數(shù)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小題對點過(1)第五能層最多可容納個電子,它們分別容納在個能級中。

(2)下列關(guān)于能層與能級的說法正確的是。

①同一原子中,符號相同的能級上的電子能量不一定相同②每個能層含有的能級數(shù)一定等于該能層序數(shù)③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④多電子原子中,每個能層上電子的能量一定不同答案(1)505(2)①②1.下列敘述正確的是(n表示能層序數(shù))()A.f能級最多容納的電子數(shù)是s能級最多容納的電子數(shù)的7倍B.各能層的能級都是從s能級開始至f能級結(jié)束C.各能層含有的能級數(shù)為n+1D.各能層含有的電子數(shù)為2n2答案A解析f能級最多容納14個電子,s能級最多容納2個電子,f能級最多容納的電子數(shù)是s能級的7倍,故A正確;各能層中的能級數(shù)等于其能層序數(shù),也就是說n=1時,只有一個s能級,n=2時,才有s、p兩個能級,故B、C錯誤;每個能層最多能填充2n2個電子,但不是所有的能層都含有2n2個電子,D項錯誤。2.下列各能層中包含f能級的是()A.N B.M C.L D.K答案A解析從第四能層開始出現(xiàn)f能級,N為第四能層符號,因此A項正確。3.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)碘在元素周期表中的位置是。

(2)碘原子有個能層,分別為(用相應(yīng)的符號表示)。

(3)碘原子的結(jié)構(gòu)示意圖為,

最外電子層有個電子,這些電子容納在個能級中,各個能級所容納的電子數(shù)分別為。

答案(1)第五周期第ⅦA族(2)5K、L、M、N、O(3)722、5解析(3)根據(jù)核外電子排布規(guī)律可知碘原子的結(jié)構(gòu)示意圖為,最外層有7個電子,這些電子容納在2個能級中,分別是5s、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)原子小題對點過(1)基態(tài)原子的核外電子通過吸收能量,核外電子躍遷至較高能級,那么電子的躍遷是化學變化嗎?為什么?

。

(2)基態(tài)電子和激發(fā)態(tài)電子相互轉(zhuǎn)化,不斷地吸收和釋放能量,這些能量的表現(xiàn)形式是。

答案(1)不是,原子中電子的躍遷是物理變化,而原子得失電子生成新物質(zhì)是化學變化(2)光(輻射)2.原子光譜(1)含義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)成因及分類3.原子光譜的應(yīng)用光譜分析:在現(xiàn)代化學中,常利用原子光譜上的特征譜線來鑒定元素,稱為光譜分析。(1)發(fā)現(xiàn)新元素:許多元素是通過原子光譜發(fā)現(xiàn)的,如銫(1860年)和銣(1861年),其光譜圖中有特征的藍光和紅光。又如1868年科學家們通過分析太陽光譜發(fā)現(xiàn)了稀有氣體氦。(2)檢驗元素:焰色試驗中產(chǎn)生的焰色是電子躍遷的結(jié)果,焰色的產(chǎn)生與消失是物理變化,該過程中可能伴隨化學變化。(3)生產(chǎn)生活中,焰火、霓虹燈光、激光等都與原子核外電子躍遷釋放能量有關(guān)。小題對點過(1)試分析焰色試驗的原理是什么?焰色試驗屬于吸收光譜還是發(fā)射光譜?

。

(2)結(jié)合教材,分析原子吸收光譜和發(fā)射光譜有何區(qū)別?

。

(3)光譜分析法為什么能鑒定元素?

。

(4)正誤判斷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、熒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電子躍遷時只吸收能量()答案(1)焰色試驗的原理是核外基態(tài)電子吸收能量后變成為較高能級的激發(fā)態(tài),然后躍遷至較低能級的激發(fā)態(tài)乃至基態(tài)時,以光的形式釋放能量,屬于發(fā)射光譜(2)吸收光譜和發(fā)射光譜都是線譜,區(qū)別在于前者顯示光譜中的黑色線條,而后者顯示光譜中的彩色線條(3)一種元素有一種原子光譜,一種原子光譜對應(yīng)著一種元素。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),所以可以用光譜分析法鑒定元素(4)①√②×③√④×1.下列現(xiàn)象和應(yīng)用與電子躍遷無關(guān)的是()A.激光 B.石墨導(dǎo)電C.霓虹燈 D.原子光譜答案B解析激光、霓虹燈、原子光譜是原子的發(fā)射光譜,與原子核外電子發(fā)生躍遷有關(guān),石墨導(dǎo)電是層間電子的自由移動,與電子的躍遷無關(guān),故選B。2.下列說法不正確的是()A.焰色試驗是化學變化B.在現(xiàn)代化學中,常利用光譜分析法來鑒定元素C.同一原子處于激發(fā)態(tài)時的能量一定高于處于基態(tài)時的能量D.焰色試驗中觀察到的特殊焰色是金屬原子中的電子從激發(fā)態(tài)躍遷到較低能量的激發(fā)態(tài)或基態(tài)時產(chǎn)生的光的顏色答案A解析焰色試驗是物理變化,A項錯誤;不同元素的特征譜線不同,故可以利用光譜分析法來鑒定元素,B項正確;基態(tài)是原子能量最低的狀態(tài),基態(tài)原子吸收能量變?yōu)榧ぐl(fā)態(tài)原子,C項正確;焰色試驗中觀察到的特殊焰色是金屬原子中的電子從激發(fā)態(tài)躍遷到較低能量的激發(fā)態(tài)或基態(tài)時產(chǎn)生的光的顏色,D項正確。3.下列說法正確的是()A.原子中的電子在躍遷時會發(fā)生能量的變化,能量的表現(xiàn)形式之一是光(輻射),這也是原子光譜產(chǎn)生的原因B.同一原子處于激發(fā)態(tài)時比處于基態(tài)時穩(wěn)定C.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D.電子只有從激發(fā)態(tài)躍遷到基態(tài)時才會產(chǎn)生原子光譜答案A解析根據(jù)原子光譜的定義可判斷A正確;原子處于基態(tài)時能量最低,更穩(wěn)定,B錯誤;激發(fā)態(tài)原子的能量較高,容易躍遷到較低能量的激發(fā)態(tài)或基態(tài)(釋放能量),而不是容易失去電子,失去電子的難易程度需根據(jù)原子的具體結(jié)構(gòu)而定,C錯誤;電子從激發(fā)態(tài)躍遷到基態(tài)時產(chǎn)生發(fā)射光譜,從基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)時產(chǎn)生吸收光譜,D錯誤。A級合格過關(guān)練選擇題只有1個選項符合題意題組一能層與能級1.下列各能層不包含d能級的是()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占不同的能級,K能層只有s能級,L能層有s、p能級,從M能層開始有d能級。2.下列能級符號中,不正確的是()A.3f B.2s C.3d D.2p答案A解析第三能層只有s、p、d三種能級,不存在f能級,因此不存在能級符號3f,A錯誤。3.下列說法正確的是()A.同一原子中1s、2s、3s電子能量逐漸減小B.同一原子中2p、3p、4p能級可容納的最多電子數(shù)依次增多C.能量高的電子在離核近的區(qū)域運動,能量低的電子在離核遠的區(qū)域運動D.各能層最多能容納的電子數(shù)是2n2答案D解析同一原子中1s、2s、3s電子能量逐漸增大,故A錯誤;同一原子中,2p、3p、4p可容納的最多電子數(shù)相等,都為6,故B錯誤;能量低的電子在離核近的區(qū)域運動,能量高的電子在離核遠的區(qū)域運動,故C錯誤。4.下列有關(guān)M能層的說法正確的是()A.表示第二電子層B.最多能容納8個電子C.表示第三電子層D.至少含有s、p、d、f四個能級答案C解析M能層表示第三電子層,含有s、p、d三個能級,A、D項錯誤,C項正確;M能層最多能容納18個電子,B錯誤。題組二基態(tài)與激發(fā)態(tài)原子光譜5.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;原子光譜分為吸收光譜和發(fā)射光譜,電子從基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)時,也會產(chǎn)生原子光譜,D不正確。6.下列現(xiàn)象與電子的躍遷沒有直接關(guān)聯(lián)的是()答案D解析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,主要以光的形式釋放能量,通電后氫氣發(fā)光、霓虹燈發(fā)光、燃放煙花等現(xiàn)象都是電子發(fā)生躍遷釋放能量形成的,鈉與水劇烈反應(yīng)與電子的躍遷無關(guān),故選D。7.充有氖氣的霓虹管發(fā)出紅光,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)躍遷時吸收除紅光外的光C.氖原子獲得電子后轉(zhuǎn)變成發(fā)出紅光的物質(zhì)D.通電后在電場作用下,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較高能級,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,從而產(chǎn)生紅光,A項正確。8.電子由3d能級躍遷至4p能級時,可通過光譜儀直接攝取()A.電子的運動軌跡圖像 B.原子的吸收光譜C.電子體積大小的圖像 D.原子的發(fā)射光譜答案B解析E(3d)<E(4p),故電子由3d能級躍遷至4p能級時,吸收能量,形成吸收光譜。9.(1)在同一個原子中,離核越近、n越小的能層能量;在同一電子層中,各能級的能量按s、p、d、f的次序依次;原子核外電子的每個能層最多可容納的電子數(shù)為[用該能層序數(shù)(n)表示]。

(2)理論研究證明,多電子原子中,同一能層的電子,其能量也可能不同,據(jù)此還可以把它們分成不同能級。第四能層有個能級;它們分別為。

答案(1)越低遞增2n2(2)44s、4p、4d、4fB級素養(yǎng)培優(yōu)練10.(2024·鄭州高二檢測)原子中的某一能層,最多能容納的電子數(shù)目大于32,該能層可能會是()A.L能層 B.M能層 C.N能層 D.P能層答案D解析每一能層最多能容納的電子數(shù)目為2n2,所以最多能容納的電子數(shù)目大于32的能層,至少是第五能層。11.同一原子的基態(tài)和激發(fā)態(tài)相比較,正確的是()A.基態(tài)時的能量比激發(fā)態(tài)時的高B.基態(tài)時不穩(wěn)定C.基態(tài)時的能量比激發(fā)態(tài)時的低D.激發(fā)態(tài)時比較穩(wěn)定答案C解析對同一原子來說,基態(tài)時比較穩(wěn)定,基態(tài)時的能量比激發(fā)態(tài)時的低。12.當碳原子的核外電子排布由1s22s22p2轉(zhuǎn)變?yōu)?s22s12p3時(能級符號右上角的數(shù)字代表該能級的電子數(shù)),下列說法正確的是()A.碳原子由基態(tài)變?yōu)榧ぐl(fā)態(tài)B.碳原子由激發(fā)態(tài)變?yōu)榛鶓B(tài)C.該過程將產(chǎn)生發(fā)射光譜D.碳原子要向外界環(huán)境釋放能量答案A解析當碳原子的核外電子排布由1s22s22p2轉(zhuǎn)變?yōu)?s22s12p3時,電子由較低能級躍遷到較高能級,原子由基態(tài)變?yōu)榧ぐl(fā)態(tài),應(yīng)吸收能量,產(chǎn)生吸收光譜,故選A。13.(2024·湖南師大附中月考)科學研究證明:核外電子的能量不僅與電子所處的能層、能級有關(guān),還與核外電子的數(shù)目及核電荷數(shù)有關(guān)。氬原子與硫離子的電子層結(jié)構(gòu)相同。下列說法正確的是()A.兩粒子最外層都達8電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu),化學性質(zhì)相同B.兩粒子的電子發(fā)生躍遷時,產(chǎn)生的光譜不同C.兩粒子的1s能級上電子的能量相同D.兩粒子的3p能級上的電子離核的距離相同答案B解析氬原子性質(zhì)穩(wěn)定,硫離子具有還原性,二者化學性質(zhì)不同,A錯誤;電子的能量不同,則發(fā)生躍遷時,產(chǎn)生的光譜不同,B正確;雖然電子數(shù)相同,但核電荷數(shù)不同,所以兩粒子的1s能級上電子的能量不同,C錯誤;兩粒子的3p能級上的電子離核的距離不同,D錯誤。14.填空。(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“>”)。①4s3s2s1s;

②4f4d4p4s;

③1s2p3d4f。

答案(1)1s2s、2p3s、3p、3d4s、4p、4d、4f(2)261014(3)①>>>②>>>③<<<15.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)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)原子含有個能層