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基础课时1　能层与能级　基态与激发态
学习目标　1.能说明微观粒子的运动状态与宏观物体运动特点的差异。2.通过认识原子的核外电子排布及电子的运动状态，理解能层与能级的关系，掌握核外电子运动状态的描述方法。3.能够辨识电子的激发和跃迁等知识与光谱的关系。
一、能层与能级
(一)知识梳理
1.构造原理的发展历程
(1)1869年，俄国化学家门捷列夫发现了元素周期律。
(2)1920年，丹麦科学家玻尔在氢原子模型基础上，提出构造原理，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。
(3)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。
2.能层
(1)划分依据
核外电子按能量不同分成能层。
(2)表示方法
电子的能层由内向外排序，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
(3)能层的能量高低关系
能层越高，电子的能量越高，能量的高低顺序为E(K)3.能级
(1)含义
在多电子的原子中，同一能层电子的能量也可能不同，将它们分成不同的能级。
(2)表示方法
①在每一能层中，能级符号的顺序是ns、np、nd、nf……(n为能层序数)。
②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。
(3)能层、能级与可容纳的最多电子数之间的关系
能层(n) 一 二 三 四 五 ……
符号 K L M N O ……
能级 1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s 4p 4d 4f 5s …… ……
最多容 纳电子 数 2 2 6 2 6 10 2 6 10 14 2 …… ……
2 8 18 32 …… ……
(4)能层中各能级的能量关系
①多电子原子中，同一能层各能级的能量顺序E(ns)②不同能层中英文字母相同的能级，能层序数越大，能量越高。如E(1s)(二)问题探究
问题1　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？
提示　s、p、d、f能级最多容纳的电子数依次为2、6、10、14 ；不管哪个能层d能级最多容纳的电子数均相同(均为10)。
问题2　第四能层最多可容纳多少个电子？它们分别容纳在几个能级中？
提示　第四能层最多容纳的电子数为2n2＝2×42＝32；电子分别容纳在4s、4p、4d、4f四个能级中。
问题3　在基态多电子原子中，p能级电子的能量一定高于s能级电子能量吗？为什么？
提示　不一定；同一能层中，p能级上电子能量一定比s能级上电子能量高，但能层较高的s能级上的电子能量可能比低能级的p能级上的电子能量高。
【探究归纳】
1.能层与能级关系
(1)对能层和能级的理解
若把能层看作大楼中的每一层楼，能级可看作楼层之间的楼梯(如图)。
(2)符号1s、2p、3d、4f中的1、2、3、4 为能层序数，s、p、d、f 为能级符号，能层序数＝该能层中能级类型数。
2.能级、能层与最多可容纳电子数之间的关系
(1)每一能层最多可容纳的电子数为2n2(n代表能层序数)。
(2)以s、p、d、f……排序的各能级最多可容纳的电子数依次为自然数中的奇数序列1、3、5、7……的2倍。
(3)不同能层的同种能级最多可容纳的电子数相等，如1s、2s、3s、4s……能级最多只能容纳2个电子。
1.下列各能层中包含f能级的是(　　)
A.N B.M
C.L D.K
答案　A
解析　从第四能层开始出现f能级，N为第四能层符号，因此A项正确。
2.下列说法正确的是(　　)
A.第三能层只有s、p两个能级
B.在基态多电子原子中，p轨道电子能量一定高于s轨道电子能量
C.第三能层最多容纳8个电子
D.无论哪一能层的s能级最多容纳的电子数均为2
答案　D
解析　第三能层有s、p、d三个能级，A错误；同一能层中的p轨道电子的能量一定比s轨道电子能量高，但能层较高的s轨道电子能量则比能层低的p轨道电子能量高，B错误；每个能层最多可容纳的电子数是2n2，第三能层最多容纳18个电子，C错误；s能级最多容纳的电子数为2，D正确。
3.下列有关叙述中正确的是(　　)
A.在同一能层不同能级上的电子，其能量肯定不同
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
答案　A
解析　在多电子原子中，同一能层不同能级上的电子具有的能量不同，A项正确；各能层的能级都是从s能级开始，但不都是至f能级结束，如L层只有2s、2p两个能级，M层只有3s、3p、3d三个能级，B项错误；各能层含有的能级数与能层序数相同，C项错误；各能层最多容纳电子数为2n2，D项错误。
二、基态与激发态　原子光谱
(一)知识梳理
1.基态原子与激发态原子
(1)基态原子
处于最低能量状态的原子。
(2)激发态原子
基态原子吸收能量，电子会跃迁到较高能级，变为激发态原子。
(3)基态、激发态相互间转化
2.原子光谱
(1)含义
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，总称原子光谱。
(2)成因及分类
(3)应用
光谱分析：在现代化学中，常利用原子光谱上的特征谱线来鉴定元素，称为光谱分析。光谱分析的依据是每一种元素都有自己的特征谱线。焰火、霓虹灯光、激光、荧光、LED灯光等都与原子核外电子跃迁释放能量有关。光(辐射)是电子跃迁释放能量的重要形式。
(二)问题探究
问题1　基态原子的核外电子通过吸收能量，核外电子跃迁至较高能级，那么电子的跃迁是化学变化吗？为什么？
提示　不是，原子中电子的跃迁是物理变化，而原子得失电子生成新物质是化学变化。
问题2　基态电子和激发态电子相互转化，不断地吸收和释放能量，这些能量是以什么形式表现出来的？
提示　是以光的形式表现出来的。
问题3　试分析焰色试验的原理是什么？焰色试验属于吸收光谱还是发射光谱？
提示　焰色试验的原理是核外基态电子吸收能量后变成为较高能级的激发态，然后跃迁至较低能级的激发态乃至基态时，以光的形式释放能量，属于发射光谱。
问题4　结合教材，分析原子吸收光谱和发射光谱有何区别？
提示　吸收光谱和发射光谱都是线谱，区别在于前者显示光谱中的黑色线条，而后者显示光谱中的彩色线条。
1.下列说法不正确的是(　　)
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高于处于基态时的能量
D.焰色试验中观察到的特殊焰色是金属原子中的电子从激发态跃迁到较低能量的激发态或基态时产生的光的颜色
答案　A
解析　焰色试验是物理变化，A 项错误；不同元素的特征谱线不同故可以利用光谱分析法来鉴定元素，B项正确；基态是原子能量最低的状态，基态原子吸收能量变为激发态原子，C项正确；焰色试验中观察到的特殊焰色是金属原子中的电子从激发态跃迁到较低能量的激发态或基态时产生的光的颜色。
2.下列说法正确的是(　　)
A.原子中的电子在跃迁时会发生能量的变化，能量的表现形式之一是光(辐射)，这也是原子光谱产生的原因
B.同一原子处于激发态时比处于基态时稳定
C.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
D.电子只有从激发态跃迁到基态时才会产生原子光谱
答案　A
解析　根据原子光谱的定义可判断A正确；原子处于基态时能量最低，更稳定，B错误；激发态原子的能量较高，容易跃迁到较低能量的激发态或基态(释放能量)，而不是容易失去电子，失去电子的难易程度需根据原子的具体结构而定，C错误；电子从激发态跃迁到基态时产生发射光谱，从基态跃迁到激发态时产生吸收光谱，D错误。
[拓展延伸]　霓虹灯发光原理：充有氖气的霓虹灯能发出红光，产生这一现象的原因是通电后在电场作用下，放电管里氖原子中的电子吸收能量后跃迁到能量较高的能级，但处在能量较高能级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能级，所发出的光的波长恰好位于可见光区域中的红色波段。
A级　合格过关练
选择题只有1个选项符合题意
(一)能层与能级
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
答案　D
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。
2.下列能级符号中，不正确的是(　　)
A.3f B.2s
C.3d D.2p
答案　A
解析　第三能层只有 s、p、 d 三种能级，不存在f能级，因此不存在能级符号3f，A 错误。
3.下列关于能层和能级的说法错误的是(　　)
A.每个能层中的能级数都等于该能层序数
B.原子核外每个能层容纳的电子数都是n(n表示能层序数)
C.d 能级最多能容纳10个电子
D.任一能层的能级总是从s能级开始
答案　B
解析　原子核外每个能层最多容纳电子数都是 2n2(n为能层序数)，B错误；任一能层的能级总是从s能级开始，D正确。
4.下列说法正确的是(　　)
A.同一原子中1s、2s、3s电子能量逐渐减小
B.同一原子中2p、3p、4p能级可容纳的最多电子数依次增多
C.能量高的电子在离核近的区域运动，能量低的电子在离核远的区域运动
D.各能层最多能容纳的电子数是2n2
答案　D
解析　同一原子中1s、2s、3s电子能量逐渐增大，故A错误；同一原子中，2p、3p、4p可容纳的最多电子数相等，都为6，故B错误；能量低的电子在离核近的区域运动，能量高的电子在离核远的区域运动，故C错误。
5.下列有关 M能层的说法正确的是(　　)
A.表示第二电子层
B.最多能容纳8个电子
C.表示第三电子层
D.至少含有 s、p、d、f四个能级
答案　C
解析　M能层表示第三电子层，含有 s、p、d三个能级，A、D项错误，C项正确；M能层最多能容纳 18 个电子，B错误。
6.(1)在同一个原子中，离核越近、n越小的能层能量____________；在同一电子层中，各能级的能量按s、p、d、f的次序依次____________；原子核外电子的每个能层最多可容纳的电子数为____________[用该能层序数(n)表示]。
(2)理论研究证明，多电子原子中，同一能层的电子，其能量也可能不同，据此还可以把它们分成不同能级。第四能层有____________个能级；它们分别为____________。
答案　(1)越低　递增　2n2
(2)4　4s、4p、4d、4f
(二)基态与激发态 原子光谱
7.下列现象与电子的跃迁没有直接关联的是(　　)
答案　D
解析　电子由较高能量的激发态跃迁到较低能量的激发态乃至基态时，主要以光的形式释放能量，通电后氢气发光、霓虹灯发光、燃放烟花等现象都是电子发生跃迁释放能量形成的，钠与水剧烈反应与电子的跃迁无关，故选D。
8.(2023·徐州丰县一中月考)对充有氖气的霓虹管发出红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外的光
C.氖原子获得电子后转变成发出红光的物质
D.通电后在电场作用下，氖原子与构成灯管的物质发生反应
答案　A
解析　通电后在电场作用下，放电管里氖原子中的电子吸收能量后跃迁到较高能级，但处在能量较高能级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能级，所发出的光的波长恰好位于可见光区域中的红色波段，从而产生红光，A 项正确。
9.下列说法不正确的是(　　)
A.霓虹灯光、LED 灯光与原子核外电子跃迁释放能量有关
B.焰色试验是利用元素的特征可见原子光谱鉴别某些元素的方法
C.许多元素是通过原子光谱发现的
D.原子中电子发生跃迁，是指电子从较低能量的能级到较高能量的能级
答案　D
解析　原子中的电子在跃迁时可以是从较低能量的能级到较高能量的能级，也可以是从较高能量的能级到较低能量的能级，D 错误。
10.回答下列问题：
(1)吸收光谱是____________的电子跃迁为____________的电子产生的，此过程中电子____________能量。
(2)发射光谱是____________的电子跃迁为____________的电子产生的，此过程中电子____________能量。
答案　(1)基态　激发态　吸收
(2)激发态　较低能量的激发态乃至基态　释放
B级　素养培优练
11.(2023·郑州高二检测)原子中的某一能层，最多能容纳的电子数目大于32，该能层可能会是(　　)
A.L能层 B.M能层
C.N能层 D.P能层
答案　D
解析　每一能层最多能容纳的电子数目为2n2，所以最多能容纳的电子数目大于32的能层，至少是第五能层。
12.同一原子的基态和激发态相比较，正确的是(　　)
A.基态时的能量比激发态时的高
B.基态时释放能量成为激发态
C.基态时的能量比激发态时的低
D.激发态时比较稳定
答案　C
解析　对同一原子来说，基态时比较稳定，基态时的能量比激发态时的低。
13.当碳原子的核外电子排布由 1s22s22p2转变为1s22s12p3时(能级符号右上角的数字代表该能级的电子数)，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
答案　A
解析　当碳原子的核外电子排布由 1s22s22p2转变为1s22s12p3时，电子由较低能级跃迁到较高能级，原子由基态变为激发态，应吸收能量，产生吸收光谱，故选 A。
14.(2023·湖南师大附中月考)科学研究证明：核外电子的能量不仅与电子所处的能层、能级有关，还与核外电子的数目及核电荷数有关。氩原子与硫离子的电子层结构相同。下列说法正确的是(　　)
A.两粒子最外层都达8电子稳定结构，化学性质相同
B.两粒子的电子发生跃迁时，产生的光谱不同
C.两粒子的1 s能级上电子的能量相同
D.两粒子的3p能级上的电子离核的距离相同
答案　B
解析　氩原子性质稳定，硫离子具有还原性，二者化学性质不同，A错误；电子的能量不同，则发生跃迁时，产生的光谱不同，B正确；虽然电子数相同，但核电荷数不同，所以两粒子的1s能级上电子的能量不同，C错误；两粒子的3p能级上的电子离核的距离不同，D错误。
15.下列有关能层和能级的叙述中正确的是(　　)
A.M层有s、p、d共3个能级，最多能容纳18个电子
B.3d能级最多能容纳5个电子，3f能级最多能容纳7个电子
C.无论哪一能层的s能级只能容纳的电子数为2
D.任一能层都有s、p能级，但不一定有d能级
答案　A
解析　A项，M层有s、p、d共3个能级，最多能容纳18个电子；B项，3d能级最多能容纳10个电子，从N层开始有f能级，f能级最多能容纳14个电子，不存在3f能级；C项，每个能层都从s能级开始，且s能级最多能容纳2个电子，最外层时也可容纳1个电子；D项，K层只有s能级，不含有p能级。
16.填空。
(1)用符号填写能层所含能级种类：
K层：____________；L层：____________；
M层：____________；N层：____________。
(2)用数字填写能级所能容纳最多电子数目：
s：____________；p：____________；
d：____________；f：____________。
(3)比较下列能级的能量高低(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<　<　<基础课时1　能层与能级　基态与激发态
学习目标　1.能说明微观粒子的运动状态与宏观物体运动特点的差异。2.通过认识原子的核外电子排布及电子的运动状态,理解能层与能级的关系,掌握核外电子运动状态的描述方法。3.能够辨识电子的激发和跃迁等知识与光谱的关系。
一、能层与能级
(一)知识梳理
1.构造原理的发展历程
(1)1869年,俄国化学家　　　　　　发现了元素周期律。
(2)1920年,丹麦科学家玻尔在氢原子模型基础上,提出　　　　　　,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。
(3)1936年,德国科学家马德隆发表了以　　　　　　事实为依据的完整的　　　　　　。
2.能层
(1)划分依据
核外电子按　　　　不同分成能层。
(2)表示方法
电子的能层由内向外排序,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 P Q
最多电子数 72 98
(3)能层的能量高低关系
能层越高,电子的能量越高,能量的高低顺序为
　　　　　　　　　　。
3.能级
(1)含义
在多电子的原子中,同一能层电子的　　　　也可能不同,将它们分成不同的能级。
(2)表示方法
①在每一能层中,能级符号的顺序是ns、　　　　、　　　　、nf……(n为能层序数)。
②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。
(3)能层、能级与可容纳的最多电子数之间的关系
能层(n) 一 二 三 四 五 ……
符号 K L M N O ……
能级 3s 3p 4s 4p 4d 5s …… ……
最多容 纳电子 数 2 2 6 6 10 2 14 2 …… ……
…… ……
(4)能层中各能级的能量关系
①多电子原子中,同一能层各能级的能量顺序
　　　　　　　　　　……。
②不同能层中英文字母相同的能级,能层序数越大,能量越高。如E(1s)　　　　　E(2s)　　　　　E(3s)　　　　　　E(4s),E(2p)　　　　　E(3p)　　　　　E(4p)。
(二)问题探究
问题1　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
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
问题2　第四能层最多可容纳多少个电子 它们分别容纳在几个能级中
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
问题3　在基态多电子原子中,p能级电子的能量一定高于s能级电子能量吗 为什么
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
【探究归纳】
1.能层与能级关系
(1)对能层和能级的理解
若把能层看作大楼中的每一层楼,能级可看作楼层之间的楼梯(如图)。
(2)符号1s、2p、3d、4f中的1、2、3、4 为能层序数,s、p、d、f 为能级符号,能层序数=该能层中能级类型数。
2.能级、能层与最多可容纳电子数之间的关系
(1)每一能层最多可容纳的电子数为2n2(n代表能层序数)。
(2)以s、p、d、f……排序的各能级最多可容纳的电子数依次为自然数中的奇数序列1、3、5、7……的2倍。
(3)不同能层的同种能级最多可容纳的电子数相等,如1s、2s、3s、4s……能级最多只能容纳2个电子。
　　　　　　　　　　　　　　　　
1.下列各能层中包含f能级的是 (　　)
A.N B.M C.L D.K
2.下列说法正确的是 (　　)
A.第三能层只有s、p两个能级
B.在基态多电子原子中,p轨道电子能量一定高于s轨道电子能量
C.第三能层最多容纳8个电子
D.无论哪一能层的s能级最多容纳的电子数均为2
3.下列有关叙述中正确的是 (　　)
A.在同一能层不同能级上的电子,其能量肯定不同
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
二、基态与激发态　原子光谱
(一)知识梳理
1.基态原子与激发态原子
(1)基态原子
处于　　　　　　状态的原子。
(2)激发态原子
基态原子　　　　　　能量,电子会跃迁到较高能级,变为激发态原子。
(3)基态、激发态相互间转化
2.原子光谱
(1)含义
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,总称原子光谱。
(2)成因及分类
(3)应用
光谱分析:在现代化学中,常利用原子光谱上的　　　　　　来鉴定元素,称为光谱分析。光谱分析的依据是每一种元素都有自己的特征谱线。焰火、霓虹灯光、激光、荧光、LED灯光等都与原子核外电子跃迁释放能量有关。光(辐射)是电子跃迁释放能量的重要形式。
(二)问题探究
问题1　基态原子的核外电子通过吸收能量,核外电子跃迁至较高能级,那么电子的跃迁是化学变化吗 为什么
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
问题2　基态电子和激发态电子相互转化,不断地吸收和释放能量,这些能量是以什么形式表现出来的
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
问题3　试分析焰色试验的原理是什么 焰色试验属于吸收光谱还是发射光谱
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
问题4　结合教材,分析原子吸收光谱和发射光谱有何区别
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　
1.下列说法不正确的是 (　　)
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高于处于基态时的能量
D.焰色试验中观察到的特殊焰色是金属原子中的电子从激发态跃迁到较低能量的激发态或基态时产生的光的颜色
2.下列说法正确的是 (　　)
A.原子中的电子在跃迁时会发生能量的变化,能量的表现形式之一是光(辐射),这也是原子光谱产生的原因
B.同一原子处于激发态时比处于基态时稳定
C.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
D.电子只有从激发态跃迁到基态时才会产生原子光谱
[拓展延伸]　霓虹灯发光原理:充有氖气的霓虹灯能发出红光,产生这一现象的原因是通电后在电场作用下,放电管里氖原子中的电子吸收能量后跃迁到能量较高的能级,但处在能量较高能级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能级,所发出的光的波长恰好位于可见光区域中的红色波段。
:课后完成　第一章　基础课时1(共45张PPT)
第一节　原子结构
基础课时 　能层与能级　基态与激发态
1
第一章
原子结构与性质
1.能说明微观粒子的运动状态与宏观物体运动特点的差异。
2.通过认识原子的核外电子排布及电子的运动状态，理解能层与能级的关系，掌握核外电子运动状态的描述方法。
3.能够辨识电子的激发和跃迁等知识与光谱的关系。
学习目标
一、能层与能级
二、基态与激发态　原子光谱
目
录
CONTENTS
课后巩固训练
一、能层与能级
对点训练
(一)知识梳理
1.构造原理的发展历程
(1)1869年，俄国化学家__________发现了元素周期律。
(2)1920年，丹麦科学家玻尔在氢原子模型基础上，提出__________，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。
(3)1936年，德国科学家马德隆发表了以__________事实为依据的完整的__________。
门捷列夫
构造原理
原子光谱
构造原理
2.能层
(1)划分依据
核外电子按______不同分成能层。
(2)表示方法
电子的能层由内向外排序，其序号、符号以及所能容纳的最多电子数如下：
能量
能层 一 二 三 四 五 六 七
符号 P Q
最多电子数 72 98
K
L
M
N
O
2
8
18
32
50
(3)能层的能量高低关系
能层越高，电子的能量越高，能量的高低顺序为______________________________________。
E(K)3.能级
(1)含义
在多电子的原子中，同一能层电子的______也可能不同，将它们分成不同的能级。
(2)表示方法
①在每一能层中，能级符号的顺序是ns、_____、____、nf……(n为能层序数)。
②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。
能量
np
nd
(3)能层、能级与可容纳的最多电子数之间的关系
能层(n) 一 二 三 四 五 ……
符号 K L M N O ……
能级 3s 3p 4s 4p 4d 5s …… ……
最多容 纳电子 数 2 2 6 6 10 2 14 2 …… ……
…… ……
1s
2s
2p
3d
4f
2
6
10
2
8
18
32
(4)能层中各能级的能量关系
①多电子原子中，同一能层各能级的能量顺序________________________……。
②不同能层中英文字母相同的能级，能层序数越大，能量越高。如E(1s)____ E(2s)____ E(3s)____ E(4s)，E(2p)____ E(3p)____ E(4p)。
E(ns)<
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(二)问题探究
问题1　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？
提示　s、p、d、f能级最多容纳的电子数依次为2、6、10、14 ；不管哪个能层d能级最多容纳的电子数均相同(均为10)。
问题2　第四能层最多可容纳多少个电子？它们分别容纳在几个能级中？
提示　第四能层最多容纳的电子数为2n2＝2×42＝32；电子分别容纳在4s、4p、4d、4f四个能级中。
问题3　在基态多电子原子中，p能级电子的能量一定高于s能级电子能量吗？为什么？
提示　不一定；同一能层中，p能级上电子能量一定比s能级上电子能量高，但能层较高的s能级上的电子能量可能比低能级的p能级上的电子能量高。
【探究归纳】
1.能层与能级关系
(1)对能层和能级的理解
若把能层看作大楼中的每一层楼，能级可看作楼层之间的楼梯(如图)。
(2)符号1s、2p、3d、4f中的1、2、3、4 为能层序数，s、p、d、f 为能级符号，能层序数＝该能层中能级类型数。
2.能级、能层与最多可容纳电子数之间的关系
(1)每一能层最多可容纳的电子数为2n2(n代表能层序数)。
(2)以s、p、d、f……排序的各能级最多可容纳的电子数依次为自然数中的奇数序列1、3、5、7……的2倍。
(3)不同能层的同种能级最多可容纳的电子数相等，如1s、2s、3s、4s……能级最多只能容纳2个电子。
1.下列各能层中包含f能级的是(　　)
A.N B.M
C.L D.K
解析　从第四能层开始出现f能级，N为第四能层符号，因此A项正确。
A
2.下列说法正确的是(　　)
A.第三能层只有s、p两个能级
B.在基态多电子原子中，p轨道电子能量一定高于s轨道电子能量
C.第三能层最多容纳8个电子
D.无论哪一能层的s能级最多容纳的电子数均为2
解析　第三能层有s、p、d三个能级，A错误；同一能层中的p轨道电子的能量一定比s轨道电子能量高，但能层较高的s轨道电子能量则比能层低的p轨道电子能量高，B错误；每个能层最多可容纳的电子数是2n2，第三能层最多容纳18个电子，C错误；s能级最多容纳的电子数为2，D正确。
D
3.下列有关叙述中正确的是(　　)
A.在同一能层不同能级上的电子，其能量肯定不同
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
解析　在多电子原子中，同一能层不同能级上的电子具有的能量不同，A项正确；各能层的能级都是从s能级开始，但不都是至f能级结束，如L层只有2s、2p两个能级，M层只有3s、3p、3d三个能级，B项错误；各能层含有的能级数与能层序数相同，C项错误；各能层最多容纳电子数为2n2，D项错误。
A
二、基态与激发态　原子光谱
对点训练
(一)知识梳理
1.基态原子与激发态原子
(1)基态原子
处于__________状态的原子。
(2)激发态原子
基态原子______能量，电子会跃迁到较高能级，变为激发态原子。
(3)基态、激发态相互间转化
最低能量
吸收
吸收
释放
2.原子光谱
(1)含义
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，总称原子光谱。
(2)成因及分类
(3)应用
光谱分析：在现代化学中，常利用原子光谱上的__________来鉴定元素，称为光谱分析。光谱分析的依据是每一种元素都有自己的特征谱线。焰火、霓虹灯光、激光、荧光、LED灯光等都与原子核外电子跃迁释放能量有关。光(辐射)是电子跃迁释放能量的重要形式。
特征谱线
(二)问题探究
问题1　基态原子的核外电子通过吸收能量，核外电子跃迁至较高能级，那么电子的跃迁是化学变化吗？为什么？
提示　不是，原子中电子的跃迁是物理变化，而原子得失电子生成新物质是化学变化。
问题2　基态电子和激发态电子相互转化，不断地吸收和释放能量，这些能量是以什么形式表现出来的？
提示　是以光的形式表现出来的。
问题3　试分析焰色试验的原理是什么？焰色试验属于吸收光谱还是发射光谱？
提示　焰色试验的原理是核外基态电子吸收能量后变成为较高能级的激发态，然后跃迁至较低能级的激发态乃至基态时，以光的形式释放能量，属于发射光谱。
问题4　结合教材，分析原子吸收光谱和发射光谱有何区别？
提示　吸收光谱和发射光谱都是线谱，区别在于前者显示光谱中的黑色线条，而后者显示光谱中的彩色线条。
1.下列说法不正确的是(　　)
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高于处于基态时的能量
D.焰色试验中观察到的特殊焰色是金属原子中的电子从激发态跃迁到较低能量的激发态或基态时产生的光的颜色
解析　焰色试验是物理变化，A 项错误；不同元素的特征谱线不同故可以利用光谱分析法来鉴定元素，B项正确；基态是原子能量最低的状态，基态原子吸收能量变为激发态原子，C项正确；焰色试验中观察到的特殊焰色是金属原子中的电子从激发态跃迁到较低能量的激发态或基态时产生的光的颜色。
A
2.下列说法正确的是(　　)
A.原子中的电子在跃迁时会发生能量的变化，能量的表现形式之一是光(辐射)，这也是原子光谱产生的原因
B.同一原子处于激发态时比处于基态时稳定
C.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
D.电子只有从激发态跃迁到基态时才会产生原子光谱
解析　根据原子光谱的定义可判断A正确；原子处于基态时能量最低，更稳定，B错误；激发态原子的能量较高，容易跃迁到较低能量的激发态或基态(释放能量)，而不是容易失去电子，失去电子的难易程度需根据原子的具体结构而定，C错误；电子从激发态跃迁到基态时产生发射光谱，从基态跃迁到激发态时产生吸收光谱，D错误。
A
[拓展延伸]　霓虹灯发光原理：充有氖气的霓虹灯能发出红光，产生这一现象的原因是通电后在电场作用下，放电管里氖原子中的电子吸收能量后跃迁到能量较高的能级，但处在能量较高能级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能级，所发出的光的波长恰好位于可见光区域中的红色波段。
课后巩固训练
A级　合格过关练
选择题只有1个选项符合题意
(一)能层与能级
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。
D
2.下列能级符号中，不正确的是(　　)
A.3f B.2s
C.3d D.2p
解析　第三能层只有 s、p、 d 三种能级，不存在f能级，因此不存在能级符号3f，A 错误。
A
3.下列关于能层和能级的说法错误的是(　　)
A.每个能层中的能级数都等于该能层序数
B.原子核外每个能层容纳的电子数都是n(n表示能层序数)
C.d 能级最多能容纳10个电子
D.任一能层的能级总是从s能级开始
解析　原子核外每个能层最多容纳电子数都是 2n2(n为能层序数)，B错误；任一能层的能级总是从s能级开始，D正确。
B
4.下列说法正确的是(　　)
A.同一原子中1s、2s、3s电子能量逐渐减小
B.同一原子中2p、3p、4p能级可容纳的最多电子数依次增多
C.能量高的电子在离核近的区域运动，能量低的电子在离核远的区域运动
D.各能层最多能容纳的电子数是2n2
解析　同一原子中1s、2s、3s电子能量逐渐增大，故A错误；同一原子中，2p、3p、4p可容纳的最多电子数相等，都为6，故B错误；能量低的电子在离核近的区域运动，能量高的电子在离核远的区域运动，故C错误。
D
5.下列有关 M能层的说法正确的是(　　)
A.表示第二电子层
B.最多能容纳8个电子
C.表示第三电子层
D.至少含有 s、p、d、f四个能级
解析　M能层表示第三电子层，含有 s、p、d三个能级，A、D项错误，C项正确；M能层最多能容纳 18 个电子，B错误。
C
6.(1)在同一个原子中，离核越近、n越小的能层能量____________；在同一电子层中，各能级的能量按s、p、d、f的次序依次____________；原子核外电子的每个能层最多可容纳的电子数为____________[用该能层序数(n)表示]。
(2)理论研究证明，多电子原子中，同一能层的电子，其能量也可能不同，据此还可以把它们分成不同能级。第四能层有____________个能级；它们分别为___________________。
越低
递增
2n2
4
4s、4p、4d、4f
(二)基态与激发态 原子光谱
7.下列现象与电子的跃迁没有直接关联的是(　　)
解析　电子由较高能量的激发态跃迁到较低能量的激发态乃至基态时，主要以光的形式释放能量，通电后氢气发光、霓虹灯发光、燃放烟花等现象都是电子发生跃迁释放能量形成的，钠与水剧烈反应与电子的跃迁无关，故选D。
D
8.(2023·徐州丰县一中月考)对充有氖气的霓虹管发出红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外的光
C.氖原子获得电子后转变成发出红光的物质
D.通电后在电场作用下，氖原子与构成灯管的物质发生反应
A
解析　通电后在电场作用下，放电管里氖原子中的电子吸收能量后跃迁到较高能级，但处在能量较高能级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能级，所发出的光的波长恰好位于可见光区域中的红色波段，从而产生红光，A 项正确。
9.下列说法不正确的是(　　)
A.霓虹灯光、LED 灯光与原子核外电子跃迁释放能量有关
B.焰色试验是利用元素的特征可见原子光谱鉴别某些元素的方法
C.许多元素是通过原子光谱发现的
D.原子中电子发生跃迁，是指电子从较低能量的能级到较高能量的能级
解析　原子中的电子在跃迁时可以是从较低能量的能级到较高能量的能级，也可以是从较高能量的能级到较低能量的能级，D 错误。
D
10.回答下列问题：
(1)吸收光谱是____________的电子跃迁为____________的电子产生的，此过程中电子____________能量。
(2)发射光谱是____________的电子跃迁为___________________________的电子产生的，此过程中电子____________能量。
基态
激发态
吸收
激发态
较低能量的激发态乃至基态
释放
B级　素养培优练
11.(2023·郑州高二检测)原子中的某一能层，最多能容纳的电子数目大于32，该能层可能会是(　　)
A.L能层 B.M能层
C.N能层 D.P能层
解析　每一能层最多能容纳的电子数目为2n2，所以最多能容纳的电子数目大于32的能层，至少是第五能层。
D
12.同一原子的基态和激发态相比较，正确的是(　　)
A.基态时的能量比激发态时的高
B.基态时释放能量成为激发态
C.基态时的能量比激发态时的低
D.激发态时比较稳定
解析　对同一原子来说，基态时比较稳定，基态时的能量比激发态时的低。
C
13.当碳原子的核外电子排布由 1s22s22p2转变为1s22s12p3时(能级符号右上角的数字代表该能级的电子数)，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　当碳原子的核外电子排布由 1s22s22p2转变为1s22s12p3时，电子由较低能级跃迁到较高能级，原子由基态变为激发态，应吸收能量，产生吸收光谱，故选 A。
A
14.(2023·湖南师大附中月考)科学研究证明：核外电子的能量不仅与电子所处的能层、能级有关，还与核外电子的数目及核电荷数有关。氩原子与硫离子的电子层结构相同。下列说法正确的是(　　)
A.两粒子最外层都达8电子稳定结构，化学性质相同
B.两粒子的电子发生跃迁时，产生的光谱不同
C.两粒子的1 s能级上电子的能量相同
D.两粒子的3p能级上的电子离核的距离相同
B
解析　氩原子性质稳定，硫离子具有还原性，二者化学性质不同，A错误；电子的能量不同，则发生跃迁时，产生的光谱不同，B正确；虽然电子数相同，但核电荷数不同，所以两粒子的1s能级上电子的能量不同，C错误；两粒子的3p能级上的电子离核的距离不同，D错误。
15.下列有关能层和能级的叙述中正确的是(　　)
A.M层有s、p、d共3个能级，最多能容纳18个电子
B.3d能级最多能容纳5个电子，3f能级最多能容纳7个电子
C.无论哪一能层的s能级只能容纳的电子数为2
D.任一能层都有s、p能级，但不一定有d能级
解析　A项，M层有s、p、d共3个能级，最多能容纳18个电子；B项，3d能级最多能容纳10个电子，从N层开始有f能级，f能级最多能容纳14个电子，不存在3f能级；C项，每个能层都从s能级开始，且s能级最多能容纳2个电子，最外层时也可容纳1个电子；D项，K层只有s能级，不含有p能级。
A
16.填空。
(1)用符号填写能层所含能级种类：
K层：______；L层：________；M层：___________；N层：______________。
(2)用数字填写能级所能容纳最多电子数目：
s：______；p：______；d：_____；f：______。
(3)比较下列能级的能量高低(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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