1.1.1原子结构高二学案（人教版2019选择性必修2）

第一章原子结构与性质第一节原子结构第一课时能层与能级基态与激发态原子光谱学习目标学习目标1.理解能层与电子层的联系2.理解能级的概念、符号、个数，及与能层之间的关系；能够正确判断不同能级中电子的能量大小3.知道基态、激发态的含义及两者之间的关系，从而理解电子跃迁的不同方式；能够运用电子跃迁解释光的形成及生活中的光现象4.了解原子光谱的定义、分类、形成及应用；了解光谱分析的定义重点：能级与能层的关系；不同能级中电子的能量大小的判断难点：基态、激发态的相互关系，光谱分析的原理和应用自主学习自主学习一、能层与能级1、能层(1)含义：根据多电子原子的核外电子的能量差异，将核外电子分成不同的能层(电子层)(2)符号：能层序数一、二、三、四、五、六、七……分别用K、L、M、N、O、P、Q……表示(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)(4)容纳电子数：原子核外电子的每一能层最多可容纳的电子数与能层的序数(n)间存在的关系是2n22、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、能层、能级与最多容纳的电子数能层(n)一二三四五六七符号KLMNOPQ能级1s2s2p3s3p3d4s4p4d4f5s5p………………最多电子数226261026101426………………281832…………2n2【微点拨】=1\*GB3①任一能层的能级总是从s能级开始，能级符号的顺序是ns、np、nd、nf……=2\*GB3②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=3\*GB3③s、p、d、f各能级可容纳的电子数分别为1、3、5、7的2倍=4\*GB3④不同能层之间，符号相同的能级容纳的电子数相同，如：1s、2s、3s、4s均容纳2个电子=5\*GB3⑤在同一能层上不同能级的能量由低到高的顺序是ns<np<nd<nf=6\*GB3⑥不同能层中同一能级，能层序数越大，能量越高，如：1s<2s<3s<4s……二1、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，电子会跃迁到较高能级，变为激发态原子(3)基态、激发态相互间转化的能量变化基态原子eq\o(,\s\up11(吸收能量),\s\do4(释放能量，主要形式为光))激发态原子【微点拨】=1\*GB3①电子从1s能级跃迁到2s、2p等能级需要吸收能量，而从较高能量的能级如2s、2p跃迁到1s时，则会放出能量。光(辐射)是电子释放能量的重要形式之一。日常生活中的许多可见光，如：灯光、霓虹灯光、激光、焰火等都与原子核外电子发生跃迁释放能量有关=2\*GB3②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=3\*GB3③一般在能量相近的能级间发生电子跃迁2、光谱(1)光谱的成因及分类：不同元素的原子发生跃迁时会吸收能量(基态→激发态)或释放能量(激发态→基态)，从而吸收或释放不同的光，若用光谱仪摄取各种元素的电子的吸收光谱或发射光谱，则可确立某种元素，这些光谱总称原子光谱(2)光谱分析：不同元素的原子光谱都是特定的，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【微点拨】=1\*GB3①利用光谱分析可以发现新元素或利用特征谱线鉴定元素，如：科学家们通过太阳光谱的分析发现了稀有气体氦，化学研究中利用光谱分析检测一些物质的存在与含量=2\*GB3②光谱仪可以测量物质发射或吸收光波的波长，拍摄各种光谱图，光谱图就像“指纹”辨认一样，可以辨别形成光谱的元素学习过程学习过程情景导入：璀璨夺目的烟花焰火给节日带来了喜庆的气氛，这些焰火光柱的形成与原子核外电子的跃迁有关，原子的结构是怎样的?焰火光是怎样形成的，通过今天的探究，我们就能解决这个问题。一、能层与能级任务一、阅读教材P6第二自然段及表格，回答以下问题：1.能层的定义？核外电子按能量不同分成能层2.能层的符号，从内到依次为？KLMNOPQ3.每个能层最多容纳的电子数，从内到外依次为？2818325072984.能层与电子层的关系？能层相当于必修教材中的电子层5.能层与电子能量的关系？能层越高，电子的能量越高任务二、阅读教材P7第一、二自然段及表格，回答以下问题：1.能级的概念：同一能层的电子，还被分成不同的能级2.一个能层的能级数与能层序数(n)间存在什么关系?相等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?2n23.以s、p、d、f为符号的能级分别最多可容纳多少个电子?3d、4d、5d能级所能容纳的最多电子数是否相同同？相同4.第五能层最多可容纳多少个电子?50它们分别容纳在几个能级中?5各能级最多容纳多少个电子?(注：本书只要求到f能级。)s2，p6，d10，f14，另一个18活动一、填写下列能层与能级之间的常见规律1.能级的个数=所在能层的能层序数2.能级的字母代号是s、p、d、f，字母前的数字代表能层序数，每个能级最多容纳的电子数分别为s2，p6，d10，f14。3.英文字母相同的不同能级中所能容纳的最多电子数相同。（填“相同”或“不同”）4.每一能层最多容纳的电子数为2n2。5.f能级的从第4能层开始，d能级从第3能层开始。二、基态与激发态原子光谱任务一、阅读教材P7第三、四自然段，回答以下问题：1.基态原子的定义？处于最低能量状态的原子叫做基态原子2.激发态原子的定义？基态原子吸收能量，它的电子会跃迁到较高能级，变为激发态原子3.基态与激发态的关系？4.电子跃迁的形式，有哪几种？电子可以从基态跃迁到激发态，吸收能量；相反也可以从较高能量的激发态跃迁到较低能量的激发态乃至基态，释放能量。5.电子跃迁和原子得失电子是物理变化还是化学变化？电子的跃迁是物理变化(未发生电子转移),而原子得失电子发生的是化学变化。6.电子跃迁释放能量的重要形式，列举生活中的实例？光；焰火、霓虹灯光、激光、荧光、LED灯光任务二、阅读教材P8第一自然段和图14，回答以下问题：1.原子光谱的定义？不同元素原子的电子发生跃迁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吸收光谱或发射光谱，总称原子光谱2.原子光谱的分类？吸收光谱：明亮背景的暗色谱线发射光谱：暗色背景的明亮谱线3.原子光谱的应用？鉴定元素，发现新元素4.光谱分析的定义？在现代化学中，常利用原子光谱上的特征谱线来鉴定元素，称为光谱分析活动一、探究原子光谱的形成原因（提示：结合基态、激发态、电子跃迁等知识，探究吸收光谱和发射光谱的形成原因，可以用图示的方式表示出来）课堂练习课堂练习1．下列说法正确的是()A．电子在核外运动时有确定的轨道和轨迹，电子云就是对其运动轨迹的准确描述B．原子核外电子在某一时刻的位置可以测定或计算出来C．人们常用小黑点的疏密程度来表示电子在原子核外出现概率的大小D．电子云图中的小黑点表示电子的个数多少【答案】C【详解】A．电子云表示电子出现的几率，即表示电子在核外单位体积的空间出现的机会多少，故A错误；B．电子的运动速度极快且无规则，所以不能测定某一时刻电子所处的位置，故B错误；C．电子云图中的小黑点表示电子在核外空间出现机会的多少，即概率密度，故C正确；D．电子云图中的小黑点表示电子在核外空间出现机会的多少，而不表示具体的原子、原子的个数及电子的运动轨迹，故D错误；答案选C。2．下列化学用语表述正确的是A．镁原子由1s22s22p63s13p1→1s22s22p63s2时，原子释放能量，由激发态转化成基态B．基态Se的价电子排布式：C．基态铍原子最外层电子的电子云图为：D．电子仅在激发态跃迁到基态时才会产生原子光谱【答案】A【详解】A．镁原子由1s22s22p63s13p1→1s22s22p63s2时，原子释放能量，由激发态转化成基态，A正确；B．基态Se的价电子排布式：，B错误；C．基态Be的价电子排布式：，则基态铍原子最外层电子的电子云图轮廓为球形，C错误；D．原子光谱有两种：吸收光谱和发射光谱，电子由基态跃迁到激发态，或由激发态跃迁到基态，都会产生原子光谱，D错误。故选A。3．下列化学用语表示正确的是A．乙炔结构式：HC≡CH B．氢氧化钾电子式：C．氧离子核外电子排布式：1s22s22p4 D．聚丙烯链节：—CH2—CH2—CH2—【答案】B【详解】A．乙炔的结构简式为HC≡CH，分子式为C2H2，最简式为CH，A错误；B．氢氧化钠是离子化合物，O、H原子间共用1对电子，电子式为，B正确；C．氧离子核外电子排布式：1s22s22p6，C错误；D．聚丙烯的结构简式为，由多个聚合而成，则为聚丙烯的链节，D错误；故选B。4．下列有关化学用语表示正确的是A．空间填充模型可以表示二氧化碳分子，也可以表示水分子B．用电子式表示MgCl2的形成过程：C．基态钒原子的结构示意图为D．乙烯分子的结构简式为【答案】C【详解】A．二氧化碳分子为直线型，不能表示其分子结构，可以表示水分子，A错误；B．用电子式表示MgCl2的形成过程中，原子失去电子，得电子，箭头从指向，B错误；C．钒为23号元素，根据构造原理，钒原子的核外电子排布为：，原子的结构示意图为，C正确；D．乙烯中的官能团为碳碳双键，写结构简式时，官能团不能省略，故乙烯分子的结构简式为：，D错误；故选C。5．下列化学用语或图示表达正确的是A．CO燃烧热的热化学方程式：2CO(g)+O2(g)=2CO2(g)

△H=566.0kJ•mol1B．基态As原子的价层电子排布式：3d104s24d5C．氯化钠的分子式：NaClD．HClO的空间填充模型：【答案】D【详解】A．燃烧热是指在一定条件下，1mol可燃物完全燃烧生成指定产物放出的热量，故燃烧热的热化学方程式为，A错误；B．基态原子的价层电子排布式为，B错误；C．氯化钠为离子晶体，是化学式，不是分子式，C错误；D．的结构式为，空间填充模型为，D正确。故选D。6．化学学科在中国航天事业发展中作出了突出贡献，下列说法错误的是A．“天宫二号”所用的砷化镓太阳能电池工作时是把太阳能转换为电能B．“天问一号”火星车的热控保温材料属于纳米气凝胶，可产生丁达尔现象C．“梦天实验舱”原子钟利用电子跃迁计时，工作时会发生化学变化D．“长征二号”火箭选用偏二甲肼作航空燃料原因之一是燃烧时释放大量热【答案】C【详解】A．太阳能电池工作时是把太阳能转换为电能，A说法正确；B．纳米气凝胶属于胶体，可产生丁达尔现象，B说法正确；C．原子钟利用电子跃迁计时，工作时没有生成新物质，没有发生化学变化，C说法错误；D．选用偏二甲肼作航空燃料原因之一是燃烧时释放大量热，D说法正确；答案选C。7．下列原子外围电子层的电子排布图正确的是A．O B．FeC．Si D．Cr【答案】B【详解】A．氧原子的外围电子排布图，违反洪特规则，正确的排布图为：，A错误；B．铁原子外围电子排布图，B正确；C．硅原子外围电子排布图，违反洪特规则，正确的排布图为：，C错误；D．铬原子的外围电子排布图，违反洪特规则的特例，正确的排布图为：，D错误；答案选B。【点晴】掌握遵循能量最低原理、泡利不相容原理和洪特规则是解答的关键。能量最低原理：原子的电子排布遵循构造原理能使整个原子的能量处于最低状态；泡利原理：在一个原子轨道中，最多只能容纳2个电子，并且这两个电子的自旋方向相反；洪特规则：当电子排布在同一能级的不同轨道时，基态原子中的电子总是优先单独占据1个轨道，并且自旋方向相同。洪特规则特例：当能量相同的原子轨道在全满(p6、d10、f14)、半满(p3、d5、f7)和全空(p0、d0、f0)状态时，体系的能量最低。8．下列说法错误的是A．原子轨道伸展方向与能量大小有关B．在d轨道中电子排布成，而不排布成，遵循的是洪特规则C．Br的最高能层符号为ND．从空间角度看，2s轨道比1s轨道大，其空间包含了1s轨道【答案】A【详解】A．离原子核越远的电子，其能量越大，则p原子轨道电子的平均能量随能层的增大而增加，所以电子云伸展方向与能量大小是无关，故A错误；B．洪特规则：电子分布到能量筒并的原子轨道时，优先以自旋相同的方式分别占据不同的轨道，因为这种排布方式原子的总能量最低。所以在能量相等的轨道上，电子尽可能自旋平行地多占不同的轨道，题中符合洪特规则，故B正确；C．基态Br原子核外有4个电子层，电子占据的最高能层为第四层，符号为N，故C正确；D．从空间角度看，2s轨道空间包含了1s轨道，比1s轨道大，故D正确；故选A。9．下列说法错误的是A．在基态多电子原子中，电离能最小的电子能量最高B．在元素周期表中，s区，d区和ds区的元素都是金属(氢元素除外)C．Xe元素的所在族的原子的外围电子排布式均为ns2np6，属于非金属元素D．钒的价层电子排布为3d34s2，钒位于元素周期表中第四周期VB族【答案】C【详解】A．能量越高，离原子核越远，越容易失去，因此在基态多电子原子中，电离能最小的电子能量最高，故A正确；B．s区，d区和ds区的元素在发生化学反应时容易失去最外层电子以及倒数第二层的d电子，呈现金属性，因此都是金属(氢元素除外)，故B正确；C．Xe位于0族，同族的He只有2个电子，其外围电子排布式为1s2，故C错误；D．钒的价层电子排布为3d34s2，则其核外电子排布式为，可知其电子层数为4，位于第四周期，价层电子排布为3d34s2，为VB族元素，因此钒位于元素周期表中第四周期VB族，故D正确；答案选C。10．下列说法错误的是A．p能级电子能量一定高于s能级电子能量B．同一原子处于激发态时的能量一定高于基态时的能量C．原子线状光谱的产生是原子核外电子在不同的能级之间跃迁所导致D．s电子云呈球形，有无数条对称轴【答案】A【详解】A．同一层p能级电子能量高于s能级电子能量，例如2p>2s，但2p＜3s，A错误；B．基态原子吸收能量变为激发态原子，所以激发态原子能量大于基态原子能量，B正确；C．原子线状光谱的产生是原子核外电子在不同的能量量子化的状态之间跃迁所导致的，C正确；D．根据s电子云的结构可知，s电子云呈球形，有无数条对称轴，D正确；故选A。11．下列说法正确的是A．2p能级有3个轨道B．1s、2s、3s的电子云轮廓图形状不同C．p轨道呈哑铃形，因此p轨道上电子的运动轨迹呈哑铃形D．同一能层的p轨道电子能量不一定高于s轨道电子能量【答案】A【详解】A．任何能级的p能级都有3个p轨道，故A正确；B．不同能级的s轨道的形状都是球形，只是球的半径不同，故B错误；C．p轨道呈哑铃形，因此p轨道上电子云密度分布呈哑铃形，不是电子的实际运动轨迹，故C错误；D．同一能层的p轨道电子能量一定高于s轨道电子能量，故D错误；故选A。12．下列化学用语正确的是A．乙烯的结构简式：B．甲基的电子式：C．基态C原子的轨道表示式：D．Cr元素的原子结构示意图：【答案】B【详解】A．乙烯的结构简式：CH2=CH2，故Ａ错误；B．甲基的电子式：，故B正确；C．基态C原子的轨道表示式：，故C错误；D．Cr元素的原子结构示意图：，

故D错误；故答案为：B。13．下列表示式错误的是A．Na的价电子排布式：3s1B．Na的电子排布式：1s22s22p63s1C．Na+的结构示意图：D．Na+的轨道表示式：【答案】D【详解】A．Na为金属元素，易失去电子，所以其价电子排布式为：3s1，故A正确；B．钠原子的电子排布式为1s22s22p63s1，故B正确；C．Na+的原子核内有11个质子，核外有10个电子，结构示意图为，故C正确；D．轨道表示式用一个方框或圆圈表示能级中的轨道，用箭头“↑”或“↓”来区别自旋方向的不同电子，每个轨道最多容纳2个电子，2个电子处于同一轨道内，且自旋方向相反，所以Na+的轨道表示式：，故D错误；故选：D。14．下列说法正确的是A．原子轨道是指原子运行的轨道B．电子云中的一个小黑点代表一个电子C．s电子的电子云轮廓图呈纺锤形，p电子的电子云轮廓图呈哑铃形D．电子云密度大的地方，说明电子在该空间单位时间内出现的机会多【答案】D【详解】A．原子轨道不是原子运行的轨道，是对核外电子运动状态的描述，A错误；B．电子云中小黑点本身没有意义，不代表电子，代表的是电子在此处出现的概率，B错误；C．s电子的电子云轮廓图是球形，p电子的电子云轮廓图为哑铃形，C错误；D．电子云密度大的地方，说明电子在该空间单位时间内出现的机会多，D正确；故选D。15．设NA为阿伏加德罗常数的值。下列叙述正确的是A．32g甲醇中含有的孤电子对数为NAB．2.24L甲烷完全燃烧生成二氧化碳和水，转移0.8NA电子C．100g30%的福尔马林溶液中含有氧原子数目为NAD．0.1mol乙酸乙酯在酸性条件下充分水解生成的乙醇分子数小于0.1NA【答案】D【详解】A．32g甲醇物质的为1mol。甲醇中只有O含有2对孤对电子，则32g甲醇中孤电子对数为2NA，A项错误；B．未知条件，无法获得CH4物质的量，B项错误；C．福尔马林中甲醛的质量为30g，其物质的量为1mol。但该溶液中H2O含有氧原子，C项错误；D．乙酸乙酯在酸性条件下水解不彻底，故产生乙醇小于0.1mol，D项正确；故选D。16．如图是s能级和p能级的原子轨道图，试回答下列问题：(1)s电子的原子轨道呈形，每个s能级有个原子轨道；p电子的原子轨道呈形，每个p能级有个原子轨道。(2)元素X的原子最外层电子排布式为nsnnpn+1，原子中能量最高的是电子，其电子云在空间有方向。(3)下列原子或离子的电子排布式或轨道表示式正确的是(填序号)①K+：

②F：③P：④Cu：⑤Fe2+：

⑥Mg：⑦O：【答案】(1)球1哑铃3(2)2p三个互相垂直的伸展(3)①⑤⑥【详解】（1）s电子的原子轨道为球形；每个s能级有1个原子轨道；p电子的原子轨道呈哑铃形，每个p能级有3个原子轨道，故答案为：球；1；哑铃；3；（2）np轨道已填充电子，说明ns轨道已经排满电子，故n=2，元素X的原子核外电子排布式为1s22s22p3，原子中能量最高的是2p电子，其电子云在空间有3个相互垂直的伸展方向，故答案为：2p；三个互相垂直的伸展；（3）①K+核外有18个电子，核电子排布式为1s22s22p63s23p6，故①正确；②3p能级能量比2p能级高，应是2p能级填充5个电子，故②错误；③3p能级应是3个电子优先单独占据1个轨道，且自旋方向相同，故③错误；④应满足洪特规则特例，核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s1，故④错误；⑤原子形成阳离子先失去高能级中电子，Fe2+的核外电子排布为1s22s22p63s23p63d6，故⑤正确；⑥符合能量最低原理，故⑥正确；⑦同一轨道中2个电子自旋方向相反，故⑦错误，故答案为：①⑤⑥。17．按要求完成下列试题：I．电解质水溶液中存在电离平衡、水解平衡、溶解平衡，请回答下列问题。(1)已知部分弱酸的电离常数如表：弱酸HCN电离常数(25℃)①0.1mol·L1NaCN溶液和0.1mol·L1NaHCO3溶液中，(填“>”“<”或“=”)。②常温下，pH相同的三种溶液：A．、B．NaCN、C．，其物质的量浓度由大到小的顺序是(填编号)。③室温下，一定浓度的溶液pH=9，溶液中=。④将少量通入NaCN溶液，反应的离子方程式是。(2)室温下，通入NaOH溶液中，在所得溶液中，溶液的pH=。(室温下，的；)II．元素A、B、C、D都是短周期元素，A元素原子的2p轨道上仅有两个未成对电子，B的3p轨道上有空轨道，A、B同主族，B、C同周期，C是同周期中电负性最大的，D的气态氢化物的水溶液能使无色酚酞试液变红。试回答：(3)A的最外层电子轨道表示式为；B的原子核外电子运动状态有种，(4)C的最外层电子排布式为；D的原子结构示意图为。【答案】(1)<A>B>Cl.8×104CN+CO2+H2O=HCN+(2)6(3)14(4)【分析】I．根据“越弱越水解”知，酸的电离平衡常数越小，酸的酸性越弱，其对应的酸根离子水解程度越大，对应的等浓度强碱弱酸盐的碱性越强；II．A元素原子的2p轨道上仅有两个未成对电子，则A的核外电子排布式为1s22s22p2，故A为C元素；A、B同主族，B的3p轨道上有空轨道，则B为Si元素；B、C同周期，C是同周期中电负性最大的，则C为CI元素；D的气态氢化物的水溶液能使无色酚酞试液变红，则D为N元素，据此分析。【详解】（1）①酸的电离平衡常数越小，酸根离子水解程度越大，其水溶液中酸根离子浓度越小，根据表中数据知，酸的电离平衡常数：HCN＜H2CO3，则水解程度：CN＞，所以存在c(CN)＜c()；②根据“越弱越水解”知，酸的电离平衡常数越小，酸的酸性越弱，其对应的酸根离子水解程度越大，对应的等浓度强碱弱酸盐的碱性越强，根据表中数据知，酸的电离平衡常数：CH3COOH＞HCN＞，则浓度相同时水解程度：＞CN＞CH3COO，物质的量浓度相同的三种溶液pH由大到小的顺序是C＞B＞A，则pH相同时，物质的量浓度由大到小的顺序是A＞B＞C；③室温下，一定浓度的CH3COONa溶液pH=9，溶液中；④根据电离平衡常数知，酸性：H2CO3＞HCN＞，则将少量CO2通入NaCN溶液中，只能生成碳酸氢钠，则反应的离子方程式是CN+CO2+H2O=HCN+（2）室温下，SO2通入NaOH溶液中，在所得溶液中，c()：c()=10：1，则，所以c(H+)=1.0×106mol/L，溶液的pH=6；（3）据分析得，A为C元素，A的最外层电子轨道表示式为；B为Si元素，B原子核外有14个电子，B的原子核外电子运动状态就有14种；（4）据分析得，C为CI元素，C的最外层电子排布式为3s23p5；D为N元素，D的原子结构示意图为18．下列基态原子或离子的电子排布式或轨道表示式正确的是(填序号，下同)，违反能量最低原理的是，违反洪特规则的是，违反泡利原理的是。①：②：③：④：⑤：⑥：⑦：【答案】①⑤⑥②③④⑦【分析】根据核外电子排布规律，基态原子的核外电子排布式，要遵循能量最低原理，洪特规则，泡利原理，据此作答。【详解】根据核外电子排布规律判断，①⑤⑥正确，②电子排完轨道后应排能量较低的轨道而不是轨道，正确的电子排布式应为。③没有遵循洪特规则，轨道上正确的轨道表示式应为。④忽略了能量相同的原子轨道上电子排布为半充满状态时，体系的能量较低，原子较稳定，正确的电子排布式应为。⑦违反泡利原理，正确的轨道表示式应为。19．概率密度用P表示电子在某处出现的概率，V表示该处的体积，则称为概率密度，用ρ表示。【答案】