第1章-第1节-第1课时-能层与能级-基态与激发态(讲义).docx

第一章 原子结构与性质
第一节　原子结构
第1课时　能层与能级　基态与激发态
学习导航
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，理解激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。
教学过程
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)含义：根据核外电子的能量不同，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K、L、M、N、O、P、Q……表示，其中每层所容纳的电子数最多为2n2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E(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
能层
(n)
一
二
三
四
五
六
七
……
符号
K
L
M
N
O
P
Q
……
能级
1s
2s
2p
3s
3p
3d
4s
4p
4d
4f
5s
……
……
……
……
最多电子数
2
2
6
2
6
10
2
6
10
14
2
……
……
……
……
2
8
18
32
……
……
……
2n2
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。
(2)s、p、d、f 各能级可容纳的最多电子数分别为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是2n2(n为能层的序数)。
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，变成激发态原子。
(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。
课时训练
1．下列有说法中正确的是
A．3p2表示3p能级有两个轨道
B．在基态多电子原子中，p轨道电子的能量一定高于s轨道电子的能量
C．能层序数越大，s原子轨道的半径越大
D．在同一能级上的电子，其能量不同
2．下列叙述正确的是
A．钠的焰色反应呈现黄色，是电子由激发态转化成基态时吸收能量产生的
B．原子轨道和电子云都是用来形象地描述电子运动状态的
C．各能层的s电子云轮廓图都是圆形，但圆的半径大小不同
D．同一原子中，2p、3p、4p能级的轨道数依次增多
3．下列说法正确的是
A．同一原子中，2p、3p、4p能级的轨道数依次增多
B．基态原子电子能量的高低顺序为E(1s)＜E(2s)＜E(2px)＜E(2py)＜E(2pz)
C．30号元素位于第三周期第ⅢA族
D．价电子排布式为4s24p3的元素位于第四周期VA族，是p区元素
4．下列说法正确的是
A．3p2 表示 3p 能级有两个轨道
B．不是所有的共价键(σ键)都具有方向性
C．同一原子中，1s、2s、3s 电子的能量逐渐减小
D．2p、3p、4p 能级的轨道数依次增多
5．常温下，S2Cl2为浅黄色至橘红色、有恶臭、毒性的液体。S2Cl2遇水反应出无色有刺激性气味的气体，且溶液变浑浊。下列叙述正确的是
A．硫黄是原子晶体，S2Cl2是分子晶体
B．S2Cl2与水反应产生SO2，S2Cl2和SO2的分子极性和中心原子的杂化方式均相同
C．Cl与S相比，前者非金属性更强，含氧酸酸性更强
D．S的逐级电离能中，I4和I5之间突变，I6和I7之间突变，且后者突变程度更大
6．下列说法错误的是
A．p能级电子能量一定高于s能级电子能量
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．Fe3+的最外层电子排布式：3s23p63d5
D．S电子云呈球形，有无数条对称轴
7．按照下列元素基态原子的电子排布特征判断元素，并回答问题。
A原子中只有一个能层且只含1个电子；B原子的2p轨道上得到2个电子后不能再容纳外来电子；C原子价电子排布式为nsn-1npn+1 ；D的一种核素的质量数为59，中子数为31。
(1)A的原子轨道形状为___________。
(2)画出B的原子结构示意图________
(3)C的基态原子核外电子空间运动状态有________种。
(4)D2+ 的核外电子排布式是____________。
8．现有六种元素，其中A、B、C、D为短周期主族元素E、F为第四周期元素，它们的原子序数依次增大。
A元素原子的核外p电子数比s电子数少3
B元素形成的物质种类繁多，其形成的一种固体单质工业上常用作切割工具
C元素基态原子p轨道有3个未成对电子
D原子核外所有p轨道全充满或半充满
E在该周期中未成对电子数最多
F能形成红色(或砖红色)的和黑色的FO两种氧化物
某同学根据上述信息，完成下列各题。
(1)画出A基态原子的核外电子轨道表示式：____
(2)B基态原子的核外电子轨道表示式为，该同学所画的轨道表示式违背了______。
(3)D基态原子中能量最高的电子，其电子云在空间有______个伸展方向，呈形______形。
(4)写出C原子的电子排布式：______；写出E原子的简化电子排布式：______。
(5)写出F元素原子的价层电子排布式：______。

答案解析
1．C
【详解】
A．3p2表示3p能级上填充了2个电子，A错误；
B．电子的能量高低，不仅与能级有关，还与能层有关，比如2p能级电子的能量就比3s能级电子能量低，B错误；
C．不同能层s轨道形状均为球形，只是半径不同，能层序数越大，s原子轨道半径越大，C正确；
D．同一能级上的电子能量是相同的，比如3s2能级上的2个电子能量相同，D错误；
故答案选C。
2．B
【详解】
A．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，A错误；
B．原子轨道和电子云都是用来描述电子运动状态而不是表示电子运动轨迹的，B正确；
C．各能层的s电子云轮廓图都是球形，而不是圆形，C错误；
D．同一原子中，2p、3p、4p能级的轨道数相等，都是3个，D错误；
答案选B。
3．D
【详解】
A．相同亚层(s、p、d、f)中所含轨道数相同，故A错误；
B．同一能级中不同轨道上填充的电子能量相同，因此E(2px)＝E(2py)＝E(2pz)，故B错误；
C．30号元素为铜元素，位于第三周期第IIB族，故C错误；
D．价电子排布式为4s24p3的元素最外层电子数为5，其电子层数为4，因此该元素位于第四周期VA族，是p区元素，故D正确；
综上所述，说法正确的是D项，故答案为D。
4．B
【详解】
A．3p2 表示 3p 能级有2个电子，分别在两个不同轨道上，故A错误；
B．不是所有的共价键(σ键)都具有方向性，比如s−s σ键，故B正确；
C．同一原子中，1s、2s、3s 电子的能量逐渐增大，故C错误；
D．2p、3p、4p 能级的轨道数相同，都为3个轨道，故D错误。
综上所述，答案为B。

5．D
【详解】
A． 硫磺属于分子晶体，S2Cl2是分子晶体，故A错误；
B．S2Cl2与水反应产生SO2，S2Cl2中S为sp3为极性分子，SO2中S为sp2杂化是极性分子， 故B错误；
C．非金属性更强，最高价含氧酸酸性更强，非金属性Cl＞S，故C错误；
D．S的逐级电离能中，I4和I5之间突变，I6和I7之间突变，且后者突变程度更大，因为I6和I7之间为能层之间的跨越，故D正确；
故选D。
6．A
【详解】
A．同一层p能级电子能量高于s能级电子能量，例如2p＞2s，但2p＜3s，A项错误；
B．基态原子吸收能量变为激发态原子，所以激发态原子能量大于基态原子能量B项正确；
C．Fe是26号元素，其电子排布式为[Ar]3d64s2，失去3个电子形成Fe3+，则Fe3+的最外层电子排布式为：3s23p63d5，C项正确；
D．S电子云呈球形，有无数条对称轴，D项正确；
答案选A。
7．球形 9 1s22s22p63s23p63d8或[Ar]3d8
【详解】
(1) A为H元素，电子只填充1s轨道，原子轨道为球形；答案为球形。
(2) B为O元素，原子序数为8，核内8个质子，核外8个电子，各电子层上电子依次为2，6，其原子结构示意图为；答案为。
(3) C为S元素，原子序数为16，核外有16个电子，原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p4，核外电子空间运动状态由能层、能级、原子轨道决定，有1s轨道、2s轨道、3s轨道，2p、3p均有3个轨道，3p有3个轨道填充电子，故核外有9种不同空间运动状态的电子；答案为9。
(4) D是28号元素，原子核外有28个电子，原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d84s2，失去4s能级2个电子形成D2+，D2+的核外电子排布式是1s22s22p63s23p63d8或[Ar]3d8；答案为1s22s22p63s23p63d8或[Ar]3d8。
8． 洪特规则 3 哑铃
【详解】
(1)为元素，基态原子的电子排布式为，则核外电子轨道表示式为。故答案为：；
(2)为元素，基态原子的核外电子排布式为，由洪特规则可知，电子排布在同一能级的不同轨道时，基态原子中的电子总是优先单独占据一个轨道，且自旋平行，则题给基态原子的核外电子轨道表示式违反了洪特规则。故答案为：洪特规则；
(3)为元素，基态原子的核外电子排布式为，能级上电子能量最高，电子云在空间有3个伸展方向，呈哑铃形。故答案为：3；哑铃；
(4)为元素，原子的电子排布式为；为元素，原子的简化电子排布式为。故答案为：；；
(5)为元素，原子的电子排布式为，则价层电子排布式为。故答案为：；