第一章 第一节 第1课时
一、选择题(每小题只有1个选项符合题意)
1．(2024·日照高二检测)下列说法正确的是( B )
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
答案：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．下列符号不符合事实的是( D )
A．4s2 B．2p3
C．3d8 D．3f14
答案：D
解析：s能级最多排列2个电子、p能级最多排列6个电子、d能级最多排列10个电子，存在4s2、2p3、3d8排布，f能级最多排列14个电子，第三能层没有f能级，至少在第四能层才存在f能级，不可能存在3f14排布，故选D。
3．下列说法正确的是( B )
A．同一原子中，1s、2s、3s电子的能量逐渐减小
B．同一原子中，2p、3p、4p能级最多容纳的电子数相同
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．各能层含有的能级数为2n(n为能层序数)
答案：B
解析：同一原子中，1s、2s、3s电子的能量逐渐增大，A项错误；2p、3p、4p能级最多容纳的电子数均为6，B项正确；能量高的电子在离核远的区域运动，能量低的电子在离核近的区域运动，C项错误；各能层含有的能级数为n，D项错误。
4．基态原子和激发态原子相比较正确的是( C )
A．基态原子的能量比激发态原子高
B．基态原子放出能量变成激发态原子
C．基态原子比激发态原子稳定
D．激发态原子比基态原子稳定
答案：C
解析：基态原子吸收能量后变为激发态原子，故激发态原子不如基态原子稳定。
5．下列叙述中不正确的是( C )
A．最易失去的电子能量最高
B．在离核最远区域内运动的电子能量最高
C．p能级电子能量一定高于s能级电子能量
D．在离核最近区域内运动的电子能量最低
答案：C
解析：电子能量越高，越活泼，越易失去，A项正确；在离核最远区域内运动的电子能量最高，而在离核最近区域内运动的电子能量最低，B、D项正确；如3s能级电子能量高于2p能级电子能量，C项错误。
6．某元素的一种基态原子的M能层p能级上有4个电子，有关该原子的叙述错误的是( D )
A．该原子的N层不含电子
B．该原子容易得到2个电子
C．该原子的L层一定有8个电子
D．该原子的最外能层上有4个电子
答案：D
解析：根据基态原子的M能层p能级上有4个电子，可知该原子的L层有8个电子，N层不含电子；该原子的最外能层上有6个电子，容易得到2个电子，故D项错误。
7．(2023·十堰高二检测)下列有关说法中不正确的是( B )
A．只包含s和p能级的能层为L能层
B．电子从低能级跃迁到较高能级时，一定发生的是化学变化
C．同一原子中，可能存在两个能量相同的电子
D．不同原子中的相同能级，能容纳的电子数相同
答案：B
解析：每一能层所含能级数等于能层序数，因此，只含s和p能级的能层为L能层，A正确；电子从低能级跃迁到较高能级时，为物理变化，B错误；同一原子中，位于同一能层、同一能级的电子，能量相同，C正确；不同原子中的同一能级，能容纳的电子数目相同，D正确。
8．(2024·山东烟台高二期末)下列说法不正确的是( D )
A．原子光谱是测定物质元素种类的基本方法和实验手段
B．霓虹灯能够发出五颜六色的光，其发光机理与氢原子光谱形成机理基本相同
C．原子线状光谱的产生是原子核外电子在不同的、能量量子化的状态之间跃迁所导致的
D．钠原子光谱中的靠得很近的两条黄色谱线可以利用玻尔原子结构模型较好地解释
答案：D
解析：原子光谱是线状光谱，是不连续的。原子都是由原子核和核外电子构成的，但不同原子的光谱都有各自的特征谱线，原子光谱是不相同的。鉴别物质可以利用吸收光谱和发射光谱，所以原子光谱可用于测定物质中元素的种类，故A正确；霓虹灯能够发出五颜六色的光，其发光机理与氢原子光谱形成机理基本相同，都是电子在不同的、能量量子化的状态之间跃迁所导致的，故B正确；原子线状光谱的产生是原子核外电子在不同的、能量量子化的状态之间跃迁所导致的，故C正确；玻尔原子结构模型能够成功地解释氢原子光谱，但不能解释钠原子光谱中的靠得很近的两条黄色谱线，故D错误。
9．在多电子原子里，把电子运动的能量不同的区域简化为不连续的壳层称作电子层。电子层模型被称为洋葱式结构，如图所示。根据电子层模型，判断下列说法不正确的是( B )
A．多电子原子的核外电子是分层运动的
B．所有电子在同一区域里运动
C．排在K、L、M层上的电子的能量依次增大
D．多电子原子里电子的能量不同
答案：B
解析：多电子的原子其核外电子在原子核外按照能量的高低不同在原子核外分层运动，故A正确；因核外电子的能量不同，则按照能量的高低在原子核外分层运动，不在同一区域里运动，故B错误；排在K、L、M层上的电子的能量依次增大，故C正确；多电子原子中核外电子的能量是不同的，能量低的通常在离核较近的区域运动，故D正确。
二、非选择题
10．(1)多电子原子中，同一能层的电子能量可能___________，还可以把它们分成___________。任一能层的能级总是从___________能级开始，而且能级数等于该___________。如N能层有___________个能级，分别是___________。
(2)以s、p、d、f排序的各能级最多可容纳的电子数依次为1、3、5、7的___________倍。
答案：(1)不同 不同能级 s 能层序数 4 4s、4p、4d、4f (2)二
11．用“>”“<”或“＝”表示下列能级的能量高低关系：
(1)①1s___________2s___________3s___________4s；
②2p___________3p___________4p___________5p；
③3d___________4d___________5d。
(2)①2s___________2p；
②3s___________3p___________3d；
③4s___________4p___________4d___________4f。
答案：(1)①< < < ②< < <③< <
(2)①< ②< < ③< < <
解析：在第n能层中，各能级能量顺序是ns12．第三代半导体材料的优异性能和对新兴产业的巨大推动作用，使得发达国家都把发展第三代半导体材料及其相关器件等列为半导体重要新兴技术领域，投入巨资支持发展。第三代半导体材料有氮化镓、碳化硅等。请回答下列问题：
(1)硅原子占据电子的能级符号有___________，其中占据电子的能量最高的能级符号为___________，该能级已经容纳了___________个电子。
(2)N原子中，有电子占据的最高能层符号为___________，该能层已经容纳的电子数为___________个。
(3)镓为元素周期表中第31号元素，位于元素周期表第四周期。镓原子具有___________个能层，每个能层已经容纳的电子数之比为___________。
答案：(1)1s、2s、2p、3s、3p 3p 2 (2)L 5 (3)4 2∶8∶18∶3
解析：(1)硅位于元素周期表第三周期，第ⅣA族，14号元素，有3个能层，分别为K、L、M，每个能层有电子占据的能级数分别为1、2、2，其能级符号为1s、2s、2p、3s、3p，其中占据电子的最高能级为3p，该能级容纳的电子数为14－2－2－6－2＝2。
(2)N原子位于元素周期表第二周期，第ⅤA族，7号元素，共2个能层，符号分别为K、L，L为最高能层，该能层包括2s能级的2个电子和2p能级的3个电子，共5个电子。
(3)镓为元素周期表中第31号元素，位于元素周期表第四周期，能层数与元素原子所在的周期数相等，故Ga有4个能层，每层的电子数为2、8、18、3，已经容纳的电子数之比为2∶8∶18∶3。
13．钠原子的原子序数为11，试回答下列问题：
(1)写出钠的原子结构示意图：_______________。
(2)钠的最外层有1个电子，若该电子分别位于①3s、②3p、③3d三种能级，则钠原子的能量最低的情况是___________(填序号)，若将钠原子完成①转化为②，则会___________(填“吸收”或“释放”)能量，若将钠原子从③转化为①，则会产生_________(填“吸收”或“发射”)光谱。
答案：(1) (2)① 吸收 发射
解析：(1)根据初中所学知识，钠原子结构示意图为。
(2)由于能量：3s<3p<3d，则钠原子的能量最低的情况是①；由于能量①<②，所以若将钠原子完成①转化为②，则会吸收能量；因为能量③>①，所以将钠原子从③转化为①，则会产生发射光谱。
14．在真空放电管内充入低压氢气，并在放电管两端的电极间加上高压电时，氢分子便分解为氢原子并放电发光，经光谱仪记录便可得到氢原子光谱(如图所示)。氢原子光谱是线状光谱。
(1)在现代化学中，常利用___________上的特征谱线来鉴定元素，称为光谱分析。
(2)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．原子光谱 D．燃烧放热
E．石墨导电
答案：(1)原子光谱 (2)DE
解析：(1)用光谱仪器摄取各种元素的电子的吸收光谱或发射光谱总称原子光谱，不同元素原子的吸收光谱或发射光谱不同，所以可以利用原子光谱上的特征谱线来鉴定元素。
(2)电子跃迁产生光子与入射光子具有相关性，即入射光与辐射光的相位相同，如果这一过程能够在物质中反复进行，并且能用其他方式不断补充因物
质产生光子而损失的能量，那么产生的光就是激光，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；原子光谱的产生是原子核电子发生能级跃迁的结果，与电子跃迁有关，故C错误；燃烧放热是化学能转化为热能，与电子跃迁无关，故D正确；石墨是层状结构，层间有自由移动的电子，与电子跃迁无关，故E正确。
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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 原子光谱
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。
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。
(2)序号、符号及所能容纳的最多电子数
能层 一 二 三 四 五 六 七
符号 _____ _____ _____ _____ _____ _____ _____
最多
电子数 _____ _____ ______ ______ ______ ______ ______
(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
K
L
M
N
O
P
Q
2
8
18
32
50
72
98
E(K)2．能级
(1)含义：根据多电子原子的同一能层电子的_______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，如第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、f
np
nd
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______该能层所包含的能级数，如第三能层有____个能级。
②s、p、d、f各能级可容纳的电子数分别为___、___、___、___的2倍。
③原子核外电子的每一能层最多可容纳的电子数与能层的序数(n)间存在的关系是______。
等于
3
1
3
5
7
2n2
正|误|判|断
1．2d表示L层上的d能级。( )
2．能层就是电子层。( )
3．不同能层，s能级的能量相同。( )
4．s能级的能量一定比p能级的能量低。( )
5．各能级最多可容纳的电子数按s、p、d、f……的顺序依次为1、3、5、7……的2倍。( )
×
√
×
×
√
深|度|思|考
1．同一原子中不同能层的电子最根本的区别是什么？
提示：将电子划分为不同能层的依据是能量大小。
2．同一原子中同一能层不同能级的电子最根本的区别是什么？
提示：将同一能层中的电子划分为不同能级的依据是能量大小。
3．理论上第8能层有几个能级？该能层最多能容纳多少个电子？
提示：能级数＝能层序数；每一能层最多容纳的电子数为2n2。
应|用|体|验
1．表示一个原子在M能层上有10个电子，可以写成( )
A．3p6 B．3d10
C．3s23p63d2 D．3s23p64s2
答案：C
解析：M层为第三能层，根据构造原理，电子依次排布在1s,2s,2p,3s,3p,4s,3d能级，故第三能层有10个电子的电子排布式为3s23p63d2，故答案选C。
2．在M能层中，能级数目为( )
A．1 B．3
C．9 D．18
答案：B
解析：M能层是第三能层，含有3个能级，分别是3s、3p、3d，答案选B。
3．下列有关认识中正确的是( )
A．在同一能层不同能级上的电子，其能量肯定不同
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
答案：A
解析：在多电子原子中，同一能层不同能级上的电子具有的能量不同，A正确；各能层的能级都是从s能级开始，但不都是至f能级结束，如L能层只有2s、2p两个能级，M能层只有3s、3p、3d三个能级，B错误；各能层含有的能级数与能层序数相同，C错误；各能层最多容纳电子数为2n2，D错误。故选A。
(1)不同能层之间，符号相同的能级的能量随着能层数的递增而增大。
(2)在相同能层各能级能量由低到高的顺序是ns(3)不同能层中同一能级，能层数越大，能量越高。例如：1s<2s<3s
<4s……
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，电子会跃迁到______能级，变为激发态原子。
(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
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__________来鉴定元素，称为光谱分析。
特征谱线
正|误|判|断
1．电子在原子轨道上运动时能量较为稳定，跃迁时释放或者吸收能量。( )
2．基态原子的能量一定比激发态原子的能量高。( )
3．焰色试验是金属原子的电子从基态跃迁到激发态时产生的光谱。( )
4．日常生活中我们看到的许多可见光，如霓虹灯光、节日焰火都与原子核外电子发生跃迁释放能量有关。( )
5．电子仅从激发态跃迁到基态时才会产生原子光谱。( )
√
×
×
√
×
深|度|思|考
1．电子跃迁是如何完成的？是物理变化还是化学变化？
2．金属元素的焰色试验属于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，焰色试验属于发射光谱。
3．每到夜幕降临的时候，大街上的霓虹灯就会渐渐亮起来，整个城市也变得那么迷人，霓虹灯内因为充有稀薄氖气或其他稀有气体才会发出颜色各异的光，你知道霓虹灯为什么能发出颜色各异的光吗？
提示：当外电源电路接通后，变压器输出端就会产生几千伏甚至上万伏的高压。当这一高压加到霓虹灯管两端电极上时，霓虹灯管内的带电粒子电子就会发生跃迁，发出五颜六色的光。
应|用|体|验
1．下列关于同一原子中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
答案：C
解析：激发态时能量较高，较不稳定，A、B不正确；电子从较低能量的基态跃迁到较高能量的激发态时，也会产生原子光谱，D不正确。
2．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，要吸收能量，形成吸收光谱。
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
答案：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。
4．下列有关原子光谱的说法中，不正确的是( )
A．霓虹灯能发出五颜六色的光，发光机理与氢原子光谱形成机理基本相同
B．铯和钕光谱图中有特征的蓝光和红光
C．夜空中五彩缤纷的烟花与原子核外电子的跃迁有关
D．利用光谱仪只能测得原子的发射光谱
答案：D
解析：霓虹灯能发出五颜六色的光，发光机理与氢原子光谱形成机理基本相同，都是电子在不同的、能量量子化的状态之间跃迁所导致的，A正确；铯和钕光谱图中有特征的蓝光和红光，B正确；核外电子发生跃迁时会吸收或释放能量，主要体现为光(辐射)，不同原子发射的光谱不同，则夜空中五彩缤纷的烟花与原子核外电子的跃迁有关，C正确；利用光谱仪既能测得原子的发射光谱，也能测得原子的吸收光谱，D错误。故选D。
(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。
随堂演练·知识落实
1．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
答案：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、L、M、N、O……
2．下列能级符号表示错误的是( )
A．6s B．3d
C．3f D．5p
答案：C
解析：能层的能级总是从s能级开始，每一能层的能级数等于该能层的序数。第三能层只有3s、3p和3d三个能级，没有3f能级。
3．第O能层所含能级数、最多容纳电子数分别为( )
A．3、18 B．4、24
C．5、50 D．4、32
答案：C
解析：每一能层包含的能级数目等于该能层的序数，O层为第五能层，包含5个能级；每一能层所容纳的最多电子数为2n2，故第五能层最多所容纳的电子数为2×52＝50个。
4．下列能层或能级，所含原子轨道数目从小到大排列顺序正确的是( )
①7s ②O层 ③3d ④4f
A．①②③④ B．③④①②
C．①③④② D．②④③①
答案：C
解析：7s、O层、3d、4f的原子轨道数目分别为1、25、5、7个，所以从小到大正确的顺序为①③④②。
5．下列对焰色试验的描述正确的是( )
A．焰色试验是单质的性质
B．焰色试验是化学变化
C．焰色试验是金属原子失去电子时吸收能量产生的现象
D．焰色试验是金属原子或离子中的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，将能量以光的形式释放出来的现象
答案：D
解析：焰色试验是金属元素的原子或离子中的电子从高能级跃迁到低能级时释放能量的现象，变化过程中并没有新物质产生，是物理变化。
6．(1)人类对原子的认识史可以大致划分为5个阶段：
①古代原子论；②道尔顿原子论；③汤姆孙原子模型和卢瑟福原子模型；④玻尔原子模型；⑤原子结构(核外电子运动)的量子力学模型。
其中，玻尔原子模型(又称分层模型)是指，当原子只有一个电子时，电子沿特定球形轨道运转；当原子有多个电子时，它们将分布在多个球壳中绕核运动。不同的电子运转轨道是具有一定级差的稳定轨道。根据现代原子模型，电子能否在不同“球壳”中移动？
(2)(教材二次开发)下面是几种元素的光谱图像，根据教材P8“在现代化学中，常利用原子光谱上的特征谱线来鉴定元素。”请分析光谱的类型，以及同一元素的两种不同光谱的谱线关系。
答案：(1)不同的原子轨道具有不同的能量，原子核外电子可以在能量不同的轨道上发生跃迁。
(2)光谱的分类：
发射光谱是暗色背景的明亮谱线，吸收光谱则是明亮背景的暗色谱线，两者一一对应。
