1.1.1能层与能级基态与激发态构造原理高二化学必备讲与练（人教版2019选择性）

1.1.1能层与能级、基态与激发态、构造原理学习目标1.通过认识原子结构与核外电子的排布，理解能层与能级的关系，理解核外电子的排布规律。2.理解基态与激发态的含义与关系，能辨识光谱与电子跃迁之间的关系。3.结合构造原理形成核外电子排布式书写的思维模型，并能根据思维模型熟练书写1～36号元素的电子排布式。考点梳理考点梳理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”，理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依据的完整的构造原理。一、能层与能级1．能层(1)核外电子按能量不同分成能层并用符号K、L、M、N、O、P、Q…表示。(2)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)定义：根据多电子原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。②s、p、d、f各能级可容纳的电子数分别为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与能层的序数(n)间存在的关系是2n2。【注】(1)不同能层之间，符号相同的能级的能量随着能层数的递增而增大。(2)在相同能层各能级能量由低到高的顺序是ns<np<nd<nf。(3)不同能层中同一能级，能层数越大，能量越高。例如：1s<2s<3s<4s……二、基态与激发态原子光谱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，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。2．光谱(1)光谱的成因及分类(2)光谱分析：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。【注】(1)电子从较高能量的激发态跃迁到较低能量的激发态乃至基态时，将释放能量；反之，将吸收能量。光(辐射)是电子释放能量的重要形式之一。(2)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)一般在能量相近的能级间发生电子跃迁。电子跃迁的形式(1)电子吸收能量→从低能级跃迁至较高能级→吸收光谱。(2)电子从高能级跃迁到低能级→释放能量→发射光谱。拓展应用①霓虹灯发光原理：充有氖气的霓虹灯能发出红光，产生这一现象的原因是通电后在电场作用下，放电管里氖原子中的电子吸收能量后跃迁到能量较高的能级，且处在能量较高的能级上的电子会很快地以光的形式释放能量而跃迁到能量较低的能级上，该光的波长恰好处于可见光区域中的红色波段。②焰色试验中产生的焰色是电子跃迁的结果，焰色的产生与消失是物理变化，该过程中可能伴随化学变化。焰色发生的过程：基态原子eq\o(→,\s\up7(吸收能量))激发态原子eq\o(→,\s\up7(释放能量))能量较低的激发态或基态原子。③光谱分析法鉴定元素的原因一种元素有一种原子光谱，一种原子光谱对应着一种元素，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)，所以，可以用光谱分析法鉴定元素。三、构造原理与电子排布式1．构造原理随着原子核电荷数的递增，绝大多数元素的原子核外电子排布遵循下列顺序：即电子所排的能级顺序：1s、2s、2p、3s、3p、4s、3d、4p、5s、4d、5p、6s、4f、5d、6p、7s……。2．电子排布式(1)电子排布式中能级符号右上角的数字表示该能级的电子数。如：Al原子电子排布式中各符号、数字的意义为(2)写出下列原子或离子的电子排布式：①8O：1s22s22p4；②19K：1s22s22p63s23p64s1；可简写为[Ar]4s1；③17Cl：1s22s22p63s23p5；可简写为[Ne]3s23p5；④16S2－：1s22s22p63s23p6。【注】①电子排布式书写时，电子填入按能级顺序，但最终按能层顺序排列。②24Cr的电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s129Cu的电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s11．基态原子的核外电子排布(1)绝大多数元素的原子核外电子的排布顺序遵循构造原理。(2)“能级交错”现象：当出现d轨道时，电子按ns、(n－1)d、np的顺序在原子轨道上排布；当出现f轨道时，电子按ns、(n－2)f、(n－1)d、np的顺序在原子轨道上排布。从第三能层开始，各能级不完全遵循能层顺序，产生了能级交错排列，即产生“能级交错”现象。2．电子排布式书写(1)“三步法”书写电子排布式构造原理是书写基态原子电子排布式的依据。第一步：按照构造原理写出电子填入能级的顺序，1s→2s→2p→3s→3p→4s→3d→4p→5s→4d→5p→6s……第二步：根据各能级容纳的电子数填充电子。第三步：去掉空能级，并按照能层顺序排列即可得到电子排布式。(2)简化的电子排布式将电子排布式中的内层电子排布用相应的稀有气体元素符号加方括号来表示而得到的式子称为简化的电子排布式。如氮、钠、钙的简化电子排布式分别为[He]2s22p3、[Ne]3s1、[Ar]4s2。(3)特例：Cr：[Ar]3d54s1、Cu：[Ar]3d104s1。3．离子的电子排布式书写基态原子转化为相应离子时的一般规律：原子失去电子时总是先失去最外层电子，然后失去次外层电子，之后是倒数第三层电子……对于主族元素的原子来说，一般只失去最外层电子，而过渡元素的原子可能还会进一步失去内层电子；原子得到电子时，一般总是填充到最外能层未填满的能级上。如Fe位于第四周期第Ⅷ族，其原子的核外电子排布式为[Ar]3d64s2，Fe2＋的核外电子排布式为[Ar]3d6，Fe3＋的核外电子排布式为[Ar]3d5。[规律方法]书写电子排布式的关键是熟悉构造原理，各能级能量由低到高可记为ns<n－2f<n－1d<np，最后要把同一能层的不同能级移到一起。4.价层电子排布式价层电子：主族元素的最外层电子，过渡元素不仅最外层电子，次外层电子及某些元素倒数第三层电子。Cl的价层电子排布式：3s23p5K的价层电子排布式：4s1即学即练即学即练一、单选题：1.某原子的核外电子排布式为1s22s22p6A.该原子核外电子共占据5个轨道 B.该原子核外电子共有16种运动状态

C.该原子核外电子共占据三个能层 D.该原子核外电子共占据五个能级【答案】A

【解析】A.该原子核外电子共占据5个能级，s能级有1个轨道，p能级有三个轨道，共9个轨道，故A错误；

B.原子核外的每一个电子的运动状态均不相同，该原子核外有16个电子，共有16种运动状态，故B正确；

C.该原子核外电子共占据三个能层，第一能层，第二能层，第三能层，故C正确；

D.该原子核外电子共占据五个能级，1s、2s、2p、3s、3p，故D正确。

故选A。2.下列有关原子轨道的叙述中正确的是

(

)A.硫原子的2s轨道能量较3p轨道高

B.能层n=4的原子轨道最多可容纳16个电子

C.铯原子的2s与5s轨道均为球形

D.p能级的原子轨道呈哑铃形，随着能层序数的增加，p能级原子轨道也在增多【答案】C

【解析】A.距离原子核越远的能级，其能量越高，所以硫原子的2s轨道能量较3p能级低，故A错误；

B.各电子层最多容纳电子数2n2，则能层n=4的原子轨道最多可容纳32个电子，故B错误；

C.s轨道为球形，所以铯原子的2s与5s轨道皆为球形分布，故C正确；

D.p能级的原子轨道呈哑铃形，p能级含有3个原子轨道，但随着能层序数的增加，p能级原子轨道数目不变，故D错误。3.下列说法中不正确的是

(

)A.处于最低能量的原子叫做基态原子

B.3p2表示3p能级有两个电子

C.K+的电子排布式为1s22s2【答案】D

【解析】A.处于最低能量状态的原子叫做基态原子，故A正确；

B.3p2表示3p能级有两个电子，故B正确；

C.钾离子的核外有18个电子，依据核外电子排布原理及规则，K+的电子排布式为1s22s22p64.某原子的核外电子排布式为1s22s22p6A.该原子核外电子共占据5个轨道 B.该原子核外电子共有16种运动状态

C.该原子核外电子共占据三个能层 D.该原子核外电子共占据五个能级【答案】A

【解析】

A.该原子核外电子共占据5个能级，s能级有1个轨道，p能级有三个轨道，共9个轨道，故A错误；

B.原子核外的每一个电子的运动状态均不相同，该原子核外有16个电子，共有16种运动状态，故B正确；

C.该原子核外电子共占据三个能层，第一能层，第二能层，第三能层，故C正确；

D.该原子核外电子共占据五个能级，1s、2s、2p、3s、3p，故D正确。

故选A。二、填空题：5.判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。

(1)p能级的能量一定比s能级的能量高。

(2)同一原子中，2p、3p、4p能级的轨道数依次增多。

(3)2p和3p轨道形状均为哑铃形，能量也相等。

(4)2s能级和2p能级所具有的原子轨道数目之比为1：3。

(5)Fe的基态原子的电子排布式为1s2(6)1∼36号元素中，基态原子未成对电子数最多的是Cr。

(7)基态原子电子能量的高低顺序为E(1s)<E(2s)<E(2px(8)电子排布式(22Ti)1s【答案】(1)×

(2)×

(3)×

(4)√

(5)×

(6)√

(7)×

(8)×

【解析】略6.(1)元素Cu基态原子的核外电子排布式为____________________________________。(2)基态硼原子的电子排布式为________________。(3)基态Si原子中，电子占据的最高能层符号为___________________________________，该能层具有的原子轨道数为________，电子数为__________________________________。(4)Se原子序数为________，其核外M层电子的排布式为________。【答案】(1)1s2(2)1s22s22p(4)34；3【解析】(1)Cu是29号元素，原子核外电子数为29，基态原子核外电子排布式为：1s22(2)基态硼原子核外有5个电子，根据构造原理知其基态原子核外电子排布式为1s(3)Si原子核外电子数为14，基态原子核外电子排布为1s22s22p(4)Se原子序数为34，其核外M层电子的排布式为3s分层训练分层训练夯实基础一、单选题1．下列说法或化学用语的使用正确的是A．符号为M的能层最多容纳的电子数为32个B．构造原理呈现的能级交错源于光谱学实验C．Se的价层电子排布为：3d104s24p4D．Ni的简化电子排布式：[Ar]3d94s1【答案】B【详解】A．符号为M是第3层，第3层包含3s、3p、3d三个能级，最多容纳的电子数为18个，故A错误；B．以光谱学事实为基础，从氢开始，随核电荷数递增，新增电子填入能级的顺序称为构造原理，构造原理呈现的能级交错源于光谱学实验，故B正确；C．Se位于第4周期第VIA族，价层电子排布为：4s24p4，故C错误；D．Ni是28号元素，简化电子排布式：[Ar]3d84s2，故D错误；故答案为B。2．第n电子层，其作为原子的最外层容纳的电子数最多与()层的相同；当它作为次外层，其容纳的电子数比()层上电子数最多能多10个，第n层为A．K层 B．L层 C．M层 D．N层【答案】C【详解】在第n电子层中，当它作为原子的最外层时，容纳电子数最多与n1层相同，最外层电子数最大是8，则其n1电子层电子数是8；当K层为次外层时最多排列2个电子、当L层为次外层时，最多排列8个电子，当次外层为M层时，最多排列电子数是18，当它作为原子的次外层时，其电子数比n+1层最多容纳电子数多10个，n+1层为最外层时其电子数最多8个，所以n层最多排列18个电子，所以该电子层为M层，故选：C。3．下列叙述正确的是A．各能层的原子轨道数按s、p、d、f的顺序分别为1、3、5、7B．各能层的能级都是从s能级开始到f能级结束C．钾的M层有8个电子，所以钾的M层有4个轨道D．各能层含有的原子轨道数为2n2【答案】A【详解】A．各能层的原子轨道数按s、p、d、f的顺序分别为1、3、5、7，故A正确；B．各能层的能级都是从s能级开始，但不一定到f能级结束，第一能层只有s能级，第二能层只有s、p两个能级，第三能层有s、p、d三个能级，都不存在f能级，故B错误；C．M能层共有8个轨道，其中3s上有2个电子，3p上有6个电子，3d轨道是空轨道，没有电子，故C错误；D．各能层含有的原子轨道数为n2，各能层最多容纳的电子数为2n2，D错误；答案选A。4．基于构造原理填充顺序，下列原子轨道的能量大小比较，正确的是A． B．C． D．【答案】A【详解】根据能级构造原理可知，不同能级能量由低到高的顺序为：1s＜2s＜2p＜3s＜3p＜4s＜3d＜4p＜5s＜4f，据此分析解题：A．根据能级构造原理可知，，A正确；B．根据能级构造原理可知，，B错误；C．根据能级构造原理可知，

，C错误；D．根据能级构造原理可知，同一能级不同轨道的能量相同，故，D错误；故答案为：A。5．下列叙述中，正确的是A．各电子层含有的原子轨道数为2n2B．各电子层的能级都是从s能级开始，到f能级结束C．3d能级有5个原子轨道，且电子按3p→3d→4s的顺序填充D．s、p、d能级所含有的原子轨道数分别为1、3、5【答案】D【详解】A．第一层含有1个s轨道，第二层含有1个s轨道和3个p轨道，共4个原子轨道，第三层含有1个s轨道、3个p轨道和5个d轨道，共9个原子轨道，以此类推，可知各电子层含有的原子轨道数为n2，故A错误；B．第一电子层只有s能级，无f能级，第二电子层只有s、p能级，无f能级，故B错误；C．3d能级有5个原子轨道，根据能量最低原理，电子按3p→4s→3d的顺序填充，故C错误；D．各能级的原子轨道数取决于原子轨道在的空间分布状况，s、p、d能级分别含有1、3、5个原子轨道，故D正确；故选D。6．下列说法错误的是A．能级最多容纳10个 B．、能级的轨道数均为5C．、、能层中均包含能级 D．能级的能量比能级的能量高【答案】B【详解】A．能级含有5个轨道，最多容纳10个，A正确；B．、能级的轨道数均为3，B错误；C．、、能层中均包含能级，C正确；D．原子中不同能级电子能量从小到大顺序是1s、2s、2p、3s、3p；能级的能量比能级的能量高，D正确；故选B。7．硒元素能促进人体脑组织发育，预防脑神经疾病。中国富硒地区有湖北恩施，陕西安康等。硒元素原子序数为34，下列说法中正确的有项。①硒位于周期表第四周期②硒在第ⅣA族③硒原子有34种不同运动状态的电子④基态原子电子占据8个能级⑤电子占据的最高能级符号是4p⑥价电子排布式为3d104s24p4⑦电子占据17个原子轨道A．3项 B．4项 C．5项 D．6项【答案】B【详解】①硒元素原子序数为34，硒位于周期表第四周期，正确；②硒在第VIA族，错误；③硒元素原子序数为34，没有运动状态一样的电子，故硒原子有34种不同运动状态的电子，正确；④硒元素原子序数为34，核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p4，故基态原子电子占据8个能级，正确；⑤As核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p4，电子占据的最高能级符号是4p，正确；⑥主族元素的价电子为最外层电子，故价电子排布式为4s24p4，错误；⑦As核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p4，电子占据1+1+3+1+3+5+1+3=18个原子轨道，错误；综上所述，共4项正确，故B正确；故选B。二、填空题8．下列叙述中，正确的是A．各电子层含有的原子轨道数为2n2B．各电子层的能级都是从s能级开始，到f能级结束C．s、p、d能级所含有的原子轨道数分别为1、3、5D．钠的焰色试验呈现黄色，是电子由激发态转化成基态时吸收能量产生的E．卢瑟福的“有核模型”可以准确地描述电子运动状态F．在同一原子中，2p、3p、4p能级的轨道数相等【答案】CF【详解】A．各电子层含有的原子轨道数为n2，A错误；B．各电子层的能级都是从s能级开始，但是不一定到f能级结束，如第一电子层只有s能级，无f能级，第二电子层只有s、p能级，无f能级，B错误；C．n为能层序数，各能级的原子轨道数按s、p、d的顺序依次为1、3、5，C正确；D．钠的焰色反应是电子由激发态转化成基态时释放能量产生的，D错误；E．卢瑟福的“有核模型”验证了原子中存在原子核，但并未准确说明核外电子运动状态，E错误；F．同一原子中，2p、3p、4p能级的轨道数相等，都是3个，F正确；故选CF。能力提升一、单选题1．下列与氢原子有关的说法中，错误的是A．氢原子电子云图中小黑点的疏密表示电子在该区域出现的概率密度B．霓虹灯能的发光机理与氢原子光谱形成机理基本相同C．利用玻尔原子结构模型可以较好地解释氢原子光谱为线状光谱D．氢原子核外只有一个电子，它产生的原子光谱中只有一根或明或暗的线【答案】D【详解】A．氢原子电子云图中小黑点的疏密表示电子在核外空间出现概率的大小，小黑点越密，表示电子出现的机会越多，反之，出现的机会越少，A正确；B．霓虹灯能够发出五颜六色的光，其发光机理与氢原子光谱形成机理基本相同，都是电子在不同的、能量量子化的状态之间跃迁所导致的，B正确；C．由玻尔理论知，原子只能处于一系列不连续的能量状态中，在这些状态中原子是稳定的，电子虽然在做加速运动，但并不向外辐射能量；不同的轨道能量不同，电子从一个轨道跃迁到另一个轨道时，它辐射或吸收能量；电子处在能量最低的轨道上时，称为基态，能量高于基态的状态，称为激发态。波尔理论是针对原子的稳定存在和氢原子光谱的事实提出，只引入一个量子数就成功的解释氢原子光谱为线状光谱，C正确；D．氢原子核外只有一个电子，但是它的激发态有多种，当电子跃迁回较低状态时释放能量，发出多条不同波长的光，所以它产生的原子光谱中不只有一根或明或暗的线，D错误；故答案为：D。2．下列能层中，包含能级的是A．能层 B．能层 C．能层 D．能层【答案】D【详解】K能层是第一能层，只有能级；能层是第二能层，有两个能级，即和能层是第三能层，有三个能级，即；能层是第四能层，有四个能级，即、。根据能级数等于能层序数，只有能层序数的能层才有能级。3．下列叙述不正确的是A．越易失去的电子能量越高B．在离核越远区域内运动的电子能量越高C．p能级电子能量一定高于s能级电子能量D．在离核越近区域内运动的电子能量越低【答案】C【详解】A．核外电子能量越高，在原子核外较远区域内出现的几率越高，越易失去，则越易失去的电子能量越高，故A正确；B．核外电子能量越高，在原子核外较远区域内出现的几率越高，则在离核越远区域内运动的电子能量越高，离核越近区域内运动的电子能量越低，故B正确；C．由构造原理可知，p能级电子能量不一定高于s能级电子能量，如3s能级电子能量高于2p能级电子能量，故C错误；D．核外电子能量越高，在原子核外较远区域内出现的几率越高，则在离核越远区域内运动的电子能量越高，离核越近区域内运动的电子能量越低，故D正确；故选C。4．下列各原子或离子的电子排布式中，错误的是A．B

1s22s22p1 B．S21s22s22p63s23p6C．Ca2+

1s22s22p63s23p6 D．Cr

1s22s22p63s23p63d44s2【答案】D【详解】A．B

1s22s22p1，A正确；B．S21s22s22p63s23p6，B正确；C．Ca2+

1s22s22p63s23p6，C正确；D．Cr

1s22s22p63s23p63d54s1，D错误；故选D。5．下列状态的氟中，能量最高的是A． B． C． D．【答案】C【详解】A．基态F原子的核外电子排布式为1s22s22p5，能量最低，选项A不符合；B．为F离子，最高能级为2p，能量较低，选项B不符合；C．激发态F原子能量较高，2p能级上的一个电子分别跃迁到3p能级上，3p能级上的电子能量高，比选项D中的能量高，选项C符合；D．2p能级上的一个电子分别跃迁到3s能级上，3s能级上的电子能量较高，选项D不符合；答案选C。6．下列电子排布式中，表示的是激发态原子的是A．1s22s22p5B．C．D．【答案】C【详解】A．1s22s22p5中，电子依次排满1s、2s，剩余电子排布在2p轨道上，表示的是基态氟原子的电子排布，A不符合题意；B．按照轨道能量由低到高的顺序，依次排布在能量递增的轨道上，表示的是基态钙原子的电子排布，B不符合题意；C．中，电子未排满2p轨道，就排布在能量更高的3s轨道上，表示的是激发态的氧原子，C符合题意；D．中，电子最后排布在3d、4s轨道上，符合洪特规则，4s轨道有一个电子进入3d轨道，使3d轨道半充满，原子的能量低，稳定性强，D不符合题意；故选C。7．下列有关构造原理的说法错误的是A．原子核外电子填充3p、3d、4s能级的顺序为3p→4s→3dB．某基态原子部分核外电子的排布式为3d64s2C．所有基态原子的核外电子排布都遵循构造原理D．构造原理中的电子排布能级顺序，并不代表各能级能量由低到高的顺序【答案】C【详解】A．根据构造原理ns＜(n−2)f＜(n−1)d＜np，可判断原子核外电子填充3p、3d、4s能级的顺序为3p→4s→3d，故A正确；B．根据构造原理ns＜(n−2)f＜(n−1)d＜np，基态铁原子部分核外电子的排布式为3d64s2，故B正确；C．绝大多数基态原子的核外电子排布都遵循构造原理，但也有少数例外，如铬原子和铜原子因洪特规则不遵循构造原理，故C错误；D．构造原理中电子填入能级的顺序是各能级能量由低到高的顺序，但不代表各能级能量由低到高的顺序，故D正确；故选C。8．下列说法错误的是A．所有非金属元素都分布在p区B．同一原子中，2p、3p、4p电子的能量依次增大C．元素周期表中从第ⅢB族到第ⅡB族的10个纵列的元素都是金属元素D．N能层中有4s、4p、4d、4f四个能级，共16个轨道，可容纳32种运动状态的电子【答案】A【详解】A．H元素位于s区，A错误；B．能级符号相同，能层越大，能量越高，B正确；C．从ⅢB族到ⅡB族十个纵列的元素为过渡元素，都是金属元素，C正确