《能层与能级-基态与激发态》课件

《能层与能级基态与激发态》1920年，丹麦科学家玻尔在氢原子模型基础上，提出

，开启了用原子结构解释

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

事实为依据的完整的

。一、能层与能级构造原理元素周期律原子光谱构造原理1.能层(1)含义：根据核外电子的

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

、

、

、

、

、

、

……表示，其中每层所容纳的电子数最多为

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_____________________

。能量KLMNOPQ2n2E(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

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

等表示，如n能层的能级按能量由低到高的排列顺序为ns、

、

、nf等。能量s、p、d、fnpnd能层(n)一二三四五六七……符号KLMNOPQ……能级1s2s2p3s3p3d4s4p4d4f5s……………………最多电子数22626102610142……………………281832………………2n23.能层、能级与最多容纳的电子数由上表可知：(1)能层序数

该能层所包含的能级数，如第三能层有

个能级。(2)s、p、d、f各能级可容纳的最多电子数分别为

、

、

、

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

(n为能层的序数)。等于313572n2(1)2d表示L层上的d能级(

)(2)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(

)判断正误×××√×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____________。(2)含有M层的原子有________。(3)最外层电子数相同的原子有________。(4)每一层电子数都符合2n2的有____。2.若n＝3，以下能级符号错误的是A.np B.nf C.nd D.ns理解应用Be、N、NeNa、MgBe、MgNe√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A.1s、2p、3d B.1s、2s、3sC.2s、2p、2d D.3p、3d、3f√返回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，它的电子会跃迁到

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二、基态与激发态原子光谱最低能量吸收较高基态原子激发态原子

，主要形式为

吸收能量释放能量光(2)光谱分析：在现代化学中，常利用原子光谱上的

来鉴定元素，称为光谱分析。2.光谱(1)光谱的成因及分类吸收光谱发射光谱特征谱线(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(

)判断正误√×√×√×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。基态激发态理解应用吸收激发态基态释放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①③⑤②④⑥返回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2n2C.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√123随堂演练知识落实456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，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。1234562.以下能级符号正确的是A.3f B.2dC.4s D.2f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。√1234563.第N能层所含能级数、最多容纳电子数分别为A.3、18 B.4、24C.5、32 D.4、32√1234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。564.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1234√565.K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_______。12314561s22s、2p33s、3p、3dnns、np6.(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n；B元素原子的M层(有电子)电子数为m－n－1，L层电子数为m＋n＋2，则A为____(填元素符号，下同)，B为_____。123456解析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m＋n＋2，而L层最多容纳8个电子，所以n只可能等于2。由m＋n＋2＝8，得m＝4。故A元素原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。CNa(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____、_____。123N456Mg解析根据题意，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2＋5＝7，故X为N；Y元素原子核外电子数为7＋5＝12，故Y为Mg。返回一、选择题：每小题只有一个选项符合题意。123456789101112131415课时对点练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C.p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√171618123456789101112131415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。1716182.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A.14 B.15 C.16 D.17123456789101112131415解析原子核外共有三个能层，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1×2＋3×2＝8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。√1716183.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√1234567891011121314151716184.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解析氢原子K层上只有一个电子，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。123456789101112131415√1716185.元素Na的焰色试验呈黄色，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√123456789101112131415171618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。6.某一能层上nd能级最多所能容纳的电子数为A.6 B.10 C.14 D.15123456789101112131415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。√1716187.下列各能层不包含d能级的是A.O能层

B.P能层C.M能层

D.K能层123456789101112131415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。√1716188.下列多电子原子不同能级能量高低的比较错误的是A.1s＜2s＜3s B.2p＜3p＜4pC.3s＜3p＜3d D.4s＞3d＞3p√123456789101112131415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。1716189.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.电子仅在激发态跃迁到基态时才会产生原子光谱123456789101112131415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。√171618二、选择题：每小题有一个或两个选项符合题意。10.以下现象与核外电子的跃迁有关的是①霓虹灯发出有色光②棱镜分光③激光器产生激光

④石油蒸馏⑤凸透镜聚光⑥燃放的焰火，在夜空中呈现五彩缤纷的礼花⑦日光灯通电发光⑧冷却结晶A.①③⑥⑦

B.②④⑤⑧C.①③⑤⑥⑦

D.①②③⑤⑥⑦123456789101112131415√171618解析①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；②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；③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；④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；123456789101112131415171618⑤凸透镜聚光是由光的折射形成的，与电子跃迁无关，错误；⑥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；⑦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；⑧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。12345678910111213141517161811.下列有关能层和能级的叙述中正确的是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10个电子，4f能级最多容纳14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√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；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。√12345678910111213141517161812.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.焰色试验是物理变化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√123456789101112131415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→基态会释放能量。171618√13.图中所发生的现象与电子的跃迁无关的是123456789101112131415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。√17161812345678910111213141514.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。√17161815.填空。(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“<”“＝”或“>”)。①4s____3s____2s____1s；②4f____4d____4p____4s；③1s____2p____3d____4f。1s

2s、2p

3s、3p、3d

4s、4p、4d、4f2

6

10

14>

>

>123456789101112131415>

>

><

<

<171618三、非选择题123456789101112131416.(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)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________________________________________________________________________________________。原子光谱15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17161817.(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____。12345678910111213143p解析Cl原子核外有17个电子，排布在1s、2s、2p、3s、3p5个能级上，能量最高的是3p能级。解析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，所以电子占据的最高能层为M能层，该能层有3s、3p、3d三个能级，排有4个电子。M341716181518.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123456789101112131417161815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________。解析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。22s和2p123456789101112131417161815(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1∶2)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：____________________________。解析氮和氢形成的原子个数比为1∶2的化合物为N2H4，氮和氧形成的原子个数比为1∶2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。123456789101112131417161815(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：_______________________________。解析我国主要以黄铁矿(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4FeS2＋11O22Fe2O3＋8SO2。12345678910111213144FeS2＋11O2返回17161815探究1能层与能级的组成以及能量关系【问题探究】在多电子的原子中,同一能层的电子,能量也可能不同,据此把它们分为能级。(1)符号相同的不同能级(如2p、3p)中所能容纳的最多电子数是否相同?提示

相同。如2p、3p能级最多容纳的电子数都是6。(2)不同能层的s能级之间,能量高低有何关系?同一能层不同能级之间能量高低有何关系?提示

1s<2s<3s<4s<……;ns<np<nd<nf<……。【深化拓展】能层中各能级之间能量的大小关系(1)能层或能级的能量关系(2)不同能层中不同能级的能量高低顺序(按构造原理排序,存在能级交错):ns<(n-2)f<(n-1)d<np。【素能应用】典例1已知n为能层序数,下列有关认识正确的是(

)A.各能层含有的电子数为2n2B.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.各能级最多容纳的电子数按s、p、d、f的顺序依次为1、3、5、7的2倍答案

D解析

各能层最多含有的电子数为2n2,A项错误;各能层的能级都是从s能级开始,但并不是都到f能级结束,如第1、2、3能层,B项错误;各能层含有的能级数与其能层序数相等,C项错误;各能级最多容纳的电子数按s、p、d、f的顺序依次为1、3、5、7的2倍,D项正确。易错警示

能层与能级的认识误区(1)任何能层均含有s能级,但不是任何能层均含有s、p、d、f能级。(2)能层就是电子层,各能层具有的能级数等于能层序数,例如:K层只有1s能级;L层有2s、2p两个能级等。(3)从第3能层(M层)开始出现d能级,且3d能级的能量大于4s能级。变式训练1按能量由低到高的顺序排列,正确的一组是(

)A.1s、2p、3d、4s B.1s、2s、3s、2pC.2s、2p、3s、3p D.3p、3d、4s、4p答案

C解析

电子能量的高低主要由能层和能级决定。当能级符号相同时,能层序数越大,能量越高,例如E1s<E2s<E3s;E2p<E3p<E4p。当能层序数相同时,能量顺序为ns<np<nd<nf,如E3s<E3p<E3d。能级和能层都不相同时,根据构造原理判断,如D项中各能级能量由低到高顺序为3p、4s、3d、4p。方法技巧

判断能级能量高低的方法(1)首先看能层,一般能层序数越大,能量越高。(2)再看能级,同一能层中的各能级,能量由低到高的顺序是ns<np<nd<nf。(3)还要注意能级交错现象,即高能层的s、p能级的能量可能会小于低能层的d、f能级,如4s<3d,6p<5f等。探究2构造原理与电子排布式的书写方法【问题探究】根据构造原理示意图回答以下问题:(1)分别写出O、Na、23V、26Fe的电子填充顺序和电子排布式。

提示

元素ONa23V26Fe电子填充顺序1s22s22p41s22s22p63s11s22s22p63s23p64s23d31s22s22p63s23p64s23d6电子排布式1s22s22p41s22s22p63s11s22s22p63s23p63d34s21s22s22p63s23p63d64s2(2)已知Cr的电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s1,Cu的电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s1。这两种元素的基态原子核外电子排布不符合构造原理,是根据什么确定其电子排布的?提示

Cr、Cu两种元素基态原子的电子填充顺序与构造原理不符合,这是根据Cr、Cu的原子光谱确定的。(3)元素周期表中钠原子的简化电子排布式写成[Ne]3s1,方括号里的符号是什么意义?模仿钠原子的简化电子排布式写出8号、14号、26号元素原子的简化电子排布式。提示

方括号里符号的意义是对应稀有气体元素原子的电子排布式。8号、14号、26号元素分别为O、Si、Fe,其简化电子排布式分别为:O[He]2s22p4;Si[Ne]3s23p2;Fe[Ar]3d64s2。【深化拓展】电子排布式的书写方法(1)简单原子的电子排布式按照构造原理将电子依次填充到能量逐渐升高的能级中。如6C:1s22s22p2。(2)复杂原子的核外电子排布式

↓

↓例如

26Fe:1s22s22p63s23p64s23d6

1s22s22p63s23p63d64s2(3)特殊原子当p、d、f能级处于全空、全充满或半充满状态时,能量相对较低,原子结构较稳定。如24Cr:(4)简化电子排布式为了避免电子排布式过于烦琐,可以把内层电子达到稀有气体电子层结构的部分,以相应稀有气体元素符号外加方括号来表示。如K:1s22s22p63s23p64s1,其简化电子排布式为[Ar]4s1,其中[Ar]代表Ar的核外电子排布式,即1s22s22p63s23p6。【素能应用】典例2写出下列原子的电子排布式。(1)基态Cl原子的电子排布式是

。

(2)基态Ge原子的核外电子排布式为

。

(3)写出基态As原子的电子排布式:

。

(4)P原子的电子排布式是

。

答案

(1)1s22s22p63s23p5或[Ne]3s23p5(2)1s22s22p63s23p63d104s24p2或[Ar]3d104s24p2(3)1s22s22p63s23p63d104s24p3或[Ar]3d104s24p3(4)1s22s22p63s23p3或[Ne]3s23p3解析

根据构造原理填充核外电子,根据能层序数由低到高的顺序书写电子排布式。要注意从3d能级开始出现“能级交错”现象。易错警示

(1)与化合价有关的电子叫价层电子,价层电子并不都是指原子的最外层电子,主族元素的价层电子就是最外层电子,但过渡元素的价层电子包括最外层s电子,次外层d电子,有的还包括倒数第三层f电子。(2)书写电子排布式时,同一能层按能级由低到高顺序连在一起。如基态Fe原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2,而不能写成1s22s22p63s23p64s23d6。(3)并不是所有的原子核外电子的排布都遵循构造原理。Cr原子和Cu原子具有特殊性,Cr:[Ar]3d54s1,Cu:[Ar]3d104s1。(4)在原子失去价电子时,并不都是按照填充的相反顺序失去,而是按电子排布式顺序从外层向内层失去。如基态Fe3+的电子排布式为1s22s22p63s23p63d5,即Fe→Fe3+是失去4s能级上的两个电子和3d能级上的一个电子。变式训练2下列基态原子或离子的电子排布式错误的是(

)A.Ca

1s22s22p63s23p64s2 B.Mg2+

1s22s22p6C.F-

1s22s22p5 D.Br

1s22s22p63s23p63d104s24p5