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第1課時(shí) 能層 能級(jí) 基態(tài) 激發(fā)態(tài) 原子光譜
選修3 物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)
第1章 原子結(jié)構(gòu)與性質(zhì)
學(xué)習(xí)目標(biāo)
1.了解核外電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài),知道原子核外電子的能層分布、能級(jí)分布及其能量的關(guān)系。
2.了解電子運(yùn)動(dòng)的能量狀態(tài)具有量子化的特征(能量不連續(xù)),知道電子可以處于不同的能級(jí),在一定條件下會(huì)發(fā)生激發(fā)與躍遷。
3.結(jié)合原子結(jié)構(gòu)模型能論證證據(jù)與模型建立及其發(fā)展之間的關(guān)系。
一、原子的誕生
宇宙中最豐富的元素是氫。地球上的元素大多數(shù)是金屬,
非金屬元素(包括稀有氣體元素)僅24種。
地殼中含量在前五位：O、Si、Al、Fe、Ca
原子的認(rèn)識(shí)過程
古希臘哲學(xué)家留基伯和德謨克立特
原子：源自古希臘語Atom，
不可再分的微粒
1803年 道爾頓（英）
原子是微小的不可分割的實(shí)心球體
1897年，英國科學(xué)家湯姆生
棗糕模型
1911年，英國物理學(xué)家盧瑟福
電子繞核旋轉(zhuǎn)的原子結(jié)構(gòu)模型
1913年，丹麥科學(xué)家玻爾——行星軌道的原子結(jié)構(gòu)模型
1926年，奧地利物理學(xué)家薛定諤等 以量子力學(xué)為基礎(chǔ)提出電子云模型
具有相同核電荷數(shù)的一類原子的總稱
含有一定數(shù)目質(zhì)子和中子的一種原子
質(zhì)子數(shù)相同中子數(shù)不同的同一種元素的不同原子
元素：
核素：
同位素：
溫顧而知新
原子
原子核
核外電子(-)
質(zhì)子(+)
中子(不帶電）
溫顧而知新
X
A
Z
原子序數(shù) =核內(nèi)質(zhì)子數(shù)=核外電子數(shù)= 核電荷數(shù)
質(zhì)量數(shù)A= 質(zhì)子數(shù)Z+ 中子數(shù)N
(1)原子核外各電子層最多容納2n2個(gè)電子;
(2)原子最外層電子不能超過8個(gè)(K層為最外層時(shí)不能超過2個(gè));
(3)次外層電子不能超過18個(gè)(K層為次外層時(shí)不能超過2個(gè)),
倒數(shù)第三層電子不能超過32個(gè);
(4)核外電子總是盡量先排布在能量最低的電子層,
然后由里向外依次排布在能量逐步升高的電子層。
2.核外電子排布的一般規(guī)律
1.能層
多電子原子的核外電子的能量是不同的,按電子的能量差異可以將電子分成不同的能層,用符號(hào)K、L、M、N、O、P、Q分別表示相應(yīng)的1~7能層。
能層數(shù)=電子層數(shù)
一、能層與能級(jí)
2.能級(jí)
(1)意義:根據(jù)多電子原子中同一能層電子能量不同,將它們分成不同的能級(jí)。
(2)符號(hào):在每一能層中,能級(jí)符號(hào)分別為ns、np、nd、nf……,
其中n代表能層。
各能層的能級(jí)數(shù)=能層序數(shù)
a.任一能層的能級(jí)總是從s開始。
b.能級(jí)符號(hào)前面用數(shù)字表示能層序數(shù)。
下列“能層—能級(jí)”的對(duì)應(yīng)關(guān)系中,能層不包含相應(yīng)能級(jí)的是(　　)A.O—s B.L—p C.M—f D.N—d
C
能層 K L M N 能級(jí)
最多電子數(shù)
每一能層最多容納的電子數(shù) s、p、d、f……各能級(jí)可容納的最多電子數(shù)依次為1、3、5、7……的二倍。
原子核外電子的每一能層最多可容納的電子數(shù)是2n2(n為能層序數(shù))。
不同能層中相同字母代號(hào)的能級(jí)所容納的最多電子數(shù)相同。
能量關(guān)系
EK﹤EL ﹤ EM ﹤ EN
Ens﹤Enp ﹤ End ﹤ Enf
Ens﹤E(n+1) s ﹤ E(n+2) s ﹤ E(n+3) s
E2px=E2py = E2pz
下列有關(guān)認(rèn)識(shí)正確的是(　　)
A.各能級(jí)可容納的最多電子數(shù)按s、p、d、f……的順序
依次為1、3、5、7……的二倍
B.各能層的能級(jí)都是從s能級(jí)開始至f能級(jí)結(jié)束
C.各能層含有的能級(jí)數(shù)為n-1
D.各能層含有的電子數(shù)為2n2
A
下列有關(guān)能層和能級(jí)的敘述中正確的是(　　)
A.M能層共有s、p 2個(gè)能級(jí),最多能容納8個(gè)電子
B.3d能級(jí)最多容納5個(gè)電子,3f能級(jí)最多容納7個(gè)電子
C.無論哪一能層的s能級(jí)最多容納的電子數(shù)均為2
D.任一能層都有s、p能級(jí),但不一定有d能級(jí)
C
原子核外P能層和p能級(jí)可容納的最多電子數(shù)分別為 ( 　)
A.32和2 B.50和6 C.72和6 D.86和10
C
下列能級(jí)中可容納電子數(shù)最多的是(　　)
A.6s B.4p C.3d D.4f
D
二、基態(tài)、激發(fā)態(tài)與光譜
1.基態(tài)原子與激發(fā)態(tài)原子
激發(fā)態(tài)
K
L
M
N
基態(tài)
基態(tài)原子吸收能量，電子會(huì)發(fā)生躍遷，原子處于比基態(tài)能量高的狀態(tài)，形成激發(fā)態(tài)原子。
當(dāng)電子從較高能量的狀態(tài)躍遷至較低能量的狀態(tài)，乃至基態(tài)時(shí)，會(huì)釋放能量。
吸收能量
吸收光譜
釋放能量
發(fā)射光譜
2.光譜與光譜分析
(1)光譜形成原因
不同元素的原子發(fā)生電子躍遷時(shí)會(huì)吸收或釋放不同的光。
(2)光譜分類
(3)光譜分析
在現(xiàn)代化學(xué)中,利用原子光譜上的特征譜線來鑒定元素的分析方法。
鋰、氦、汞的吸收光譜
鋰、氦、汞的發(fā)射光譜
思考1：吸收光譜和發(fā)射光譜有何特點(diǎn)？
思考2：如何解釋暗線和亮線位置一樣？
亮背景+暗線
暗背景+亮線
亮線和暗線位置一樣
電子從ni-nj兩個(gè)殼層躍遷時(shí)，吸收和發(fā)射的能量一樣
分析霓虹燈發(fā)光的原理
充有氖氣的霓虹燈能發(fā)出紅光，產(chǎn)生這一現(xiàn)象的原因是通電后在電場作用下，放電管里氖原子中的電子吸收能量躍遷到能量較高的能級(jí)，而處在能量較高能級(jí)上的電子很快以光的形式釋放能量躍遷回能量較低的能級(jí)，該光的波長恰好處于可見光區(qū)域中的紅色波段。
我們見到的可見光，如焰火、霓虹燈、激光、熒光、LED燈光等都與原子核外電子躍遷釋放能量有關(guān)。
對(duì)充有氖氣的霓虹燈管通電,燈管發(fā)出紅色光。產(chǎn)生這一現(xiàn)象的主要原因是(　　)
A.電子由激發(fā)態(tài)向基態(tài)躍遷時(shí)以光的形式釋放能量
B.電子由基態(tài)向激發(fā)態(tài)躍遷時(shí)吸收除紅光以外的光線
C.氖原子獲得電子后轉(zhuǎn)變成發(fā)出紅光的物質(zhì)
D.在電流的作用下,氖原子與構(gòu)成燈管的物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)
A
解答：
該題的關(guān)鍵是明確基態(tài)原子與激發(fā)態(tài)原子的相互轉(zhuǎn)化及其轉(zhuǎn)化過程中的能量變化和現(xiàn)象。在電流作用下,基態(tài)氖原子的電子吸收能量躍遷到較高能級(jí),變?yōu)榧ぐl(fā)態(tài)原子,這一過程要吸收能量,不會(huì)發(fā)出紅色光;而電子從較高能量的激發(fā)態(tài)躍遷到較低能量的激發(fā)態(tài)或基態(tài)時(shí),將釋放能量,從而產(chǎn)生紅色光,故A項(xiàng)正確。
焰色試驗(yàn)中一些金屬元素呈現(xiàn)不同焰色的原因是什么？
焰色反應(yīng)是電子躍遷的結(jié)果
基態(tài)原子
激發(fā)態(tài)原子
基態(tài)原子
吸收能量
釋放能量
下圖中所發(fā)生的現(xiàn)象與電子的躍遷無關(guān)的是(　　)
D
判斷正誤,正確的畫“√”,錯(cuò)誤的畫“×”。
(1)不同能層中s能級(jí)能量相同。(　　)
(2)s能級(jí)的能量一定比p能級(jí)的低。(　　)
(3)在原子中第n能層容納的電子數(shù)一定是2n2。(　　)
(4)電子僅在激發(fā)態(tài)躍遷到基態(tài)時(shí)才會(huì)產(chǎn)生原子光譜。(　　)
(5)無論原子種類是否相同,基態(tài)原子的能量總是低于激發(fā)態(tài)原子的能量。(　　)
(6)3p3表示3p能級(jí)只能填充3個(gè)電子。(　　)
(7)各能級(jí)最多可容納的電子數(shù)按s、p、d、f……的順序依次為1、3、5、7……的2倍。(　　)
×
×
×
×
×
×
√
下列關(guān)于同一原子中的基態(tài)和激發(fā)態(tài)的說法中,正確的是 (　　)
A.基態(tài)時(shí)的能量比激發(fā)態(tài)時(shí)高
B.激發(fā)態(tài)時(shí)比較穩(wěn)定
C.電子從基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)時(shí)不會(huì)產(chǎn)生原子光譜
D.由基態(tài)轉(zhuǎn)化為激發(fā)態(tài)的過程中吸收能量
D

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