2024-2025學年高中化學第一章第二節(jié)原子結構與元素的性質第2課時元素周期律一教案新人教版選修3

PAGEPAGE12第2課時元素周期律(一)[核心素養(yǎng)發(fā)展目標]1.宏觀辨識與微觀探析：能從原子結構的角度理解原子半徑、元素第一電離能之間的遞變規(guī)律，能利用遞變規(guī)律比較原子(離子)半徑、元素第一電離能的相對大小。2.證據(jù)推理與模型認知：通過原子半徑、元素第一電離能遞變規(guī)律的學習，建立“結構確定性質”的認知模型，并能利用該認知模型說明元素性質的規(guī)律性和特殊性。一、原子半徑1．原子半徑的影響因素及遞變規(guī)律(1)影響因素(2)遞變規(guī)律①同周期：從左到右，核電荷數(shù)越大，半徑越小(稀有氣體除外)。②同主族：從上到下，電子層數(shù)越多，半徑越大。2．離子半徑的大小比較(1)電子層結構相同的離子，核電荷數(shù)越大，半徑越小。例如：r(O2－)>r(F－)>r(Na＋)>r(Mg2＋)>r(Al3＋)。(2)帶相同電荷的離子，電子層數(shù)越多，半徑越大。例如：r(Li＋)<r(Na＋)<r(K＋)<r(Rb＋)<r(Cs＋)，r(O2－)<r(S2－)<r(Se2－)<r(Te2－)。(3)同種元素的離子半徑：陰離子大于原子，原子大于陽離子，低價陽離子大于高價陽離子。例如：r(Cl－)>r(Cl)，r(Fe)>r(Fe2＋)>r(Fe3＋)。(4)核電荷數(shù)、電子層數(shù)均不相同的離子可選一種離子參照比較。例如，比較r(K＋)與r(Mg2＋)可選r(Na＋)為參照，r(K＋)>r(Na＋)>r(Mg2＋)。例1(2024·聊城二中高二月考)下列對原子半徑的理解不正確的是()A．同周期元素(除稀有氣體元素外)從左到右，原子半徑依次減小B．對于第三周期元素，從鈉到氯，原子半徑依次減小C．各元素的原子半徑總比其離子半徑大D．陰離子的半徑大于其原子半徑，陽離子的半徑小于其原子半徑【考點】微粒半徑的大小與比較【題點】微粒半徑的大小與比較的綜合答案C解析同周期元素(除稀有氣體元素外)，隨原子序數(shù)增大，原子核對核外電子吸引增大，原子半徑減小，A、B項正確；原子形成陽離子時，核外電子數(shù)削減，核外電子的排斥作用減小，故陽離子半徑小于其原子半徑；而原子形成陰離子時，核外電子的排斥作用增大，陰離子半徑大于其原子半徑，C項錯誤，D項正確。易錯警示——對微粒半徑的相識誤區(qū)(1)微粒半徑要受電子層數(shù)、核電荷數(shù)和核外電子數(shù)的綜合影響，并不是單獨地取決于某一方面的因素。(2)電子層數(shù)多的原子半徑不肯定大，如鋰的原子半徑為0.152nm，而氯的原子半徑為0.099nm。(3)對于同一種元素，并不是原子半徑肯定大于離子半徑。如Cl－的半徑大于Cl的半徑。例2下列微粒半徑的比值大于1的是()A．Li＋/H－ B．Cl－/ClC．Na＋/F－ D．Na＋/K＋【考點】微粒半徑的大小與比較【題點】離子半徑的大小比較答案B解析Li＋和H－的核外均有一個電子層，但Li＋的核電荷數(shù)大，故半徑更小，A錯誤；Cl－和Cl的核外均有3個電子層，且核內均有17個質子，但Cl－的核外電子數(shù)多于Cl，故半徑更大，B正確；Na＋和F－的核外均有2個電子層，但Na＋的核電荷數(shù)更大，故半徑更小，C錯誤；Na＋的核外有2個電子層，而K＋的核外有3個電子層，故K＋的半徑更大，D錯誤。方法規(guī)律——“三看”比較微粒半徑的大小“一看”電子的能層數(shù)：當電子的能層數(shù)不同時，能層數(shù)越多，半徑越大?！岸础焙穗姾蓴?shù)：當電子的能層數(shù)相同時，核電荷數(shù)越大，半徑越小?！叭础焙送怆娮訑?shù)：當電子的能層數(shù)和核電荷數(shù)均相同時，核外電子數(shù)越多，半徑越大。二、元素的電離能1．元素第一電離能的概念與意義(1)概念①第一電離能：氣態(tài)電中性基態(tài)原子失去一個電子轉化為氣態(tài)基態(tài)正離子所須要的最低能量叫做第一電離能，符號：I1。②逐級電離能：氣態(tài)基態(tài)一價正離子再失去一個電子成為氣態(tài)基態(tài)二價正離子所需的最低能量叫做其次電離能，第三電離能和第四、第五電離能依此類推。由于原子失去電子形成離子后，若再失去電子會更加困難，因此同一原子的各級電離能之間存在如下關系：I1<I2<I3……(2)意義：可以衡量元素的原子失去一個電子的難易程度。第一電離能數(shù)值越小，原子越簡潔失去一個電子；第一電離能數(shù)值越大，原子越難失去一個電子。2．元素第一電離能變更規(guī)律(1)每個周期的第一種元素的第一電離能最小，最終一種元素的第一電離能最大，即一般來說，隨著核電荷數(shù)的遞增，元素的第一電離能呈增大趨勢。(2)同一族，從上到下第一電離能漸漸減小。3．電離能的應用(1)依據(jù)電離能數(shù)據(jù)，確定元素原子核外電子的排布及元素的化合價。如Li：I1?I2<I3，表明Li原子核外的三個電子排布在兩個能層上(K、L能層)，且最外層上只有一個電子，易失去一個電子形成＋1價陽離子。(2)推斷元素的金屬性、非金屬性強弱：I1越大，元素的非金屬性越強；I1越小，元素的金屬性越強。特殊提示——電離能的影響因素及特例(1)電離能數(shù)值的大小主要取決于原子的核電荷數(shù)、原子半徑及原子的電子構型。(2)具有全充溢、半充溢及全空的電子構型的元素穩(wěn)定性較高，其電離能數(shù)值較大，如稀有氣體的電離能在同周期元素中最大，N為半充溢、Mg為全充溢狀態(tài)，其電離能均比同周期相鄰元素大。一般狀況，第一電離能：ⅡA>ⅢA，ⅤA>ⅥA。例3下列有關電離能的說法，正確的是()A．第一電離能越大的原子失電子的實力越強B．第一電離能是元素的原子失去核外第一個電子須要的能量C．同一周期中，主族元素原子第一電離能從左到右越來越大D．可通過一種元素各級電離能的數(shù)值，推斷元素可能的化合價【考點】元素的電離能【題點】元素第一電離能的有關概念答案D解析①第一電離能是氣態(tài)電中性基態(tài)原子失去核外第一個電子須要的最低能量；②元素原子的第一電離能越大，表示該元素的原子越難失去電子；③從總的變更趨勢上看，同一周期中元素的第一電離能從左到右漸漸增大，但有反常，如I1(N)>I1(O)。易誤警示——電離能規(guī)律的常見應用誤區(qū)(1)電離能可以衡量原子失電子實力，要留意失去多個電子時，第一電離能就不肯定特殊大(鈉、鎂和鋁的第一電離能)。(2)在電離能的遞變規(guī)律應用時，特殊留意半充溢、全充溢和全空時，電離能出現(xiàn)異樣。例4(2024·海南中學高二期中)某主族元素的第一、二、三、四電離能依次為899kJ·mol－1、1757kJ·mol－1、14840kJ·mol－1、18025kJ·mol－1，則該元素在元素周期表中位于()A．第ⅠA族 B．第ⅡA族C．第ⅢA族 D．第ⅣA族答案B解析分析該元素的各級電離能可知，第一、二電離能較小，第三電離能劇增，說明該元素原子易失去2個電子，則該元素原子的最外層電子數(shù)為2，該元素位于第ⅡA族。(1)微粒半徑大小是電子的能層數(shù)和核電荷數(shù)共同作用的結果，電子的能層數(shù)增多，使微粒半徑增大，核電荷數(shù)增多，使微粒半徑減小。(2)元素的第一電離能的大小反映了原子失去電子的難易程度。一般狀況下，第一電離能越小，越易失電子，金屬性越強，非金屬性越弱；第一電離能越大，越難失電子，金屬性越弱，非金屬性越強(提示：元素為全充溢、半充溢及全空電子構型的具有特殊性)。1．正誤推斷(1)電子層數(shù)越多，原子半徑肯定越大(×)(2)第三周期元素形成的簡潔離子，半徑最小的是Al3＋(√)(3)同主族元素，原子半徑越大，單質的還原性越強(√)(4)第一電離能小的元素金屬性肯定強(×)(5)依據(jù)元素周期律，N與O相比，后者的第一電離能大(×)(6)元素的逐級電離能中，當電離能的值發(fā)生突變時，該電子所處的能層發(fā)生了變更(√)2．(2024·鹽城高二調研)具有下列核外電子排布式的原子，其半徑最大的是()A．1s22s22p3 B．1s22s22p1C．1s22s22p63s23p1 D．1s22s22p63s23p4【考點】微粒半徑大小與比較【題點】原子半徑大小比較答案C解析依據(jù)原子的核外電子排布式可知，A項中原子為氮(N)，B項中原子為硼(B)，C項中原子為鋁(Al)，D項中原子為硫(S)。依據(jù)原子半徑變更規(guī)律可知，r(B)>r(N)、r(Al)>r(S)、r(Al)>r(B)，故Al原子半徑最大。3．下列離子半徑的大小依次正確的是()①Na＋②X2－：1s22s22p63s23p6③Y2－：2s22p6④Z－：3s23p6A．③＞④＞②＞① B．④＞③＞②＞①C．④＞③＞①＞② D．②＞④＞③＞①【考點】微粒半徑的大小與比較【題點】離子半徑的大小與比較答案D解析由核外電子排布式可知，②、③、④三種離子分別是S2－、O2－、Cl－，電子層結構相同的離子，核電荷數(shù)越大，半徑越小，則有②＞④，③＞①；電子層數(shù)越多，半徑越大，則大小依次為②＞④＞③＞①。4．下列說法正確的是()A．第三周期所含的元素中鈉的第一電離能最小B．鋁的第一電離能比鎂的第一電離能大C．在全部元素中，氟的第一電離能最大D．鉀的第一電離能比鎂的第一電離能大【考點】元素的電離能【題點】元素第一電離能的遞變規(guī)律及應用答案A解析同周期中堿金屬元素的第一電離能最小，稀有氣體最大，故A正確，C不正確；由于Mg的價電子排布為3s2，而Al為3s23p1，故鋁的第一電離能小于Mg的，B不正確；D中鉀比鎂更易失電子，鉀的第一電離能小于鎂的，D不正確。5．Li、Be、B原子失去一個電子，所需的能量相差并不大，但最難失去其次個電子的原子是()A．LiB．BeC．BD．相差不大【考點】元素的電離能【題點】元素逐級電離能的應用答案A解析Li、Be、B原子失去一個電子后的電子排布式分別為1s2、1s22s1、1s22s2，Li原子再失去一個電子時，將要失去第一電子層上的電子，失電子較難；而Be、B原子再失去一個電子時，失去同電子層上的電子，相對簡潔些，故Li失去其次個電子時要更難些。6．(1)元素Mn與O中，第一電離能較大的是________。(2)元素銅與鎳的其次電離能分別為：ICu＝1958kJ·mol－1、INi＝1753kJ·mol－1，ICu>INi的緣由是____________。(3)依據(jù)元素周期律，原子半徑：Ga________(填“大于”或“小于”，下同)As，第一電離能：Ga________As。(4)N、O、S中第一電離能最大的是____________(填元素符號)?！究键c】元素的電離能【題點】元素電離能的綜合答案(1)O(2)銅失去的是全充溢的3d10電子，鎳失去的是4s1電子(3)大于小于(4)N題組一微粒半徑的大小與比較1．下列原子半徑最大的是()A．1s22s22p3 B．1s22s22p63s23p4C．1s22s22p5 D．1s22s22p63s23p5【考點】微粒半徑的大小與比較【題點】原子半徑的大小與比較答案B解析由核外電子排布式可知，A、B、C、D四種元素分別是N、S、F、Cl，結合原子半徑的遞變規(guī)律可知，S原子半徑最大。2．(2024·華中師大一附中高二月考)下列各組元素中，原子半徑依次增大的是()A．LiKRb B．IBrClC．ONaS D．AlSiP【考點】微粒半徑的大小與比較【題點】離子半徑的大小比較答案A解析原子半徑依次增大，A對；原子半徑依次減小，B錯；O半徑最小，Na半徑最大，C錯；原子半徑依次減小，D錯。3．(2024·開封高二月考)下列化合物中陰離子半徑和陽離子半徑之比最大的是()A．LiIB．NaBrC．KClD．CsF【考點】微粒半徑的大小與比較【題點】離子半徑的大小比較答案A明顯，陰離子半徑和陽離子半徑之比最大的是LiI。4．下列各組微粒半徑的比較正確的是()①Cl<Cl－<Br－②F－<Mg2＋<Al3＋③Ca2＋<Ca<Ba④S2－<Se2－<Br－A．①和③ B．①和②C．③和④ D．①和④【考點】微粒半徑的大小與比較【題點】微粒半徑的大小與比較的綜合答案A解析同種元素：陽離子半徑<原子半徑，原子半徑<陰離子半徑，則半徑：Cl<Cl－，Ca2＋<Ca。Mg2＋、F－的核外電子排布相同，核電荷數(shù)依次減小，則離子半徑：Al3＋<Mg2＋<F－，②錯誤；③Ca、Ba的最外層電子數(shù)相同，電子層數(shù)依次增多，則半徑：Ca<Ba，③正確；半徑應為Se2－>Br－，④錯誤。5．若aAm＋與bBn－的核外電子排布相同，則下列關系不正確的是()A．離子半徑：Am＋<Bn－B．原子半徑：A<BC．A的原子序數(shù)比B的大m＋nD．b＝a－n－m【考點】微粒半徑的大小與比較【題點】微粒半徑的大小與比較的綜合答案B解析因為aAm＋與bBn－的核外電子排布相同，即b＋n＝a－m，推知a－b＝m＋n，故A的原子序數(shù)比B的大m＋n；由上式可知b＝a－m－n；核外電子層結構相同時，核電荷數(shù)越大，微粒半徑越小，故離子半徑：Am＋<Bn－；比較原子半徑須要考慮兩原子的電子層數(shù)，原子半徑：A>B。題組二元素的電離能及應用6．同周期元素具有下列價電子排布的原子中，第一電離能最小的是()A．ns2np3 B．ns2np4C．ns2np5 D．ns2np6【考點】元素的電離能【題點】元素第一電離能的遞變規(guī)律及應用答案B解析ns2np3處在半充溢狀態(tài)，ns2np6處在全充溢狀態(tài)，均是能量較低的狀態(tài)，不易失去電子，而ns2np4和ns2np5比較，ns2np4簡潔失去一個電子變成ns2np3半充溢的較穩(wěn)定狀態(tài)，因此更簡潔失去電子，第一電離能最小，故B正確。7．具有下列電子層結構的原子，其第一電離能由大到小排列正確的是()①3p軌道上只有一對成對電子的原子②外圍電子排布式為3s23p6的原子③3p軌道為半充溢的原子④正三價陽離子與氖相同的原子A．①②③④ B．③①②④C．②③①④ D．②④①③【考點】元素的電離能【題點】元素第一電離能的遞變規(guī)律及應用答案C解析由題意知，①是硫原子，②是稀有氣體元素氬原子，③是磷原子，④是鋁原子。依據(jù)元素第一電離能變更規(guī)律知鋁的第一電離能最小，S的核電荷數(shù)雖然比P大，但磷原子3p軌道半充溢，比較穩(wěn)定，故P的第一電離能大于S，同一周期中，稀有氣體元素原子第一電離能最大，故選C。8．下列各組原子中，第一電離能前者大于后者的是()A．S和P B．Mg和AlC．Na和Mg D．Ne和He【考點】元素的電離能【題點】元素第一電離能的遞變規(guī)律及應用答案B解析S和P的價電子構型分別為3s23p4和3s23p3，由于P原子p軌道處于半充溢狀態(tài)，較穩(wěn)定，所以I1(S)＜I1(P)。Na、Mg和Al的價電子構型分別為3s1、3s2、3s23p1，鎂原子s軌道處于全充溢狀態(tài)，故其第一電離能最大；D項中He與Ne同族，I1(He)＞I1(Ne)。9．下圖表示X元素的基態(tài)原子失去電子數(shù)與對應電離能的對數(shù)值的關系，試推想X可能位于()A．ⅠA族 B．ⅡA族C．ⅢA族 D．ⅣA族【考點】元素的電離能【題點】元素逐級電離能的應用答案B解析圖中縱坐標表示X元素的各級電離能的對數(shù)值，由圖可知X元素的其次和第三電離能之間有突變，說明它簡潔失去兩個電子，所以它可能是第ⅡA族元素。10．(2024·石家莊第一中學期末)依據(jù)下列五種元素的電離能數(shù)據(jù)(單位：kJ·mol－1)，推斷下列說法不正確的是()元素代號I1I2I3I4Q2080400061009400R500460069009500S7401500770010500T5801800270011600U420310044005900A.Q元素可能是0族元素B．R和S均可能與U在同一主族C．U元素可能在元素周期表的s區(qū)D．原子的價電子排布式為ns2np1的可能是T元素【考點】元素的電離能【題點】元素逐級電離能的應用答案B解析依據(jù)第一電離能的數(shù)據(jù)可知，R的最外電子層應當有1個電子，S的最外電子層應當有2個電子，不屬于同一主族的元素，B項錯誤；U的最外電子層有1個電子，可能屬于s區(qū)元素，C項正確；T元素最外層有3個電子，價電子排布式為ns2np1，D項正確。題組三微粒半徑、電離能的綜合考查11．下列敘述正確的是()A．通常，同周期元素中第ⅦA族元素的第一電離能最大B．在同一主族中，自上而下元素的第一電離能漸漸減小C．第ⅠA、ⅡA族元素的原子，其原子半徑越大，第一電離能越大D．主族元素的原子形成單原子離子時的最高化合價數(shù)都和它的族序數(shù)相等【考點】微粒半徑與電離能的綜合考查【題點】微粒半徑、電離能的綜合考查答案B解析通常，同周期元素中堿金屬元素第一電離能最小，稀有氣體元素第一電離能最大，故A錯；同主族元素隨著原子序數(shù)的增加，原子半徑增大，失電子實力增加，第一電離能漸漸減小，故B正確，C錯誤；主族元素的原子形成單原子離子時的最高化合價數(shù)不肯定和它的族序數(shù)相等，如F、O，故D錯。12．已知短周期元素的離子aA2＋、bB＋、cC3－、dD－具有相同的電子層結構，則下列敘述正確的是()A．原子半徑：A>B>C>DB．原子序數(shù)：d>c>b>aC．離子半徑：C>D>B>AD．元素的第一電離能：A>B>D>C【考點】微粒半徑與電離能的綜合考查【題點】微粒半徑、電離能的綜合考查答案C解析A、B、C、D在元素周期表中的位置為eq\f(CD,BA)，依據(jù)遞變規(guī)律推斷。13．第一電離能I1指氣態(tài)原子X處于基態(tài)時，失去一個電子成為氣態(tài)陽離子X＋所需的最低能量。下圖是部分元素原子的第一電離能I1隨原子序數(shù)變更的曲線圖。請回答以下問題：(1)仔細分析圖中同周期元素第一電離能的變更規(guī)律，將Na～Ar之間六種元素用短線連接起來，構成完整的圖像。(2)對題圖進行分析可知，同一主族元素原子的第一電離能I1的變更規(guī)律是__________。(3)題圖中5號元素在周期表中的位置是__________________________?！究键c】元素的電離能【題點】元素電離能的綜合答案(1)答案見下圖(2)從上到下依次減小(3)第三周期ⅤA族解析(2)第一電離能反映元素的氣態(tài)原子失去一個電子的難易程度，同主族元素從上到下，失電子越來越簡潔，故第一電離能依次減小14．(2024·廣州高二月考)回答下列問題：(1)碳原子的核外電子排布式為_____________________________________________。與碳同周期的非金屬元素N的第一電離能大于O的第一電離能，緣由是_________________________________________________________________________________。(2)A、B均為短周期金屬元素。依據(jù)下表數(shù)據(jù)，寫出B原子的電子排布式：______。電離能/kJ·mol－1I1I2I3I4A93218211539021771B7381451773310540(3)Mn、Fe均為第四周期過渡金屬元素，兩元素的部分電離能數(shù)據(jù)列于下表：元素MnFe電離能/kJ·mol－1I1717759I215091561I332482957錳元素位于第四周期第ⅦB族。請寫出基態(tài)Mn2＋的價電子排布式：__________，比較兩元素的I2、I3可知，氣態(tài)Mn2＋再失去1個電子比氣態(tài)Fe2＋再失去1個電子難，對此你的說明是________________________________________________________________________。答案(1)1s22s22p2N原子的2p軌道達到半充溢狀態(tài)，比較穩(wěn)定(2)1s22s22p63s2(3)3d5由Mn2＋轉化為Mn3＋時，3d能級由較穩(wěn)定的3d5半充溢狀態(tài)轉變?yōu)椴环€(wěn)定的3d4狀態(tài)須要的能量較多；而Fe2＋轉化為Fe3＋時，3d能級由不穩(wěn)定的3d6狀態(tài)轉變?yōu)檩^穩(wěn)定的3d5半充溢狀態(tài)須要的能量相對要少解析(1)O原子和N原子的外圍電子排布分別為2