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第2课时原子的基态与激发态、电子云与原子轨道[学习目标定位] 1.知道原子的基态、激发态与光谱之间的关系。
2.了解核外电子运动、电子云轮廓图和核外电子运动的状态。
一能量最低原理和原子的基态与激发态1.原子的电子排布遵循构造原理能使整个原子的能量处于最低状态，简称能量最低原理。
(1)处于最低能量的原子叫做基态原子。
(2)当基态原子的电子吸收能量后，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激发态原子基态原子吸收能量释放能量，主要形式为光2.不同元素的原子发生跃迁时会吸收或释放不同的光，若用光谱仪摄取各种元素的电子的吸收光谱或发射光谱，则可确立某种元素的原子，这些光谱总称原子光谱。
(1)玻尔原子结构模型证明氢原子光谱为线状光谱。
(2)氢原子光谱为线状光谱，多电子原子光谱比较复杂。
3.可见光，如灯光、霓虹灯光、激光、焰火……都与原子核外电子发生跃迁释放能量有关。
[归纳总结](1)电子按照构造原理排布(即电子优先排布在能量最低的能级里，然后依次排布在能量逐渐升高的能级里)，会使整个原子的能量处于最低状态，此时为基态原子。
(2)不同元素的原子光谱都是特定的，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。
[活学活用]1.下列说法正确的是()A.自然界中的所有原子都处于基态B.同一原子处于激发态时的能量一定高于基态时的能量C.无论原子种类是否相同，基态原子的能量总是低于激发态原子的能量D.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B解析处于最低能量的原子叫做基态原子。
电子由较低能级向较高能级跃迁，叫激发。
激发态原子的能量只是比原来基态原子的能量高。
如果电子仅在内层激发，电子未获得足够的能量，不会失去。
2.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答案A解析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。
第2课时 原子的基态与激发态、电子云与原子轨道[目标定位] 1.知道原子的基态、激发态与光谱之间的关系。
2.了解核外电子运动、电子云轮廓图和核外电子运动的状态。
一、能量最低原理和原子的基态与激发态1．原子的电子排布遵循构造原理能使整个原子的能量处于最低状态，简称能量最低原理。
(1)处于最低能量的原子叫做基态原子。
(2)当基态原子的电子吸收能量后，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．不同元素的原子发生跃迁时会吸收或释放不同的光，若用光谱仪摄取各种元素的电子的吸收光谱或发射光谱，则可确立某种元素的原子，这些光谱总称原子光谱。
(1)玻尔原子结构模型证明氢原子光谱为线状光谱。
(2)氢原子光谱为线状光谱，多电子原子光谱比较复杂。
3．可见光，如灯光、霓虹灯光、激光、焰火……都与原子核外电子发生跃迁释放能量有关。
(1)基态原子电子按照构造原理排布(即电子优先排布在能量最低的能级里，然后依次排布在能量逐渐升高的能级里)，会使整个原子的能量处于最低状态，此时为基态原子。
(2)光谱分析不同元素的原子光谱都是特定的，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．下列说法正确的是( )A ．自然界中的所有原子都处于基态B ．同一原子处于激发态时的能量一定高于基态时的能量C．无论原子种类是否相同，基态原子的能量总是低于激发态原子的能量D．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 B解析处于最低能量的原子叫做基态原子。
电子由较低能级向较高能级跃迁，叫激发。
激发态原子的能量只是比原来基态原子的能量高。
如果电子仅在内层激发，电子未获得足够的能量，不会失去。
2．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答案 A解析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。
第一节 原子结构（第二课时原子的基态与激发态、电子云与原子轨道）[学习目标定位] 1.知道原子的基态、激发态与光谱之间的关系。
2.了解核外电子运动、电子云轮廓图和核外电子运动的状态。
知识梳理一、能量最低原理、原子的基态与激发态、光谱 1.能量最低原理原子的电子排布遵循构造原理能使整个原子的能量处于最低状态，简称能量最低原理。
2.基态原子与激发态原子(1)基态原子：处于最低能量的原子。
(2)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。
3.光谱(1)光谱的成因及分类(2)光谱分析：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。
归纳总结：关于电子跃迁的注意事项(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。
例1 下列电子排布式是基态原子的电子排布式的是( )①Be ：1s 22s 12p 1 ②O ：1s 22s 22p 4 ③He ：1s 12s 1 ④Cl ：1s 22s 22p 63s 23p 5 A.①② B.②③ C.①③D.②④【考点】原子的基态与激发态、光谱 【题点】原子的基态与激发态的判断与比较答案 D例2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答案 A二、电子云与原子轨道1.原子核外电子的运动特点(1)电子的质量很小(9.109 5×10－31 kg)，带负电荷。
第2课时原子的基态与激发态、电子云与原子轨道一、能量最低原理、基态与激发态、光谱1．能量最低原理原子的电子排布遵循构造原理能使整个原子的能量处于最低状态，简称能量最低原理。
2．基态原子与激发态原子(1)基态原子：处于最低能量的原子。
(2)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激发态原子释放能量，主要形式为光3．光谱(1)光谱的成因及分类(2)光谱分析：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。
判断正误(1)处于最低能量的原子叫基态原子() (2)电子跃迁时只吸收能量()(3)日常生活中看到的灯光、焰火等可见光，都与原子核外电子发生跃迁释放能量有关()(4)由基态转化为激发态的过程中释放能量() (5)电子仅在激发态跃迁到基态时才会产生原子光谱()答案(1)√(2)×(3)√(4)×(5)×应用体验1．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答案 A 解析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。
2．下列原子的电子跃迁能释放光能形成发射光谱的是()A．1s22s22p63s2→1s22s22p63p2 B．1s22s22p33s1→1s22s22p4 C．1s22s2→1s22s12p1 D．1s22s2→1s22s13s1答案 B 解析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，形成发射光谱。
新课标（人教版）高中化学选修 3 全部教学案第一章原子结构与性质教材分析：一、本章教学目标1．了解原子结构的构造原理，知道原子核外电子的能级分布，能用电子排布式表示常见元素 (1 ～36 号 ) 原子核外电子的排布。
2．了解能量最低原理，知道基态与激发态，知道原子核外电子在一定条件下会发生跃迁产生原子光谱。
3．了解原子核外电子的运动状态，知道电子云和原子轨道。
4．认识原子结构与元素周期系的关系，了解元素周期系的应用价值。
5．能说出元素电离能、电负性的涵义，能应用元素的电离能说明元素的某些性质。
6．从科学家探索物质构成奥秘的史实中体会科学探究的过程和方法，在抽象思维、理论分析的过程中逐步形成科学的价值观。
本章知识分析：本章是在学生已有原子结构知识的基础上，进一步深入地研究原子的结构，从构造原理和能量最低原理介绍了原子的核外电子排布以及原子光谱等，并图文并茂地描述了电子云和原子轨道；在原子结构知识的基础上，介绍了元素周期系、元素周期表及元素周期律。
总之，本章按照课程标准要求比较系统而深入地介绍了原子结构与元素的性质，为后续章节内容的学习奠定基础。
尽管本章内容比较抽象，是学习难点，但作为本书的第一章，教科书从内容和形式上都比较注意激发和保持学生的学习兴趣，重视培养学生的科学素养，有利于增强学生学习化学的兴趣。
通过本章的学习，学生能够比较系统地掌握原子结构的知识，在原子水平上认识物质构成的规律，并能运用原子结构知识解释一些化学现象。
注意本章不能挖得很深，属于略微展开。
相关知识回顾（必修2）1.原子序数：含义：（1）原子序数与构成原子的粒子间的关系：原子序数＝＝＝＝。
（ 3）原子组成的表示方法a. 原子符号：Az z X Ab.原子结构示意图：c.电子式：d. 符号表示的意义：A B C D E（4）特殊结构微粒汇总：无电子微粒无中子微粒2e- 微粒8e- 微粒10e- 微粒18e- 微粒2.元素周期表：（1）编排原则：把电子层数相同的元素，按原子序数递增的顺序从左到右排成横行叫周期；再把不同横行中最外层电子数相同的元素，按电子层数递增的顺序有上到下排成纵行，叫族。
第2课时能量最低原理、基态与激发态、光谱电子云与原子轨道学业要求素养对接1.知道处于不同能级的电子，在一定条件下会发生激发与跃迁。
2.知道电子的运动状态(空间分布及能量)，可通过原子轨道和电子云模型来描述。
3.能结合能量最低原理、泡利不相容原理、洪特规则书写1～36号元素基态原子的轨道表示式，并说明含义。
模型认知：建立新的原子结构模型，并能说明建构思维模型在人类认识原子结构过程中的重要作用。
微观探析：能说明微观粒子的运动状态与宏观物体运动特点的差异。
[知识梳理]一、基态与激发态、光谱1.能量最低原理原子的电子排布遵循构造原理能使整个原子的能量处于最低状态，简称能量最低原理。
2.基态原子与激发态原子(1)基态原子：处于最低能量的原子。
(2)激发态原子：基态原子的电子吸收能量后，电子跃迁到较高能级，变成激发态原子。
(3)基态、激发态相互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3.光谱与光谱分析(1)光谱形成原因不同元素的原子发生跃迁时会吸收或释放不同的光。
(2)光谱分类(3)光谱分析在现代化学中，利用原子光谱上的特征谱线来鉴定元素的分析方法。
【自主思考】1.为什么原子的核外电子排布要遵循能量最低原理呢？提示能量最低原理是自然界普遍遵循的规律。
能量越低，物质越稳定，物质都有从高能量状态转化到低能量状态的趋势。
二、电子云与原子轨道1.电子云用小黑点来描述电子在原子核外空间出现的概率密度分布图，被形象地称为电子云。
2.电子云轮廓图为了表示电子云轮廓的形状，对核外电子的空间状态有一个形象化的简便描述，把电子在原子核外空间出现概率P＝90%的空间圈出来，即为电子云轮廓图。
3.原子轨道(1)定义：电子在原子核外的一个空间运动状态称为一个原子轨道。
(2)形状①s电子的原子轨道呈球形，能层序数越大，原子轨道的半径越大。
②p电子的原子轨道呈哑铃形，能层序数越大，原子轨道的半径越大。
(3)各能级所含有原子轨道数目能级符号n s n p n d n f轨道数目 1 3 5 74.泡利原理和洪特规则(1)泡利原理：一个原子轨道最多只能容纳2个电子，且自旋状态相反。
电子自旋有顺时针和逆时针两种状态。
(2)洪特规则：当电子排布在同一能级的不同轨道时，基态原子中的电子总是优先单独占据一个轨道，而且自旋状态相同。
【自主思考】2.在电子云轮廓图中小黑点的意义是什么？提示一个小黑点表示电子在该处出现一次，小黑点密的地方表示电子在该处空间单位体积内出现的概率大，小黑点疏的地方，表示电子在该处空间单位体积内出现的概率小。
3.能层与能级(原子轨道的类型)及原子轨道数目有何关系？提示第n能层上有n个能级、n2个原子轨道。
例如，第3能层就有3个能级(3s，3p，3d)，包含9个原子轨道，不同能级中的电子云可能有不同的伸展方向，即可能有不同的原子轨道。
[自我检测]1.判断正误，正确的打“√”；错误的打“×”。
(1)s能级的能量总是小于p能级的能量()(2)2s的电子云比1s的电子云大，说明2s的电子云中的电子比1s的多()(3)当电子排布在同一能级的不同轨道时，电子总是先占满1个轨道，然后再占据其他原子轨道()(4)n f能级中最多可容纳14个电子()(5)氢原子电子云的一个小黑点表示一个电子()(6)处于最低能量的原子叫基态原子()(7)6C的电子排布式1s22s22p2x违反了洪特规则()(8)电子排布式(21Sc)1s22s22p63s23p63d3违反了能量最低原理()(9)电子排布式(22Ti)1s22s22p63s23p10违反了泡利原理()答案(1)×(2)×(3)×(4)√(5)×(6)√(7)√(8)√(9)√2.在d轨道中电子排布成，而不排布成，遵循的是()A.能量最低原理B.泡利原理C.原子轨道构造原理D.洪特规则解析洪特规则表明，当电子排布在同一能级的不同轨道时，基态原子中的电子总是优先单独占据一个轨道，而且自旋状态相同。
答案 D3.下列原子或离子的电子排布表示方法中，正确的是________，违反能量最低原理的是________，违反洪特规则的是________，违反泡利原理的是________。
①Ca2＋：1s22s22p63s23p6②F－：1s22s23p6④Cr：1s22s22p63s23p63d44s2⑤Fe：1s22s22p63s23p63d64s2⑥Mg2＋：1s22s22p6解析根据核外电子排布规律知②中错误在于电子排完2s轨道后应排2p轨道，而不是3p轨道，应为1s22s22p6；③中没有遵循洪特规则。
⑦中违反泡利原理。
答案①⑤⑥②④③⑦学习任务一基态与激发态、光谱【合作交流】在激动人心的巨响和脆响中，整个城市的上空都被焰火照亮了，染红了。
一团团盛大的烟花象一柄柄巨大的伞花在夜空开放；像一簇簇耀眼的灯盏在夜空中亮着；像一丛丛花朵盛开并飘散着金色的粉沫。
焰火在夜空中一串一串地盛开，最后像无数拖着长长尾巴的流星，依依不舍地从夜空滑过。
1.在国庆节、元旦、春节，我们经常放焰火来庆祝，请你思考这与原子结构有什么关系呢？提示这与原子核外电子发生跃迁释放能量有关。
2.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什么？提示在电流作用下，基态氖原子的电子吸收能量跃迁到较高的能级，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原子时，将释放能量，从而产生红光。
【点拨提升】1.电子跃迁的能量变化与可见现象：激发态原子不稳定，电子从能量较高的激发态跃迁到能量较低的激发态乃至基态时，将释放能量。
光辐射是电子释放能量的重要形式之一。
霓虹灯光、激光、焰火等可见光都与原子核外电子发生跃迁释放能量有关。
2.金属元素的焰色反应的成因：金属原子中，核外电子按一定轨道顺序排列，轨道离核越远，能量越高。
灼(燃)烧时，电子获得能量，能量较低的电子发生跃迁，从基态变为激发态。
随即电子又从能量较高的激发态跃迁到能量较低的激发态乃至基态，便以光(辐射)的形式释放能量，形成不同的焰色。
3.光谱分类4.光谱分析在现代化学中，利用原子光谱上的特征谱线来鉴定元素的分析方法称为光谱分析。
【例1】下列原子或离子核外电子排布不属于基态排布的是()A.N：1s22s22p3B.S2－：1s22s22p63s23p6C.Na：1s22s22p53s2D.Si：1s22s22p63s23p2解析基态原子的核外电子排布必须遵循构造原理，基态钠原子的电子排布式应是1s22s22p63s1。
答案 C原子或离子核外电子排布属于基态排布应满足构造原理，注意满足半满、全满、全空稳定状态，洪特规则、泡利原理。
【变式训练】1.下列关于同一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解析激发态时能量较高，较不稳定，A、B不正确。
电子从较低能量的基态跃迁到较高能量的激发态时，也会产生原子光谱，D不正确。
答案 C2.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解析霓虹灯之所以能发光，是因为电子吸收能量后跃迁到能量较高的轨道，能量较高轨道上的电子会很快以光的形式辐射能量而跃迁回能量较低的轨道。
答案 A学习任务二电子云与原子轨道【合作交流】20世纪20年代以来，现代模型(电子云模型)认为电子绕核运动形成一个带负电荷的云团，对于具有波粒二象性的微观粒子在一个确定时刻其空间坐标与动量不能同时测准，这是德国物理学家海森堡在1926年提出的著名的不确定性原理。
1.电子云图中的小黑点的含义是什么？小黑点的密度表示什么？提示小黑点是电子在原子核外出现的概率密度的形象表述。
小黑点密度越大，表明概率密度越大。
2.电子在原子核外出现的概率有什么规律？提示离核越近，电子出现的概率越大，电子云越密集。
如2s电子云比1s电子云疏散。
3.不同能层的同种能级的原子轨道形状是否完全相同？提示不同能层的同种能级的原子轨道形状相似，但不完全相同。
只是原子轨道的半径不同，能级序数n越大，电子的能量越大，原子轨道的半径越大。
例如1s、2s、3s轨道均为球形，原子轨道半径：r(1s)＜r(2s)＜r(3s)。
【点拨提升】宏观物体的运动与微观电子的运动对比1.宏观物体的运动有确定的运动轨迹，可以准确测出其在某一时刻所处的位置及运行的速度，描绘出其运动轨迹。
2.由于微观粒子质量小、运动空间小、运动速度快，不能同时准确测出其位置与速度，所以对于核外电子只能确定其在原子核外各处出现的概率。
(1)电子云图表示电子在核外空间出现概率密度的相对大小。
电子云图中小黑点密度越大，表示电子出现的概率密度越大。
(2)电子云图中的小黑点并不代表电子，小黑点的数目也不代表电子真实出现的次数。
(3)由氢原子的1s电子在原子核外出现的概率密度分布图可知，在离原子核越近的空间电子出现的概率越大；电子云的外围形状具有不规则性。
(4)电子云图很难绘制，使用不方便，故常使用电子云轮廓图。
【例2】关于电子云的叙述不正确的是()A.电子云是用小点的疏密程度来表示电子在空间出现概率密度大小的图形B.电子云实际是电子运动形成的类似云一样的图形C.小点密集的地方电子在那里出现的概率密度大D.轨道不同，电子云的形状也不一样解析用统计的方法描述电子在核外空间出现的概率密度大小的图形称为电子云；常用小点的疏密程度来表示电子在原子核外出现的概率密度的大小。
小点密集的地方，表示电子在那里出现的概率密度大，小点稀疏的地方，表示电子在那里出现的概率密度小。
答案 B注意对电子云概念的理解和原子结构的理解，电子云只能描述电子运动在一定区域的几率。
【变式训练】3.下列说法正确的是()A.不同的原子轨道形状一定不相同B.p轨道呈哑铃形，因此p轨道上的电子运动轨迹呈哑铃形C.2p能级有3个p轨道D.氢原子的电子运动轨迹呈球形解析不同能级的原子轨道形状可以相同，如1s、2s能级的原子轨道都是球形，只是半径不同，A错。
现在的技术无法测定电子在原子核外的运动轨迹，原子轨道只是体现电子的运动状态，B、D错。
任何能层的p能级都有3个p轨道，C正确。
答案 C4.下面有关“核外电子的运动状态”的说法，错误的是()A.各原子轨道的伸展方向按p、d、f的顺序分别为3、5、7B.只有在电子层、原子轨道、原子轨道伸展方向及电子的自旋状态都确定时，电子的运动状态才能被确定下来C.原子核外可能有两个电子的运动状态是相同的D.原子轨道伸展方向与能量大小是无关的解析原子核外不可能有运动状态相同的两个电子。
