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第一节 原子结构
第1课时 能层与能级、
基态与激发态、原子光谱 构造原理与电子排布式
第一章 原子结构与性质
学习目标
1.通过认识原子结构及核外电子排布，知道原子核外电子的能层、能级及电子排布规律，形成宏观辨识与微观探析的核心素养。
2.结合原子模型的演变过程，掌握原子核外电子排布的构造原理，能写出1~36号元素基态原子的电子排布式，形成证据推理与模型认知的核心素养。
3.知道电子的运动状态可通过原子轨道和电子云模型来描述，能说明微观粒子运动状态与宏观物体运动特点的差异。
原子是怎么产生的？
——原子的诞生
大爆炸后两小时，诞生了大量的H、少量的He及极少量的Li，然后经过长或短的发展过程，以上元素发生原子核的熔合反应，分期分批的合成了其它元素。
宇宙大爆炸
公元前400多年
原子
19世纪初
原子学说
发现电子
葡萄干布丁模型
行星模型
卢瑟福原子模型：原子是由居于原子中心的带正电的原子核和核外带负电的电子构成。原子核的质量几乎等于原子的全部质量，电子在原子核外空间绕核做高速运动。
α粒子散射实验
玻尔原子模型
氢原子光谱
人类认识原子的过程
汤姆生原子模型（1904年）：原子是一个球体，正电荷均匀分布在整个球体内，电子像面包里的葡萄干镶嵌其中
道尔顿原子模型：原子是坚实的、不可再分的实心球。
（1） 原子中的电子在具有确定半径的圆周轨道上绕原子核运动，并且不辐射能量；
（3）只有当电子从一个轨道（能量为Ei）跃迁到另一个轨道（能量为Ej）时，才会辐射或吸收能量。如果辐射或吸收的能量以光的形式表现出来并被记录，就形成了光谱。
（2）不同轨道上运动的电子具有不同能量，而且能量是不连续的，这称为能量“量子化” 。轨道能量依n值（1、2、3、·····）的增大而升高，n称为量子数。对氢原子而言，电子处在n=1的轨道时能量最低，称为基态，能量高于基态的状态，称为激发态；
尼尔斯·玻尔
玻尔核外电子分层排布的原子结构模型理论要点：
一.能层与能级
1.能层
②原子核外电子的排布规律
电子层数 一 二 三 四 五 六 七
符号 K L M N O P Q
每层最多容纳电子数 2 8 18 32 50 72 98
①含义：多电子原子核外电子的能量是不同的，核外电子按能量不同分成能层。
一.能层与能级
能量规律：能层越高，电子的能量越高。即：能层的高低顺序为E(K)＜E(L)＜E(M)＜E(N)＜E(O)＜E(P)＜E(Q)
1.能层
数量规律：每层容纳的电子数不超过2n2；最外层电子数不超过8(K层为最外层时，电子数不超过2)；次外层电子数不超过18；倒数第三层电子数不超过32。
2.能级
②能级的符号和所能容纳的最多电子数
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 …
①含义：多电子原子中，同一能层的电子，能量也可能不同，所以，同一能层的电子，又被分成不同的能级，就好比能层是楼层，能级是楼梯的阶级。
1.一个能层的能级数与能层序数(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？
思考与讨论
2.以s、p、d、f 为符号的能级分别最多可容纳多少个电子？ 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个电子？它们分别容纳在几个能级中？各能级最多容纳多少个电子？
归纳总结
①每一能层最多可容纳的电子数为2n2（n为能层序数）。
②在每一个能层中，能级符号的顺序是ns、np、nd、nf.....(n为能层序数)。
③任一能层的能级总是从s能级开始，能级数等于该能层序数，即第一能层只有1个能级(1s)，第二能层有2个能级(2s和2p)，第三能层有3个能级(3s、3p和3d)，依次类推。
④以s、p、d、f......排序的各能级可容纳的最多电子数依次为1、3、5、......的2倍。
⑤英文字母相同的不同能级中所能容纳的最多电子数相同。
例如，1s、2s、3s、4s......能级最多都只能容纳2个电子。
激光的产生
不同颜色绚丽的烟花
LED灯多彩的灯光的产生
霓虹灯发出五颜六色的光
身
边
的
化
学
二.基态与激发态 原子光谱
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）。
1.基态与激发态
原子
基态原子
激发态原子
吸收能量
释放能量
处于最低能量
处于较高能量
二.基态与激发态 原子光谱
原子
基态原子
激发态原子
吸收能量
释放能量
处于最低能量
处于较高能量
1.基态与激发态
③激发态原子不稳定，易释放能量变为基态原子。
④激发态原子释放能量变为基态原子时，其能量可转化为可见光。
①不同元素的原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的电子的吸收光谱或发射光谱，总称原子光谱。
②原子光谱的成因与分类
2.原子光谱
激发态能级
发射光谱
吸收光谱
E1
E0
E2
E3
En
基态能级
Li、He、Hg的发射光谱
吸收光谱
提示：激发态原子中的电子跃迁到低能级时，多余的能量以光的形式释放出来。
【思考讨论】
金属的焰色试验中，一些金属元素呈现不同焰色的原因是什么
三.构造原理与电子排布式
1. 离散的谱线
1814年，德国物理学家夫琅禾费( J. Fraunhofer, 1787-1826)发明了分光镜并用来观察太阳光，发现在太阳光谱中有570多条黑线(现知几千条)，后人称之为夫琅禾费线。1859年，德国科学家本生(R. w. Bunsen, 1811-1899 )和基尔霍夫(G. R. Kirchhoff ，1824-1887)发明了光谱仪，证实了夫琅禾费线实质上是原子的吸收光谱，并一一找到对应的元素。例如被夫琅禾费标记为D的双线源自钠(如图)，后人称为钠双线。然而，原子光谱为什么是离散的谱线而不是连续的呢 丹麦科学家玻尔破解了这个百年之谜。
三.构造原理与电子排布式
能级
7s
7p
6s
6p
6d
5s
5p
5d
5f
4s
4p
4d
4f
3s
3p
3d
2s
2p
1s
构造原理示意图
K
L
M
N
O
P
Q
能层
①填充顺序：根据构造原理，填充顺序是在能层的基础上，按能级能量由低到高依次填入相应能级，即按1s→2s→2p→……。
②能级交错：随着电荷数递增，电子并不总是填满一个能层后再填入下一个能层，而是按3p→4s→3d的顺序填充的。
③电子能量的高低
英文字母相同的能级中，能层序数越大，电子能量越高
如E1s＜E2p＜E3d＜E4f
电子能量高低比较
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电子能量由低到高的顺序，即Ens＜E(n-2)f＜E(n-1)d＜Enp
能层和能级都相同时，电子的能力相同
同一能层中，能级越高，电子能量越高。
即Ens＜Enp＜End＜Enf
相同能层
不同能级
相同能级
不同能层
3.电子排布式
①电子排布式是用数字在能级符号右上角标明该能级上排布的电子数的式子。如：Al原子电子排布式中各符号、数字的意义为
能级上的电子数
能层
能级
②写出下列原子或离子的电子排布式：
8O： ；
19K： ； 可简写为 ；
17Cl： ； 可简写为 ；
16S2－： 。
1s22s22p4
1s22s22p63s23p64s1
[Ar]4s1
1s22s22p63s23p5
[Ne]3s23p5
1s22s22p63s23p6
注意：为避免电子排布式过于繁琐，可以把内层电子达到稀有气体结构的部分，以相应稀有气体元素符号外加方括号来表示。
3.电子排布式
1.简单原子的电子排布式
① 按构造原理将电子依次填充到能量逐渐升高的能级。
②为避免电子排布式过于繁琐，可以把内层电子达到稀有气体结构的部分，以相应稀有气体元素符号外加方括号表示。
2.复杂电子的电子排布式
对于较复杂的电子排布式，应先按能量从低到高排列，然后将同一能层的电子移到一起。例如：26Fe：依次为1s22s22p63s24s23d6→1s22s22p63s23p63d64s2，简化为[Ar]3d64s2。
3.基态铬、铜的核外电子排布不符合构造原理
Cr、Cu基态原子的电子排布式分别为 、____________________。
1s22s22p63s23p63d54s1
1s22s22p63s23p63d104s1
归纳总结
小结
能层与能级、
基态与激发态、原子光谱 构造原理与电子排布式
能层与能级
基态与激发态
原子光谱
构造原理与电子排布式
基态原子
激发态原子
吸收能量
释放能量
能层越高，电子的能量越高
构造原理示意图
谢 谢

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