1.1.1能級(jí)與能層基態(tài)與激發(fā)態(tài)課件高二下學(xué)期化學(xué)人教版選擇性必修2

第1課時(shí)

能級(jí)與能層

原子光譜第一章原子結(jié)構(gòu)與性質(zhì)第一節(jié)

原子結(jié)構(gòu)學(xué)習(xí)目標(biāo)1.通過(guò)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(guò)核外電子能量不同分析、理解基態(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。“原子”一詞源自古希臘語(yǔ)“ATOM”，是不可再分的意思。古希臘哲學(xué)家假想原子是世間萬(wàn)物最小的微粒。19世紀(jì)初，英國(guó)人道爾頓創(chuàng)立了近代原子學(xué)說(shuō)，假設(shè)原子是化學(xué)元素中的最小粒子，每一種元素有一種原子。20世紀(jì)初，人們終于認(rèn)識(shí)到原子不是最小的粒子，而且有復(fù)雜的結(jié)構(gòu)。對(duì)原子結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)為元素周期律找到了理論根據(jù)。原子的基本性質(zhì)，如原子半徑、電離能和電負(fù)性等都與原子結(jié)構(gòu)密切相關(guān)，因而也呈現(xiàn)周期性。原子的來(lái)源新課導(dǎo)入原子結(jié)構(gòu)模型的演變1.公元前5世紀(jì)，希臘哲學(xué)家德謨克利特等人認(rèn)為：萬(wàn)物是由大量的不可分割的微粒構(gòu)成的，即原子。2.道爾頓原子模型(1803年)：原子是堅(jiān)實(shí)的、不可再分的實(shí)心球。3.湯姆孫原子模型(1904年)

：原子是一個(gè)平均分布著正電荷的粒子，其中鑲嵌著許多電子，中和了正電荷，從而形成了中性原子。4.盧瑟福原子模型(1911年)

：原子中心有一個(gè)帶正電荷的核，它的質(zhì)量幾乎等于原子的全部質(zhì)量，電子在它的周?chē)刂煌能壍肋\(yùn)轉(zhuǎn)，就像行星環(huán)繞太陽(yáng)運(yùn)轉(zhuǎn)一樣。5.玻爾原子模型(1913年)電子在原子核外空間的一定軌道上繞核做高速圓周運(yùn)動(dòng)。又稱(chēng)分層模型：當(dāng)原子只有一個(gè)電子時(shí)，電子沿特定球形軌道運(yùn)轉(zhuǎn)；當(dāng)原子有多個(gè)電子時(shí)，它們將分布在多個(gè)球殼中繞核運(yùn)動(dòng)。不同的電子運(yùn)轉(zhuǎn)軌道是具有一定級(jí)差的穩(wěn)定軌道。6.電子云模型

（1927~1935年）：現(xiàn)代物質(zhì)結(jié)構(gòu)學(xué)說(shuō)。電子在原子核外很小的空間內(nèi)做高速運(yùn)動(dòng)，其運(yùn)動(dòng)規(guī)律與一般物體不同，沒(méi)有確定的軌道。如右圖所示氫原子電子云圖。原子原子核核外電子質(zhì)子中子→帶正電→不帶電→帶負(fù)電不帶電核電荷數(shù)=核內(nèi)質(zhì)子數(shù)=核外電子數(shù)質(zhì)量數(shù)=質(zhì)子數(shù)+中子數(shù)【思考與討論】核外電子是怎樣排布的？有啥規(guī)律呢？一、能層與能級(jí)1.能層（電子層）新知梳理(1)含義：在多電子的原子里核外電子的能量是不同的，根據(jù)核外電子的能量差異，將核外電子分成不同的能層。(2)能層的表示方法及各能層最多容納的電子數(shù)能層一二三四五六七符號(hào)K

L

M

N

OPQ最多電子數(shù)

2=2×128=2×2218=2×3232=2×4250=2×5272=2×6298=2×72電子的能層由內(nèi)向外排序，其序號(hào)、符號(hào)以及所能容納的最多電子數(shù)如下：①原子核外電子總是盡可能先排布在能量較低的電子層上，然后由內(nèi)向外依次排布在能量逐漸升高的電子層。(3)能量規(guī)律：①先排能量低的電子層，再排能量高的電子層，由里往外②每一層最多容納電子數(shù)：2n2個(gè)③最外層電子數(shù)不超過(guò)8個(gè)（K層為最外層時(shí)不超過(guò)2個(gè)）④次外層電子數(shù)不超過(guò)18個(gè)，倒數(shù)第三層不超過(guò)32個(gè)(4)核外電子的排布規(guī)律:（一低四不超）②能層越高，電子的能量越高，能量的高低順序?yàn)椋篍(K)＜E(L)＜E(M)＜E(N)＜E(O)＜E(P)＜E(Q)(1)含義：多電子原子中，同一能層的電子，能量也可能不同，所以，同一能層的電子，又被分成不同的能級(jí)，就好比能層是樓層，能級(jí)是樓梯的階級(jí)。2.能級(jí)（電子亞層）(2)能級(jí)的符號(hào)和所能容納的最多電子數(shù)能層KLMNO能級(jí)1s2s2p3s3p3d4s4p4d4f5s5p…最多電子數(shù)226261026101426…（同一個(gè)能層中電子的能量相同的電子亞層分別用字母s、p、d、f等表示）(3)能層與能級(jí)的組成以及能量的關(guān)系①任一能層的能級(jí)總是從s能級(jí)開(kāi)始，能級(jí)數(shù)=能層序數(shù)，即第一能層只有1個(gè)能級(jí)（1s），第二能層有2個(gè)能級(jí)（2s和2p），第三能層有3個(gè)能級(jí)（3s、3p和3d），依次類(lèi)推……②在每一個(gè)能層中，能級(jí)符號(hào)的順序是ns、np、nd、nf.....(n為能層序數(shù))。③能級(jí)的字母代號(hào)總是s、p、d、f....排序的，字母前的數(shù)字是它們所處的能層序數(shù)，它們可容納的最多電子數(shù)依次為自然數(shù)中的奇數(shù)序列1、3、5、7....的2倍。④英文字母相同的不同能級(jí)中所能容納的最多電子數(shù)相同。例如，1s、2s、3s、4s......能級(jí)最多都只能容納2個(gè)電子。⑤能層或能級(jí)的能量關(guān)系不同能層中，能級(jí)的能量高低是1s<2s<3s<4s……；2p<3p<4p…..在同一能層中，能級(jí)的能量高低是ns<np<nd<nf……1.一個(gè)能層的能級(jí)數(shù)與能層序數(shù)(n)間存在什么關(guān)系？一個(gè)能層最多可容納的電子數(shù)與能層序數(shù)(n)間存在什么關(guān)系？能級(jí)數(shù)=能層序數(shù)每個(gè)能層最多容納的電子數(shù)=2n22.以s、p、d、f為符號(hào)的能級(jí)分別最多可容納多少個(gè)電子？3d、4d、5d能級(jí)所能容納的最多電子數(shù)是否相同?【思考與討論】最多可容納的電子數(shù)為：s能級(jí)2個(gè)，p能級(jí)6個(gè)，d能級(jí)10個(gè)，f能級(jí)14個(gè)。3d、4d、5d能級(jí)可容納的最多電子數(shù)相同。3.第五能層最多可以容納多少個(gè)電子？分別容納在哪些能級(jí)中？各能級(jí)最多容納多少個(gè)電子？方法1：第五能層最多可以容納的電子數(shù)2n2＝2×52＝50方法2：分別容納在5s、5p、5d、5f、5g五個(gè)能級(jí)中各能級(jí)最多容納的電子數(shù)為：5s能級(jí)2×1=25p能級(jí)2×3=65d能級(jí)2×5=105f能級(jí)2×7=145g能級(jí)2×9=18總計(jì)50個(gè)電子，與前面能層的計(jì)算結(jié)果相同。節(jié)日里五顏六色的火焰是化學(xué)變化嗎？霓虹燈光、LED燈光呢？與今天所學(xué)的原子結(jié)構(gòu)有什么關(guān)系呢？都與原子核外電子躍遷釋放能量有關(guān)。二、基態(tài)與激發(fā)態(tài)原子光譜（一）基態(tài)與激發(fā)態(tài)1.基態(tài)原子：處于最低能量狀態(tài)的原子叫做基態(tài)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?yōu)榧ぐl(fā)態(tài)原子。3.基態(tài)原子與激發(fā)態(tài)原子的關(guān)系電子的躍遷是物理變化（未發(fā)生電子轉(zhuǎn)移），而原子得失電子時(shí)發(fā)生的是化學(xué)變化。光（輻射）是電子躍遷釋放能量的重要形式。(1)定義：不同元素原子的電子發(fā)生躍遷時(shí)會(huì)吸收或釋放不同的光，可以用光譜儀攝取各種元素原子的吸收光譜或發(fā)射光譜，總稱(chēng)原子光譜。(2)形成原因：(3)分類(lèi)：

特征：暗背景，

亮線，

線狀不連續(xù)特征：亮背景，

暗線，線狀不連續(xù)鋰、氦、汞的吸收光譜鋰、氦、汞的發(fā)射光譜（二）原子光譜與光譜分析1.原子光譜(1)定義：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(chēng)為光譜分析。光譜分析的依據(jù)是每一種元素都有自己的特征譜線。②化學(xué)研究中利用光譜分析檢測(cè)一些物質(zhì)的存在與含量等。(2)應(yīng)用①通過(guò)原子光譜發(fā)現(xiàn)許多元素。如：銫（1860年）和銣（1861年），其光譜中有特征的藍(lán)光和紅光。又如：1868年科學(xué)家們通過(guò)太陽(yáng)光譜的分析發(fā)現(xiàn)了稀有氣體氦。2.光譜分析【思考】金屬的焰色試驗(yàn)中，一些金屬元素呈現(xiàn)不同焰色的原因是什么?焰色反應(yīng)是電子躍遷的結(jié)果，焰色反應(yīng)發(fā)生的過(guò)程：③生產(chǎn)生活煙花霓虹燈【思考】每到夜幕降臨時(shí)，大街上的霓虹燈就會(huì)亮起來(lái)，產(chǎn)生五顏六色的光。你知道是什么原因嗎？霓虹燈內(nèi)充有稀薄的氖氣或其他稀有氣體，當(dāng)外電源電路接通后，變壓器輸出端就會(huì)產(chǎn)生幾千伏甚至幾萬(wàn)伏高壓，當(dāng)這一高壓加到霓虹燈管兩端電極上時(shí)，管內(nèi)帶電粒子（電子）就會(huì)發(fā)生躍遷，發(fā)出五顏六色的光?？茖W(xué)史話1814年，德國(guó)物理學(xué)家夫瑯禾費(fèi)(J.Fraunhofer,1787-

1826)發(fā)明了分光鏡并用來(lái)觀察太陽(yáng)光，發(fā)現(xiàn)在太陽(yáng)光譜中有570多條黑線(現(xiàn)知幾千條)，后人稱(chēng)之為夫瑯禾費(fèi)線。1859年，德國(guó)科學(xué)家本生(R.W.Bunsen,1811-1899)和基爾霍夫(G.R.Kirchhoff,1824-1887)發(fā)明了光譜儀，證實(shí)了夫瑯禾費(fèi)線實(shí)質(zhì)上是原子的吸收光譜，并一一找到對(duì)應(yīng)的元素。例如，被夫瑯禾費(fèi)標(biāo)記為D的雙線源自鈉(如圖1-6)，后人稱(chēng)為鈉雙線。然而，原子光譜為什么是離散的譜線而不是連續(xù)的呢？丹麥科學(xué)家玻爾破解了這個(gè)百年之謎。1913年，玻爾創(chuàng)造性地假設(shè)，被束縛在原子核外的電子的能量是量子化的，只能取一定數(shù)值，稱(chēng)為定態(tài)，而原子光譜的譜線是不同定態(tài)的電子發(fā)生躍遷產(chǎn)生的，因而是離散的而不是連續(xù)的譜線。1925年，德國(guó)科學(xué)家洪特解釋了復(fù)雜光譜，得出了過(guò)渡元素(包括鉻和銅等)的光譜學(xué)基態(tài)原子的電子排布，為構(gòu)造原理的確立奠定了基礎(chǔ)。離散的譜線課堂訓(xùn)練1.下列軌道含有軌道數(shù)目為3的是()A.1s B.2p C.3p D.4d3.第三電子層含有的軌道數(shù)為()A.3 B.5 C.7 D.92.3d軌道中最多容納電子數(shù)為()A.2 B.10 C.14 D.184.第三能層中能量最高的軌道是()A.3s B.3p C.3d D.3f3s、3p、3d1+3+5=9BCBDC5.下列說(shuō)法正確的是

()A.某微粒核外電子排布為2、8、8結(jié)構(gòu)，則該微粒一定是氬原子B.最外層達(dá)穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的微粒只能是稀有氣體的原子C.F-、Na+、Mg2+、Al3+是與Ne原子具有相同電子層結(jié)構(gòu)的離子D.NH4+與H3O+具有相同的質(zhì)子數(shù)和電子數(shù)CD6.下列現(xiàn)象與核外電子的躍遷有關(guān)的是()①霓虹燈發(fā)出有色光②棱鏡分光③激光器產(chǎn)生激光④石油蒸餾

⑤凸透鏡聚光⑥燃放的焰火，在夜空中呈現(xiàn)五彩繽紛的禮花⑦日光燈通電發(fā)光⑧冷卻結(jié)晶A.①③⑥⑦

B.②④⑤⑧C.①③⑤⑥⑦

D.①②③⑤⑥⑦A7.短周期元素W、X、Y和Z的原子序數(shù)依次增大。元素W是制備一種高效電池的重要材料，X原子的最外層電子數(shù)