1.1.1 能层与能级　基态与激发态　原子光谱课件(共37张PPT) 2023-2024学年高二化学人教版选择性必修2

(共37张PPT)
第一章
第一节　第一课时　能层与能级　基态与激发态　原子光谱
素 养 目 标
1.通过认识原子结构及核外电子排布,知道原子核外电子的能层分布、能级分布及其与能量的关系,形成宏观辨识与微观探析的核心素养。
2.了解电子运动的能量状态具有量子化(能量不连续)的特征,知道基态、激发态与原子光谱,能从电子跃迁角度初步解释原子光谱的形成,进一步强化“结构决定性质”的观念。
基础落实·必备知识全过关
重难探究·能力素养全提升
目录索引
基础落实·必备知识全过关
一、能层与能级
1.能层　　　相当于必修教材中的电子层
(1)含义:核外电子按　　　　　　不同分成能层。
(2)符号:能层序数一、二、三、四、五、六、七分别用　
　　　　 　　　　表示。
　　 高中阶段只研究到第七能层
(3)能量关系:能层越高,电子的能量　　　　,能量的高低顺序为
E(K)　　E(L)　　E(M)　　E(N)　　E(O)　　E(P)　　E(Q)。
能量
K、L、M、N、O、P、Q
越高
<
<
<
<
<
<
2.能级　　　　　　 任何能层均有s能级
(1)含义:同一能层的电子,又被分成不同能级。任一能层的能级总是从
　　能级开始,能级的字母代号按s、p、d、f……排序。
(2)表示方法:能级用相应的能层序数和能级字母代号组合在一起来表示,如n能层的能级按能量由低到高的顺序排列为　　、　　、　　、　　等。
不存在2d、3f能级
s
ns
np
nd
nf
3.各能层、能级与最多容纳的电子数　　　
与实际填充的电子数目不一定相同
能层 一 二 三 四 五 ……
K L M N O ……
能级 5s 5p …… ……
最多 电子 数 2 2 2 6 2 6 …… ……
…… ……
1s
2s
2p
3s
3p
3d
4s
4p
4d
4f
6
10
2
6
10
14
2
8
18
32
二、基态与激发态　原子光谱
1.基态与激发态
(1)基态原子:处于　　 　　　　　的原子。
(2)激发态原子:基态原子　　　　能量后,它的电子会跃迁到　　　　能级,变为激发态原子。 电子数不变
2.原子光谱与光谱分析
(1)原子光谱:不同元素原子的电子发生跃迁时会　　　　　　　　　　　,可以用光谱仪摄取各种元素原子的　　　　　　　　　　　　,总称原子光谱。
(2)光谱分析: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。
最低能量状态
吸收
较高
吸收或释放不同的光
吸收光谱或发射光谱
特征谱线
深度思考1
N能层有4s、4p、4d、4f四个能级,那么Cl原子的N能层没有电子,还存在4s、4p、4d、4f四个能级吗
提示 存在。原子的每个能层的能级数以及所能容纳的电子数目与该能层是否有电子没有关系。
易错辨析1
(1)第二能层(L)上有s、p、d、f 4个能级。(　　)
提示 第二能层上只有s、p两个能级。
(2)同一个原子中不同能层上的s能级的能量都相等。(　　)
提示 不同能层上的s能级,能层序数(n)越大,离原子核越远,能量越高,如E(1s)(3)3d、4d、5d能级所能容纳的最多电子数相同。(　　)
(4)4s、4p、4d、4f能量的高低顺序为E(4s)×
×
√
√
深度思考2
结合教材中锂、氦、汞的发射光谱和吸收光谱,同一物质的发射光谱和吸收光谱之间存在怎样的对应关系 光谱是连续的还是不连续的
提示 某种物质自身发射哪些波长的光,它就强烈地吸收哪些波长的光。因此发射光谱中的亮线对应吸收光谱中的暗线;不连续光谱。
易错辨析2
(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。(　　)
提示 原子核外电子从激发态向基态跃迁时,将释放能量。
(3)产生激光的前提是原子要处于激发态。(　　)
(4)同一原子处于激发态时的能量一定高于基态时的能量。(　　)
√
×
√
√
重难探究·能力素养全提升
探究一　能层与能级的组成以及能量关系
情境探究
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,下图每个方框内最多容纳2个电子。
(1)含有f能级的能层序数最小值为多少 第六能层中能量最低的是哪个能级
(2)理论上第八能层有几个能级 该能层最多能容纳多少个电子
提示 从第四能层起开始出现f能级;第六能层中能量最低的能级是6s。
提示 8个;128。能级数=能层序数;每一能层最多容纳的电子数为2n2。
(3)以s、p、d、f为符号的能级分别最多可容纳多少电子 3d、4d、5d能级所能容纳的最多电子数是否相同
(4)不同能层的s能级之间,能量高低有何关系 同一能层的不同能级之间,能量高低有何关系
提示 s能级最多容纳2个电子,p能级最多可容纳6个电子,d能级最多可容纳10个电子,f能级最多可容纳14个电子。3d、4d、5d能级所能容纳的最多电子数相同。
提示 电子能量:1s<2s<3s<4s<……;电子能量:ns方法突破
能级与能层的关系
名师点拨　(1)在每一能层中,能级符号的顺序是ns、np、nd、nf……(n代表能层序数)
(2)任一能层的能级总是从s能级开始:能级数=该能层序数
(3)各能级所在能层的取值
ns(n≥1)　np(n≥2)　nd(n≥3)　nf(n≥4)
(4)各能层容纳电子数的关系
①每一层最多容纳的电子数:2n2个。
②最外层电子数不超过8个(K层为最外层时不超过2个)。
③次外层电子数不超过18个,倒数第三层不超过32个。
应用体验
视角1能层与能级的符号表示
1.以下能级符号正确的是(　　)
①5s　②2d　③3f　④1p　⑤3d
A.①② B.③⑤
C.①⑤ D.③④
C
解析 s能级在每一能层上都有,因此存在5s能级,故①正确;第二能层只有2s、2p能级,故②错误;第三能层只有3s、3p、3d能级,故③错误、⑤正确;第一能层上只有1s能级,故④错误。
2.下列能层中,不包含d能级的是(　　)
A.K B.Q
C.M D.N
A
解析 K能层是第一能层,只有1个能级,即1s能级,不包含d能级,故A符合题意;Q能层是第七能层,含有7个能级,包含d能级,故B不符合题意;M能层是第三能层,含有3个能级,分别是3s、3p、3d能级,包含d能级,故C不符合题意;N能层是第四能层,含有4个能级,分别是4s、4p、4d、4f能级,包含d能级,故D不符合题意。
【变式设问】
(1)M能层有4s能级吗
(2)总共含有6个能级的能层符号为　　　　　　　。
提示 没有。M能层包含3s、3p、3d三个能级。
提示 P
每一能层所含的能级数目=能层序数,所以总共含有6个能级的能层是第六能层,第六能层符号为P。
视角2能层与能级的电子排布
3.[2023辽宁沈阳高二检测]下列有关原子结构的说法中不正确的是(　　)
A.第五能层有5个能级,最多能容纳50个电子
B.同一原子中,不同能层均含有的能级是s能级
C.同一原子中,3d能级实际容纳的电子数一定为10个
D.能层和能级的划分,均以电子的能量高低为依据
C
解析 第五能层含有5个能级,最多能容纳的电子数为2×52=50,A正确;同一原子中,由于K层只有s能级,故不同能层均含有的能级为s能级,B正确;3d能级最多可容纳10个电子,但实际容纳的电子数不一定为10个,C错误;核外电子分成不同能层和能级,其依据为电子的能量高低,D正确。
4.原子中的某一能层,最多能容纳的电子数目大于32,该能层可能是(　　)
A.L能层 B.M能层
C.N能层 D.P能层
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。
视角3能层与能级的能量关系
5.排布在下列各电子层上的一个电子,所具有的能量最低的是(　　)
A.K层 B.L层
C.M层 D.N层
A
解析 离核最近的电子层称为K层,该层的能量最低,电子层能量由低到高依次为K探究二　基态与激发态　电子跃迁
情境探究
很多金属或它们的化合物在无色火焰中灼烧时都会使火焰呈现出特征颜色。根据火焰呈现的特征颜色,可以判断试样所含的金属元素,化学上把这样的定性分析操作称为焰色试验。因此人们在烟花中有意识地加入特定金属元素,使焰火更加绚丽多彩。
(1)美丽的焰火跟原子结构有何关系 焰色试验中钠、钾、铜的火焰分别是什么颜色
(2)电子跃迁是如何完成的 是物理变化还是化学变化
提示 美丽的焰火与原子核外电子发生跃迁有关,金属原子吸收能量从基态跃迁到激发态后,电子从高能级轨道跃迁回到低能级轨道时,将能量以光能的形式释放出来;焰色试验中钠、钾、铜的火焰分别为黄色、紫色和绿色。
提示 电子跃迁是通过吸收能量或者释放能量而完成的;电子的跃迁是物理变化,而原子得失电子时发生的是化学变化。一般在能量相近的能级间发生电子跃迁。如从2p能级跃迁到3s能级。
(3)金属元素的焰色试验利用的是原子的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,焰色试验利用的是原子的发射光谱。
方法突破
原子光谱形成示意图
(1)在该图中,电子从某激发态能级(能量为E1)跃迁到基态能级(能量为E0)时,如果释放的能量以光的形式表现出来并被记录下来,就形成发射光谱。
(2)当电子从基态能级(能量为E0)跃迁到某激发态能级(能量为E1)时,如果吸收的能量以光的形式表现出来并被记录下来,就形成吸收光谱。
(3)电子从基态能级跃迁到激发态能级可能是E1、E2、E3、En等,所以光谱线不是一条。光谱分析是指利用原子的核外电子发生跃迁时吸收或释放不同的特征谱线来鉴定元素。利用光谱分析可以发现新元素或利用特征谱线鉴定元素。
应用体验
视角1基态与激发态的关系
1.[2023山东日照高二检测]下列说法正确的是(　　)
A.自然界中的所有原子都处于基态
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.无论原子种类是否相同,基态原子的能量总是低于激发态原子的能量
D.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
B
解析 自然界中的原子有的处于基态,有的处于激发态,A项错误;同一种原子处于激发态时的能量一定高于基态时的能量,若原子种类不同,则不一定如此,B项正确,C项错误;激发态原子的能量较高,容易跃迁到能量较低的激发态或基态,能量降低,激发态原子若要失去电子,仍必须再吸收能量,失去电子难易程度需根据原子的具体情况而定,有的激发态原子易失去电子,有的激发态原子难失去电子,D项错误。
2.下列关于同一原子的基态和激发态的说法中,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的过程中吸收能量
D.电子仅在激发态跃迁到基态时才会产生原子光谱
C
解析 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。
视角2原子光谱的成因与分类
3.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 霓虹灯发红光是因为电子吸收能量后跃迁到能量较高的轨道,能量较高轨道上的电子会跃迁回能量较低的轨道而以光的形式释放能量。
【变式设问】
(1)电子跃迁一定会释放出可见光吗
(2)若Na原子的一个电子,从1s能级跃迁到3p能级,通过光谱仪可观察到发射光谱还是吸收光谱
提示 不一定;只有光的频率在可见光范围内才会可见。
提示 电子从1s能级跃迁到3p能级,要吸收能量,因此可观察到吸收光谱。
4.电子由3p能级跃迁至3d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
B
解析 E(3p)思维建模　原子能量状态与光谱类型的关系
本 课 结 束