1、2022 高中化学新教材同步讲义资料 第一节第一节原子结构原子结构 第第 1 课时课时能层与能级能层与能级基态与激发态基态与激发态 核心素养发展目标1.通过认识原子结构与核外电子排布理解能层与能级的关系。 2.通过核外电子能 量不同分析，理解激态与激发态的含义与关系。3.能辨识光谱与电子跃迁之间的关系。 一、能层与能级一、能层与能级 1920 年，丹麦科学家玻尔在氢原子模型基础上，提出构造原理，开启了用原子结构解释元素周期律的 篇章。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。1936 年，德国科学家马德隆发表了以原子光谱事实为
2、依据的完整的构造原理。 1能层 (1)含义：根据核外电子的能量不同，将核外电子分为不同的能层(电子层)。 (2)序号及符号 能层序号一、二、三、四、五、六、七分别用 K、L、M、N、O、P、Q表示，其中每层所容 纳的电子数最多为 2n2个。 (3)能量关系 能层越高，电子的能量越高，能量的高低顺序为 E(K)E(L)E(M)E(N)E(O)E(P)E(Q)。 2能级 (1)含义：根据多电子原子的同一能层的电子的能量也可能不同，将它们分为不同能级。 (2)表示方法：分别用相应能层的序数和字母 s、p、d、f 等表示，如 n 能层的能级按能量由低到高的排 列顺序为 ns、np、nd、nf 等。 3
3、能层、能级与最多容纳的电子数 能 层 ( 二三四五六七 2022 高中化学新教材同步讲义资料 n) 符 号 KLMNOPQ 能 级 1 s 2 s 2 p 3 s 3 p 3 d 4 s 4 p 4 d 4 f 5 s 最 多电 子数 22626 1 0 26 1 0 1 4 2 281832 2 n2 由上表可知： (1)能层序数等于该能层所包含的能级数，如第三能层有 3 个能级。 (2)s、p、d、f 各能级可容纳的最多电子数分别为 1、3、5、7 的 2 倍。 (3)原子核外电子的每一能层最多可容纳的电子数是 2n2(n 为能层的序数)。 (1)2d 表示 L 层上的 d 能级() (2
4、)同一原子中，1s、2s、3s 电子的能量逐渐减小() (3)各能层的能级都是从 s 能级开始至 f 能级结束() (4)4s、4p、4d、4f 能量的高低顺序为 E(4s)E(4p)E(4d)E(4f)() (5)3d、4d、5d 能级所能容纳的最多电子数不相同() 答案(1)(2)(3)(4)(5) 1根据 Be、N、Ne、Na、Mg 五种元素的原子结构，回答下列问题： (1)只有 K 层与 L 层的原子有_。 答案Be、N、Ne (2)含有 M 层的原子有_。 答案Na、Mg (3)最外层电子数相同的原子有_。 答案Be、Mg (4)每一层电子数都符合 2n2的有_。 答案Ne 2若 n
5、3，以下能级符号错误的是() AnpBnfCndDns 答案B 2022 高中化学新教材同步讲义资料 3下列能级符号表示正确且最多容纳的电子数按照从少到多的顺序排列的是() A1s、2p、3dB1s、2s、3s C2s、2p、2dD3p、3d、3f 答案A 二、基态与激发态二、基态与激发态原子光谱原子光谱 1基态原子与激发态原子 (1)基态原子：处于最低能量状态的原子。 (2)激发态原子：基态原子吸收能量，它的电子会跃迁到较高能级，变成激发态原子。 (3)基态、激发态相互间转化的能量变化 基态原子 吸收能量 释放能量，主要形式为光 激发态原子 2.光谱 (1)光谱的成因及分类 (2)光谱分析：
6、在现代化学中，常利用原子光谱上的特征谱线来鉴定元素，称为光谱分析。 (1)光(辐射)是电子跃迁释放能量的重要形式之一() (2)霓虹灯光、激光、萤光都与原子核外电子跃迁吸收能量有关() (3)产生激光的前提是原子要处于激发态() (4)电子跃迁时只吸收能量() (5)同一原子处于激发态时的能量一定高于基态时的能量() (6)激发态原子的能量较高，极易失去电子，表现出较强的还原性() 答案(1)(2)(3)(4)(5)(6) 1回答下列问题： 吸收光谱是_的电子跃迁为_的电子产生的，此过程中电子_能量；发射光谱是 _的电子跃迁为_的电子产生的，此过程中电子_能量。 答案基态激发态吸收激发态基态释
7、放 2如图是锂、氦、汞原子的吸收光谱和发射光谱。其中图_是原子由基态转化为激发态时的 光谱，图_是原子由激发态转化为基态时的光谱。不同元素的原子光谱上的特征谱线不同，请在图 2022 高中化学新教材同步讲义资料 中将同种元素原子的吸收光谱和发射光谱连接起来。 答案如图所示 1下列叙述正确的是() A能级就是电子层 B每个能层最多可容纳的电子数是 2n2 C同一能层中的不同能级的能量高低相同 D不同能层中的 s 能级的能量高低相同 答案B 解析能层是电子层，对于同一能层里能量不同的电子，又将其分为不同的能级，故 A 错误；每个能 层最多可容纳的电子数是 2n2，故 B 正确；同一能层里不同能级，
8、能量按照 s、p、d、f 的顺序升高，故 C 错误；不同能层中的 s 能级的能量不同，能层越大，s 能级的能量越高，例如：E(1s)E(2s)E(3s)，故 D 错误。 2以下能级符号正确的是() A3fB2d C4sD2f 答案C 解析第三能层有 3 个能级(3s、3p、3d)，没有 3f 能级，故 A 错误；第二能层有 2 个能级(2s 和 2p)， 没有 2d 能级，故 B 错误；第四能层有 4 个能级(4s、4p、4d,4f)，故 C 正确；第二能层有 2 个能级(2s 和 2p)， 没有 2f 能级，故 D 错误。 3第 N 能层所含能级数、最多容纳电子数分别为() A3、18B4、
9、24 C5、32D4、32 答案D 解析第 N 能层为第 4 层，含有的能级分别为 s、p、d、f，最多可以容纳 32 个电子，D 正确。 2022 高中化学新教材同步讲义资料 4下列现象和应用与电子跃迁无关的是() A激光B焰色试验 C燃烧放热D霓虹灯 答案C 5K 层有_个能级，用符号表示为_；L 层有_个能级，用符号分别表示为 _； M 层有_个能级， 用符号分别表示为_。 由此可推知 n 能层最多可能有_ 个能级，能量最低的两个能级其符号分别表示为_。 答案11s22s、2p33s、3p、3dnns、np 6(1)已知短周期元素 A、B，A 元素原子的最外层电子数为 m，次外层电子数为
10、 n；B 元素原子的 M 层(有电子)电子数为 mn1， L 层电子数为 mn2， 则 A 为_(填元素符号， 下同)， B 为_。 (2)已知 X 元素原子的 L 层比 Y 元素原子的 L 层少 3 个电子，Y 元素原子的核外电子总数比 X 元素原 子的多 5，则 X、Y 分别为_、_。 答案(1)CNa(2)NMg 解析(1)短周期元素的原子最多有三个能层(K、L、M)，则 A 元素原子的次外层只可能为 K 层或 L 层，n 只可能是 2 或 8，又因为 B 元素原子的 L 层电子数为 mn2，而 L 层最多容纳 8 个电子，所以 n 只可能等于 2。由 mn28，得 m4。故 A 元素原
11、子的核外电子排布情况为 K 层 2 个电子，L 层 4 个 电子，则 A 为 C；B 元素原子的核外电子排布情况为 K 层 2 个电子，L 层 8 个电子，M 层 1 个电子，则 B 为 Na。(2)根据题意，Y 元素原子的核外电子总数比 X 元素原子的多 5，而 Y 元素原子的 L 层电子只比 X 元素原子的多 3 个，故 Y 元素原子的最外层不是 L 层，而是 M 层，根据核外电子排布规律可知，其 L 层 为次外层时只能排 8 个电子， 则 X 元素原子的 L 层有 5 个电子， 其原子核外电子数为 257， 故 X 为 N； Y 元素原子核外电子数为 7512，故 Y 为 Mg。 题组一
12、能层的理解与应用 1在基态多电子原子中，关于核外电子能量的叙述错误的是() A最易失去的电子能量最高 B离核最远的电子能量最高 Cp 能级电子能量一定高于 s 能级电子能量 D在离核最近的区域内运动的电子能量最低 答案C 解析最易失去的电子，性质活泼，所以能量最高，A 正确；离核最近的区域内运动的电子能量最低， 离核越远区域内运动的电子能量越高，B、D 正确；处于同一能层时，p 能级电子能量一定高于 s 能级电子 能量，C 错误。 2022 高中化学新教材同步讲义资料 2某元素原子的核外有三个能层，最外能层有 4 个电子，该原子核内的质子数为() A14B15C16D17 答案A 解析原子核外
13、共有三个能层，最内层只有 1s 能级，可容纳 2 个电子，第二层有 2s、2p 两个能级， 可容纳 12328 个电子，最外层有 4 个电子，所以该原子核外有 14 个电子，又因在原子中核外电 子数等于核内质子数，故选 A。 3在同一个原子中，M 能层上的电子与 Q 能层上的电子的能量() A前者大于后者B后者大于前者 C前者等于后者D无法确定 答案B 4下列说法中有错误的是() A某原子 K 层上只有一个电子 B某离子 M 层和 L 层上的电子数均为 K 层的 4 倍 C某原子 M 层上的电子数为 L 层电子数的 4 倍 D存在核电荷数与最外层电子数相等的离子 答案C 解析氢原子 K 层上只
14、有一个电子，A 正确；Cl 、K等离子 M 层和 L 层上的电子数均为 K 层的 4 倍，B 正确；原子核外已有 M 层，则 L 层为全排满，即 8 个电子，这样 M 层就有 32 个电子，而 M 层为 第三层，最多容纳的电子数为 18 个，故不可能，C 错误；O2 核电荷数为 8，核外最外层电子数也为 8，D 正确。 题组二能层和能级 5下列有关能层和能级的叙述中正确的是() AM 能层有 s、p 共 2 个能级，最多能容纳 8 个电子 B3d 能级最多容纳 5 个电子，3f 能级最多容纳 7 个电子 C无论哪一能层的 s 能级最多容纳的电子数均为 2 D任一能层都有 s、p 能级，但不一定
15、有 d 能级 答案C 解析A 项，M 能层有 s、p、d 共 3 个能级，最多容纳 18 个电子；B 项，3d 能级最多容纳 10 个电 子，从 N 能层开始有 f 能级，最多容纳 14 个电子，不存在 3f 能级；C 项，每个能层都从 s 能级开始，且 s 能级最多容纳 2 个电子；D 项，K 能层只有 s 能级，不含有 p 能级。 6某一能层上 nd 能级最多所能容纳的电子数为() A6B10C14D15 答案B 解析d 能级有 5 个轨道，每个轨道最多能容纳 2 个电子，所以 nd 能级最多能容纳 10 个电子。 7下列各能层不包含 d 能级的是() 2022 高中化学新教材同步讲义资料
16、 AO 能层BP 能层CM 能层DK 能层 答案D 解析多电子原子中，同一能层的电子可分为不同的能级，K 层只有 s 能级，L 层有 s、p 能级，从 M 层开始有 d 能级。 8下列多电子原子不同能级能量高低的比较错误的是() A1s2s3sB2p3p4p C3s3p3dD4s3d3p 答案D 解析在多电子原子中，从 3d 能级开始有“能级交错”现象，实际 4s 能级的能量小于 3d，所以 D 错 误。 题组三原子的激发态、基态与光谱 9下列关于同一种原子中的基态和激发态说法中，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电子仅在激发态
17、跃迁到基态时才会产生原子光谱 答案C 解析同一原子处于激发态时能量较高，较不稳定，A、B 不正确；电子从能量较低的基态跃迁到能 量较高的激发态时，也会产生原子光谱，D 不正确。 10以下现象与核外电子的跃迁有关的是() 霓虹灯发出有色光棱镜分光激光器产生激光 石油蒸馏凸透镜聚光燃放的焰火，在夜空中呈现五彩缤纷的礼花日光灯通电发光 冷却结晶 AB CD 答案A 解析霓虹灯发出有色光，因为灯管中的稀有气体原子吸收能量，电子发生跃迁，发射出不同颜色 的光，正确；棱镜分光是由于不同色彩的光在玻璃中的折射率不同引起的，与电子跃迁无关，错误； 激光的产生就是在外部刺激的情况下，很多高能的电子同时释放相位和
18、能级相同能量，这些能量成为颜色 一样的光子，有的在激光器内反射，继续与电子碰撞，释放更多的与它相同的光子，有的离开激光器，形 成激光，与电子跃迁有关，正确；石油蒸馏是利用石油中各成分的沸点不同加以分离，与电子跃迁无关， 错误；凸透镜聚光是由光的折射形成的，与电子跃迁无关，错误；燃放的焰火，是因为不同金属离子 吸收能量，电子发生跃迁，形成不同的颜色的光，正确；日光灯通电发光，是因为电子受到激发的时候 原子就会释放出可见光子形成的，与电子跃迁有关，正确；冷却结晶，是由于温度降低，物质的溶解度 减小，析出溶质，与电子跃迁无关。 2022 高中化学新教材同步讲义资料 11元素 Na 的焰色试验呈黄色，
19、从能量变化的角度其光谱类型属于() A发射光谱B吸收光谱C连续光谱D线状光谱 答案A 解析焰色反应是待测物的金属元素吸收能量后，原子中的电子发生跃迁变为激发态，而激发态不稳 定，释放能量变为较低能量的激发态或基态，产生发射光谱。 12对焰色试验的描述正确的是() A焰色试验只是金属单质特有的性质 B焰色试验是化学变化 C焰色试验是金属原子从基态跃迁到激发态时，将能量以光的形式表现出来 D焰色试验是金属原子或离子从较高能量的激发态跃迁到较低能量的激发态或基态时，将能量以光 的形式表现出来的现象 答案D 解析焰色试验是大多数金属元素的性质，是物理变化，从基态激发态要吸收能量，从激发态基 态会释放能
20、量。 13图中所发生的现象与电子的跃迁无关的是() 答案D 解析燃放烟火、霓虹灯、燃烧蜡烛等获得的光能都是电子跃迁时能量以光的形式释放出来导致的， 而平面镜成像则是光线反射的结果。 14对充有氖气的霓虹灯管通电，灯管发出红色光。产生这一现象的主要原因是() A电子由激发态向基态跃迁时以光的形式释放能量 B电子由基态向激发态跃迁时吸收除红光以外的光线 C氖原子获得电子后转变成发出红光的物质 D在电流的作用下，氖原子与构成灯管的物质发生反应 答案A 解析霓虹灯之所以能发光，是因为电子吸收能量后跃迁到能量较高的能级，能量较高能级上的电子 会很快以光的形式释放能量而跃迁回能量较低的能级。 15填空。
21、2022 高中化学新教材同步讲义资料 (1)用符号填写能层所含能级种类： K 层：_；L 层：_；M 层：_；N 层：_。 (2)用数字填写能级所能容纳最多电子数目： s：_；p：_；d：_；f：_。 (3)比较下列能级的能量高低(填“”)。 4s_3s_2s_1s； 4f_4d_4p_4s； 1s_2p_3d_4f。 答案(1)1s2s、2p3s、3p、3d4s、4p、4d、4f (2)261014 (3) 16(1)1861 年德国人基尔霍夫(G.R.Kirchhoff)和本生(R.W.Bunsen)研究锂云母的某谱时，发现在深红 区有一新线，从而发现了铷元素，他们研究的是_ _。 (2)
22、含有钾元素的盐的焰色试验为_色。许多金属盐都可以发生焰色试验，其原因是 _。 答案(1)原子光谱 (2)紫电子从能量较高的激发态跃迁到能量较低的基态时，以一定波长(可见光区域)光的形式释放能 量 17(1)Cl 原子核外电子能量最高的电子所在的能级是_。 (2)基态 Si 原子中，核外电子占据最高能层的符号为_，该能层上有_个能级，电子数 为_。 答案(1)3p(2)M34 解析(1)Cl 原子核外有 17 个电子，排布在 1s、2s、2p、3s、3p 5 个能级上，能量最高的是 3p 能级。 (2)Si 原子核外有 14 个电子，K、L、M 能层上分别有 2、8、4 个电子，所以电子占据的最
23、高能层为 M 能层，该能层有 3s、3p、3d 三个能级，排有 4 个电子。 18下表给出了五种元素的相关信息，其中 A、B、C、D 为短周期元素。 元 素 相关信息 A 在常温、 常压下， 其单质是气体， 随着人类对环境的认识和要求的提高， 它将成为备受青睐的清洁燃料 B 工业上通过分离液态空气获得其单质， 其某种同素异形体是保护地球地 表环境的重要屏障 C 植物生长三要素之一，它能形成多种氧化物，其中一种是早期医疗中使 用的麻醉剂 2022 高中化学新教材同步讲义资料 D 室温下其单质呈粉末状固体，加热易熔化。该单质在氧气中燃烧，发出 明亮的蓝紫色火焰 E 它是人体不可缺少的微量元素， 其
24、单质也是日常生产和生活中不可缺少 的金属原材料，常用于制造桥梁、楼房等 根据上述信息填空： (1)B 元素的基态原子含有_个能层，其中第二能层中有哪几个能级：_；画出 D 的原子 结构示意图_。 (2)C 与 A 形成的某一化合物能和 C 与 B 形成的另一无色化合物(这两种化合物分子中原子个数比皆为 12) 一 起 用 作 火 箭 助 推 剂 ， 写 出 两 者 发 生 反 应 生 成 无 毒 物 质 的 化 学 方 程 式 ： _。 (3)某矿藏主要含 D、E 两种元素组成的化合物，它在空气中高温条件下生成一种刺激性气体和一种红 色氧化物。试写出化学方程式：_。 答案(1)22s 和 2p
25、(2)2N2H4N2O4= 点燃 3N24H2O(3)4FeS211O2= 高温 2Fe2O3 8SO2 解析(1)氢气是一种清洁燃料，所以 A 为氢元素；臭氧对紫外线有吸收作用，是保护地球地表环境的 重要屏障， 所以 B 为氧元素， 其基态原子含有 K 层与 L 层 2 个能层， L 层为第二能层， 有 s、 p 两个能级(即 2s 和 2p)；氮、磷、钾是植物生长三要素，N2O 俗名“笑气”，是早期医疗中使用的麻醉剂，所以 C 为氮 元素；单质硫在氧气中燃烧，发出明亮的蓝紫色火焰，所以 D 为硫元素；日常生产和生活中最常用的金属 是铁、铜和铝，其中只有铁是人体不可缺少的微量元素，所以 E 为铁元素。 (2)氮和氢形成的原子个数比为 12 的化合物为 N2H4，氮和氧形成的原子个数比为 12 的化合物有 NO2和 N2O4，其中 N2O4是无色气体，NO2是红棕色气体，N2H4和 N2O4反应生成无毒的 N2和 H2O。 (3)我国主要以黄铁矿(其主要成分是 FeS2)为原料制备硫酸，其第一阶段的主要反应是煅烧黄铁矿，反 应为 4FeS211O2= 高温 2Fe2O38SO2。
