2024-2025学年新教材高中化学第1章原子结构与性质第1节原子结构第1课时能层与能级基态与激发态原子光谱课件新人教版选择性必修2

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素养目标学习要点1.通过认识原子结构及核外电子排布,知道原子核外电子的能层分布、能级分布及其与能量的关系,形成宏观辨识与微观探析的核心素养。2.了解电子运动的能量状态具有量子化的特征(能量不连续),知道基态、激发态与原子光谱,能从电子跃迁角度初步解释原子光谱的形成,进一步强化“结构决定性质”的观念。三组概念:能层与能级、基态与激发态、发射光谱与吸收光谱。两个数量关系:能层序数与能级个数、能级与该能级所容纳的电子数。知识点一能层与能级基础落实•必备知识全过关知识点一能层与能级1.能层

相当于必修教材中的电子层(1)含义:核外电子按

不同分成能层。

(2)符号:能层序数一、二、三、四、五、六、七分别用

表示。

高中阶段只研究到第七能层(3)能量关系:能层越高,电子的能量

,能量的高低顺序为E(K)

E(L)

E(M)

E(N)

E(O)

E(P)

E(Q)。

能量

K、L、M、N、O、P、Q越高

<<<<<<2.能级

任何能层均有s能级(1)含义:同一能层的电子,又被分成不同能级。任一能层的能级总是从

能级开始,能级的字母代号按s、p、d、f……排序。

(2)表示方法:能级用相应的能层序数和能级字母代号组合在一起来表示,如n能层的能级按能量由低到高的顺序排列为

、

、

、

等。不存在2d、3f能级snsnpndnf3.各能层、能级与最多容纳的电子数

能层一二三四五……KLMNO……能级

5s5p…………最多电子数22

26

26…………

…………1s2s2p

3s3p3d4s4p4d4f

610261014281832温故知新原子核外电子的排布规律深度思考(1)N能层有4s、4p、4d、4f四个能级,那么Cl原子的N能层没有电子,还存在4s、4p、4d、4f四个能级吗?(2)一个能层的能级数与能层序数(n)间存在什么关系?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?提示

存在。原子的每个能层的能级数以及所能容纳的电子数目与该能层是否有电子没有关系。提示

能级数=能层序数(n);一个能层最多容纳的电子数=2n2。

重难突破•能力素养全提升探究角度1

能层与能级的符号表示例1下列能层不包含d能级的是(

)A.O能层 B.N能层C.M能层 D.K能层D解析

多电子的原子中,同一能层的电子可分为不同的能级,K能层只有s能级,L能层有s、p能级,从M能层开始有d能级。【变式设问】(1)M能层有4s能级吗?(2)总共含有6个能级的能层符号为

。

提示

M能层包含3s、3p、3d三个能级。

提示

每一能层所含的能级数目=能层序数,所以总共含有六个能级的能层是第六能层,第六能层符号为P。[对点训练1]以下能级符号正确的是(

)①5s

②2d

③3f

④1p

⑤3dA.①②

B.③⑤C.①⑤

D.③④C探究角度2

不同能层或能级最多容纳的电子数目例2下列有关能层和能级的叙述正确的是(

)A.M能层有s、p共2个能级,最多能容纳8个电子B.3d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2D.任一能层都有s、p能级,但不一定有d能级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。思维建模能层与能级的关系

[对点训练2]下列能级中可容纳电子数最多的是(

)A.6s B.4p

C.3d

D.4fD解析

各能级最多可容纳的电子数:ns为2个、np为6个、nd为10个、nf为14个。[对点训练3]原子结构中存在很多规律,下列有关认识正确的是(

)A.各能层的能级数按K、L、M、N分别为1、2、3、4B.各能层的能级都是从s能级开始至f能级结束C.各能层含有的能级数为n-1D.第四能层含有的电子数最多为16A解析

各能层中的能级数等于其能层序数,即当n=1时,它只有一个s能级,当n=2时,含有两个能级,分别为s、p能级,B、C不正确;每个能层最多能填充2n2个电子,第四能层含有的电子数最多为32,D不正确。知识点二基态与激发态原子光谱基础落实•必备知识全过关知识点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

状态的原子。

(2)激发态原子:基态原子

能量,电子会跃迁到

能级,变为激发态原子。

电子数不变(3)基态、激发态相互间转化的能量变化最低能量吸收较高2.原子光谱(1)原子光谱①产生:不同元素原子的电子发生

时会吸收或释放不同的光。

②分类:原子光谱包括吸收光谱和发射光谱。可以用

摄取各种元素原子的吸收光谱或发射光谱。

(2)光谱的成因跃迁光谱仪吸收光谱发射光谱(3)光谱分析①光谱分析:在现代化学中,利用

上的特征谱线来鉴定元素的分析方法。

类似“指纹辨人”②光谱分析的应用:

。

原子光谱鉴定元素深度思考(1)电子跃迁是如何完成的?电子的跃迁是物理变化还是化学变化?(2)根据教材中锂、氦、汞的发射光谱和吸收光谱,同一物质的发射光谱和吸收光谱之间存在怎样的对应关系?(3)生产、生活中的哪些现象与电子跃迁有关?提示

电子跃迁是通过吸收能量或者释放能量完成的;电子的跃迁中未发生电子转移,是物理变化。提示

某种物质自身发射哪些波长的光,它就强烈地吸收哪些波长的光。因此发射光谱中的亮线对应吸收光谱中的暗线。提示

许多可见光,如日光灯灯光、霓虹灯灯光、激光、焰火等均与电子跃迁有关。正误判断(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、荧光都与原子核外电子跃迁吸收能量有关。(

)提示

原子核外电子从激发态向基态跃迁时,将释放能量。(3)产生激光的前提是原子要处于激发态。(

)√×√重难突破•能力素养全提升探究角度1

基态与激发态的比较例1下列说法正确的是(

)A.自然界中的所有原子都处于基态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.无论原子种类是否相同,基态原子的能量总是低于激发态原子的能量D.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B解析

自然界中的原子有的处于基态,有的处于激发态,A项错误;同一种原子处于激发态时的能量一定高于基态时的能量,若原子种类不同,则不一定如此,B项正确,C项错误;激发态原子的能量较高,容易跃迁到能量较低的激发态或基态,能量降低,激发态原子若要失去电子,仍必须再吸收能量,失去电子难易程度需根据原子的具体情况而定,有的激发态原子易失去电子,有的激发态原子难失去电子,D项错误。易错提醒(1)一般在能量相近的能级间发生电子跃迁。如1s22s22p2(基态碳原子)1s22s12p3(激发态碳原子)。(2)电子的跃迁是物理变化,而原子得失电子发生的是化学变化。(3)激发态原子不稳定,易释放能量变为基态原子,其能量可以光的形式表现出来。[对点训练1]下列关于同一原子中的基态和激发态说法正确的是(

)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.电子仅在激发态跃迁到基态时才会产生原子光谱C解析

激发态时能量较高,较不稳定,A、B不正确。电子从较低能量的基态跃迁到较高能量的激发态时,也会产生原子光谱,D不正确。探究角度2

电子跃迁与原子光谱例2由中国工程物理研究院应用电子学研究所牵头负责的高平均功率太赫兹自由电子激光装置首次饱和出光并实现稳定运行。这标志着我国太赫兹源正式进入自由电子激光时代。下列有关原子核外电子跃迁说法正确的是(

)A.电子在激发态跃迁到基态时会产生吸收光谱B.同一原子的基态和激发态中,激发态比基态稳定C.激光、焰火、霓虹灯光的产生都与原子核外电子跃迁释放能量有关D.对充有氖气的霓虹灯管通电,灯管发出的红色光是电子由基态向激发态跃迁时吸收除红光以外的光线产生的C解析

电子在激发态跃迁到基态时会产生发射光谱,从基态跃迁到激发态会产生吸收光谱,吸收光谱和发射光谱总称原子光谱,故A错误;同一原子的基态和激发态中,激发态时能量较高,较不稳定,故B错误;电子跃迁本质上是组成物质的粒子中电子的一种能量变化,激光、焰火、霓虹灯光产生时原子中的电子吸收了能量,从能量较低的能级跃迁到能量较高的能级,但处于能量较高能级上的电子是不稳定的,很快跃迁回能量较低的能级,这时就将多余的能量以光的形式放出,因而能使激光、焰火、霓虹灯光呈现颜色,与电子跃迁有关,故C正确;氖原子电子由基态获得能量跃迁到激发态,从激发态跃迁到较低的能级,多余的能量以光的形式释放出来,光的波长对应一定的颜色,故D错误。【变式设问】(1)跃迁一定会释放出可见光吗?(2)若将D项“充有氖气的霓虹灯管”改为“充有氩气的霓虹灯管”(其余内容均不变化),灯管发出的颜色会一样吗?提示

只有光的频率在可见范围内才会可见。

提示

不一样。不同原子的电子以光的形式释放能量而跃迁回能量较低的能级上,光的波长不同。[对点训练2]电子由3d能级跃迁至4p能级时,可通过光谱仪直接摄取(

)A.电子的运动轨迹图像B.原子的吸收光谱C.电子体积大小的图像D.原子的发射光谱B解析

E(3d)<E(4p),故电子由3d能级跃迁至4p能级时,要吸收能量,形成吸收光谱。学以致用·随堂检测全达标123456题组1能层与能级1.以下能级符号正确的是(

)A.6s B.2d C.1d D.3fA解析

能级数等于该能层序数:第一能层只有1个能级(1s),第二能层有2个能级(2s和2p),第三能层有3个能级(3s、3p、3d),以此类推。1234562.(2024·浙江杭州高二检测)玻尔提出了“能层”与“能级”,厘清了核外电子的可能状态。下列说法正确的是(

)A.第三能层只有s、p两个能级B.在基态多电子原子中,p能级电子能量一定高于s能级电子能量C.第三能层最多容纳8个电子D.s能级最多容纳的电子数为2D解析

第三能层有s、p、d三个能级,A错误;同一能层中的p能级电子的能量一定比s能级电子能量高,但能层较高的s能级电子能量则比能层低的p能级电子能量高,B错误;每个能层最多可容纳的电子数是2n2,第三能层最多容纳18个电子,C错误;s能级最多容纳的电子数为2,D正确。123456题组2基态与激发态3.烟花又称花炮,主要用于军事、盛大的典礼或表演中。下列对形成烟花的过程叙述错误的是(

)A.与电子的跃迁有关B.该过程中吸收能量C.焰色试验属于物理变化D.该过程中金属原子可能由激发态转化为基态B123456解析

金属原子的核外电子先吸收能量,由基态转化为激发态,再将电子由激发态跃迁到基态,将能量以光的形式释放,从而形成烟花,A正确;将电子由激发态跃迁到基态,能量以光的形式释放,该过程中放出能量,B错误;焰色试验并没有化学反应发生,只是电子发生基态与激发态的转换,属于物理变化,C正确;在释放能量的过程中,金属原子由激发态转化为基态,D正确。1234564.生活中的美好瞬间与化学知识密切相关。下列现象中与电子跃迁无关的是(

)A.节日燃放的烟花 B.舞台LED灯光C.霓虹灯光

D.水中倒影D解析

水中倒影是光线反射的结果,与电子跃迁无关,电子从较高能量的激发态跃迁到较低能量的激发态或基态,释放能量,光是释放能量的重要形式之一,节日燃放的烟花、舞台表演时的灯光、城市的霓虹灯光是原子的发射光谱,与原子核外电子发生跃迁有关,故答案为D。123456题组3原子光谱5.氯化钠在灼烧过程中,发出黄色的光,下列对此现象的描述正确的是(

)A.