基态原子

第一节原子结构

第1课时能层与能级基态与激发态

[核心素养发展目标]1.通过认识原子结构与核外电子排布理解能层与能级的关系。2.通过核

外电子能量不同分析，理解激态与激发态的含义与关系。3.能辨识光谱与电子跃迁之间的关

系。

一、能层与能级

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。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)含义：根据核外电子的能量不同，将核外电子分为不同的能层(电子层)。

(2)序号及符号

能层序号一、二、三、四、五、六、七……分别用K、L、M、N、O、P、Q……表示，其中

每层所容纳的电子数最多为2n2个。

(3)能量关系

能层越高，电子的能量越高，能量的高低顺序为E(K)＜E(L)＜E(M)＜E(N)＜E(O)＜E(P)＜

E(Q)。

2．能级

(1)含义：根据多电子原子的同一能层的电子的能量也可能不同，将它们分为不同能级。

(2)表示方法：分别用相应能层的序数和字母s、p、d、f等表示，如n能层的能级按能量由低

到高的排列顺序为ns、np、nd、nf等。

3．能层、能级与最多容纳的电子数

能层

(n)

一二三四五六七……

符号

KLMNOPQ

……

能级

1s2s2p3s3p3d4s4p4d4f5s

……………………

最多

电子

数

22626102610142

……………………

281832

………………

2n2

由上表可知：

(1)能层序数等于该能层所包含的能级数，如第三能层有3个能级。

(2)s、p、d、f各能级可容纳的最多电子数分别为1、3、5、7的2倍。

(3)原子核外电子的每一能层最多可容纳的电子数是2n2(n为能层的序数)。

(1)2d表示L层上的d能级()

(2)同一原子中，1s、2s、3s电子的能量逐渐减小()

(3)各能层的能级都是从s能级开始至f能级结束()

(4)4s、4p、4d、4f能量的高低顺序为E(4s)＜E(4p)＜E(4d)＜E(4f)()

(5)3d、4d、5d能级所能容纳的最多电子数不相同()

答案(1)×(2)×(3)×(4)√(5)×

1．根据Be、N、Ne、Na、Mg五种元素的原子结构，回答下列问题：

(1)只有K层与L层的原子有________。

答案Be、N、Ne

(2)含有M层的原子有________。

答案Na、Mg

(3)最外层电子数相同的原子有________。

答案Be、Mg

(4)每一层电子数都符合2n2的有________。

答案Ne

2．若n＝3，以下能级符号错误的是()

A．npB．nfC．ndD．ns

答案B

3．下列能级符号表示正确且最多容纳的电子数按照从少到多的顺序排列的是()

A．1s、2p、3dB．1s、2s、3s

C．2s、2p、2dD．3p、3d、3f

答案A

二、基态与激发态原子光谱

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，它的电子会跃迁到较高能级，变成激发态原子。

(3)基态、激发态相互间转化的能量变化

基态原子

吸收能量

释放能量，主要形式为光

激发态原子

2.光谱

(1)光谱的成因及分类

(2)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。

(1)光(辐射)是电子跃迁释放能量的重要形式之一()

(2)霓虹灯光、激光、萤光都与原子核外电子跃迁吸收能量有关()

(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()

答案(1)√(2)×(3)√(4)×(5)√(6)×

1．回答下列问题：

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；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。

答案基态激发态吸收激发态基态释放

2．如图是锂、氦、汞原子的吸收光谱和发射光谱。其中图________是原子由基态转化为激发

态时的光谱，图________是原子由激发态转化为基态时的光谱。不同元素的原子光谱上的特

征谱线不同，请在图中将同种元素原子的吸收光谱和发射光谱连接起来。

答案①③⑤②④⑥如图所示

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

答案B

解析能层是电子层，对于同一能层里能量不同的电子，又将其分为不同的能级，故A错误；

每个能层最多可容纳的电子数是2n2，故B正确；同一能层里不同能级，能量按照s、p、d、

f的顺序升高，故C错误；不同能层中的s能级的能量不同，能层越大，s能级的能量越高，

例如：E(1s)

2．以下能级符号正确的是()

A．3fB．2d

C．4sD．2f

答案C

解析第三能层有3个能级(3s、3p、3d)，没有3f能级，故A错误；第二能层有2个能级(2s

和2p)，没有2d能级，故B错误；第四能层有4个能级(4s、4p、4d,4f)，故C正确；第二能

层有2个能级(2s和2p)，没有2f能级，故D错误。

3．第N能层所含能级数、最多容纳电子数分别为()

A．3、18B．4、24

C．5、32D．4、32

答案D

解析第N能层为第4层，含有的能级分别为s、p、d、f，最多可以容纳32个电子，D正

确。

4．下列现象和应用与电子跃迁无关的是()

A．激光B．焰色试验

C．燃烧放热D．霓虹灯

答案C

5．K层有________个能级，用符号表示为________；L层有________个能级，用符号分别表

示为__________；M层有________个能级，用符号分别表示为________。由此可推知n能层

最多可能有________个能级，能量最低的两个能级其符号分别表示为________。

答案11s22s、2p33s、3p、3dnns、np

6．(1)已知短周期元素A、B，A元素原子的最外层电子数为m，次外层电子数为n；B元素

原子的M层(有电子)电子数为m－n－1，L层电子数为m＋n＋2，则A为________(填元素符

号，下同)，B为________。

(2)已知X元素原子的L层比Y元素原子的L层少3个电子，Y元素原子的核外电子总数比

X元素原子的多5，则X、Y分别为________、________。

答案(1)CNa(2)NMg

解析(1)短周期元素的原子最多有三个能层(K、L、M)，则A元素原子的次外层只可能为K

层或L层，n只可能是2或8，又因为B元素原子的L层电子数为m＋n＋2，而L层最多容

纳8个电子，所以n只可能等于2。由m＋n＋2＝8，得m＝4。故A元素原子的核外电子排

布情况为K层2个电子，L层4个电子，则A为C；B元素原子的核外电子排布情况为K层

2个电子，L层8个电子，M层1个电子，则B为Na。(2)根据题意，Y元素原子的核外电子

总数比X元素原子的多5，而Y元素原子的L层电子只比X元素原子的多3个，故Y元素

原子的最外层不是L层，而是M层，根据核外电子排布规律可知，其L层为次外层时只能

排8个电子，则X元素原子的L层有5个电子，其原子核外电子数为2＋5＝7，故X为N；

Y元素原子核外电子数为7＋5＝12，故Y为Mg。