1、第一章第一章 原子结构与性质原子结构与性质 第一节第一节 原子结构原子结构 第1课时 能层与能级 基态与激发态 学习目标学习目标 1.了解人类认识原子的历史。了解人类认识原子的历史。 2.理解能层能级的概念，以及它们之间的关系。理解能层能级的概念，以及它们之间的关系。 3.知道原子的基态和激发态的涵义。知道原子的基态和激发态的涵义。 4.初步知道原子核外电子的跃迁及吸收或发射初步知道原子核外电子的跃迁及吸收或发射 光谱，了解其简单应用光谱，了解其简单应用 。 一、原子概念和原子结构模型演变简介 1公元前公元前5世纪，希腊哲学家世纪，希腊哲学家德谟克利特德谟克利特等人认为等人认为 ： 万物是由大
2、量的不可分割的微粒构成的，即原子。万物是由大量的不可分割的微粒构成的，即原子。 219世纪初，英国科学家世纪初，英国科学家道尔顿道尔顿提出近代原子学说，提出近代原子学说， 他认为原子是微小的不可分割的实心球体。他认为原子是微小的不可分割的实心球体。 近代原子学说的创立近代原子学说的创立 道尔顿原子学说道尔顿原子学说 （1）一切物质都是由不可见的、不可分割的原子组）一切物质都是由不可见的、不可分割的原子组 成，原子不可自生自灭。成，原子不可自生自灭。 （2）同种类的原子在质量、形状和性质上完全相同，）同种类的原子在质量、形状和性质上完全相同， 不同种类的原子则不同。不同种类的原子则不同。 （3）
3、每一种物质都是由它自己的原子构成。单质是由）每一种物质都是由它自己的原子构成。单质是由 简单原子组成，化合物是由复杂原子组成。复杂原子简单原子组成，化合物是由复杂原子组成。复杂原子 的质量等于组成它的简单原子的质量总和。的质量等于组成它的简单原子的质量总和。 在多电子的原子中，核外电子的能量是不同的，在多电子的原子中，核外电子的能量是不同的， 按电子的能量差异，按电子的能量差异，可以将核外电子分成不同的能层。可以将核外电子分成不同的能层。 二、能层与能级 能层能层 一一 二二 三三 四四 五五 六六 七七 符号符号 K L M N O P Q 最多容纳电子数最多容纳电子数 2 8 18 32
4、50 每一个能层最多可容纳的电子数：每一个能层最多可容纳的电子数： 2n2 能层能层（电子层）（电子层） （1）先排能量低的电子层，再排能量高的电子层，）先排能量低的电子层，再排能量高的电子层， 由里往外。由里往外。 （2）每一层最多容纳电子数：）每一层最多容纳电子数：2n2个。个。 （3）最外层电子数不超过）最外层电子数不超过8个（个（K层为最外层时不超层为最外层时不超 过过2个）。个）。 （4）次外层电子数不超过）次外层电子数不超过18个，倒数第三层不超过个，倒数第三层不超过 32个。个。 核外电子的排布规律核外电子的排布规律:（一低四不超）（一低四不超） 规定，任一能层的能级总是从规定，
5、任一能层的能级总是从 s 能级开始，依次能级开始，依次 称称p、d、f、g能级能级 在多电子原子中，同一能层的电子的能量也可能不同，在多电子原子中，同一能层的电子的能量也可能不同， 可以将它们分为不同的能级。（即电子亚层）。可以将它们分为不同的能级。（即电子亚层）。 能级能级 K L M N O + 能级能级 1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s 4p 4d 4f 最多容最多容 纳电子纳电子 数数 2 2 6 2 6 10 2 6 10 14 1.原子核外电子的每一个能层最多可容纳的电子数与原子核外电子的每一个能层最多可容纳的电子数与 能层的序数能层的序数(n)间存在什么关系？间存在什么关
6、系？ 2.不同能层分别有多少个能级，与能层的序数间存在不同能层分别有多少个能级，与能层的序数间存在 什么关系？什么关系？ 3.英文字母相同的不同能级中所能容纳的最多电子英文字母相同的不同能级中所能容纳的最多电子 数是否相同？数是否相同？ 不同能层中的不同能层中的s、p、d、f、g能级最多能容纳的电子数能级最多能容纳的电子数 是相同的，各为：是相同的，各为： s 122 p 326 d 5210 f 7214 g 9218 （2n2 ） （所含能级个数能层序数（所含能级个数能层序数n） 思考思考 任一能层的能级数等于该能层的序数任一能层的能级数等于该能层的序数，依次用，依次用ns、 np、nd、
7、nf等表示等表示 不同能层中，能级的能量高低不同能层中，能级的能量高低是是 1s2s3s4s. 2p3p4p 不同能层中，符号相同的能级中容纳的最多电子数相同不同能层中，符号相同的能级中容纳的最多电子数相同 以以s、p、d、f排序的排序的各能级可容纳的的最多电子各能级可容纳的的最多电子 数数 依次为依次为2、6、10、14 1、3、5、7的二倍。的二倍。 在同一能层中，能级的能量高低在同一能层中，能级的能量高低是是 nsnpndnf 能级分裂能级分裂 【特别提醒特别提醒】 【练习练习】 1 比较下列多电子原子的不同能层中能级的能量高低比较下列多电子原子的不同能层中能级的能量高低 （1）1s、3
8、d （2）3s、3p、3d （3）2p、3p、4p 1s3d 3s3p3d 2p3p4p4s3s2s1s 阅读见课本阅读见课本P7-8 1. 什么什么是基态原子、激发态原子？它们如何转化？是基态原子、激发态原子？它们如何转化？ 2.什么什么是光谱？光谱分析是光谱？光谱分析？ 三、基态与激发态、光谱 1.基态原子基态原子: 电子放电子放 出能量出能量 电子吸电子吸 收能量收能量 2.激发态原子激发态原子: 基态原子的电子吸收能量后电子会跃迁到较高的基态原子的电子吸收能量后电子会跃迁到较高的 能级，变为激发态原子。能级，变为激发态原子。 (不稳定不稳定) 处于最低能量的原子处于最低能量的原子 (稳
9、定稳定) 1s22s22p63s2 1s22s22p63s13p1 吸收能量吸收能量 释放能量释放能量 3.原子光谱原子光谱: 不同元素的原子的核外电子发生跃迁时会不同元素的原子的核外电子发生跃迁时会吸收吸收或或 释放释放不同频率的光，可以用光谱仪摄取各种元素不同频率的光，可以用光谱仪摄取各种元素 的电子的的电子的吸收光谱吸收光谱或或发射光谱发射光谱，总称为，总称为原子光谱原子光谱。 基态原子基态原子 激发态原子激发态原子 光（辐射）是电子释放能量的重要形式之一。光（辐射）是电子释放能量的重要形式之一。 4.在现代化学中，常利用原子光谱上的特征谱线来在现代化学中，常利用原子光谱上的特征谱线来
10、鉴定元素鉴定元素，称为，称为光谱分析光谱分析。 (1)原子核外电子在具有确定能量的轨道上运动原子核外电子在具有确定能量的轨道上运动， 当原子不受外界影响时当原子不受外界影响时，电子既不吸收也不放电子既不吸收也不放 出能量出能量。 (2)不同的原子轨道具有不同的能量不同的原子轨道具有不同的能量，轨道能量的轨道能量的 变化是不连续的变化是不连续的，即量子化的即量子化的。 原子光谱原理原子光谱原理 (3)当电子吸收了能量当电子吸收了能量（如光能如光能、热能等热能等），就会从就会从 能量较低的轨道跃迁到能量较高的轨道上能量较低的轨道跃迁到能量较高的轨道上。处于处于 能量较高轨道的电子不稳定能量较高轨道
11、的电子不稳定，会回到能量较低的会回到能量较低的 轨道上轨道上，当电子从能量较高的当电子从能量较高的(E2)轨道跃迁到能轨道跃迁到能 量较低的量较低的(E0)轨道时发射出光子轨道时发射出光子，发出光的波长发出光的波长 取决于两个轨道的能量差取决于两个轨道的能量差。 锂、氦、汞的发射光谱锂、氦、汞的发射光谱 锂、氦、汞的吸收光谱锂、氦、汞的吸收光谱 发射光谱发射光谱 吸收光谱吸收光谱 特征特征:暗背景暗背景, 亮线亮线, 线状不连续线状不连续 特征特征:亮背景亮背景, 暗线暗线, 线状不连续线状不连续 焰色反应就是某些金属原子的电子在焰色反应就是某些金属原子的电子在 高温火焰中，接受了能量，使原子
12、外高温火焰中，接受了能量，使原子外 层的电子从层的电子从基态基态激跃迁到激跃迁到激发态激发态；处；处 于激发态的电子是十分不稳定的，在于激发态的电子是十分不稳定的，在 极短的时间内（约极短的时间内（约10 s）便跃迁到 ）便跃迁到 基态或较低的能级上，并在跃迁过程基态或较低的能级上，并在跃迁过程 中将能量以一定波长（颜色）的光释中将能量以一定波长（颜色）的光释 放出来。由于各种元素的能级是被限放出来。由于各种元素的能级是被限 定的，因此在向基态跃迁时释放的能定的，因此在向基态跃迁时释放的能 量也就不同。碱金属及碱土金属的能量也就不同。碱金属及碱土金属的能 级差正好对应于可见光范围，于是我级差正
13、好对应于可见光范围，于是我 们就看到了各种色彩。们就看到了各种色彩。 焰火呈现五颜六色的原因焰火呈现五颜六色的原因 化学研究中利用光谱分析检测一些物质的存在化学研究中利用光谱分析检测一些物质的存在 与含量等。与含量等。 通过原子光谱发现许多元素。通过原子光谱发现许多元素。 如：铯（如：铯（1860年）和铷（年）和铷（1861年），其光谱中有年），其光谱中有 特征的蓝光和红光。特征的蓝光和红光。 又如：又如：1868年科学家们通过太阳光谱的分析发现年科学家们通过太阳光谱的分析发现 了稀有气体氦。了稀有气体氦。 光谱分析的应用光谱分析的应用 1. 下图是锂、氦、汞的吸收光谱和发射光谱。其中图下图是
14、锂、氦、汞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吸收光谱，是原子由基态转化为激发态时的吸收光谱， 图图_是原子由激发态转化为基态时的发射光是原子由激发态转化为基态时的发射光 谱。不同元素的原子光谱上的特征谱线不同，请在下谱。不同元素的原子光谱上的特征谱线不同，请在下 图中用线段将同种元素的吸收光谱和发射光谱连接。图中用线段将同种元素的吸收光谱和发射光谱连接。 【练习练习】 2. 关于光谱分析，下列说法错误的（关于光谱分析，下列说法错误的（ ） A.光谱分析的依据是每种元素都有其独特的特征谱光谱分析的依据是每种元素都有其独特的特征谱 线线 B.光谱分析不能用连续光谱光谱分析
15、不能用连续光谱 C.光谱分析既可以用发射谱也可以用吸收光谱光谱分析既可以用发射谱也可以用吸收光谱 D.分析月亮的光谱可得知月球的化学组成分析月亮的光谱可得知月球的化学组成 D 3. 当镁原子由当镁原子由1s22s22p63s2 1s22s22p63p2时，以下说法时，以下说法 正确的是（正确的是（ ） A镁原子由基态转化成激发态，这一过程中吸收能量镁原子由基态转化成激发态，这一过程中吸收能量 B镁原子由激发态转化成基态，这一过程中释放能量镁原子由激发态转化成基态，这一过程中释放能量 C镁原子由基态转化成激发态，这一过程中释放能量镁原子由基态转化成激发态，这一过程中释放能量 D镁原子由激发态转化成基态，这一过程中吸收能量镁原子由激发态转化成基态，这一过程中吸收能量 A