第1章-第1節(jié)-第1課時(shí)-能層與能級(jí)-基態(tài)與激發(fā)態(tài)(講義)

第一章原子結(jié)構(gòu)與性質(zhì)第一節(jié)原子結(jié)構(gòu)第1課時(shí)能層與能級(jí)基態(tài)與激發(fā)態(tài)學(xué)習(xí)導(dǎo)航1.通過認(rèn)識(shí)原子結(jié)構(gòu)與核外電子排布理解能層與能級(jí)的關(guān)系。2.通過核外電子能量不同分析，理解激態(tài)與激發(fā)態(tài)的含義與關(guān)系。3.能辨識(shí)光譜與電子躍遷之間的關(guān)系。教學(xué)過程一、能層與能級(jí)1920年，丹麥科學(xué)家玻爾在氫原子模型基礎(chǔ)上，提出構(gòu)造原理，開啟了用原子結(jié)構(gòu)解釋元素周期律的篇章。1925年以后，玻爾的“殼層”落實(shí)為“能層”與“能級(jí)”，厘清了核外電子的可能狀態(tài)，復(fù)雜的原子光譜得以詮釋。1936年，德國(guó)科學(xué)家馬德隆發(fā)表了以原子光譜事實(shí)為依據(jù)的完整的構(gòu)造原理。1．能層(1)含義：根據(jù)核外電子的能量不同，將核外電子分為不同的能層(電子層)。(2)序號(hào)及符號(hào)能層序號(hào)一、二、三、四、五、六、七……分別用K、L、M、N、O、P、Q……表示，其中每層所容納的電子數(shù)最多為2n2個(gè)。(3)能量關(guān)系能層越高，電子的能量越高，能量的高低順序?yàn)镋(K)＜E(L)＜E(M)＜E(N)＜E(O)＜E(P)＜E(Q)。2．能級(jí)(1)含義：根據(jù)多電子原子的同一能層的電子的能量也可能不同，將它們分為不同能級(jí)。(2)表示方法：分別用相應(yīng)能層的序數(shù)和字母s、p、d、f等表示，如n能層的能級(jí)按能量由低到高的排列順序?yàn)閚s、np、nd、nf等。3．能層、能級(jí)與最多容納的電子數(shù)能層(n)一二三四五六七……符號(hào)KLMNOPQ……能級(jí)1s2s2p3s3p3d4s4p4d4f5s……最多電子數(shù)22626102610142……281832………………2n2由上表可知：(1)能層序數(shù)等于該能層所包含的能級(jí)數(shù)，如第三能層有3個(gè)能級(jí)。(2)s、p、d、f各能級(jí)可容納的最多電子數(shù)分別為1、3、5、7的2倍。(3)原子核外電子的每一能層最多可容納的電子數(shù)是2n2(n為能層的序數(shù))。二、基態(tài)與激發(fā)態(tài)原子光譜1．基態(tài)原子與激發(fā)態(tài)原子(1)基態(tài)原子：處于最低能量狀態(tài)的原子。(2)激發(fā)態(tài)原子：基態(tài)原子吸收能量，它的電子會(huì)躍遷到較高能級(jí)，變成激發(fā)態(tài)原子。(3)基態(tài)、激發(fā)態(tài)相互間轉(zhuǎn)化的能量變化基態(tài)原子eq\o(,\s\up11(吸收能量),\s\do4(釋放能量，主要形式為光))激發(fā)態(tài)原子2.光譜(1)光譜的成因及分類(2)光譜分析：在現(xiàn)代化學(xué)中，常利用原子光譜上的特征譜線來(lái)鑒定元素，稱為光譜分析。課時(shí)訓(xùn)練1．下列有說(shuō)法中正確的是A．3p2表示3p能級(jí)有兩個(gè)軌道B．在基態(tài)多電子原子中，p軌道電子的能量一定高于s軌道電子的能量C．能層序數(shù)越大，s原子軌道的半徑越大D．在同一能級(jí)上的電子，其能量不同2．下列敘述正確的是A．鈉的焰色反應(yīng)呈現(xiàn)黃色，是電子由激發(fā)態(tài)轉(zhuǎn)化成基態(tài)時(shí)吸收能量產(chǎn)生的B．原子軌道和電子云都是用來(lái)形象地描述電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的C．各能層的s電子云輪廓圖都是圓形，但圓的半徑大小不同D．同一原子中，2p、3p、4p能級(jí)的軌道數(shù)依次增多3．下列說(shuō)法正確的是A．同一原子中，2p、3p、4p能級(jí)的軌道數(shù)依次增多B．基態(tài)原子電子能量的高低順序?yàn)镋(1s)＜E(2s)＜E(2px)＜E(2py)＜E(2pz)C．30號(hào)元素位于第三周期第ⅢA族D．價(jià)電子排布式為4s24p3的元素位于第四周期VA族，是p區(qū)元素4．下列說(shuō)法正確的是A．3p2表示3p能級(jí)有兩個(gè)軌道B．不是所有的共價(jià)鍵(σ鍵)都具有方向性C．同一原子中，1s、2s、3s電子的能量逐漸減小D．2p、3p、4p能級(jí)的軌道數(shù)依次增多5．常溫下，S2Cl2為淺黃色至橘紅色、有惡臭、毒性的液體。S2Cl2遇水反應(yīng)出無(wú)色有刺激性氣味的氣體，且溶液變渾濁。下列敘述正確的是A．硫黃是原子晶體，S2Cl2是分子晶體B．S2Cl2與水反應(yīng)產(chǎn)生SO2，S2Cl2和SO2的分子極性和中心原子的雜化方式均相同C．Cl與S相比，前者非金屬性更強(qiáng)，含氧酸酸性更強(qiáng)D．S的逐級(jí)電離能中，I4和I5之間突變，I6和I7之間突變，且后者突變程度更大6．下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是A．p能級(jí)電子能量一定高于s能級(jí)電子能量B．同一原子處于激發(fā)態(tài)時(shí)的能量一定高于基態(tài)時(shí)的能量C．Fe3+的最外層電子排布式：3s23p63d5D．S電子云呈球形，有無(wú)數(shù)條對(duì)稱軸7．按照下列元素基態(tài)原子的電子排布特征判斷元素，并回答問題。A原子中只有一個(gè)能層且只含1個(gè)電子；B原子的2p軌道上得到2個(gè)電子后不能再容納外來(lái)電子；C原子價(jià)電子排布式為nsn-1npn+1；D的一種核素的質(zhì)量數(shù)為59，中子數(shù)為31。(1)A的原子軌道形狀為___________。(2)畫出B的原子結(jié)構(gòu)示意圖__________。(3)C的基態(tài)原子核外電子空間運(yùn)動(dòng)狀態(tài)有________種。(4)D2+的核外電子排布式是____________。8．現(xiàn)有六種元素，其中A、B、C、D為短周期主族元素E、F為第四周期元素，它們的原子序數(shù)依次增大。A元素原子的核外p電子數(shù)比s電子數(shù)少3B元素形成的物質(zhì)種類繁多，其形成的一種固體單質(zhì)工業(yè)上常用作切割工具C元素基態(tài)原子p軌道有3個(gè)未成對(duì)電子D原子核外所有p軌道全充滿或半充滿E在該周期中未成對(duì)電子數(shù)最多F能形成紅色(或磚紅色)的和黑色的FO兩種氧化物某同學(xué)根據(jù)上述信息，完成下列各題。(1)畫出A基態(tài)原子的核外電子軌道表示式：______。(2)B基態(tài)原子的核外電子軌道表示式為，該同學(xué)所畫的軌道表示式違背了______。(3)D基態(tài)原子中能量最高的電子，其電子云在空間有______個(gè)伸展方向，呈形______形。(4)寫出C原子的電子排布式：______；寫出E原子的簡(jiǎn)化電子排布式：______。(5)寫出F元素原子的價(jià)層電子排布式：______。答案解析1．C【詳解】A．3p2表示3p能級(jí)上填充了2個(gè)電子，A錯(cuò)誤；B．電子的能量高低，不僅與能級(jí)有關(guān)，還與能層有關(guān)，比如2p能級(jí)電子的能量就比3s能級(jí)電子能量低，B錯(cuò)誤；C．不同能層s軌道形狀均為球形，只是半徑不同，能層序數(shù)越大，s原子軌道半徑越大，C正確；D．同一能級(jí)上的電子能量是相同的，比如3s2能級(jí)上的2個(gè)電子能量相同，D錯(cuò)誤；故答案選C。2．B【詳解】A．鈉的焰色反應(yīng)是電子由激發(fā)態(tài)轉(zhuǎn)化成基態(tài)時(shí)釋放能量產(chǎn)生的，A錯(cuò)誤；B．原子軌道和電子云都是用來(lái)描述電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)而不是表示電子運(yùn)動(dòng)軌跡的，B正確；C．各能層的s電子云輪廓圖都是球形，而不是圓形，C錯(cuò)誤；D．同一原子中，2p、3p、4p能級(jí)的軌道數(shù)相等，都是3個(gè)，D錯(cuò)誤；答案選B。3．D【詳解】A．相同亞層(s、p、d、f)中所含軌道數(shù)相同，故A錯(cuò)誤；B．同一能級(jí)中不同軌道上填充的電子能量相同，因此E(2px)＝E(2py)＝E(2pz)，故B錯(cuò)誤；C．30號(hào)元素為銅元素，位于第三周期第IIB族，故C錯(cuò)誤；D．價(jià)電子排布式為4s24p3的元素最外層電子數(shù)為5，其電子層數(shù)為4，因此該元素位于第四周期VA族，是p區(qū)元素，故D正確；綜上所述，說(shuō)法正確的是D項(xiàng)，故答案為D。4．B【詳解】A．3p2表示3p能級(jí)有2個(gè)電子，分別在兩個(gè)不同軌道上，故A錯(cuò)誤；B．不是所有的共價(jià)鍵(σ鍵)都具有方向性，比如s?sσ鍵，故B正確；C．同一原子中，1s、2s、3s電子的能量逐漸增大，故C錯(cuò)誤；D．2p、3p、4p能級(jí)的軌道數(shù)相同，都為3個(gè)軌道，故D錯(cuò)誤。綜上所述，答案為B。5．D【詳解】A．硫磺屬于分子晶體，S2Cl2是分子晶體，故A錯(cuò)誤；B．S2Cl2與水反應(yīng)產(chǎn)生SO2，S2Cl2中S為sp3為極性分子，SO2中S為sp2雜化是極性分子，故B錯(cuò)誤；C．非金屬性更強(qiáng)，最高價(jià)含氧酸酸性更強(qiáng)，非金屬性Cl＞S，故C錯(cuò)誤；D．S的逐級(jí)電離能中，I4和I5之間突變，I6和I7之間突變，且后者突變程度更大，因?yàn)镮6和I7之間為能層之間的跨越，故D正確；故選D。6．A【詳解】A．同一層p能級(jí)電子能量高于s能級(jí)電子能量，例如2p＞2s，但2p＜3s，A項(xiàng)錯(cuò)誤；B．基態(tài)原子吸收能量變?yōu)榧ぐl(fā)態(tài)原子，所以激發(fā)態(tài)原子能量大于基態(tài)原子能量，B項(xiàng)正確；C．Fe是26號(hào)元素，其電子排布式為[Ar]3d64s2，失去3個(gè)電子形成Fe3+，則Fe3+的最外層電子排布式為：3s23p63d5，C項(xiàng)正確；D．S電子云呈球形，有無(wú)數(shù)條對(duì)稱軸，D項(xiàng)正確；答案選A。7．球形91s22s22p63s23p63d8或[Ar]3d8【詳解】(1)A為H元素，電子只填充1s軌道，原子軌道為球形；答案為球形。(2)B為O元素，原子序數(shù)為8，核內(nèi)8個(gè)質(zhì)子，核外8個(gè)電子，各電子層上電子依次為2，6，其原子結(jié)構(gòu)示意圖為；答案為。(3)C為S元素，原子序數(shù)為16，核外有16個(gè)電子，原子核外電子排布式為1s22s22p63s23p4，核外電子空間運(yùn)動(dòng)狀態(tài)由能層、能級(jí)、原子軌道決定，有1s軌道、2s軌道、3s軌道，2p、3p均有3個(gè)軌道，3p有3個(gè)軌道填充電子，故核外有9種不同空間運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的電子；答案為9。(4)D是28號(hào)元素，原子核外有28個(gè)電子，原子核外電子排布式為1s22s22p63s23p63d84s2，失去4s能級(jí)2個(gè)電子形成D2+，D2+的核外電子排布式是1s22s22p63s23p63d8或[Ar]3d8；答案為1s22s22p63s23p63d8或[Ar]3d8。8．洪特規(guī)則3啞鈴【詳解】(1)為元素，基態(tài)原子的電子排布式為，則核外電子軌道表示式為。故答案為：；(2)為元素，基態(tài)原子的核外電子排布式為，由洪特規(guī)則可知，電子排布在