2024-2025学年高二化学(人教版)选择性必修2 第一章 第一节 第1课时 能层与能级 基态与激发态 原子光谱

第一节原子结构第1课时能层与能级基态与激发态原子光谱［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、理解基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依据的完整的构造原理。1.能层(1)划分依据根据能量不同，将核外电子分为不同的能层。(2)表示方法电子的能层由内向外排序，其序号、符号以及所能容纳的最多电子数如下：能层一二三四五六七符号KLMNOPQ最多电子数281832507298(3)能层间的能量关系能层越高，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)根据多电子原子的同一能层电子的能量不同，将它们分为不同能级。(2)表示方法①任一能层的能级总是从s能级开始。②每一能级用相应能层的序数和字母s、p、d、f……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为E(ns)<E(np)<E(nd)<E(nf)……(3)能级数=该能层序数。(4)s、p、d、f……各能级能容纳的最多电子数依次为自然数中的奇数序列1，3，5，7……的2倍。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1s2s2p3s3p3d4s4p4d4f5s……最多容纳的电子数22626102610142……281832………………2n21.以s能级为例，不同能层的s能级之间的能量有何关系？同一能层不同能级间的能量有何关系？提示不同能层的s能级的能量关系：E(1s)<E(2s)<E(3s)<E(4s)……；同一能层不同能级间的能量关系：E(ns)<E(np)<E(nd)<E(nf)……。2.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？提示最多容纳的电子数：s能级：2，p能级：6，d能级：10，f能级：14；3d、4d、5d能级所能容纳的最多电子数相同。3.第五能层最多可容纳多少个电子？它们分别容纳在几个能级中？提示第五能层最多容纳50个电子；它们分别容纳在5个能级中。1.正误判断(1)2d表示L层上的d能级()(2)3p、4p、5p能级所容纳的最多电子数相同()(3)p能级的能量一定比s能级的高()答案(1)×(2)√(3)×2.下列关于能层与能级的说法正确的是()A.同一原子中，符号相同的能级上的电子能量不一定相同B.每个能层含有的能级数不一定等于该能层序数C.同是s能级，在不同的能层中所能容纳的最多电子数是不相同的D.多电子原子中，每个能层上电子的能量一定不同答案A解析同一原子中，符号相同的能级上的电子能量不一定相同，如能量：2s>1s，A正确；能层含有的能级数等于该能层序数，即第n能层含有n个能级，B错误；同是s能级，在不同的能层中所能容纳的最多电子数都是2，C错误；多电子原子中，同一能级上电子的能量相同，D错误。3.下列叙述正确的是(n表示能层序数)()A.f能级最多容纳的电子数是s能级最多容纳的电子数的7倍B.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.各能层含有的电子数为2n2答案A解析f能级最多容纳14个电子，s能级最多容纳2个电子，f能级最多容纳的电子数是s能级的7倍，故A正确；各能层中的能级数等于其能层序数，也就是说n=1时，只有一个s能级，n=2时，才有s、p两个能级，故B、C错误；每个能层最多能填充2n2个电子，但不是所有的能层都含有2n2个电子，D项错误。4.比较各能层或能级中电子能量大小：(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)<<解析不同能层的能量按K、L、M、N、O、P、Q……的顺序依次升高，同一能层里，各能级的能量按s、p、d、f……的顺序依次升高。5.碘是人体中的重要元素，人体缺碘易患甲状腺肿大，请回答下列问题：(1)碘在元素周期表中的位置是。

(2)碘原子有个能层，分别为(用相应的符号表示)。

(3)碘原子的结构示意图为，最外电子层有个电子，这些电子容纳在个能级中，各个能级所容纳的电子数分别为。

答案(1)第五周期第ⅦA族(2)5K、L、M、N、O(3)722、5解析(3)根据核外电子排布规律可知碘原子的结构示意图为，最外层有7个电子，这些电子容纳在2个能级中，分别是5s、5p。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，它的电子会跃迁到较高能级，变为激发态原子。(3)基态、激发态原子相互间转化的能量变化基态原子激发态原子2.原子光谱(1)含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)成因及分类3.原子光谱的应用光谱分析：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。(1)发现新元素：许多元素是通过原子光谱发现的，如铯(1860年)和铷(1861年)，其光谱图中有特征的蓝光和红光。又如1868年科学家们通过分析太阳光谱发现了稀有气体氦。(2)检验元素：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。(3)生产生活中，焰火、霓虹灯光、激光等都与原子核外电子跃迁释放能量有关。霓虹灯发光的原理：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回能量较低的能级上，该光的波长恰好处于可见光区域中的红色波段。1.(1)试分析焰色试验的原理是什么？提示基态原子吸收能量，电子从基态跃迁到激发态后，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，将能量以光的形式释放出来。(2)焰色试验属于吸收光谱还是发射光谱？提示光(辐射)是电子跃迁释放能量的重要形式之一，焰色试验属于发射光谱。2.光谱分析法为什么能鉴定元素？提示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。1.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()(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)×2.下列现象和应用与电子跃迁无关的是()A.激光 B.石墨导电C.霓虹灯 D.原子光谱答案B解析激光、霓虹灯、原子光谱是原子的发射光谱，与原子核外电子发生跃迁有关，石墨导电是层间电子的自由移动，与电子的跃迁无关，故选B。3.基态与激发态(1)基态原子：处于状态的原子。

(2)基态原子，电子跃迁到，变为激发态原子。

(3)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。

(4)是电子跃迁释放能量的重要形式之一。

答案(1)最低能量(2)吸收能量较高能级(3)释放能量(4)光(辐射)课时对点练［分值：100分］(选择题1~13题，每小题5分，共65分)题组一能层、能级1.若能层序数n=3，则下列能级符号错误的是()A.nsB.npC.ndD.nf答案D解析每一能层含有的能级数与其能层数相等，则n=3时，能层数为3，则有3s、3p、3d能级，不存在3f，从n=4时开始出现f能级，故选D。2.(2024·重庆高二月考)某一能层上nd能级最多可容纳的电子数为()A.6B.10 C.14 D.15答案B解析能级按照s、p、d、f…的顺序，最多可容纳的电子数依次为1、3、5、7…的2倍，所以nd能级最多可容纳的电子数为2×5=10。3.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能级最多可容纳7个电子C.无论哪一能层的s能级容纳的最多电子数均为2D.任一能层都有s、p能级，但不一定有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。4.下列说法错误的是()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层上只有一个电子，A正确；Cl-、K+等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层为第三能层，最多可容纳的电子数为18个，故不可能，C错误；O2-核电荷数为8，最外层电子数也为8，D正确。5.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.同一个能层上的不同能级上的原子轨道，能量大小不同C.L层电子的能量比K层电子的能量低D.在离核最近的区域内运动的电子能量最低答案C解析能量越高的电子在离核越远的区域内运动，也就越容易失去，故A不符合题意；在第n层中不同能级的能量大小顺序为E(ns)<E(np)<E(nd)<E(nf)……，同一个能层上的不同能级上的原子轨道，能量大小不同，故B不符合题意；电子首先进入能量最低、离核最近的轨道，在离核最近区域内运动的电子能量最低，故D不符合题意。6.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()A.1s、2p、3d B.1s、2s、3sC.2s、2p、2d D.3p、3d、3f答案A解析K层只有1个能级，为1s，最多容纳2个电子；L层有2个能级，分别为2s、2p，2p最多容纳6个电子；从M层开始有d能级，3d能级最多容纳10个电子，故A正确；s能级均最多容纳2个电子，故B错误；L层没有2d，故C错误；N层开始有f能级，即4f，第三能层没有f能级，故D错误。题组二基态与激发态原子光谱7.下列关于同一种原子的基态和激发态的说法正确的是()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；原子光谱分为吸收光谱和发射光谱，电子从基态跃迁到激发态时，也会产生原子光谱，D不正确。8.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.原子的发射光谱答案B解析E(3d)<E(4p)，故电子由3d能级跃迁至4p能级时，吸收能量，形成吸收光谱。9.下列有关光谱的说法不正确的是()A.原子中的电子在跃迁时能量的表现形式之一是光，这也是原子光谱产生的原因B.电子由低能级跃迁至较高能级时，可通过光谱仪直接摄取原子的发射光谱C.燃放的焰火在夜空中呈现五彩缤纷的礼花与原子核外电子的跃迁有关D.通过光谱分析可以鉴定某些元素答案B解析不同元素的原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，A正确；电子由低能级跃迁至较高能级时，要吸收能量，光谱仪摄取到的是吸收光谱，B错误；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，D正确。10.(2023·北京通州质检)下列说法不正确的是()A.原子光谱可用于发现新元素B.霓虹灯能发出五颜六色的光，发光机理与氢原子光谱形成机理基本相同C.原子线状光谱产生的原因是原子核外电子在不同的能级之间跃迁D.利用光谱仪只能测得原子的发射光谱答案D解析利用光谱仪既能测得原子的发射光谱，也能测得原子的吸收光谱，D错误。11.下列关于能层和能级的说法正确的是()A.原子核外每一能层可容纳的最多电子数为n2B.能层序数较大的能级，能量不一定较高C.同一原子中，1s、2s、3s电子的能量逐渐减小D.同一原子中，2p、3p、4p所能容纳的最多电子数逐渐增多答案B解析原子核外每一个能层可容纳的最多电子数为2n2，A错误；同一原子中，不同能层的s能级，能层序数越大，其能量越高，即能量：E(1s)<E(2s)<E(3s)，C错误；同一原子中，2p、3p、4p所能容纳的最多电子数都为6个，D错误。12.(2023·茂名期末)烟花又称花炮、焰火，常用于典礼或表演中。下列对烟花燃放的过程叙述错误的()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答案B解析烟花燃放的过程是释放能量的过程，B项错误。13.下列有关光谱的说法中不正确的是()A.原子中的电子在跃迁时会发生能量的变化，能量的表现形式之一是光(辐射)，这也是原子光谱产生的原因B.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C.通过原子光谱也可以鉴定某些元素D.同一原子的发射光谱和吸收光谱的特征谱线位置相同答案B解析原子中的电子在跃迁时会发生能量的变化，能量的表现形式之一是光(辐射)，这也是原子光谱产生的原因，电子从基态向激发态跃迁时会吸收能量，形成吸收光谱，电子从激发态向基态跃迁时会放出能量，形成发射光谱，A正确；氢原子核外只有一个电子，但它的激发态存在多种情况，当电子跃迁回较低状态时释放能量不同，发出光线不同，故它产生的原子光谱中不会只有一根或明或暗的线，B错误；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，C正确；同一原子的发射光谱和吸收光谱的特征谱线位置相同，D正确。14.(22分)(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的最多电子数目：s：；p：；d：；f：。

(3)比较下列能级的能量高低(填“<”“=”或“>”)。①E(4s)E(3s)E(2s)E(1s)；

②E(4f)E(4d)E(4p)E(4s)；

③E(1s)E(2p)E(3d)E(4f)。

答案(1)1s2s、2p3s、3p、3d4s、4p、4d、4f(2)261014(3)①>>>②>>>③<<<解析(1)各能层含有的能级数与能层序数相等，故K层：1s；L层：2s、2p；M层：3s、3p、3d；N层：4s、4p、4d、4f。(3)在原子核外电子排布中，各能级能量高低顺序为①相同能级的原子轨道，能层序数越大，轨道能量越高，则E(1s)<E(2s)<E(3s)<E(4s)；②相同能层而不同能级的能量高低顺序为E(ns)<E(np)<E(nd)<E(nf)……；所以E(4f)>E(4d)>E(4p)>E(4s)；③不同能层不同能级，一般能层越高能量越大，所以能量大小顺序是E(1s)<E(2p)<E(3d)<E(4f)。15.(13分)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D室温下其