高中化学选择性必修二 1.1.1 能层与能级 基态与激发态 原子光谱教学设计下学期

第一章　原子结构与性质

第一节   原子结构

1.1.1　能层与能级   基态与激发态

本节从介绍原子的诞生，原子结构的发现历程入手，首先介绍能层、能级的概念，在原子的基态与激发态概念的基础上介绍电子的跃迁和光谱分析；然后给出构造原理并根据构造原理书写原子的核外电子排布；根据电子云与原子轨道等概念，进一步介绍核外电子的运动状态，并介绍了泡利原理、洪特规则、能量最低原理。本节内容比较抽象 ，教学过程中应注意培养学生的空间想象能力 、分析推理能力及抽象概括能力 。

教学重点：能层与能级  基态与激发态

教学难点：能层与能级

多媒体调试、讲义分发

[创设情境]原子是如何产生的?

[讲解]我们所在的宇宙诞生于一次大爆炸。宇宙大爆炸后两小时，诞生了大量的H、少量的He及极少量的Li，然后经过长或短的发展过程，以上元素发生原子核的熔合反应，分期分批的合成了其它元素。“原子”一词源自古希腊语“ATOM”，是不可再分的意思。古希腊哲学家假想原子是世间万物最小的粒子。19世纪初，英国人道尔顿创立了近代原子学说，假设原子是化学元素的最小粒子，每一种元素有一种原子。丹麦科学家玻尔提出了构造原理，即从氢开始，随核电荷数递增，新增电子填入原子核外“壳层”的顺序，由此开启了用原子结构解释元素周期律的篇章。5年后，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。

[过渡]什么是能层和能级？

2.新课讲授

1.能层

[获取概念]概念：多电子原子核外电子的能量是不同的，核外电子按能量不同分成能层。

[讲解]由概念可知，成键粒子是金属阳离子与自由电子，金属键存在于金属单质或合金中。金属键的强度差别很大。例如，金属钠的熔点较低、硬度较小，而钨是熔点最高的金属、铬是硬度最大的金属，这是由于形成的金属键强弱不同的缘故。

[设疑]那么原子核外电子在分层能层遵循什么规律呢？

[讲解]能量规律：原子核外电子总是可能先排布在能量较低的电子层上，然后由内向外依次排布在能量逐渐升高的电子层。即：能层的高低顺序为E(K)＜E(L)＜E(M)＜E(N)＜E(O)＜E(P)＜E(Q)。数量规律： 每层容纳的电子数不超过2n2。最外层电子数不超过8 (K层为最外层时，电子数不超过2)，次外层电子数不超过18，倒数第三层电子数不超过32。

[设疑]能级又是什么呢？    

[讲解]多电子原子中，同一能层的电子，能量也可能不同，所以，同一能层的电子，又被分成不同的能级，就好比能层是楼层，能级是楼梯的阶级。

[讲解]任一能层的能级总是从s能级开始，能级数等于该能层序数，即第一能层只有1个能级（1s），第二能层有2个能级（2s和2p），第三能层有3个能级（3s、3p和3d），依次类推。能级的字母代号总是s、p、d、f....排序的，字母前的数字是它们所处的能层序数，它们可容纳的最多电子数依次为自然数中的奇数序列1，3，5，7....的2倍。

[总结]能层与能级的有关规律

①每一能层最多可容纳的电子数为2n2（n为能层序数）。

②在每一个能层中，能级符号的顺序是ns、np、nd、nf......(n为能层序数)。

③任一能层的能级总是从s能级开始，而且能级数等于该能层序数，即第一能层只有1个能级(1s)，第二能层有2个能级(2s和2p)，第三能层有3个能级(3s、3p和3d)，依次类推。

④以s、p、d、f......排序的各能级可容纳的最多电子数依次为1、3、5、......的2倍。

⑤英文字母相同的不同能级中所能容纳的最多电子数相同。例如，1s、2s、3s、4s......能级最多都只能容纳2个电子。

[思考]

1.3d、4d、5d能级所能容纳的最多电子数是否相同？

2.第五能层最多可容纳多少个电子？他们分别容纳在几个能级中？各能级最多容纳多少个电子？

[过渡]试分析霓虹灯发光的原理。

[解析]处于最低能量状态的原子叫做基态原子。基态原子吸收能量，它的电子会跃迁到较高能级，变为激发态原子。例如，电子可以从ls跃迁到2s、3s....相反，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之一。在日常生活中，我们看到的许多可见光，如焰火、霓虹灯光、激光、萤光、LED灯都与原子核外电子跃迁释放能量有关。

2.基态与激发态  原子光谱

[板书](1)基态与激发态

[总结]①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。

②一般在能量相近的能级间发生电子跃迁。如1s22s22p2表示基态碳原子，1s22s12p3为激发态碳原子（电子数不变）。

③激发态原子不稳定，易释放能量变为基态原子。

④激发态原子释放能量变为基态原子时，其能量可转化为可见光。

[过渡] 光谱一词最早是由伟大的物理学家牛顿提出的。不同元素的原子发生跃迁时会吸收或释放出不同的光，可以用光谱仪摄取各种元素的电子的吸收光谱和发射光谱，这些光谱统称为原子光谱。在现代化学中利用原子光谱上的特征谱线来鉴定元素，称为光谱分析。在历史上，有许多种元素都是通过光谱分析来发现的，如在1859年德国科学家本生和基尔霍夫发明了光谱仪，摄取了当时已知元素的光谱图。1861年德国科学家基尔霍夫利用光谱分析的方法发现了铷元素。再如稀有气体氦的原意是“太阳元素”，是1868年分析太阳光谱时发现的，最初人们以为它只存在于太阳，后来才在地球上发现。

[获取概念]不同元素的原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的电子的吸收光谱或发射光谱，总称原子光谱。

[展示]原子光谱的成因与分类

[讲解]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。光谱分析的依据是每一种元素都有自己的特征谱线。

[思考]试分析焰色反应的原理。

[回答]焰色反应是电子跃迁的结果，焰色反应发生的过程：

[本节小结]本节课掌握能层与能级的概念，基态与激发态，从微观理解原子结构。

1.下列说法中正确的是

A. 同一原子中，1s、2s、3s电子的能量逐渐减小
B. 同一原子中，2p、3p、4p能级的轨道数依次增多
C. 能量高的电子在离核近的区域运动，能量低的电子在离核远的区域运动
D. 各能层含有的能级数为为能层序数

【答案】D

【解析】A. 同一能级，能层越大，能级上电子的能量越大，所以同一原子中，1s、2s、3s电子的能量逐渐增大，故A错误；

B. 同一原子中，2p、3p、4p能级的轨道数相等，都为3，故B错误；

C. 能量高的电子在离核远的区域运动，能量低的电子在离核近的区域运动，故C错误；

D. 各能层含有的能级数与其能层数相等为n(n代表能层序数)，即第n能层含有n个能级，如第一能层能级数为1，1S，故D正确。

2.在多电子原子里，把电子运动的能量不同的区域简化为不连续的壳层称作为电子层。电子层模型被称为洋葱式结构，如图所示：根据电子层模型，判断下列说法不正确的是(　　)

A． 多电子原子的核外电子是分层运动的

B． 所有电子在同一区域里运动

C． 排在K、L、M层上的电子的能量依次增大

D． 多电子原子里电子的能量不同

【答案】B

【解析】 多电子原子的核外电子是分层运动的,故B错误

3.下列关于同一种原子中的基态和激发态说法中,正确的是(   )

A.基态时的能量比激发态时高
B.激发态时比较稳定
C.由基态转化为激发态过程中吸收能量
D.电子仅在激发态跃迁到基态时才会产生原子光谱

【答案】C

【解析】同一原子处于激发态时能量较高,较不稳定,A、B不正确;电子从能量较低的基态跃迁到能量较高的激发态时,也会产生原子光谱,D不正确。

本节课为原子核外电子排布奠定了基础，提高学生对微观粒子的认识，理解能层与能级的关系，进而对基态、激发态、及光谱分析进行认识。提升学生微观探析的能力，对核外电子的排布进行思维建构，提升认识微观世界的能力。