1.1 原子结构 课时1 能层与能级、原子光谱、构造原理与电子排布式 课件 【新教材】人教版（2019）高中化学选择性必修2

(共42张PPT)
第一节 原子结构
第二课时　能层与能级　原子光谱
原子
原子核
核外电子
质子
中子
→
带正电
→
不带电
→
带负电
不带电
核电荷数=核内质子数=核外电子数
质量数=质子数+中子数
思考与讨论
核外电子是怎样排布的？
有啥规律呢？
一、能层与能级
1.能层（shell）（电子层）
(1)分类依据
在多电子的原子里核外电子的能量是不同的，根据核外电子的能量差异，将核外电子分成不同的能层。即电子层。
研究发现核外电子是分层排布的
能层 一 二 三 四 五 六 七
符号 K　 L　 M　 N　 O P Q
最多电子数 2=2×12 8=2×22　 18=2×32 32=2×42　 50=2×52 72=2×62 98=2×72
能层序数1、2、3、4、5、6、7分别用K、L、M、N、O、P、Q表示。能层越高,电子的能量越高。
能量的高低顺序为E(K)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:
(2)能层的表示方法及各能层最多容纳的电子数
①同一能层的电子,又被分成不同能级,分别用相应能层的序数和字母表示，如n能层的能级按能量由低到高的排列顺序为ns、np、nd、nf等依次用等表示。能级数=能层序数，任一能层的能级总是从s能级开始,能级的字母代号按s、p、d、f……排序,每个能级最多可容纳的电子数依次为自然数1、3、5、7……的2倍。
②每一能层中最多容纳的电子数为2n2(n代表能层序数)。
③不同能层中符号相同的能级所容纳的最多电子数相同。
2.能级（电子亚层）
在多电子的原子中,同一能层的电子,能量也可能不同,据此把它们分为不同的能级（也叫电子亚层）（同一个能层中电子的能量相同的电子亚层） 。分别用字母s、p、d、f等表示。
(1)能层或能级的能量关系。
(2)同一能层不同能级的能量顺序:E(ns)(3)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)d④能层中各能级之间能量大小关系
2p<3p<4p…
能层：楼层
能级：楼梯的阶梯
用K、L、M、N、O、P、Q表示
用S、p 、ｄ、 f……表示
⑤能层与能级的组成关系
最多容纳电子数
2
2
6
1s
2s 2p
3s 3p 3d
2
6
10
4s 4p 4d 4f
2
6
10
14
能级
能层(n) 一 二 三 四 五 …
K L M N O …
能级 1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s 4p 4d 4f 5s 5p … …
最多 电子 数 2 2 6 2 6 10 2 6 10 14 2 6 … …
2 8 18 32 …… …
3.各能层、能级中最多容纳的电子数
(1)能层就是电子层,任一能层的能级总是从s能级开始,能级数等于该能层序数,即第一能层只有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和3d),依次类推。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)能级的字母代号总是按s、p、d、f……排序的,字母前的数字是它们的能层序数,它们可容纳的最多电子数依次为自然数中奇数序列1,3,5,7…的2倍。
(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。
能层、能级与最多容纳的电子数、能量之间的相互关系
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 … … … …
最多容纳电子数 2 2 6 2 6 10 2 6 10 14 2 … … … …
2 8 18 32 50 … … 每一能层最多可容纳的电子数是2n2
离核远近 由近到远 不同能层能量 逐渐增大 同一能层各能级的能量 逐渐增大 (1)能层序数与所含的能级数有何关系
提示:能级数等于能层序数。
(2)原子核外每一个能层最多可容纳的电子数与能层的序数(n)之间存在什么关系
提示:每个能层最多容纳2n2个电子。
(3)英文字母相同的不同能级(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。
(4)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【思考与讨论】
1 ．比较下列多电子原子的不同能层中能级的能量高低
（1）1s、3d （2）3s、3p、3d （3）2p、3p、4p
1s<3d
3s<3p<3d
2p<3p<4p
2 ．将下列多电子原子的能级按照能量由高到低的顺序排列1s、4p、2s、3s、5f、4s
5f >4p>4s>3s>2s>1s
练习
③各能级s、p、d、f…可容纳的电子数依次是2、6、10、14… 。
①每个能层(n)中，所含有的能级及顺序分别是ns、np、nd、nf …，且能量依次升高。
②每一能层的能级个数 = 该能层的能层序数。
归纳小结
④相同能层的不同能级，最多容纳的电子数相同。
⑤每一能层（n）最多可容纳的电子数等于2n2。
例1 以下能级符号正确的是(　　)　　　　　　　　　　　　　
A.3f B.2d C.4s D.2f
C　　
[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。
例2 下列有关认识正确的是(　　)
A.各能层的能级数按顺序分别为1、2、3、4……
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-1
D.各能层含有的电子数为2n2
A　　
[解析] 各能层的能级数按顺序分别为1、2、3、4……,A项正确;
各能层的能级总是从s能级开始,而且能级数等于该能层序数,因此第一能层只有s能级,第二能层有s、p能级,依次类推,B项错误;
由B项分析可知,各能层含有的能级数为n,C项错误;
各能层含有的电子数最多为2n2,可以不排满,D项错误。
1.基态原子与激发态原子
二、基态与激发态　原子光谱
基态原子:
处于最低能量状态的原子
激发态原子:
处于较高能量的原子
当基态原子的电子吸收一定能量后，电子被激发跃迁到较高能级，变成激发态原子
(1)电子跃迁的能量变化与可见现象
激发态原子不稳定,电子从能量较高的激发态跃迁到能量较低的激发态乃至基态时,将释放能量。光(辐射)是电子跃迁释放能量的重要形式之一。霓虹灯光、激光、焰火等可见光都与原子核外电子发生跃迁释放能量有关。
(2)金属元素的焰色的成因
金属原子中,核外电子按一定轨道顺序排列,轨道离核越远,能量越高。灼(燃)烧时,电子获得能量,能量较低的电子发生跃迁,从基态变为激发态。随即电子又从能量较高的激发态跃迁到能量较低的激发态乃至基态,便以光(辐射)的形式释放能量,形成不同的焰色。
节日燃放的焰火与金属内层的电子跃迁有关
激光的产生与电子受激跃迁有关
焰色反应
光谱：
按一定次序排列的彩色光带
基态
激发态
吸收能量
释放能量
光（辐射）是电子释放能量的重要形式之一
吸收光谱
发射光谱
不同元素的原子电子发生跃迁时会吸收或释放不同的能量→表现为光的形式→用光谱仪记录→得到各种元素的电子的吸收光谱或发射光谱，总称原子光谱。
2.原子光谱
——核外电子的跃迁
锂、氦、汞的吸收光谱
锂、氦、汞的发射光谱
下面是部分元素的发射光谱和吸收光谱
发射光谱
特征:暗背景, 亮线,
线状不连续
吸收光谱
特征:亮背景, 暗线,
线状不连续
用光谱仪测定氢气放电管发射的氢的发射光谱
3.光谱分析
光谱分析: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。
一些元素的线状光谱
光谱分析：
利用原子光谱上的特征谱线鉴定元素。
②化学研究中利用光谱分析检测一些物质的存在与含量等。
光谱分析的应用
①通过原子光谱发现许多元素。
如：铯（1860年）和铷（1861年），其光谱中有特征的篮光和红光。
又如：1868年科学家们通过太阳光谱的分析发现了稀有气体氦。
点拨：
(1)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，将释放能量；反之，将吸收能量。光(辐射)是电子释放能量的重要形式之一。(2)电子的跃迁是物理变化(未发生电子转移)，而原子得失电子时发生的是化学变化。(3)一般在能量相近的能级间发生电子跃迁。
(2)金属的焰色试验中,一些金属元素呈现不同焰色的原因是什么
提示:激发态原子中的电子跃迁到低能级时,多余的能量以光的形式释放出来。
【思考与讨论】
(1)为什么不同元素原子具有不同的特征光谱？
提示:不同原子的能级结构不同，发出的谱线的特征不同
提示:这与原子核外电子发生跃迁释放能量有关。金属元素的核外电子被爆炸的火药激发到较高能级后,电子再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,能量以光的形式释放出来,产生发射光谱。该过程不是化学变化。
[思考]
在节日里我们经常放焰火来庆祝,请你思考这与原子结构有关系吗 若与原子结构有关,请用原子结构解释节日燃放的焰火产生的原理,该过程是化学变化吗
例3 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.缓慢氧化放热 D.霓虹灯
C　　
[解析] 电子跃迁本质上是组成物质的粒子(原子、离子或分子)中电子的一种能量变化,如激光、焰色试验、霓虹灯都与电子跃迁有关。激光与电子跃迁有关,故A错误;
当碱金属及其盐在火焰上灼烧时,原子中的电子吸收了能量,从能量较低的轨道跃迁到能量较高的轨道,但处于能量较高轨道上的电子是不稳定的,很快跃迁回能量较低的轨道,这时就将多余的能量以光的形式放出,因而能使火焰呈现颜色,与电子跃迁有关,故B错误;
缓慢氧化放热是化学能转化为热能,与电子跃迁无关,故C正确;
霓虹灯的各色的光是原子核外电子发生能级跃迁的结果,与电子跃迁有关,故D错误。
例4 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
A　　　　
[解析] 在电流作用下,基态氖原子的电子吸收能量跃迁到较高能级,变为激发态原子,这一过程要吸收能量,不会发出红色光;而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时,将释放能量,从而产生红光,A项正确。
[规律小结]
1.焰色试验只是激发态原子核外电子的一种能量释放形式,当电子从激发态跃迁到基态时,其多余的能量以特定波长的光的形式释放出去,也可称之为发射光谱,是元素检验的一种有效的方法。
2.电子的跃迁是物理变化(未发生电子转移),而原子得失电子时发生的是化学变化。
3.一般在能量相近的能级间发生电子跃迁。
(1)原子中第n能层容纳的电子数一定是2n2。 (　　)
(2)能层序数大,该能层中能级的能量一定高。(　　)
(3)原子光谱是原子发生电子得失而引起的。(　　)
(4)能层就是电子层 (　　)
(5)不同能层的p能级能量高低相同 (　　)
(6)高能层的所有能级能量都比低能层能级的能量高 (　　)
1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)
×
×
×
√ 　　
×
×
2.下列能级不属于M能层的是(　　)
A.3s B.4s C.3p D.3d
B
解析:M能层包含3s、3p、3d三个能级。
3.下列能级中,可容纳电子最多的是(　　)
A.6s B.4p C.3d D.7s
C　
解析: 根据能级和能层的划分可知,s、p、d、f分别能容纳的电子是2、6、10、14。
4.以下能级符号错误的是 (　　)
A.5p B.7s C.2f D.4d
C　　　　
解析:s能级在每一能层上都有,p能级至少在第二能层及以上,d能级至少在第三能层及以上,f能级至少在第四能层及以上,因此能级符号错误的是2f。
5.下列图像中所发生的现象与电子的跃迁无关的是(　　)
A.燃放烟花 B.霓虹灯广告
C.燃烧蜡烛 D.平面镜成像
D　 　　　　
解析: 平面镜成像是光线反射的结果,与电子跃迁无关,霓虹灯广告、燃烧蜡烛、节日里燃放的焰火是原子的发射光谱,与原子核外电子发生跃迁有关。
6.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 2n2
C.同一能层中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
B　　　　　　
解析: 能层是电子层,能级是同一能层中不同能量的电子所占据的分层。同一能层中不同能级的能量高低的顺序是E(ns)7.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2n2
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-1
D.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
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,每个能层上的能级数与能层序数相等,并不是所有能层的能级都是从s能级开始到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。
D
8.下列能级表示正确(实际存在的)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、3s
C.2s、2p、2d D.3p、3d、3f
A
解析:不同能层中英文字母相同的能级最多容纳的电子数相同,B项错误;从M层开始有d能级,即3d能级,L层不存在2d能级,故C项错误;从N层开始有f能级,即4f,M层不存在3f能级,故D项错误。
9.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、2p
C.2s、2p、3s、3p D.3p、3d、4s、4p
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