資源簡介

第一章
第一節 原子結構
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第1課時：能層與能級
基態與激發態 原子光譜
原子
原子核
核外電子(-)
質子(+)
中子(不帶電）
核電荷數(Z)= 核內質子數= 核外電子數
質量數(A) = 質子數(Z) + 中子數(N)
【回顧舊知】
回憶原子相關知識
基于實驗證據建構和優化模型
科學家根據實驗事實，經過分析和推理，提出原子結構模型；再根據新的實驗事實對提出的原子結構模型進行修正，進而提出新的原子結構模型。依據一系列的實驗事實，科學家對模型不斷進行優化，直至形成更符合原型特點的模型
學法指導
19世紀初
道爾頓
近代原子學說
1913年
玻爾
氫原子模型
1920年
玻爾
構造原理
1869年
門捷列夫
元素周期律
馬德龍
完整的構造原理
1936年
人類在認識自然的過程中，經歷了無數的艱辛，正是因為有了無數的探索者，才使人類對事物的認識一步步地走向深入，也越來越接近事物的本質。隨著現代科學技術的發展，我們現在所學習的科學理論，還會隨著人類對客觀事物的認識而不斷地深入和發展
原子結構的探索歷史
即從氫開始，隨核電荷數遞增，新增電子填入原子核外“殼層”的順序，由此開啟了用原子結構解釋元素周期律的篇章。
5年后，玻爾的“殼層”落實為“能層”與“能級”，厘清了核外電子的可能狀態，復雜的原子光譜得以詮釋。
以原子光譜為事實依據
不同時期的原子結構模型
時間或年代
1803年
1904年
1911年
1913年
20世紀20年代中期
原子結構模型
模型
名稱


相關科學家
道爾頓
葡萄干布丁模型
湯姆生
核式模型
盧瑟福
電子分層排布模型
玻爾
量子力學模型
實心球
原子模型
薛定諤
氫原子光譜與原子結構模型
化學史話
氫原子是最簡單的原子。若在真空放電管中充入少量氫氣，通過高壓放電，能發出不同波長的光，利用三棱鏡可觀察到不連續的線狀光譜。
1885年，瑞士的一位中學教師巴爾末(J.J.Balmer)在研究氫原子的可見光譜譜線時發現，氫原子的可見光譜譜線的波長符合一定規律，他將其歸納為一個數學公式。然而，當時誰也無法解釋氫原子光譜譜線的特征。
研究原子結構的方法——原子光譜
玻爾原子模型
1922年諾貝爾物理學獎獲得者
1920年，丹麥科學家玻爾在氫原子模型基礎上，提出構造原理 ，即從氫開始，隨核電荷數遞增，新增電子填入原子核外“殼層”的順序，由此開啟了用原子結構解釋元素周期律的篇章。
化學史話
1925年以后，玻爾的“殼層”落實為“能層”與“能級”，厘清了核外電子的可能狀態，復雜的原子光譜得以詮釋。1936年，德國科學家馬德隆發表了以原子光譜事實為依據的完整的構造原理。
1.能層
（1）概念：
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，可以將核外電子分成不同的能層。
電子層
能層
能層越高，電子的能量越高
一、能層與能級
核外電子總是盡量先排滿能量最低、離核最近的電子層。然后才由里往外，依次排在能量較高電子層
失電子總是先失最外層電子
（2）表示方法及各能層最多容納的電子數
能層
一
二
三
四
五
六
七
符號
K　?
L　?
M　?
N　?
O
P
Q
最多電子數
2=2×12
8=2×22　?
18=2×32
32=2×42　?
50=2×52
72=2×62
98=2×72
能層越高,電子的能量越高。
能量的高低順序為E(K)①能量規律
②數量規律
每層容納的電子數不超過2n2（n為能層序數）；
最外層電子數不超過8個（K層為最外層時不超過2個）；
次外層電子數不超過18個，倒數第三層不超過32個
一、能層與能級
多電子原子中，同一能層的電子，能量也可能不同。
還可以把一個能層分為不同能級。
能級符號按照s、p、d、f……排序
1.任一能層的能級總是從s開始。
2.能級符號前面用數字表示能層序數。
【例】：K層中只有1s能級，L層中有2s和2p能級
能級數=能層序數
一、能層與能級
2.能級
3.能級的符號和所能容納的最多電子數
能層
一
二
三
四
五
K
L
M
N
O
能級
1s
2s
2p
3s
3p
3d
4s
4p
4d
4f
5s
5p
…
最多
電子數
2
2
6
2
6
10
2
6
10
14
2
6
…
①任一能層的能級總是從s能級開始，能級符號的順序是ns、np、nd、nf......(n為能層序數)。能級數=能層序數。即第一能層只有1個能級(1s)，第二能層有2個能級(2s和2p)，依次類推。
②以s、p、d、f.....排序的每個能級最多可容納的電子數依次為自然數1、3、5、7……的2倍。每一能層中最多容納的電子數為2n2(n代表能層序數)。
③不同能層中符號相同的能級所容納的最多電子數相同。
一、能層與能級
相同能層
ns＜np＜nd＜nf
符號相同的能級
1s ＜ 2s ＜ 3s ＜ 4s
不同能級
不同能層
2px=2py=2pz
能層或能級的能量關系
課本P7：思考與討論
1.一個能層的能級與能層序數（n）間存在什么關系？一個能層最多可容納的電子數與能層序數（n）間存在什么關系?
2.以s、p、d、f、為符號的能級分別最多可容納多少電子？3d、4d、5d能級所能容納的最多電子數是否相同？
3.第五能層最多可容納多少電子？它們分別容納在幾個能級中？各能級最多容納多少個電子？（注：高于f的能級不用符號表示。）
一個能層的能級序數與能層序數（n）相等。一個能層最多可容納的電子數=2n2
s能級最多容納2電子，p能級最多可容納6個電子，d能級最多可容納10個電子，f能級最多可容納14個電子。3d、4d、5d能級所能容納的最多電子數相同
第五能層最多可容納50個電子，它們分別容納在5個能級中，5s能級最多容納2個電子，5p能級最多容納6個電子，5d能級最多容納10個電子，5f能級最多容納14個電子，還有一個能級最多容納18個電子。
②各能級(s、p、d、f ……)上所能容納的電子數依次為1、3、 ???? 、7…… 的
2倍。( )
?
①原子核外電子按能量不同分為不同的能層，同一能層又按能量不同分為不同的能級。（ ）
√
③能層離核越近能量越低。（ )
④同一能層的電子能量一定相同。( )
×
⑤同一原子中，同一能層同一能級的電子能量一定相同。( )
⑥第 ???? 能層最多能容納的電子數為 ???????????? ，所以鈉原子的第三能層填有18個電子（ ）
?
課堂練習1:判斷正誤
√
√
×
√
課堂練習2:下列說法正確的是 ( )
A．原子核外的每個能層最多可容納的電子數為n2
B．任一能層的能級總是從s能級開始，而且能級數等于該能層序數C．同是s能級，在不同的能層中最多容納的電子數是不相同的
D．不同能層中含有的能級數相同
B
課堂練習3:下列能級符號書寫錯誤的是( @45@ )。
A. ???????? B. ???????? C. ???????? D. ????????
?
B
與電子躍遷有關的現象
焰火
霓虹燈光
激光
熒光
LED燈光
身邊的化學
基態原子
基態原子 能量，它的電子會躍遷到 能級，變成激發態原子
K
L
M
基態氫原子
處于 狀態的原子
最低能量
激發態原子
K
L
M
激發態氫原子
能量
吸收
較高
二、基態與激發態、原子光譜
1.基態原子與激發態原子
吸收
能量
釋放
能量
光
(主要形式)
基態原子
激發態原子
二、基態與激發態、原子光譜
2.基態原子與激發態原子相互轉化的能量變化
基態原子
激發態原子
吸收能量，電子躍遷到較高能級
釋放能量，電子從較高能量的激發態躍遷到較低能量的激發態乃至基態
光（輻射）是電子躍遷釋放能量的重要形式之一
焰色試驗
1.電子躍遷的能量變化與可見光現象
激發態原子不穩定,電子從能量較高的激發態躍遷到能量較低的激發態乃至基態時,將釋放能量。光(輻射)是電子躍遷釋放能量的重要形式之一。霓虹燈光、激光、焰火等可見光都與原子核外電子發生躍遷釋放能量有關。
2.金屬元素的焰色的成因
金屬原子中,核外電子按一定軌道順序排列,軌道離核越遠,能量越高。灼(燃)燒時,電子獲得能量,能量較低的電子發生躍遷,從基態變為激發態。隨即電子又從能量較高的激發態躍遷到能量較低的激發態乃至基態,其多余的能量以特定波長的光的形式釋放出去，從而形成不同的焰色。
特別提醒：
①電子的躍遷是物理變化（未發生電子轉移），而原子得失電子時發生的是化學變化。
②一般在能量相近的能級間發生電子躍遷。如1s22s22p2 表示基態碳原子，1s22s12p3為激發態碳原子（電子數不變）。
③激發態原子不穩定，易釋放能量躍遷到較低能量的激發態或基態原子。
光（輻射）是電子躍遷釋放能量的重要形式之一
不同元素原子的電子發生躍遷時會吸收或釋放不同的光，可以用光譜儀攝取各種元素原子的吸收光譜或發射光譜，總稱為原子光譜。
（1）概念：
基態原子
激發態原子
吸收能量
釋放能量
形成吸收光譜
形成發射光譜
電子躍遷
二、基態與激發態、原子光譜
3.原子光譜
Li、He、Hg發射光譜
Li、He、Hg吸收光譜
特征:暗背景,亮線, 線狀不連續
特征:亮背景，暗線，線狀不連續
（2）發射光譜與吸收光譜對比
Li
He
Hg
Li
He
Hg
同一原子發射光譜中的亮線和吸收光譜中的暗線的位置對應相同
二、基態與激發態、原子光譜
3.原子光譜
（3）原子光譜的應用
①鑒定元素——每一種元素都有自己的特征譜線
光譜分析：利用原子光譜上的特征譜線鑒定元素。
②發現新元素
He 氦
二、基態與激發態、原子光譜
3.原子光譜
課堂練習4：判斷正誤：
（1）光（輻射）是電子躍遷釋放能量的重要形式之一（ ）
（2）霓虹燈、激光、螢光都與原子核外電子躍遷吸收能量有光（ ）
（3）產生激光的前提是原子要處于激發態（ ）
（4）電子躍遷時只吸收能量（ ）
（5）同一原子處于激發態時的能量一定高于基態時的能量（ ）
（6）激發態原子的能量較高，極易失去電子，表現出較強的還原性（ ）
√
×
√
×
√
×
課堂練習5：下列說法不正確的是( @28@ )。
A.焰色試驗是化學變化
B.在現代化學中，常利用光譜分析法來鑒定元素
C.同一原子處于激發態時的能量一定大于其處于基態時的能量
D.焰色試驗中觀察到的焰色是金屬原子的電子從激發態躍遷到基態時產生
的光的顏色
A
課堂練習6：電子由3d能級躍遷至4p能級時，可通過光譜儀直接攝取(　　)
A．電子的運動軌跡圖像 B．原子的吸收光譜
C．電子體積大小的圖像 D．原子的發射光譜
B
一、 能層與能級
能層
K
L
M
N
O
能級
1s
2s
2p
3s
3p
3d
4s
4p
4d
4f
5s
5p
...
最多電子數
2
2
6
2
6
10
2
6
10
14
2
6
2
8
18
32
50
二、基態與激發態 原子光譜
基態原子
激發態原子
吸收能量
釋放能量
發射光譜
吸收光譜
能量較高
能量最低
課堂小結
1.下列敘述正確的是（ ）
A. 能級就是電子層
B. 每個能層最多可容納的電子數是2n2
C. 同一能層中的不同能級的能量高低相同
D. 不同能層中的s能級的能量高低相同
B
課堂練習
2.下列敘述正確的是（ ）
A．f 能級最多容納的電子數是s能級最多容納電子數的7倍
B．各能層的能級都是從s能級開始至f能級結束
C．各能層含有的能級數為 n+1
D．各能層含有的電子數為2n2
A
3.以下現象與核外電子的躍遷有關的是
①霓虹燈發出有色光　②棱鏡分光　③激光器產生激光　④石油蒸餾　⑤凸透鏡聚光　⑥燃放的焰火，在夜空中呈現五彩繽紛的禮花　
⑦日光燈通電發光　⑧冷卻結晶 （ ）
A.①③⑥⑦ B.②④⑤⑧
C.①③⑤⑥⑦ D.①②③⑤⑥⑦
A
課堂練習
4.對充有氖氣的霓虹燈管通電，燈管發出紅色光，產生這一現象的主要原因是（ ）
A.電子由激發態向基態躍遷時以光的形式釋放能量。
B.電子由基態向激發態躍遷時吸收除紅光以外的光。
C.氖原子獲得電子后轉變成發出紅光的物質。
D.在電流的作用下，氖原子與構成燈管的物質發生反應。
A
課堂練習
5. 用1~18號的元素符號填空。
（1） 基態原子 1s 能級未充滿電子的元素是____。
?
（2） 基態原子第二能層只有3個電子的元素是____。
（3） 基態原子有且只有三個能級填充電子的元素是
________________________。
（4） 基態原子第三能層電子數最多的元素是_____。
B、C、N、O、F、Ne
H
B
Ar
課堂練習

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