2026版高中化学人教版选择性必修2《物质结构与性质》第一章第1课时　能层与能级　基态与激发态　原子光谱

第1课时能层与能级基态与激发态原子光谱课时目标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)。(4)图示Mg所谓能层,即化学必修第一册所学的电子层,二者是同一概念。电子是按能量高低在原子核外分层排布(运动)的。小题对点过(1)回忆金属钾的原子结构示意图,能量最高的电子所处的能层符号是;倒数第2层的能层符号是,该能层最多容纳的电子数是。

(2)硼原子受α粒子(He)轰击可得碳原子和氕:511B+24He→614C+11答案(1)NM18(2)3∶42.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)图示小题对点过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)<<(4)能级数=该能层序数。(5)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………………2n2小题对点过(1)第五能层最多可容纳个电子,它们分别容纳在个能级中。

(2)下列关于能层与能级的说法正确的是。

①同一原子中,符号相同的能级上的电子能量不一定相同②每个能层含有的能级数一定等于该能层序数③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④多电子原子中,每个能层上电子的能量一定不同答案(1)505(2)①②1.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。2.下列各能层中包含f能级的是()A.N B.M C.L D.K答案A解析从第四能层开始出现f能级,N为第四能层符号,因此A项正确。3.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小题对点过(1)基态原子的核外电子通过吸收能量,核外电子跃迁至较高能级,那么电子的跃迁是化学变化吗?为什么?

。

(2)基态电子和激发态电子相互转化,不断地吸收和释放能量,这些能量的表现形式是。

答案(1)不是,原子中电子的跃迁是物理变化,而原子得失电子生成新物质是化学变化(2)光(辐射)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。小题对点过(1)试分析焰色试验的原理是什么?焰色试验属于吸收光谱还是发射光谱?

。

(2)结合教材,分析原子吸收光谱和发射光谱有何区别?

。

(3)光谱分析法为什么能鉴定元素?

。

(4)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()答案(1)焰色试验的原理是核外基态电子吸收能量后变成为较高能级的激发态,然后跃迁至较低能级的激发态乃至基态时,以光的形式释放能量,属于发射光谱(2)吸收光谱和发射光谱都是线谱,区别在于前者显示光谱中的黑色线条,而后者显示光谱中的彩色线条(3)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(4)①√②×③√④×1.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。2.下列说法不正确的是()A.焰色试验是化学变化B.在现代化学中,常利用光谱分析法来鉴定元素C.同一原子处于激发态时的能量一定高于处于基态时的能量D.焰色试验中观察到的特殊焰色是金属原子中的电子从激发态跃迁到较低能量的激发态或基态时产生的光的颜色答案A解析焰色试验是物理变化,A项错误;不同元素的特征谱线不同,故可以利用光谱分析法来鉴定元素,B项正确;基态是原子能量最低的状态,基态原子吸收能量变为激发态原子,C项正确;焰色试验中观察到的特殊焰色是金属原子中的电子从激发态跃迁到较低能量的激发态或基态时产生的光的颜色,D项正确。3.下列说法正确的是()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.同一原子处于激发态时比处于基态时稳定C.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D.电子只有从激发态跃迁到基态时才会产生原子光谱答案A解析根据原子光谱的定义可判断A正确;原子处于基态时能量最低,更稳定,B错误;激发态原子的能量较高,容易跃迁到较低能量的激发态或基态(释放能量),而不是容易失去电子,失去电子的难易程度需根据原子的具体结构而定,C错误;电子从激发态跃迁到基态时产生发射光谱,从基态跃迁到激发态时产生吸收光谱,D错误。A级合格过关练选择题只有1个选项符合题意题组一能层与能级1.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能层答案D解析多电子原子中,同一能层的电子可分占不同的能级,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。2.下列能级符号中,不正确的是()A.3f B.2s C.3d D.2p答案A解析第三能层只有s、p、d三种能级,不存在f能级,因此不存在能级符号3f,A错误。3.下列说法正确的是()A.同一原子中1s、2s、3s电子能量逐渐减小B.同一原子中2p、3p、4p能级可容纳的最多电子数依次增多C.能量高的电子在离核近的区域运动,能量低的电子在离核远的区域运动D.各能层最多能容纳的电子数是2n2答案D解析同一原子中1s、2s、3s电子能量逐渐增大,故A错误;同一原子中,2p、3p、4p可容纳的最多电子数相等,都为6,故B错误;能量低的电子在离核近的区域运动,能量高的电子在离核远的区域运动,故C错误。4.下列有关M能层的说法正确的是()A.表示第二电子层B.最多能容纳8个电子C.表示第三电子层D.至少含有s、p、d、f四个能级答案C解析M能层表示第三电子层,含有s、p、d三个能级,A、D项错误,C项正确;M能层最多能容纳18个电子,B错误。题组二基态与激发态原子光谱5.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。6.下列现象与电子的跃迁没有直接关联的是()答案D解析电子由较高能量的激发态跃迁到较低能量的激发态乃至基态时,主要以光的形式释放能量,通电后氢气发光、霓虹灯发光、燃放烟花等现象都是电子发生跃迁释放能量形成的,钠与水剧烈反应与电子的跃迁无关,故选D。7.充有氖气的霓虹管发出红光,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外的光C.氖原子获得电子后转变成发出红光的物质D.通电后在电场作用下,氖原子与构成灯管的物质发生反应答案A解析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较高能级,但处在能量较高能级上的电子会很快以光的形式辐射能量而跃迁回能量较低的能级,所发出的光的波长恰好位于可见光区域中的红色波段,从而产生红光,A项正确。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.(1)在同一个原子中,离核越近、n越小的能层能量;在同一电子层中,各能级的能量按s、p、d、f的次序依次;原子核外电子的每个能层最多可容纳的电子数为[用该能层序数(n)表示]。

(2)理论研究证明,多电子原子中,同一能层的电子,其能量也可能不同,据此还可以把它们分成不同能级。第四能层有个能级;它们分别为。

答案(1)越低递增2n2(2)44s、4p、4d、4fB级素养培优练10.(2024·郑州高二检测)原子中的某一能层,最多能容纳的电子数目大于32,该能层可能会是()A.L能层 B.M能层 C.N能层 D.P能层答案D解析每一能层最多能容纳的电子数目为2n2,所以最多能容纳的电子数目大于32的能层,至少是第五能层。11.同一原子的基态和激发态相比较,正确的是()A.基态时的能量比激发态时的高B.基态时不稳定C.基态时的能量比激发态时的低D.激发态时比较稳定答案C解析对同一原子来说,基态时比较稳定,基态时的能量比激发态时的低。12.当碳原子的核外电子排布由1s22s22p2转变为1s22s12p3时(能级符号右上角的数字代表该能级的电子数),下列说法正确的是()A.碳原子由基态变为激发态B.碳原子由激发态变为基态C.该过程将产生发射光谱D.碳原子要向外界环境释放能量答案A解析当碳原子的核外电子排布由1s22s22p2转变为1s22s12p3时,电子由较低能级跃迁到较高能级,原子由基态变为激发态,应吸收能量,产生吸收光谱,故选A。13.(2024·湖南师大附中月考)科学研究证明:核外电子的能量不仅与电子所处的能层、能级有关,还与核外电子的数目及核电荷数有关。氩原子与硫离子的电子层结构相同。下列说法正确的是()A.两粒子最外层都达8电子稳定结构,化学性质相同B.两粒子的电子发生跃迁时,产生的光谱不同C.两粒子的1s能级上电子的能量相同D.两粒子的3p能级上的电子离核的距离相同答案B解析氩原子性质稳定,硫离子具有还原性,二者化学性质不同,A错误;电子的能量不同,则发生跃迁时,产生的光谱不同,B正确;虽然电子数相同,但核电荷数不同,所以两粒子的1s能级上电子的能量不同,C错误;两粒子的3p能级上的电子离核的距离不同,D错误。14.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“>”)。①4s3s2s1s;

②4f4d4p4s;

③1s2p3d4f。

答案(1)1s2s、2p3s、3p、3d4s、4p、4d、4f(2)261014(3)①>>>②>>>③<<<15.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、楼房等根据上述信息填空:(1)B元素的基态原子含有个能层