1.1.1能层、能级、原子光谱和构造原理 学案(含答案)
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1、第一节第一节 原子结构原子结构 第第 1 1 课时课时 能层、能级、原子光谱和构造原理能层、能级、原子光谱和构造原理 学业要求 核心素养建构 1.知道原子核外电子的能级高低顺序。 2.知道处于不同能级的电子,在一定条件下会发生激 发与跃迁。 3.了解原子核外电子排布的构造原理。 4.能书写 136 号元素基态原子的核外电子排布式。 知识梳理 一、能层与能级 1.能层 (1)核外电子按能量不同分成能层,电子的能层由内到外排序,其序号、符号以及 所能容纳的最多电子数如下: 能层 一 二 三 四 五 六 七 符号 K L M N O P Q 最多电子数 2 8 18 32 50 72 98 (2)能
2、层越高,电子的能量越高: E(K)E(L)E(M)E(N)E(O)E(P)E(Q)。 2.能级 (1)同一能层还分成不同能级。 (2)能级用相应能层的序数和能级的字母代号 s、p、d、f 组合在一起来表示,在每 一个能层中,能级符号的顺序是 ns、np、nd、nf(n 表示能层)。 (3)任一能层的能级数等于该能层序数,如第三能层有 3 个能级( 3s、3p 和 3d)。 (4)s、p、d、f能级可容纳的最多电子数为 1、3、5、7的 2 倍。 (5)多电子原子里,同一能层各能级的能量顺序:E(ns)E(np)E(nd)E(4s), 故 19 号 K 先排 4s 能级, 电子排布式为 1s22
3、s22p63s23p64s1; 氯离子是由氯原子得到一个电子填充在最外层,使原来未充满的最外层达到 8 电 子稳定结构; 铁是 26 号元素, 其价电子与次外层的 d 能级有关, 当铁失去电子时, 是从最外层开始失去电子,所以先失去的是 4s 能级上的两个电子,再失去次外层 3d 能级上的一个电子。 答案 (1)1s22s22p63s23p64s1 (2)1s22s22p63s23p6 (3)1s22s22p63s23p63d64s2 (4)1s22s22p63s23p63d5 探究一、能层与能级 模型认知能层和能级的表达 探究素材 任何能层均含有 s 能级,但不是任何能层均含有任何能级;各能
4、层的能级都是从 s 能级开始,每个能层上能级个数与能层数相等。 探究题目 1.下列各能层不包含 d 能级的是( ) A.O 能层 B.P 能层 C.M 能层 D.K 能层 解析 多电子原子中,同一能层的电子可分占不同的能级,K 能层只有 s 能级,L 能层有 s、p 能级,从 M 能层开始有 d 能级。 答案 D 从模型认知能层、能级及最多容纳电子数关系 探究素材 1.每个能层最多容纳 2n2(n 代表能层序数)个电子。 2.不同能层中相同能级所容纳的最多电子数相同,即英文字母相同的不同能级(如 2p、3p)中所能容纳的最多电子数相同。 3.能级最多容纳的电子数是以 s、p、d、f排序的各能级
5、最多容纳的电子数, 依次为 1、3、5、7的 2 倍。 探究题目 2.某一能层上 nd 能级最多所能容纳的电子数为( ) A.6 B.10 C.14 D.15 解析 以 s、p、d、f排序的各能级可容纳的最多电子数依次为该能级原子轨 道数 1、3、5、7的两倍,故 B 正确。 答案 B 探究二、基态与激发态、原子光谱 微观探析电子跃迁与可见现象 探究素材 1.电子跃迁的能量变化与可见现象 激发态原子不稳定,电子从能量较高的激发态跃迁到能量较低的激发态乃至基态 时,将释放能量。光辐射是电子释放能量的重要形式之一。霓虹灯光、激光、焰 火等可见光都与原子核外电子发生跃迁释放能量有关。 2.金属元素的
6、焰色反应的成因 金属原子中,核外电子按一定轨道顺序排列,轨道离核越远,能量越高。灼(燃) 烧时,电子获得能量,能量较低的电子发生跃迁,从基态变为激发态。随即电子 又从能量较高的激发态跃迁到能量较低的激发态乃至基态,便以光(辐射)的形式 释放能量,形成不同的焰色。 探究题目 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 解析 霓虹灯之所以能发光,是因为电子吸收能量后跃迁到能
7、量较高的轨道,能 量较高轨道上的电子会很快以光的形式辐射能量而跃迁回能量较低的轨道。 答案 A 宏观辨识原子光谱 探究素材 1.光谱分类 2.光谱分析 在现代化学中, 利用原子光谱上的特征谱线来鉴定元素的分析方法称为光谱分析。 探究题目 4.当碳原子核外一个电子由 2s 能级跃迁到 2p 能级时,下列说法正确的是( ) A.碳原子由基态变为激发态 B.碳原子由激发态变为基态 C.该过程将产生发射光谱 D.碳原子要向外界环境释放能量 解析 碳原子的核外电子排布中 2s 一个电子跃迁到 2p,能量升高,产生吸收光 谱,A 项正确,B、C、D 项错误。 答案 A 探究三、构造原理和电子排布式 从构造
8、原理建构原子核外能层能级能量关系模型 探究素材 1.“能级交错”现象:各能级的能量并不是按能层序数增大的顺序递增的,从第 三能层开始,各能级不完全遵循能层顺序,产生了能级交错排列,即产生“能级 交错”现象。当出现 d 轨道时,电子按 ns、(n1)d、np 的顺序在原子轨道上排 布; 当出现 f 轨道时, 电子按 ns、 (n2)f、 (n1)d、 np 的顺序在原子轨道上排布。 能级交错可以表示为能量 ns(n2)f(n1)dnp,如 4s3d,5s4d,6s4f 5d 等。要特别记忆 4s3d 这一能级交错现象。 2.根据构造原理理解各能级的能量大小关系 (1)不同能层中同一能级,能层序数
9、越大,能量越高。例如,1s2s3s,2p 3p4p (2)同一能层中,各能级之间的能量大小关系是 nsnpndnf。例如,第四 能层中 4s4p4d4f。 (3)从第三能层开始出现能级交错现象,能级交错排列的顺序即能量由低到高的顺 序,EnsE(n2)fE(n1)dEnp。例如 E4sE3d、E5sE4d。 探究题目 5.构造原理揭示的电子排布能级顺序,实质是各能级能量高低。若以 E(nl)表示某 能级的能量,以下各式中正确的是( ) A.E(5s)E(4f)E(4s)E(3d) B.E(3d)E(4s)E(3p)E(3s) C.E(4s)E(3s)E(2s)E(1s) D.E(5s)E(4s
10、)E(4f)E(3d) 解析 根据构造原理,各能级能量的大小顺序为 1s2s2p3s3p4s3d 4p5s能量由低到高,A 项和 D 项正确顺序:E(4f)E(5s)E(3d)E(4s); 对于不同能层的相同能级,能层序数越大,能量越高,所以 C 项错误。 答案 B 从构造原理建构基态原子核外电子排布模型 探究素材 1.简单原子的电子排布式的书写 按照构造原理将电子依次填充到能量逐渐升高的能级中, 如: 6C: 1s22s22p2、10Ne: 1s22s22p6、17Cl:1s22s22p63s23p5、19K:1s22s22p63s23p64s1。 2.复杂原子的电子排布式的书写 对于较复杂
11、的电子排布式,应先按能量最低原理从低到高排列,然后将同一层的 电子移到一起。如:26Fe:先按能量从低到高排列为 1s22s22p63s23p64s23d6,然后 将同一层的排列一起,即该原子的电子排布式为 1s22s22p63s23p63d64s2。 3.利用构造原理书写简化电子排布式 如 K:1s22s22p63s23p64s1,其简化电子排布式可表示为Ar4s1,其中Ar代表 Ar 原子的核外电子排布式,即 1s22s22p63s23p6,4s1是 K 原子的最外层电子排布。再 如 Fe 原子的简化电子排布式为Ar3d64s2。 探究题目 6.已知 Na 的核外电子排布式为 1s22s2
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