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第一章
第一节 原子结构
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第1课时：能层与能级
基态与激发态 原子光谱
原子
原子核
核外电子(-)
质子(+)
中子(不带电）
核电荷数(Z)= 核内质子数= 核外电子数
质量数(A) = 质子数(Z) + 中子数(N)
【回顾旧知】
回忆原子相关知识
基于实验证据建构和优化模型
科学家根据实验事实，经过分析和推理，提出原子结构模型；再根据新的实验事实对提出的原子结构模型进行修正，进而提出新的原子结构模型。依据一系列的实验事实，科学家对模型不断进行优化，直至形成更符合原型特点的模型
学法指导
19世纪初
道尔顿
近代原子学说
1913年
玻尔
氢原子模型
1920年
玻尔
构造原理
1869年
门捷列夫
元素周期律
马德龙
完整的构造原理
1936年
人类在认识自然的过程中，经历了无数的艰辛，正是因为有了无数的探索者，才使人类对事物的认识一步步地走向深入，也越来越接近事物的本质。随着现代科学技术的发展，我们现在所学习的科学理论，还会随着人类对客观事物的认识而不断地深入和发展
原子结构的探索历史
即从氢开始，随核电荷数递增，新增电子填入原子核外“壳层”的顺序，由此开启了用原子结构解释元素周期律的篇章。
5年后，玻尔的“壳层”落实为“能层”与“能级”，厘清了核外电子的可能状态，复杂的原子光谱得以诠释。
以原子光谱为事实依据
不同时期的原子结构模型
时间或年代
1803年
1904年
1911年
1913年
20世纪20年代中期
原子结构模型
模型
名称


相关科学家
道尔顿
葡萄干布丁模型
汤姆生
核式模型
卢瑟福
电子分层排布模型
玻尔
量子力学模型
实心球
原子模型
薛定谔
氢原子光谱与原子结构模型
化学史话
氢原子是最简单的原子。若在真空放电管中充入少量氢气，通过高压放电，能发出不同波长的光，利用三棱镜可观察到不连续的线状光谱。
1885年，瑞士的一位中学教师巴尔末(J.J.Balmer)在研究氢原子的可见光谱谱线时发现，氢原子的可见光谱谱线的波长符合一定规律，他将其归纳为一个数学公式。然而，当时谁也无法解释氢原子光谱谱线的特征。
研究原子结构的方法——原子光谱
玻尔原子模型
1922年诺贝尔物理学奖获得者
1920年，丹麦科学家玻尔在氢原子模型基础上，提出构造原理 ，即从氢开始，随核电荷数递增，新增电子填入原子核外“壳层”的顺序，由此开启了用原子结构解释元素周期律的篇章。
化学史话
1925年以后，玻尔的“壳层”落实为“能层”与“能级”，厘清了核外电子的可能状态，复杂的原子光谱得以诠释。1936年，德国科学家马德隆发表了以原子光谱事实为依据的完整的构造原理。
1.能层
（1）概念：
多电子原子的核外电子的能量是不同的，按电子的能量差异，可以将核外电子分成不同的能层。
电子层
能层
能层越高，电子的能量越高
一、能层与能级
核外电子总是尽量先排满能量最低、离核最近的电子层。然后才由里往外，依次排在能量较高电子层
失电子总是先失最外层电子
（2）表示方法及各能层最多容纳的电子数
能层
一
二
三
四
五
六
七
符号
K　?
L　?
M　?
N　?
O
P
Q
最多电子数
2=2×12
8=2×22　?
18=2×32
32=2×42　?
50=2×52
72=2×62
98=2×72
能层越高,电子的能量越高。
能量的高低顺序为E(K)①能量规律
②数量规律
每层容纳的电子数不超过2n2（n为能层序数）；
最外层电子数不超过8个（K层为最外层时不超过2个）；
次外层电子数不超过18个，倒数第三层不超过32个
一、能层与能级
多电子原子中，同一能层的电子，能量也可能不同。
还可以把一个能层分为不同能级。
能级符号按照s、p、d、f……排序
1.任一能层的能级总是从s开始。
2.能级符号前面用数字表示能层序数。
【例】：K层中只有1s能级，L层中有2s和2p能级
能级数=能层序数
一、能层与能级
2.能级
3.能级的符号和所能容纳的最多电子数
能层
一
二
三
四
五
K
L
M
N
O
能级
1s
2s
2p
3s
3p
3d
4s
4p
4d
4f
5s
5p
…
最多
电子数
2
2
6
2
6
10
2
6
10
14
2
6
…
①任一能层的能级总是从s能级开始，能级符号的顺序是ns、np、nd、nf......(n为能层序数)。能级数=能层序数。即第一能层只有1个能级(1s)，第二能层有2个能级(2s和2p)，依次类推。
②以s、p、d、f.....排序的每个能级最多可容纳的电子数依次为自然数1、3、5、7……的2倍。每一能层中最多容纳的电子数为2n2(n代表能层序数)。
③不同能层中符号相同的能级所容纳的最多电子数相同。
一、能层与能级
相同能层
ns＜np＜nd＜nf
符号相同的能级
1s ＜ 2s ＜ 3s ＜ 4s
不同能级
不同能层
2px=2py=2pz
能层或能级的能量关系
课本P7：思考与讨论
1.一个能层的能级与能层序数（n）间存在什么关系？一个能层最多可容纳的电子数与能层序数（n）间存在什么关系?
2.以s、p、d、f、为符号的能级分别最多可容纳多少电子？3d、4d、5d能级所能容纳的最多电子数是否相同？
3.第五能层最多可容纳多少电子？它们分别容纳在几个能级中？各能级最多容纳多少个电子？（注：高于f的能级不用符号表示。）
一个能层的能级序数与能层序数（n）相等。一个能层最多可容纳的电子数=2n2
s能级最多容纳2电子，p能级最多可容纳6个电子，d能级最多可容纳10个电子，f能级最多可容纳14个电子。3d、4d、5d能级所能容纳的最多电子数相同
第五能层最多可容纳50个电子，它们分别容纳在5个能级中，5s能级最多容纳2个电子，5p能级最多容纳6个电子，5d能级最多容纳10个电子，5f能级最多容纳14个电子，还有一个能级最多容纳18个电子。
②各能级(s、p、d、f ……)上所能容纳的电子数依次为1、3、 ???? 、7…… 的
2倍。( )
?
①原子核外电子按能量不同分为不同的能层，同一能层又按能量不同分为不同的能级。（ ）
√
③能层离核越近能量越低。（ )
④同一能层的电子能量一定相同。( )
×
⑤同一原子中，同一能层同一能级的电子能量一定相同。( )
⑥第 ???? 能层最多能容纳的电子数为 ???????????? ，所以钠原子的第三能层填有18个电子（ ）
?
课堂练习1:判断正误
√
√
×
√
课堂练习2:下列说法正确的是 ( )
A．原子核外的每个能层最多可容纳的电子数为n2
B．任一能层的能级总是从s能级开始，而且能级数等于该能层序数C．同是s能级，在不同的能层中最多容纳的电子数是不相同的
D．不同能层中含有的能级数相同
B
课堂练习3:下列能级符号书写错误的是( @45@ )。
A. ???????? B. ???????? C. ???????? D. ????????
?
B
与电子跃迁有关的现象
焰火
霓虹灯光
激光
荧光
LED灯光
身边的化学
基态原子
基态原子 能量，它的电子会跃迁到 能级，变成激发态原子
K
L
M
基态氢原子
处于 状态的原子
最低能量
激发态原子
K
L
M
激发态氢原子
能量
吸收
较高
二、基态与激发态、原子光谱
1.基态原子与激发态原子
吸收
能量
释放
能量
光
(主要形式)
基态原子
激发态原子
二、基态与激发态、原子光谱
2.基态原子与激发态原子相互转化的能量变化
基态原子
激发态原子
吸收能量，电子跃迁到较高能级
释放能量，电子从较高能量的激发态跃迁到较低能量的激发态乃至基态
光（辐射）是电子跃迁释放能量的重要形式之一
焰色试验
1.电子跃迁的能量变化与可见光现象
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)是电子跃迁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.金属元素的焰色的成因
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,其多余的能量以特定波长的光的形式释放出去，从而形成不同的焰色。
特别提醒：
①电子的跃迁是物理变化（未发生电子转移），而原子得失电子时发生的是化学变化。
②一般在能量相近的能级间发生电子跃迁。如1s22s22p2 表示基态碳原子，1s22s12p3为激发态碳原子（电子数不变）。
③激发态原子不稳定，易释放能量跃迁到较低能量的激发态或基态原子。
光（辐射）是电子跃迁释放能量的重要形式之一
不同元素原子的电子发生跃迁时会吸收或释放不同的光，可以用光谱仪摄取各种元素原子的吸收光谱或发射光谱，总称为原子光谱。
（1）概念：
基态原子
激发态原子
吸收能量
释放能量
形成吸收光谱
形成发射光谱
电子跃迁
二、基态与激发态、原子光谱
3.原子光谱
Li、He、Hg发射光谱
Li、He、Hg吸收光谱
特征:暗背景,亮线, 线状不连续
特征:亮背景，暗线，线状不连续
（2）发射光谱与吸收光谱对比
Li
He
Hg
Li
He
Hg
同一原子发射光谱中的亮线和吸收光谱中的暗线的位置对应相同
二、基态与激发态、原子光谱
3.原子光谱
（3）原子光谱的应用
①鉴定元素——每一种元素都有自己的特征谱线
光谱分析：利用原子光谱上的特征谱线鉴定元素。
②发现新元素
He 氦
二、基态与激发态、原子光谱
3.原子光谱
课堂练习4：判断正误：
（1）光（辐射）是电子跃迁释放能量的重要形式之一（ ）
（2）霓虹灯、激光、萤光都与原子核外电子跃迁吸收能量有光（ ）
（3）产生激光的前提是原子要处于激发态（ ）
（4）电子跃迁时只吸收能量（ ）
（5）同一原子处于激发态时的能量一定高于基态时的能量（ ）
（6）激发态原子的能量较高，极易失去电子，表现出较强的还原性（ ）
√
×
√
×
√
×
课堂练习5：下列说法不正确的是( @28@ )。
A.焰色试验是化学变化
B.在现代化学中，常利用光谱分析法来鉴定元素
C.同一原子处于激发态时的能量一定大于其处于基态时的能量
D.焰色试验中观察到的焰色是金属原子的电子从激发态跃迁到基态时产生
的光的颜色
A
课堂练习6：电子由3d能级跃迁至4p能级时，可通过光谱仪直接摄取(　　)
A．电子的运动轨迹图像 B．原子的吸收光谱
C．电子体积大小的图像 D．原子的发射光谱
B
一、 能层与能级
能层
K
L
M
N
O
能级
1s
2s
2p
3s
3p
3d
4s
4p
4d
4f
5s
5p
...
最多电子数
2
2
6
2
6
10
2
6
10
14
2
6
2
8
18
32
50
二、基态与激发态 原子光谱
基态原子
激发态原子
吸收能量
释放能量
发射光谱
吸收光谱
能量较高
能量最低
课堂小结
1.下列叙述正确的是（ ）
A. 能级就是电子层
B. 每个能层最多可容纳的电子数是2n2
C. 同一能层中的不同能级的能量高低相同
D. 不同能层中的s能级的能量高低相同
B
课堂练习
2.下列叙述正确的是（ ）
A．f 能级最多容纳的电子数是s能级最多容纳电子数的7倍
B．各能层的能级都是从s能级开始至f能级结束
C．各能层含有的能级数为 n+1
D．各能层含有的电子数为2n2
A
3.以下现象与核外电子的跃迁有关的是
①霓虹灯发出有色光　②棱镜分光　③激光器产生激光　④石油蒸馏　⑤凸透镜聚光　⑥燃放的焰火，在夜空中呈现五彩缤纷的礼花　
⑦日光灯通电发光　⑧冷却结晶 （ ）
A.①③⑥⑦ B.②④⑤⑧
C.①③⑤⑥⑦ D.①②③⑤⑥⑦
A
课堂练习
4.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。
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。
A
课堂练习
5. 用1~18号的元素符号填空。
（1） 基态原子 1s 能级未充满电子的元素是____。
?
（2） 基态原子第二能层只有3个电子的元素是____。
（3） 基态原子有且只有三个能级填充电子的元素是
________________________。
（4） 基态原子第三能层电子数最多的元素是_____。
B、C、N、O、F、Ne
H
B
Ar
课堂练习

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