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高中化学人教版 (2019)选择性必修2第一节 原子结构第1课时教案设计
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这是一份高中化学人教版 (2019)选择性必修2第一节 原子结构第1课时教案设计，共7页。教案主要包含了能层与能级，基态与激发态 原子光谱，构造原理与电子排布式等内容，欢迎下载使用。
第一章 第一节 原子结构
第1课时 能层与能级 构造原理与电子排布式
一、能层与能级
1．能层
(1)核外电子按能量不同分成能层并用符号K、L、M、N、O、P、Q…表示。
(2)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)定义：根据多电子原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
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与能层的序数(n)间存在的关系是2n2。
微点拨：(1)不同能层之间，符号相同的能级的能量随着能层数的递增而增大。
(2)在相同能层各能级能量由低到高的顺序是ns
(3)不同能层中同一能级，能层数越大，能量越高。例如：1s<2s<3s<4s……
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，电子会跃迁到较高能级，变为激发态原子。
(3)基态、激发态相互间转化的能量变化
基态原子eq \(,\s\up21(吸收能量),\s\d15(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。
微点拨：(1)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；反之，将吸收能量。光(辐射)是电子释放能量的重要形式之一。
(2)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。
(3)一般在能量相近的能级间发生电子跃迁。
三、构造原理与电子排布式
1．构造原理
随着原子核电荷数的递增，绝大多数元素的原子核外电子排布遵循下列顺序：
即电子所排的能级顺序：1s、2s、2p、3s、3p、4s、3d、4p、5s、4d、5p、6s、4f、5d、6p、7s……。
2．电子排布式
(1)电子排布式中能级符号右上角的数字表示该能级的电子数。如：Al原子电子排布式中各符号、数字的意义为
(2)写出下列原子或离子的电子排布式：
①8O：1s22s22p4；
②19K：1s22s22p63s23p64s1；可简写为[Ar]4s1；
③17Cl：1s22s22p63s23p5；可简写为[Ne]3s23p5；
④16S2－：1s22s22p63s23p6。
1．判断正误(对的在括号内打“√”，错的在括号内打“×”。)
(1)能层就是电子层(√)
(2)不同能层，s能级的能量相同(×)
(3)s能级的能量一定比p能级的能量低(×)
(4)各能级最多可容纳的电子数按s、p、d、f…的顺序依次为1、3、5、7…的2倍(√)
2．下列能层不包含d能级的是( )
A．O能层 B．N能层
C．M能层 D．K能层
D [多电子的原子中，同一能层的电子可分为不同的能级，K能层只有s能级，L层有s、p能级，从M能层开始有d能级。]
3．请根据构造原理，写出下列原子的电子排布式：
(1)16S_________________________________________________________。
(2)10Ne_________________________________________________________。
(3)20Ca_________________________________________________________。
(4)26Fe_________________________________________________________。
(5)29Cu_________________________________________________________。
(6)11Na_________________________________________________________。
[解析] 根据原子核外电子的排布规律和构造原理书写原子的电子排布式，应注意从3d能级开始出现“能级交错”现象。
[答案] (1)1s22s22p63s23p4 (2)1s22s22p6
(3)1s22s22p63s23p64s2 (4)1s22s22p63s23p63d64s2
(5)1s22s22p63s23p63d104s1 (6)1s22s22p63s1
查阅元素周期表可知Cr的电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s1，Cu的电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s1。
(1)分析Cr、Cu的电子排布式，思考电子排布式的书写顺序与核外电子填充顺序一定相同吗？
提示：不一定相同，电子排布式的书写按电子层由里到外和s、p、d顺序，而核外电子填充顺序是按构造原理。过渡元素电子排布式的书写与电子填充顺序不一致。
(2)所有元素的原子核外电子排布都符合构造原理吗？
提示：1～36号元素中，只有Cr、Cu两种元素基态原子的电子填充顺序与构造原理不符合。
(3)元素周期表中钠的电子排布式写成[Ne]3s1，方括号里的符号是什么意义？模仿写出8号、14号、26号元素简化的电子排布式。
提示：方括号里符号的意义是稀有气体元素原子的结构，表示该元素前一周期的稀有气体元素原子的电子排布结构；O：[He]2s22p4；Si：[Ne]3s23p2；Fe：[Ar]3d64s2。
1．基态原子的核外电子排布
(1)绝大多数元素的原子核外电子的排布顺序遵循构造原理。
(2)“能级交错”现象：当出现d轨道时，电子按ns、(n－1)d、np的顺序在原子轨道上排布；当出现f轨道时，电子按ns、(n－2)f、(n－1)d、np的顺序在原子轨道上排布。从第三能层开始，各能级不完全遵循能层顺序，产生了能级交错排列，即产生“能级交错”现象。
2．电子排布式书写
(1)“三步法”书写电子排布式
构造原理是书写基态原子电子排布式的依据。
第一步：按照构造原理写出电子填入能级的顺序，1s→2s→2p→3s→3p→4s→3d→4p→5s→4d→5p→6s……
第二步：根据各能级容纳的电子数填充电子。
第三步：去掉空能级，并按照能层顺序排列即可得到电子排布式。
(2)简化的电子排布式
将电子排布式中的内层电子排布用相应的稀有气体元素符号加方括号来表示而得到的式子称为简化的电子排布式。如氮、钠、钙的简化电子排布式分别为[He]2s22p3、[Ne]3s1、[Ar]4s2。
(3)特例：Cr：[Ar]3d54s1、Cu：[Ar]3d104s1。
3．离子的电子排布式书写
基态原子转化为相应离子时的一般规律：原子失去电子时总是先失去最外层电子，然后失去次外层电子，之后是倒数第三层电子……对于主族元素的原子来说，一般只失去最外层电子，而过渡元素的原子可能还会进一步失去内层电子；原子得到电子时，一般总是填充到最外能层未填满的能级上。如Fe位于第四周期第Ⅷ族，其原子的核外电子排布式为[Ar]3d64s2，Fe2＋的核外电子排布式为[Ar]3d6，Fe3＋的核外电子排布式为[Ar]3d5。
1．构造原理揭示的电子排布能级顺序，实质是各能级能量高低。若以E(nl)表示某能级的能量，以下各式中正确的是( )
A．E(5s)>E(4f)>E(4s)>E(3d)
B．E(3d)>E(4s)>E(3p)>E(3s)
C．E(4s)
D．E(5s)>E(4s)>E(4f)>E(3d)
B [根据构造原理，各能级能量由低到高的顺序为1s、2s、2p、3s、3p、4s、3d、4p、5s……，A项和D项正确顺序为E(4f)>E(5s)>E(3d)>E(4s)；对于不同能层的相同能级，能层序数越大，能量越高，所以C项错误。]
2．下列原子或离子的核外电子排布式，正确的是( )
A．16S2－：1s22s22p63s23p4
B．21Sc：1s22s22p63s23p64s23d1
C．18Ar：1s22s22p63s23p6
D．9F：2s22p5
C [S2－的原子核外共有18个电子，其核外电子排布式为1s22s22p63s23p6，选项A是S原子的核外电子排布式，故A错误；书写电子排布式时，能层低的能级要写在左边，能层高的能级要写在右边，因此21Sc原子的核外电子排布式应为1s22s22p63s23p63d14s2，故B错误；选项D是F的最外层电子(价电子)排布式，不符合题意。]
[规律方法]
书写电子排布式的关键是熟悉构造原理，各能级能量由低到高可记为ns<n－2f<n－1d
1．第N能层所含能级数、最多容纳的电子数分别为( )
A．3、18 B．4、24
C．5、32D．4、32
D [每一能层包含的能级数目等于该能层的序数，故第四能层包含s、p、d、f四个能级；每一能层所容纳的最多电子数为2n2，故第四能层所容纳的最多电子数为2×42＝32个。]
2．电子在一个原子的下列能级中排布时，最后一个排布的是( )
A．nsB．np
C．(n－1)dD．(n－2)f
B [根据原子中上述能级的能量高低顺序：ns<(n－2)f<(n－1)d
3．对充有氖气的霓虹灯管通电，灯管发出红色光。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以外的光线
C．氖原子获得电子后转变成发出红光的物质
D．在电流的作用下，氖原子与构成灯管的物质发生反应
A [解答该题的关键是明确基态原子与激发态原子的相互转化及其转化过程中的能量变化及现象。在电流作用下，基态氖原子的电子吸收能量跃迁到较高能级，变为激发态原子，这一过程要吸收能量，不会发出红色光；而电子从较高能量的激发态跃迁到较低能量的激发态或基态时，将释放能量，从而产生红光，故A项正确。]
4．下列电子排布式是基态原子的电子排布式的是( )
①Be：1s22s12p1 ②O：1s22s22p4 ③He：1s12s1 ④Cl：1s22s22p63s23p5
A．①②B．②③
C．①③D．②④
D [①Be：1s22s12p1是激发态，2s能量低于2p，故错误；②O：1s22s22p4符合能量最低原理，故正确；③He：1s12s1是激发态，1s能量低于2s，故错误；④Cl：1s22s22p63s23p5符合能量最低原理，故正确。]
5．根据构造原理写出下列基态原子或离子的核外电子排布式。
(1)A元素原子核外M层电子数是L层电子数的一半：______。
(2)B元素原子的最外层电子数是次外层电子数的1.5倍：____。
(3)基态Ni2＋、Fe3＋、N3－的电子排布式分别为______________、______________、______________。
[解析] (1) L层有8个电子，则M层有4个电子，故A为硅。(2)当次外层为K层时，最外层电子数则为3，则B为硼；当次外层为L层时，最外层电子数为1.5×8＝12，违背了排布规律，故不可能。(3)Ni的原子序数为28，根据构造原理，基态Ni原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d84s2，故Ni2＋的电子排布式为1s22s22p63s23p63d8；基态Fe原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2，故Fe3＋的电子排布式为1s22s22p63s23p63d5；氮原子序数为7，基态氮原子的电子排布式为1s22s22p3，故N3－的电子排布式为1s22s22p6。
[答案] (1) 1s22s22p63s23p2 (2) 1s22s22p1(3)[Ar]3d8 [Ar]3d5 1s22s22p6发 展 目 标
体 系 构 建
1.通过认识原子结构与核外电子的排布，理解能层与能级的关系，理解核外电子的排布规律。
2.理解基态与激发态的含义与关系，能辨识光谱与电子跃迁之间的关系。
3.结合构造原理形成核外电子排布式书写的思维模型，并能根据思维模型熟练书写1～36号元素的电子排布式。
构造原理与电子排布式
第一章 第一节 原子结构
第1课时 能层与能级 构造原理与电子排布式
一、能层与能级
1．能层
(1)核外电子按能量不同分成能层并用符号K、L、M、N、O、P、Q…表示。
(2)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)定义：根据多电子原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
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与能层的序数(n)间存在的关系是2n2。
微点拨：(1)不同能层之间，符号相同的能级的能量随着能层数的递增而增大。
(2)在相同能层各能级能量由低到高的顺序是ns
(3)不同能层中同一能级，能层数越大，能量越高。例如：1s<2s<3s<4s……
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，电子会跃迁到较高能级，变为激发态原子。
(3)基态、激发态相互间转化的能量变化
基态原子eq \(,\s\up21(吸收能量),\s\d15(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。
微点拨：(1)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；反之，将吸收能量。光(辐射)是电子释放能量的重要形式之一。
(2)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。
(3)一般在能量相近的能级间发生电子跃迁。
三、构造原理与电子排布式
1．构造原理
随着原子核电荷数的递增，绝大多数元素的原子核外电子排布遵循下列顺序：
即电子所排的能级顺序：1s、2s、2p、3s、3p、4s、3d、4p、5s、4d、5p、6s、4f、5d、6p、7s……。
2．电子排布式
(1)电子排布式中能级符号右上角的数字表示该能级的电子数。如：Al原子电子排布式中各符号、数字的意义为
(2)写出下列原子或离子的电子排布式：
①8O：1s22s22p4；
②19K：1s22s22p63s23p64s1；可简写为[Ar]4s1；
③17Cl：1s22s22p63s23p5；可简写为[Ne]3s23p5；
④16S2－：1s22s22p63s23p6。
1．判断正误(对的在括号内打“√”，错的在括号内打“×”。)
(1)能层就是电子层(√)
(2)不同能层，s能级的能量相同(×)
(3)s能级的能量一定比p能级的能量低(×)
(4)各能级最多可容纳的电子数按s、p、d、f…的顺序依次为1、3、5、7…的2倍(√)
2．下列能层不包含d能级的是( )
A．O能层 B．N能层
C．M能层 D．K能层
D [多电子的原子中，同一能层的电子可分为不同的能级，K能层只有s能级，L层有s、p能级，从M能层开始有d能级。]
3．请根据构造原理，写出下列原子的电子排布式：
(1)16S_________________________________________________________。
(2)10Ne_________________________________________________________。
(3)20Ca_________________________________________________________。
(4)26Fe_________________________________________________________。
(5)29Cu_________________________________________________________。
(6)11Na_________________________________________________________。
[解析] 根据原子核外电子的排布规律和构造原理书写原子的电子排布式，应注意从3d能级开始出现“能级交错”现象。
[答案] (1)1s22s22p63s23p4 (2)1s22s22p6
(3)1s22s22p63s23p64s2 (4)1s22s22p63s23p63d64s2
(5)1s22s22p63s23p63d104s1 (6)1s22s22p63s1
查阅元素周期表可知Cr的电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s1，Cu的电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s1。
(1)分析Cr、Cu的电子排布式，思考电子排布式的书写顺序与核外电子填充顺序一定相同吗？
提示：不一定相同，电子排布式的书写按电子层由里到外和s、p、d顺序，而核外电子填充顺序是按构造原理。过渡元素电子排布式的书写与电子填充顺序不一致。
(2)所有元素的原子核外电子排布都符合构造原理吗？
提示：1～36号元素中，只有Cr、Cu两种元素基态原子的电子填充顺序与构造原理不符合。
(3)元素周期表中钠的电子排布式写成[Ne]3s1，方括号里的符号是什么意义？模仿写出8号、14号、26号元素简化的电子排布式。
提示：方括号里符号的意义是稀有气体元素原子的结构，表示该元素前一周期的稀有气体元素原子的电子排布结构；O：[He]2s22p4；Si：[Ne]3s23p2；Fe：[Ar]3d64s2。
1．基态原子的核外电子排布
(1)绝大多数元素的原子核外电子的排布顺序遵循构造原理。
(2)“能级交错”现象：当出现d轨道时，电子按ns、(n－1)d、np的顺序在原子轨道上排布；当出现f轨道时，电子按ns、(n－2)f、(n－1)d、np的顺序在原子轨道上排布。从第三能层开始，各能级不完全遵循能层顺序，产生了能级交错排列，即产生“能级交错”现象。
2．电子排布式书写
(1)“三步法”书写电子排布式
构造原理是书写基态原子电子排布式的依据。
第一步：按照构造原理写出电子填入能级的顺序，1s→2s→2p→3s→3p→4s→3d→4p→5s→4d→5p→6s……
第二步：根据各能级容纳的电子数填充电子。
第三步：去掉空能级，并按照能层顺序排列即可得到电子排布式。
(2)简化的电子排布式
将电子排布式中的内层电子排布用相应的稀有气体元素符号加方括号来表示而得到的式子称为简化的电子排布式。如氮、钠、钙的简化电子排布式分别为[He]2s22p3、[Ne]3s1、[Ar]4s2。
(3)特例：Cr：[Ar]3d54s1、Cu：[Ar]3d104s1。
3．离子的电子排布式书写
基态原子转化为相应离子时的一般规律：原子失去电子时总是先失去最外层电子，然后失去次外层电子，之后是倒数第三层电子……对于主族元素的原子来说，一般只失去最外层电子，而过渡元素的原子可能还会进一步失去内层电子；原子得到电子时，一般总是填充到最外能层未填满的能级上。如Fe位于第四周期第Ⅷ族，其原子的核外电子排布式为[Ar]3d64s2，Fe2＋的核外电子排布式为[Ar]3d6，Fe3＋的核外电子排布式为[Ar]3d5。
1．构造原理揭示的电子排布能级顺序，实质是各能级能量高低。若以E(nl)表示某能级的能量，以下各式中正确的是( )
A．E(5s)>E(4f)>E(4s)>E(3d)
B．E(3d)>E(4s)>E(3p)>E(3s)
C．E(4s)
D．E(5s)>E(4s)>E(4f)>E(3d)
B [根据构造原理，各能级能量由低到高的顺序为1s、2s、2p、3s、3p、4s、3d、4p、5s……，A项和D项正确顺序为E(4f)>E(5s)>E(3d)>E(4s)；对于不同能层的相同能级，能层序数越大，能量越高，所以C项错误。]
2．下列原子或离子的核外电子排布式，正确的是( )
A．16S2－：1s22s22p63s23p4
B．21Sc：1s22s22p63s23p64s23d1
C．18Ar：1s22s22p63s23p6
D．9F：2s22p5
C [S2－的原子核外共有18个电子，其核外电子排布式为1s22s22p63s23p6，选项A是S原子的核外电子排布式，故A错误；书写电子排布式时，能层低的能级要写在左边，能层高的能级要写在右边，因此21Sc原子的核外电子排布式应为1s22s22p63s23p63d14s2，故B错误；选项D是F的最外层电子(价电子)排布式，不符合题意。]
[规律方法]
书写电子排布式的关键是熟悉构造原理，各能级能量由低到高可记为ns<n－2f<n－1d
1．第N能层所含能级数、最多容纳的电子数分别为( )
A．3、18 B．4、24
C．5、32D．4、32
D [每一能层包含的能级数目等于该能层的序数，故第四能层包含s、p、d、f四个能级；每一能层所容纳的最多电子数为2n2，故第四能层所容纳的最多电子数为2×42＝32个。]
2．电子在一个原子的下列能级中排布时，最后一个排布的是( )
A．nsB．np
C．(n－1)dD．(n－2)f
B [根据原子中上述能级的能量高低顺序：ns<(n－2)f<(n－1)d
3．对充有氖气的霓虹灯管通电，灯管发出红色光。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以外的光线
C．氖原子获得电子后转变成发出红光的物质
D．在电流的作用下，氖原子与构成灯管的物质发生反应
A [解答该题的关键是明确基态原子与激发态原子的相互转化及其转化过程中的能量变化及现象。在电流作用下，基态氖原子的电子吸收能量跃迁到较高能级，变为激发态原子，这一过程要吸收能量，不会发出红色光；而电子从较高能量的激发态跃迁到较低能量的激发态或基态时，将释放能量，从而产生红光，故A项正确。]
4．下列电子排布式是基态原子的电子排布式的是( )
①Be：1s22s12p1 ②O：1s22s22p4 ③He：1s12s1 ④Cl：1s22s22p63s23p5
A．①②B．②③
C．①③D．②④
D [①Be：1s22s12p1是激发态，2s能量低于2p，故错误；②O：1s22s22p4符合能量最低原理，故正确；③He：1s12s1是激发态，1s能量低于2s，故错误；④Cl：1s22s22p63s23p5符合能量最低原理，故正确。]
5．根据构造原理写出下列基态原子或离子的核外电子排布式。
(1)A元素原子核外M层电子数是L层电子数的一半：______。
(2)B元素原子的最外层电子数是次外层电子数的1.5倍：____。
(3)基态Ni2＋、Fe3＋、N3－的电子排布式分别为______________、______________、______________。
[解析] (1) L层有8个电子，则M层有4个电子，故A为硅。(2)当次外层为K层时，最外层电子数则为3，则B为硼；当次外层为L层时，最外层电子数为1.5×8＝12，违背了排布规律，故不可能。(3)Ni的原子序数为28，根据构造原理，基态Ni原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d84s2，故Ni2＋的电子排布式为1s22s22p63s23p63d8；基态Fe原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2，故Fe3＋的电子排布式为1s22s22p63s23p63d5；氮原子序数为7，基态氮原子的电子排布式为1s22s22p3，故N3－的电子排布式为1s22s22p6。
[答案] (1) 1s22s22p63s23p2 (2) 1s22s22p1(3)[Ar]3d8 [Ar]3d5 1s22s22p6发 展 目 标
体 系 构 建
1.通过认识原子结构与核外电子的排布，理解能层与能级的关系，理解核外电子的排布规律。
2.理解基态与激发态的含义与关系，能辨识光谱与电子跃迁之间的关系。
3.结合构造原理形成核外电子排布式书写的思维模型，并能根据思维模型熟练书写1～36号元素的电子排布式。
构造原理与电子排布式
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