資源簡介

基礎課時1　能層與能級　基態與激發態
學習目標　1.能說明微觀粒子的運動狀態與宏觀物體運動特點的差異。2.通過認識原子的核外電子排布及電子的運動狀態，理解能層與能級的關系，掌握核外電子運動狀態的描述方法。3.能夠辨識電子的激發和躍遷等知識與光譜的關系。
一、能層與能級
(一)知識梳理
1.構造原理的發展歷程
(1)1869年，俄國化學家門捷列夫發現了元素周期律。
(2)1920年，丹麥科學家玻爾在氫原子模型基礎上，提出構造原理，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。
(3)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。
2.能層
(1)劃分依據
核外電子按能量不同分成能層。
(2)表示方法
電子的能層由內向外排序，其序號、符號以及所能容納的最多電子數如下：
能層 一 二 三 四 五 六 七
符號 K L M N O P Q
最多電子數 2 8 18 32 50 72 98
(3)能層的能量高低關系
能層越高，電子的能量越高，能量的高低順序為E(K)3.能級
(1)含義
在多電子的原子中，同一能層電子的能量也可能不同，將它們分成不同的能級。
(2)表示方法
①在每一能層中，能級符號的順序是ns、np、nd、nf……(n為能層序數)。
②任一能層的能級總是從s能級開始，能級數等于該能層序數，即第一能層只有1個能級(1s)，第二能層有2個能級(2s和2p)，第三能層有3個能級(3s、3p和3d)，依次類推。
(3)能層、能級與可容納的最多電子數之間的關系
能層(n) 一 二 三 四 五 ……
符號 K L M N O ……
能級 1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s 4p 4d 4f 5s …… ……
最多容 納電子 數 2 2 6 2 6 10 2 6 10 14 2 …… ……
2 8 18 32 …… ……
(4)能層中各能級的能量關系
①多電子原子中，同一能層各能級的能量順序E(ns)②不同能層中英文字母相同的能級，能層序數越大，能量越高。如E(1s)(二)問題探究
問題1　以s、p、d、f為符號的能級分別最多可容納多少個電子？ 3d、4d、5d能級所能容納的最多電子數是否相同？
提示　s、p、d、f能級最多容納的電子數依次為2、6、10、14 ；不管哪個能層d能級最多容納的電子數均相同(均為10)。
問題2　第四能層最多可容納多少個電子？它們分別容納在幾個能級中？
提示　第四能層最多容納的電子數為2n2＝2×42＝32；電子分別容納在4s、4p、4d、4f四個能級中。
問題3　在基態多電子原子中，p能級電子的能量一定高于s能級電子能量嗎？為什么？
提示　不一定；同一能層中，p能級上電子能量一定比s能級上電子能量高，但能層較高的s能級上的電子能量可能比低能級的p能級上的電子能量高。
【探究歸納】
1.能層與能級關系
(1)對能層和能級的理解
若把能層看作大樓中的每一層樓，能級可看作樓層之間的樓梯(如圖)。
(2)符號1s、2p、3d、4f中的1、2、3、4 為能層序數，s、p、d、f 為能級符號，能層序數＝該能層中能級類型數。
2.能級、能層與最多可容納電子數之間的關系
(1)每一能層最多可容納的電子數為2n2(n代表能層序數)。
(2)以s、p、d、f……排序的各能級最多可容納的電子數依次為自然數中的奇數序列1、3、5、7……的2倍。
(3)不同能層的同種能級最多可容納的電子數相等，如1s、2s、3s、4s……能級最多只能容納2個電子。
1.下列各能層中包含f能級的是(　　)
A.N B.M
C.L D.K
答案　A
解析　從第四能層開始出現f能級，N為第四能層符號，因此A項正確。
2.下列說法正確的是(　　)
A.第三能層只有s、p兩個能級
B.在基態多電子原子中，p軌道電子能量一定高于s軌道電子能量
C.第三能層最多容納8個電子
D.無論哪一能層的s能級最多容納的電子數均為2
答案　D
解析　第三能層有s、p、d三個能級，A錯誤；同一能層中的p軌道電子的能量一定比s軌道電子能量高，但能層較高的s軌道電子能量則比能層低的p軌道電子能量高，B錯誤；每個能層最多可容納的電子數是2n2，第三能層最多容納18個電子，C錯誤；s能級最多容納的電子數為2，D正確。
3.下列有關敘述中正確的是(　　)
A.在同一能層不同能級上的電子，其能量肯定不同
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
答案　A
解析　在多電子原子中，同一能層不同能級上的電子具有的能量不同，A項正確；各能層的能級都是從s能級開始，但不都是至f能級結束，如L層只有2s、2p兩個能級，M層只有3s、3p、3d三個能級，B項錯誤；各能層含有的能級數與能層序數相同，C項錯誤；各能層最多容納電子數為2n2，D項錯誤。
二、基態與激發態　原子光譜
(一)知識梳理
1.基態原子與激發態原子
(1)基態原子
處于最低能量狀態的原子。
(2)激發態原子
基態原子吸收能量，電子會躍遷到較高能級，變為激發態原子。
(3)基態、激發態相互間轉化
2.原子光譜
(1)含義
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，總稱原子光譜。
(2)成因及分類
(3)應用
光譜分析：在現代化學中，常利用原子光譜上的特征譜線來鑒定元素，稱為光譜分析。光譜分析的依據是每一種元素都有自己的特征譜線。焰火、霓虹燈光、激光、熒光、LED燈光等都與原子核外電子躍遷釋放能量有關。光(輻射)是電子躍遷釋放能量的重要形式。
(二)問題探究
問題1　基態原子的核外電子通過吸收能量，核外電子躍遷至較高能級，那么電子的躍遷是化學變化嗎？為什么？
提示　不是，原子中電子的躍遷是物理變化，而原子得失電子生成新物質是化學變化。
問題2　基態電子和激發態電子相互轉化，不斷地吸收和釋放能量，這些能量是以什么形式表現出來的？
提示　是以光的形式表現出來的。
問題3　試分析焰色試驗的原理是什么？焰色試驗屬于吸收光譜還是發射光譜？
提示　焰色試驗的原理是核外基態電子吸收能量后變成為較高能級的激發態，然后躍遷至較低能級的激發態乃至基態時，以光的形式釋放能量，屬于發射光譜。
問題4　結合教材，分析原子吸收光譜和發射光譜有何區別？
提示　吸收光譜和發射光譜都是線譜，區別在于前者顯示光譜中的黑色線條，而后者顯示光譜中的彩色線條。
1.下列說法不正確的是(　　)
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高于處于基態時的能量
D.焰色試驗中觀察到的特殊焰色是金屬原子中的電子從激發態躍遷到較低能量的激發態或基態時產生的光的顏色
答案　A
解析　焰色試驗是物理變化，A 項錯誤；不同元素的特征譜線不同故可以利用光譜分析法來鑒定元素，B項正確；基態是原子能量最低的狀態，基態原子吸收能量變為激發態原子，C項正確；焰色試驗中觀察到的特殊焰色是金屬原子中的電子從激發態躍遷到較低能量的激發態或基態時產生的光的顏色。
2.下列說法正確的是(　　)
A.原子中的電子在躍遷時會發生能量的變化，能量的表現形式之一是光(輻射)，這也是原子光譜產生的原因
B.同一原子處于激發態時比處于基態時穩定
C.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
D.電子只有從激發態躍遷到基態時才會產生原子光譜
答案　A
解析　根據原子光譜的定義可判斷A正確；原子處于基態時能量最低，更穩定，B錯誤；激發態原子的能量較高，容易躍遷到較低能量的激發態或基態(釋放能量)，而不是容易失去電子，失去電子的難易程度需根據原子的具體結構而定，C錯誤；電子從激發態躍遷到基態時產生發射光譜，從基態躍遷到激發態時產生吸收光譜，D錯誤。
[拓展延伸]　霓虹燈發光原理：充有氖氣的霓虹燈能發出紅光，產生這一現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后躍遷到能量較高的能級，但處在能量較高能級上的電子會很快以光的形式輻射能量而躍遷回能量較低的能級，所發出的光的波長恰好位于可見光區域中的紅色波段。
A級　合格過關練
選擇題只有1個選項符合題意
(一)能層與能級
1.下列各能層不包含d能級的是(　　)
A.O能層 B.P能層
C.M能層 D.K能層
答案　D
解析　多電子原子中，同一能層的電子可分占不同的能級，K 能層只有s能級，L能層有 s、p能級，從M能層開始有d能級。
2.下列能級符號中，不正確的是(　　)
A.3f B.2s
C.3d D.2p
答案　A
解析　第三能層只有 s、p、 d 三種能級，不存在f能級，因此不存在能級符號3f，A 錯誤。
3.下列關于能層和能級的說法錯誤的是(　　)
A.每個能層中的能級數都等于該能層序數
B.原子核外每個能層容納的電子數都是n(n表示能層序數)
C.d 能級最多能容納10個電子
D.任一能層的能級總是從s能級開始
答案　B
解析　原子核外每個能層最多容納電子數都是 2n2(n為能層序數)，B錯誤；任一能層的能級總是從s能級開始，D正確。
4.下列說法正確的是(　　)
A.同一原子中1s、2s、3s電子能量逐漸減小
B.同一原子中2p、3p、4p能級可容納的最多電子數依次增多
C.能量高的電子在離核近的區域運動，能量低的電子在離核遠的區域運動
D.各能層最多能容納的電子數是2n2
答案　D
解析　同一原子中1s、2s、3s電子能量逐漸增大，故A錯誤；同一原子中，2p、3p、4p可容納的最多電子數相等，都為6，故B錯誤；能量低的電子在離核近的區域運動，能量高的電子在離核遠的區域運動，故C錯誤。
5.下列有關 M能層的說法正確的是(　　)
A.表示第二電子層
B.最多能容納8個電子
C.表示第三電子層
D.至少含有 s、p、d、f四個能級
答案　C
解析　M能層表示第三電子層，含有 s、p、d三個能級，A、D項錯誤，C項正確；M能層最多能容納 18 個電子，B錯誤。
6.(1)在同一個原子中，離核越近、n越小的能層能量____________；在同一電子層中，各能級的能量按s、p、d、f的次序依次____________；原子核外電子的每個能層最多可容納的電子數為____________[用該能層序數(n)表示]。
(2)理論研究證明，多電子原子中，同一能層的電子，其能量也可能不同，據此還可以把它們分成不同能級。第四能層有____________個能級；它們分別為____________。
答案　(1)越低　遞增　2n2
(2)4　4s、4p、4d、4f
(二)基態與激發態 原子光譜
7.下列現象與電子的躍遷沒有直接關聯的是(　　)
答案　D
解析　電子由較高能量的激發態躍遷到較低能量的激發態乃至基態時，主要以光的形式釋放能量，通電后氫氣發光、霓虹燈發光、燃放煙花等現象都是電子發生躍遷釋放能量形成的，鈉與水劇烈反應與電子的躍遷無關，故選D。
8.(2023·徐州豐縣一中月考)對充有氖氣的霓虹管發出紅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外的光
C.氖原子獲得電子后轉變成發出紅光的物質
D.通電后在電場作用下，氖原子與構成燈管的物質發生反應
答案　A
解析　通電后在電場作用下，放電管里氖原子中的電子吸收能量后躍遷到較高能級，但處在能量較高能級上的電子會很快以光的形式輻射能量而躍遷回能量較低的能級，所發出的光的波長恰好位于可見光區域中的紅色波段，從而產生紅光，A 項正確。
9.下列說法不正確的是(　　)
A.霓虹燈光、LED 燈光與原子核外電子躍遷釋放能量有關
B.焰色試驗是利用元素的特征可見原子光譜鑒別某些元素的方法
C.許多元素是通過原子光譜發現的
D.原子中電子發生躍遷，是指電子從較低能量的能級到較高能量的能級
答案　D
解析　原子中的電子在躍遷時可以是從較低能量的能級到較高能量的能級，也可以是從較高能量的能級到較低能量的能級，D 錯誤。
10.回答下列問題：
(1)吸收光譜是____________的電子躍遷為____________的電子產生的，此過程中電子____________能量。
(2)發射光譜是____________的電子躍遷為____________的電子產生的，此過程中電子____________能量。
答案　(1)基態　激發態　吸收
(2)激發態　較低能量的激發態乃至基態　釋放
B級　素養培優練
11.(2023·鄭州高二檢測)原子中的某一能層，最多能容納的電子數目大于32，該能層可能會是(　　)
A.L能層 B.M能層
C.N能層 D.P能層
答案　D
解析　每一能層最多能容納的電子數目為2n2，所以最多能容納的電子數目大于32的能層，至少是第五能層。
12.同一原子的基態和激發態相比較，正確的是(　　)
A.基態時的能量比激發態時的高
B.基態時釋放能量成為激發態
C.基態時的能量比激發態時的低
D.激發態時比較穩定
答案　C
解析　對同一原子來說，基態時比較穩定，基態時的能量比激發態時的低。
13.當碳原子的核外電子排布由 1s22s22p2轉變為1s22s12p3時(能級符號右上角的數字代表該能級的電子數)，下列說法正確的是(　　)
A.碳原子由基態變為激發態
B.碳原子由激發態變為基態
C.該過程將產生發射光譜
D.碳原子要向外界環境釋放能量
答案　A
解析　當碳原子的核外電子排布由 1s22s22p2轉變為1s22s12p3時，電子由較低能級躍遷到較高能級，原子由基態變為激發態，應吸收能量，產生吸收光譜，故選 A。
14.(2023·湖南師大附中月考)科學研究證明：核外電子的能量不僅與電子所處的能層、能級有關，還與核外電子的數目及核電荷數有關。氬原子與硫離子的電子層結構相同。下列說法正確的是(　　)
A.兩粒子最外層都達8電子穩定結構，化學性質相同
B.兩粒子的電子發生躍遷時，產生的光譜不同
C.兩粒子的1 s能級上電子的能量相同
D.兩粒子的3p能級上的電子離核的距離相同
答案　B
解析　氬原子性質穩定，硫離子具有還原性，二者化學性質不同，A錯誤；電子的能量不同，則發生躍遷時，產生的光譜不同，B正確；雖然電子數相同，但核電荷數不同，所以兩粒子的1s能級上電子的能量不同，C錯誤；兩粒子的3p能級上的電子離核的距離不同，D錯誤。
15.下列有關能層和能級的敘述中正確的是(　　)
A.M層有s、p、d共3個能級，最多能容納18個電子
B.3d能級最多能容納5個電子，3f能級最多能容納7個電子
C.無論哪一能層的s能級只能容納的電子數為2
D.任一能層都有s、p能級，但不一定有d能級
答案　A
解析　A項，M層有s、p、d共3個能級，最多能容納18個電子；B項，3d能級最多能容納10個電子，從N層開始有f能級，f能級最多能容納14個電子，不存在3f能級；C項，每個能層都從s能級開始，且s能級最多能容納2個電子，最外層時也可容納1個電子；D項，K層只有s能級，不含有p能級。
16.填空。
(1)用符號填寫能層所含能級種類：
K層：____________；L層：____________；
M層：____________；N層：____________。
(2)用數字填寫能級所能容納最多電子數目：
s：____________；p：____________；
d：____________；f：____________。
(3)比較下列能級的能量高低(填“<”“＝”或“>”)。
①4s________3s________2s________1s；
②4f________4d________4p________4s；
③1s________2p________3d________4f。
答案　(1)1s　2s、2p　3s、3p、3d　4s、4p、4d、4f
(2)2　6　10　14
(3)①>　>　>　②>　>　>
③<　<　<基礎課時1　能層與能級　基態與激發態
學習目標　1.能說明微觀粒子的運動狀態與宏觀物體運動特點的差異。2.通過認識原子的核外電子排布及電子的運動狀態,理解能層與能級的關系,掌握核外電子運動狀態的描述方法。3.能夠辨識電子的激發和躍遷等知識與光譜的關系。
一、能層與能級
(一)知識梳理
1.構造原理的發展歷程
(1)1869年,俄國化學家　　　　　　發現了元素周期律。
(2)1920年,丹麥科學家玻爾在氫原子模型基礎上,提出　　　　　　,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。
(3)1936年,德國科學家馬德隆發表了以　　　　　　事實為依據的完整的　　　　　　。
2.能層
(1)劃分依據
核外電子按　　　　不同分成能層。
(2)表示方法
電子的能層由內向外排序,其序號、符號以及所能容納的最多電子數如下:
能層 一 二 三 四 五 六 七
符號 P Q
最多電子數 72 98
(3)能層的能量高低關系
能層越高,電子的能量越高,能量的高低順序為
　　　　　　　　　　。
3.能級
(1)含義
在多電子的原子中,同一能層電子的　　　　也可能不同,將它們分成不同的能級。
(2)表示方法
①在每一能層中,能級符號的順序是ns、　　　　、　　　　、nf……(n為能層序數)。
②任一能層的能級總是從s能級開始,能級數等于該能層序數,即第一能層只有1個能級(1s),第二能層有2個能級(2s和2p),第三能層有3個能級(3s、3p和3d),依次類推。
(3)能層、能級與可容納的最多電子數之間的關系
能層(n) 一 二 三 四 五 ……
符號 K L M N O ……
能級 3s 3p 4s 4p 4d 5s …… ……
最多容 納電子 數 2 2 6 6 10 2 14 2 …… ……
…… ……
(4)能層中各能級的能量關系
①多電子原子中,同一能層各能級的能量順序
　　　　　　　　　　……。
②不同能層中英文字母相同的能級,能層序數越大,能量越高。如E(1s)　　　　　E(2s)　　　　　E(3s)　　　　　　E(4s),E(2p)　　　　　E(3p)　　　　　E(4p)。
(二)問題探究
問題1　以s、p、d、f為符號的能級分別最多可容納多少個電子 3d、4d、5d能級所能容納的最多電子數是否相同
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
問題2　第四能層最多可容納多少個電子 它們分別容納在幾個能級中
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
問題3　在基態多電子原子中,p能級電子的能量一定高于s能級電子能量嗎 為什么
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
【探究歸納】
1.能層與能級關系
(1)對能層和能級的理解
若把能層看作大樓中的每一層樓,能級可看作樓層之間的樓梯(如圖)。
(2)符號1s、2p、3d、4f中的1、2、3、4 為能層序數,s、p、d、f 為能級符號,能層序數=該能層中能級類型數。
2.能級、能層與最多可容納電子數之間的關系
(1)每一能層最多可容納的電子數為2n2(n代表能層序數)。
(2)以s、p、d、f……排序的各能級最多可容納的電子數依次為自然數中的奇數序列1、3、5、7……的2倍。
(3)不同能層的同種能級最多可容納的電子數相等,如1s、2s、3s、4s……能級最多只能容納2個電子。
　　　　　　　　　　　　　　　　
1.下列各能層中包含f能級的是 (　　)
A.N B.M C.L D.K
2.下列說法正確的是 (　　)
A.第三能層只有s、p兩個能級
B.在基態多電子原子中,p軌道電子能量一定高于s軌道電子能量
C.第三能層最多容納8個電子
D.無論哪一能層的s能級最多容納的電子數均為2
3.下列有關敘述中正確的是 (　　)
A.在同一能層不同能級上的電子,其能量肯定不同
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
二、基態與激發態　原子光譜
(一)知識梳理
1.基態原子與激發態原子
(1)基態原子
處于　　　　　　狀態的原子。
(2)激發態原子
基態原子　　　　　　能量,電子會躍遷到較高能級,變為激發態原子。
(3)基態、激發態相互間轉化
2.原子光譜
(1)含義
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,總稱原子光譜。
(2)成因及分類
(3)應用
光譜分析:在現代化學中,常利用原子光譜上的　　　　　　來鑒定元素,稱為光譜分析。光譜分析的依據是每一種元素都有自己的特征譜線。焰火、霓虹燈光、激光、熒光、LED燈光等都與原子核外電子躍遷釋放能量有關。光(輻射)是電子躍遷釋放能量的重要形式。
(二)問題探究
問題1　基態原子的核外電子通過吸收能量,核外電子躍遷至較高能級,那么電子的躍遷是化學變化嗎 為什么
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
問題2　基態電子和激發態電子相互轉化,不斷地吸收和釋放能量,這些能量是以什么形式表現出來的
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
問題3　試分析焰色試驗的原理是什么 焰色試驗屬于吸收光譜還是發射光譜
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
問題4　結合教材,分析原子吸收光譜和發射光譜有何區別
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　
1.下列說法不正確的是 (　　)
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高于處于基態時的能量
D.焰色試驗中觀察到的特殊焰色是金屬原子中的電子從激發態躍遷到較低能量的激發態或基態時產生的光的顏色
2.下列說法正確的是 (　　)
A.原子中的電子在躍遷時會發生能量的變化,能量的表現形式之一是光(輻射),這也是原子光譜產生的原因
B.同一原子處于激發態時比處于基態時穩定
C.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
D.電子只有從激發態躍遷到基態時才會產生原子光譜
[拓展延伸]　霓虹燈發光原理:充有氖氣的霓虹燈能發出紅光,產生這一現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后躍遷到能量較高的能級,但處在能量較高能級上的電子會很快以光的形式輻射能量而躍遷回能量較低的能級,所發出的光的波長恰好位于可見光區域中的紅色波段。
:課后完成　第一章　基礎課時1(共45張PPT)
第一節　原子結構
基礎課時 　能層與能級　基態與激發態
1
第一章
原子結構與性質
1.能說明微觀粒子的運動狀態與宏觀物體運動特點的差異。
2.通過認識原子的核外電子排布及電子的運動狀態，理解能層與能級的關系，掌握核外電子運動狀態的描述方法。
3.能夠辨識電子的激發和躍遷等知識與光譜的關系。
學習目標
一、能層與能級
二、基態與激發態　原子光譜
目
錄
CONTENTS
課后鞏固訓練
一、能層與能級
對點訓練
(一)知識梳理
1.構造原理的發展歷程
(1)1869年，俄國化學家__________發現了元素周期律。
(2)1920年，丹麥科學家玻爾在氫原子模型基礎上，提出__________，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。
(3)1936年，德國科學家馬德隆發表了以__________事實為依據的完整的__________。
門捷列夫
構造原理
原子光譜
構造原理
2.能層
(1)劃分依據
核外電子按______不同分成能層。
(2)表示方法
電子的能層由內向外排序，其序號、符號以及所能容納的最多電子數如下：
能量
能層 一 二 三 四 五 六 七
符號 P Q
最多電子數 72 98
K
L
M
N
O
2
8
18
32
50
(3)能層的能量高低關系
能層越高，電子的能量越高，能量的高低順序為______________________________________。
E(K)3.能級
(1)含義
在多電子的原子中，同一能層電子的______也可能不同，將它們分成不同的能級。
(2)表示方法
①在每一能層中，能級符號的順序是ns、_____、____、nf……(n為能層序數)。
②任一能層的能級總是從s能級開始，能級數等于該能層序數，即第一能層只有1個能級(1s)，第二能層有2個能級(2s和2p)，第三能層有3個能級(3s、3p和3d)，依次類推。
能量
np
nd
(3)能層、能級與可容納的最多電子數之間的關系
能層(n) 一 二 三 四 五 ……
符號 K L M N O ……
能級 3s 3p 4s 4p 4d 5s …… ……
最多容 納電子 數 2 2 6 6 10 2 14 2 …… ……
…… ……
1s
2s
2p
3d
4f
2
6
10
2
8
18
32
(4)能層中各能級的能量關系
①多電子原子中，同一能層各能級的能量順序________________________……。
②不同能層中英文字母相同的能級，能層序數越大，能量越高。如E(1s)____ E(2s)____ E(3s)____ E(4s)，E(2p)____ E(3p)____ E(4p)。
E(ns)<
<
<
<
<
(二)問題探究
問題1　以s、p、d、f為符號的能級分別最多可容納多少個電子？ 3d、4d、5d能級所能容納的最多電子數是否相同？
提示　s、p、d、f能級最多容納的電子數依次為2、6、10、14 ；不管哪個能層d能級最多容納的電子數均相同(均為10)。
問題2　第四能層最多可容納多少個電子？它們分別容納在幾個能級中？
提示　第四能層最多容納的電子數為2n2＝2×42＝32；電子分別容納在4s、4p、4d、4f四個能級中。
問題3　在基態多電子原子中，p能級電子的能量一定高于s能級電子能量嗎？為什么？
提示　不一定；同一能層中，p能級上電子能量一定比s能級上電子能量高，但能層較高的s能級上的電子能量可能比低能級的p能級上的電子能量高。
【探究歸納】
1.能層與能級關系
(1)對能層和能級的理解
若把能層看作大樓中的每一層樓，能級可看作樓層之間的樓梯(如圖)。
(2)符號1s、2p、3d、4f中的1、2、3、4 為能層序數，s、p、d、f 為能級符號，能層序數＝該能層中能級類型數。
2.能級、能層與最多可容納電子數之間的關系
(1)每一能層最多可容納的電子數為2n2(n代表能層序數)。
(2)以s、p、d、f……排序的各能級最多可容納的電子數依次為自然數中的奇數序列1、3、5、7……的2倍。
(3)不同能層的同種能級最多可容納的電子數相等，如1s、2s、3s、4s……能級最多只能容納2個電子。
1.下列各能層中包含f能級的是(　　)
A.N B.M
C.L D.K
解析　從第四能層開始出現f能級，N為第四能層符號，因此A項正確。
A
2.下列說法正確的是(　　)
A.第三能層只有s、p兩個能級
B.在基態多電子原子中，p軌道電子能量一定高于s軌道電子能量
C.第三能層最多容納8個電子
D.無論哪一能層的s能級最多容納的電子數均為2
解析　第三能層有s、p、d三個能級，A錯誤；同一能層中的p軌道電子的能量一定比s軌道電子能量高，但能層較高的s軌道電子能量則比能層低的p軌道電子能量高，B錯誤；每個能層最多可容納的電子數是2n2，第三能層最多容納18個電子，C錯誤；s能級最多容納的電子數為2，D正確。
D
3.下列有關敘述中正確的是(　　)
A.在同一能層不同能級上的電子，其能量肯定不同
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
解析　在多電子原子中，同一能層不同能級上的電子具有的能量不同，A項正確；各能層的能級都是從s能級開始，但不都是至f能級結束，如L層只有2s、2p兩個能級，M層只有3s、3p、3d三個能級，B項錯誤；各能層含有的能級數與能層序數相同，C項錯誤；各能層最多容納電子數為2n2，D項錯誤。
A
二、基態與激發態　原子光譜
對點訓練
(一)知識梳理
1.基態原子與激發態原子
(1)基態原子
處于__________狀態的原子。
(2)激發態原子
基態原子______能量，電子會躍遷到較高能級，變為激發態原子。
(3)基態、激發態相互間轉化
最低能量
吸收
吸收
釋放
2.原子光譜
(1)含義
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，總稱原子光譜。
(2)成因及分類
(3)應用
光譜分析：在現代化學中，常利用原子光譜上的__________來鑒定元素，稱為光譜分析。光譜分析的依據是每一種元素都有自己的特征譜線。焰火、霓虹燈光、激光、熒光、LED燈光等都與原子核外電子躍遷釋放能量有關。光(輻射)是電子躍遷釋放能量的重要形式。
特征譜線
(二)問題探究
問題1　基態原子的核外電子通過吸收能量，核外電子躍遷至較高能級，那么電子的躍遷是化學變化嗎？為什么？
提示　不是，原子中電子的躍遷是物理變化，而原子得失電子生成新物質是化學變化。
問題2　基態電子和激發態電子相互轉化，不斷地吸收和釋放能量，這些能量是以什么形式表現出來的？
提示　是以光的形式表現出來的。
問題3　試分析焰色試驗的原理是什么？焰色試驗屬于吸收光譜還是發射光譜？
提示　焰色試驗的原理是核外基態電子吸收能量后變成為較高能級的激發態，然后躍遷至較低能級的激發態乃至基態時，以光的形式釋放能量，屬于發射光譜。
問題4　結合教材，分析原子吸收光譜和發射光譜有何區別？
提示　吸收光譜和發射光譜都是線譜，區別在于前者顯示光譜中的黑色線條，而后者顯示光譜中的彩色線條。
1.下列說法不正確的是(　　)
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高于處于基態時的能量
D.焰色試驗中觀察到的特殊焰色是金屬原子中的電子從激發態躍遷到較低能量的激發態或基態時產生的光的顏色
解析　焰色試驗是物理變化，A 項錯誤；不同元素的特征譜線不同故可以利用光譜分析法來鑒定元素，B項正確；基態是原子能量最低的狀態，基態原子吸收能量變為激發態原子，C項正確；焰色試驗中觀察到的特殊焰色是金屬原子中的電子從激發態躍遷到較低能量的激發態或基態時產生的光的顏色。
A
2.下列說法正確的是(　　)
A.原子中的電子在躍遷時會發生能量的變化，能量的表現形式之一是光(輻射)，這也是原子光譜產生的原因
B.同一原子處于激發態時比處于基態時穩定
C.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
D.電子只有從激發態躍遷到基態時才會產生原子光譜
解析　根據原子光譜的定義可判斷A正確；原子處于基態時能量最低，更穩定，B錯誤；激發態原子的能量較高，容易躍遷到較低能量的激發態或基態(釋放能量)，而不是容易失去電子，失去電子的難易程度需根據原子的具體結構而定，C錯誤；電子從激發態躍遷到基態時產生發射光譜，從基態躍遷到激發態時產生吸收光譜，D錯誤。
A
[拓展延伸]　霓虹燈發光原理：充有氖氣的霓虹燈能發出紅光，產生這一現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后躍遷到能量較高的能級，但處在能量較高能級上的電子會很快以光的形式輻射能量而躍遷回能量較低的能級，所發出的光的波長恰好位于可見光區域中的紅色波段。
課后鞏固訓練
A級　合格過關練
選擇題只有1個選項符合題意
(一)能層與能級
1.下列各能層不包含d能級的是(　　)
A.O能層 B.P能層
C.M能層 D.K能層
解析　多電子原子中，同一能層的電子可分占不同的能級，K 能層只有s能級，L能層有 s、p能級，從M能層開始有d能級。
D
2.下列能級符號中，不正確的是(　　)
A.3f B.2s
C.3d D.2p
解析　第三能層只有 s、p、 d 三種能級，不存在f能級，因此不存在能級符號3f，A 錯誤。
A
3.下列關于能層和能級的說法錯誤的是(　　)
A.每個能層中的能級數都等于該能層序數
B.原子核外每個能層容納的電子數都是n(n表示能層序數)
C.d 能級最多能容納10個電子
D.任一能層的能級總是從s能級開始
解析　原子核外每個能層最多容納電子數都是 2n2(n為能層序數)，B錯誤；任一能層的能級總是從s能級開始，D正確。
B
4.下列說法正確的是(　　)
A.同一原子中1s、2s、3s電子能量逐漸減小
B.同一原子中2p、3p、4p能級可容納的最多電子數依次增多
C.能量高的電子在離核近的區域運動，能量低的電子在離核遠的區域運動
D.各能層最多能容納的電子數是2n2
解析　同一原子中1s、2s、3s電子能量逐漸增大，故A錯誤；同一原子中，2p、3p、4p可容納的最多電子數相等，都為6，故B錯誤；能量低的電子在離核近的區域運動，能量高的電子在離核遠的區域運動，故C錯誤。
D
5.下列有關 M能層的說法正確的是(　　)
A.表示第二電子層
B.最多能容納8個電子
C.表示第三電子層
D.至少含有 s、p、d、f四個能級
解析　M能層表示第三電子層，含有 s、p、d三個能級，A、D項錯誤，C項正確；M能層最多能容納 18 個電子，B錯誤。
C
6.(1)在同一個原子中，離核越近、n越小的能層能量____________；在同一電子層中，各能級的能量按s、p、d、f的次序依次____________；原子核外電子的每個能層最多可容納的電子數為____________[用該能層序數(n)表示]。
(2)理論研究證明，多電子原子中，同一能層的電子，其能量也可能不同，據此還可以把它們分成不同能級。第四能層有____________個能級；它們分別為___________________。
越低
遞增
2n2
4
4s、4p、4d、4f
(二)基態與激發態 原子光譜
7.下列現象與電子的躍遷沒有直接關聯的是(　　)
解析　電子由較高能量的激發態躍遷到較低能量的激發態乃至基態時，主要以光的形式釋放能量，通電后氫氣發光、霓虹燈發光、燃放煙花等現象都是電子發生躍遷釋放能量形成的，鈉與水劇烈反應與電子的躍遷無關，故選D。
D
8.(2023·徐州豐縣一中月考)對充有氖氣的霓虹管發出紅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外的光
C.氖原子獲得電子后轉變成發出紅光的物質
D.通電后在電場作用下，氖原子與構成燈管的物質發生反應
A
解析　通電后在電場作用下，放電管里氖原子中的電子吸收能量后躍遷到較高能級，但處在能量較高能級上的電子會很快以光的形式輻射能量而躍遷回能量較低的能級，所發出的光的波長恰好位于可見光區域中的紅色波段，從而產生紅光，A 項正確。
9.下列說法不正確的是(　　)
A.霓虹燈光、LED 燈光與原子核外電子躍遷釋放能量有關
B.焰色試驗是利用元素的特征可見原子光譜鑒別某些元素的方法
C.許多元素是通過原子光譜發現的
D.原子中電子發生躍遷，是指電子從較低能量的能級到較高能量的能級
解析　原子中的電子在躍遷時可以是從較低能量的能級到較高能量的能級，也可以是從較高能量的能級到較低能量的能級，D 錯誤。
D
10.回答下列問題：
(1)吸收光譜是____________的電子躍遷為____________的電子產生的，此過程中電子____________能量。
(2)發射光譜是____________的電子躍遷為___________________________的電子產生的，此過程中電子____________能量。
基態
激發態
吸收
激發態
較低能量的激發態乃至基態
釋放
B級　素養培優練
11.(2023·鄭州高二檢測)原子中的某一能層，最多能容納的電子數目大于32，該能層可能會是(　　)
A.L能層 B.M能層
C.N能層 D.P能層
解析　每一能層最多能容納的電子數目為2n2，所以最多能容納的電子數目大于32的能層，至少是第五能層。
D
12.同一原子的基態和激發態相比較，正確的是(　　)
A.基態時的能量比激發態時的高
B.基態時釋放能量成為激發態
C.基態時的能量比激發態時的低
D.激發態時比較穩定
解析　對同一原子來說，基態時比較穩定，基態時的能量比激發態時的低。
C
13.當碳原子的核外電子排布由 1s22s22p2轉變為1s22s12p3時(能級符號右上角的數字代表該能級的電子數)，下列說法正確的是(　　)
A.碳原子由基態變為激發態 B.碳原子由激發態變為基態
C.該過程將產生發射光譜 D.碳原子要向外界環境釋放能量
解析　當碳原子的核外電子排布由 1s22s22p2轉變為1s22s12p3時，電子由較低能級躍遷到較高能級，原子由基態變為激發態，應吸收能量，產生吸收光譜，故選 A。
A
14.(2023·湖南師大附中月考)科學研究證明：核外電子的能量不僅與電子所處的能層、能級有關，還與核外電子的數目及核電荷數有關。氬原子與硫離子的電子層結構相同。下列說法正確的是(　　)
A.兩粒子最外層都達8電子穩定結構，化學性質相同
B.兩粒子的電子發生躍遷時，產生的光譜不同
C.兩粒子的1 s能級上電子的能量相同
D.兩粒子的3p能級上的電子離核的距離相同
B
解析　氬原子性質穩定，硫離子具有還原性，二者化學性質不同，A錯誤；電子的能量不同，則發生躍遷時，產生的光譜不同，B正確；雖然電子數相同，但核電荷數不同，所以兩粒子的1s能級上電子的能量不同，C錯誤；兩粒子的3p能級上的電子離核的距離不同，D錯誤。
15.下列有關能層和能級的敘述中正確的是(　　)
A.M層有s、p、d共3個能級，最多能容納18個電子
B.3d能級最多能容納5個電子，3f能級最多能容納7個電子
C.無論哪一能層的s能級只能容納的電子數為2
D.任一能層都有s、p能級，但不一定有d能級
解析　A項，M層有s、p、d共3個能級，最多能容納18個電子；B項，3d能級最多能容納10個電子，從N層開始有f能級，f能級最多能容納14個電子，不存在3f能級；C項，每個能層都從s能級開始，且s能級最多能容納2個電子，最外層時也可容納1個電子；D項，K層只有s能級，不含有p能級。
A
16.填空。
(1)用符號填寫能層所含能級種類：
K層：______；L層：________；M層：___________；N層：______________。
(2)用數字填寫能級所能容納最多電子數目：
s：______；p：______；d：_____；f：______。
(3)比較下列能級的能量高低(填“<”“＝”或“>”)。
①4s________3s________2s________1s；
②4f________4d________4p________4s；
③1s________2p________3d________4f。
1s
2s、2p
3s、3p、3d
4s、4p、4d、4f
2
6
10
14
>
>
>
>
>
>
<
<
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