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第一章　原子结构与性质
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
一、能层与能级
1．诞生过程
2．能层
(1)能层的划分
核外电子按______不同分成能层。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
K
M
N
32
50
(2)电子的能量与能层的关系
能层越高，电子的能量______，能量的高低顺序为E(K)＜E(L)＜E(M)＜E(N)＜E(O)＜E(P)＜E(Q)。
越高
3．能级
(1)能级的划分
在多电子的原子中，同一能层的电子，能量也可能不同，不同能量的电子还被分成不同能级。
(2)能级的符号和所能容纳的最多电子数
2s
3p
4p
4d
6
6
10
6
10
(3)能级分布
①任一能层的能级总是从__能级开始，能级数等于该____________。
②第一能层只有1个能级(____)，第二能层有2个能级(____和____)，第三能层有3个能级(____、____和____)，依次类推。
s
能层序数
1s
2s
2p
3s
3p
3d
(4)能级表示
①能级的字母代号总是按_________________……排序的，字母前的数字是它们所处的____________，如3p表示____________________。
②各能级可容纳的最多电子数依次为自然数中的______序列1，3，5，7……的2倍。
(5)电子能量与能级的关系
多电子原子中，同一能层各能级的能量顺序为____________________
__________……
s、p、d、f
能层序数
第三能层p能级
奇数
E(ns)＜E(np)＜E(nd)
＜E(nf)
二、基态与激发态　原子光谱
1．基态与激发态
(1)概念
①处于____________状态的原子叫做基态原子。
②基态原子吸收能量，它的电子会跃迁到______能级，变为激发态原子。
最低能量
较高
(2)能量变化
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时，将______能量。光(辐射)是电子跃迁______能量的重要形式。
(3)生活中的电子跃迁现象
在日常生活中，许多可见光，如焰火、霓虹灯光、激光、荧光、LED灯光……都与原子核外电子跃迁____________有关。
释放
释放
释放能量
2．原子光谱
(1)光谱的形成
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______光谱或______光谱。
(2)光谱的分类
吸收
发射
(3)光谱的应用
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。
特征谱线
◆要点图解
能层与能级的关系
(1)能层与能级的关系就好比能层是楼层，能级是楼梯的阶级。
(2)各能层上的能级数目是不同的：能级数目＝能层序数。
◆易错警示
关于能层与能级的理解
(1)所有能层都有s能级，第二能层开始才有p能级，第三能层开始才有d能级，第四能层开始才有f能级。
(2)不同能层中，字母代号相同的能级最多容纳的电子数相同。例如，2p、3p、4p最多均容纳6个电子。
(3)原子核外电子的能量高低与能层、能级、核电荷数、核外电子数等因素有关。
◆名师点拨
各能层与能级容纳的电子数
(1)各能层最多容纳的电子数为2n2(n代表能层序数)。
(2)各能级最多容纳的电子数：
(3)第四能层(N)最多容纳32个电子，分布在4个能级，其中4s、4p、4d、4f能级最多容纳的电子数依次为2、6、10、14。
◆深度剖析
关于电子跃迁的理解
(1)电子跃迁是物理变化(未发生电子转移)。
(2)一般在能量相近的能级间发生电子跃迁，且电子总数不变。
(3)较高能量的激发态原子释放能量变为较低能量的激发态乃至基态原子时，其能量能够转化为可见光。
◆微辨析(对的画“√”，错的画“×”)
(1)各能层的能级都是从s能级开始到f能级结束(　　　)
(2)第n能层含有的能级数为n－1(n为能层序数)(　　　)
(3)同一原子中，2s、3s、4s最多容纳的电子数依次增多(　　　)
(4)同一原子处于激发态时能量一定高于其处于基态时能量(　　　)
×
×
×
√
探究一__能层与能级及其容纳的电子数
巴克拉和亨利·莫斯莱首次于X射线吸收研究的实验中发现能层，巴克拉把它们称为K、L和M等能层，这些字母后来被n值1、2、3等取代。由玻尔的理论发展而来的现代量子物理学认为原子核外电子的可能状态是不连续的，因此各状态对应能量也是不连续的，这些能量值就是能级。
[问题设计]
(1)基态氧原子核外包括哪些能层？电子占据哪些能级？L层上6个电子的能量都相同吗？
提示：K、L层；1s、2s、2p能级；L层上6个电子的能量不完全相同，2s能级上电子的能量相同，2p能级上电子的能量相同。
(2)基态铝原子核外有几种能量不同的电子？电子占据的最高能级符号是什么？
提示：5种；3p。
1．能层和能级的比较
2.各能层和能级中电子能量的高低
(1)能层或能级相同的能量关系
(2)不同能层中的不同能级能量高低顺序(能级交错，下一节学习)：
ns＜(n－2)f＜(n－1)d＜np。
【例1】 下列有关原子结构的说法不正确的是 (　　)
A.第五能层有5个能级，最多能容纳50个电子
B.同一原子中，不同能层均含有的能级是s能级
C.同一原子中，3d能级容纳的电子数一定为10个
D.能层和能级的划分均以电子的能量高低为依据
C
解析：
第五能层含有5个能级，最多能容纳的电子数为2×52＝50，A正确；同一原子中，由于K层只有s能级，故不同能层均含有的能级为s能级，B正确；3d能级最多可容纳10个电子，但实际容纳的电子数不一定为10个，C错误；根据核外电子的能量高低，将核外电子的运动空间分为不同能层，同一能层又分为不同能级，D正确。
1．下列关于能层和能级的说法正确的是 (　　)
A.原子核外各个能层最多可容纳的电子数为n2
B.同一原子中，1s、2s、3s电子云形状相同，大小也相同
C.同一原子中，2p、3p、4p能容纳的电子数逐渐增多
D.多电子原子中，同一能层各能级的能量顺序为E(ns)＜E(np)＜E(nd)＜E(nf)……
D
解析：
原子核外各个能层最多可容纳的电子数为2n2(n为能层序数)，A错误；不同能层的s轨道，形状相同，但大小不同，B错误；p能级上最多容纳的电子数均为6个，C错误；多电子原子中，同一能层各能级的能量按ns、np、nd、nf……的顺序逐渐增大，D正确。
探究二__基态和激发态与电子跃迁
2022年11月20日晚卡塔尔世界杯开幕式在海湾球场隆重举行，除了卡塔尔本土艺人带来充满海湾风情的表演外，闪耀海湾球场夜空的焰火表演震撼十足，五彩斑斓、流光溢彩，将开幕式现场气氛推向高潮。
[问题设计]
(1)焰火表演与电子跃迁有关，结合基态、激发态及电子跃迁分析其原理。
提示：基态原子吸收能量，电子跃迁到较高能级，变成激发态原子，再从较高能量的激发态跃迁到较低能量的激发态乃至基态时，释放能量，产生不同色彩的光。
(2)焰火表演利用了焰色试验的原理，产生的特殊焰色是金属原子的电子从基态跃迁到激发态时产生的吗？为什么？
提示：不是；电子从基态跃迁到激发态时吸收能量，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释放能量，焰色试验属于后者。
1．基态和激发态及电子跃迁
2．原子光谱及光谱分析
【例2】 激发态原子和基态原子可以通过电子跃迁的方式相互转换，跃迁过程中可得到光谱，下列说法正确的是 (　　)
D
A.元素K的焰色试验呈紫色，其中紫色对应的辐射波长约为700 nm
B.以上实验装置测得的是氢元素的吸收光谱
C.电子仅从激发态跃迁到基态时才会产生原子光谱
D.原子光谱可以用于定性鉴定元素
解析：
元素K的焰色试验呈紫色，紫色对应的波长介于380～420 nm，A错误；该实验装置测得的是氢元素的发射光谱，B错误；原子光谱有吸收光谱和发射光谱两种，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产生的原子光谱属于发射光谱，C错误；原子光谱可以用于定性鉴定元素，D正确。
2．下列现象与电子跃迁无关的是 (　　)
D
解析：
平面镜成像是光线反射的结果，与电子跃迁无关。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时，将释放能量，光(辐射)是电子跃迁释放能量的重要形式，节日燃放的焰火、舞台表演时的灯光、城市的霓虹灯光是原子的发射光谱，与原子核外电子发生跃迁有关。
1．下列能层中不含d能级的是 (　　)
A.L能层 B.M能层
C.N能层 D.P能层
A　
解析：
L能层包含的能级为2s和2p能级，不包含d能级，A符合题意；M能层包含的能级为3s、3p和3d能级，B不符合题意；N能层包含的能级为4s、4p、4d和4f能级，C不符合题意；P能层是第六能层，所含能级较复杂，但肯定含6d能级，D不符合题意。
2．在某基态多电子原子中，下列说法正确的是 (　　)
A.不可能有2个能量完全相同的电子
B.激发态原子释放能量一定变成基态原子
C.K层上的电子能量比L层上的电子能量低
D.若3p能级上只有2个电子，其能量不相同
C　
解析：
基态多电子原子中，处于同一能级的电子的能量相同，如3p能级上的电子，其能量相同，A、D错误；激发态原子释放能量，可能变成较低能量的激发态原子，也可能变成基态原子，B错误；同一原子中，K层上电子离核比L层上电子近，故K层上电子的能量更低，C正确。
3．下列叙述正确的是 (　　)
A.同一原子中，1s、2s、3s电子的能量逐渐升高
B.每一个电子层中都含有s、p、d、f能级
C.同一基态原子中，np能级排布的电子数一定比ns能级多
D.第四能层有4个能级，最多容纳36个电子
A　
解析：
同一原子中，1s、2s、3s能级离核越来越远，排布电子的能量逐渐升高，A正确；每一电子层中都含有s能级，但不一定含有p、d、f能级，如K层只有1s能级，L层含有2s、2p能级，B错误；同一基态原子中，np能级排布的电子数不一定比ns能级多，如基态钠原子3s能级有1个电子，3p能级不含电子，C错误；第四能层有4个能级，包括4s、4p、4d、4f，最多容纳电子数分别为2、6、10、14个，故最多容纳的电子数为32，D错误。
4．下列关于原子结构的说法不正确的是 (　　)
A.原子光谱上的特征谱线可用于元素鉴定
B.核外电子的能量高低主要是由能层和能级决定的
C.日常生活中的焰火、LED灯光都与原子核外电子跃迁释放能量有关
D.处于最低能量的原子叫做基态原子，Mg的3s能级电子跃迁到3p能级过程中形成发射光谱
D　
解析：
不同元素原子的吸收光谱或发射光谱不同，常利用原子光谱上的特征谱线来鉴定元素，A正确；核外电子的能量高低主要是由能层和能级决定的，能层序数越大，电子的能量越高，同一能层，不同能级电子的能量也不同，B正确；Mg的3s能级电子跃迁到3p能级过程中吸收能量，形成吸收光谱，D错误。
5．下列说法不正确的是 (　　)
A.d能级最多能容纳10个电子
B.原子核外每个能层最多容纳的电子数都是n2(n表示能层序数)
C.电子处于能量越高的能层上，距离原子核的平均距离就越远，也越容易被电离
D.原子发射光谱中每条谱线均对应电子从较高能级跃迁到较低能级时放出的能量
B　
解析：
s、p、d、f能级最多容纳的电子数依次为2、6、10、14，A正确；原子核外每个能层最多容纳的电子数都是2n2(n为能层序数)，B错误；电子处于能量越高的能层上，距离原子核的平均距离就越远，受原子核的束缚越小，也越容易被电离，C正确；电子由较高能级跃迁到较低能级时放出能量，原子发射光谱中每条谱线均对应电子从较高能级跃迁到较低能级时放出的能量，D正确。

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