高中化學(xué)章原子結(jié)構(gòu)與元素性質(zhì)節(jié)課時原子半徑其變化規(guī)律元素的電離能其變化規(guī)律選擇性高中選擇性化

第1課時原子半徑及其變化規(guī)律元素的電離能及其變化規(guī)律發(fā)展目標(biāo)系統(tǒng)建立認(rèn)識元素的原子半徑、第一電離能等元生性質(zhì)的周期性變化。知道原子核外電子排布體現(xiàn)周期性變化是致使原子半徑、第一電離能周期性變化的原由。認(rèn)識元素周期律的應(yīng)用價值。一、原子半徑及其變化規(guī)律1．影響要素2．變化規(guī)律規(guī)律原由同周期元素(從左(除罕有增添的電子產(chǎn)生的電子間的排擠作用小原子半徑漸漸減小到右)氣體元素外)于核電荷增添致使的查對外層電子的吸引作用同主族元素(自上原子半徑漸漸增大電子層數(shù)的影響大于核電荷增添的影響而下)增添的電子都排布在(n－1)d軌道上，不同周期過渡元素原子半徑漸漸減小，但變化同元素原子的外層電子(ns)遇到原子核(從左到右)幅度不大吸引作用及內(nèi)層電子排擠作用的整體效果差異不大3.應(yīng)用利用原子半徑和價電子數(shù)，能夠定性解說元素周期表中元素原子得失電子能力所體現(xiàn)的遞變規(guī)律。(1)同周期元素(從左到右)電子層數(shù)同樣―→原子半徑減小→原子查對外層電子的核電荷數(shù)增大吸引作用加強―→元素原子失掉電子的能力愈來愈弱，獲取電子的能力愈來愈強(除罕有氣體元素外)。(2)同主族元素(自上而下)價電子數(shù)同樣―→原子半徑增大―→原子查對外層電子電子層數(shù)增加的吸引作用減弱―→元素原子失掉電子的能力愈來愈強，獲取電子的能力愈來愈弱。(3)同周期元素和同主族元素原子構(gòu)造遞變的綜合結(jié)果是：位于元素周期表中金屬元素與非金屬元素分界限四周元素的原子獲取或失掉電子的能力都不強。二、元素的電離能及其變化規(guī)律1．電離能看法：氣態(tài)基態(tài)原子或氣態(tài)基態(tài)離子失掉一個電子所需要的最小能量。符號：I，單位：kJ·mol－1。2．電離能的分類第一電離能I1第二電離能I2M(g)――――――→＋――――――→2＋(g)M(g)M失掉1個e－失掉1個e－第三電離能I3――――――→3＋(g)且I1＜I2＜I3。M－失掉1個e電離能越小，該氣態(tài)原子越簡單失掉電子。電離能越大，該氣態(tài)原子越難失掉電子。運用元素的電離能數(shù)據(jù)能夠判斷金屬元素的原子在氣態(tài)時失掉電子的難易程度。4．遞變規(guī)律(1)同種元素的原子，電離能逐級增大。5．影響要素1．判斷正誤(正確的打“√”，錯誤的打“×”)(1)氮原子的原子半徑及第一電離能都比氧原子的大。(√)(2)電子層數(shù)越多，原子半徑越大。(×)(3)同一周期的離子半徑也是從左到右漸漸減小。(×)因同周期元素的原子半徑從左到右漸漸減小，故第一電離能挨次增大。(×)同周期元素，堿金屬元素的第一電離能最小，罕有氣體元素的最大。(√)2．擁有以下核外電子排布式的原子，其半徑最大的是( )A．1s22s22p3B．1s22s22p1C．1s22s22p63s23p1D．1s22s22p63s23p4[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)原子半徑變化規(guī)律可知，Al原子半徑最大。]3．以下對于電離能的說法正確的選項是( )A．同主族元素，自上而下第一電離能漸漸減小，金屬性漸漸加強B．鈉的電離能I2?I1，說明鈉元平素顯＋1價，鎂的電離能I3?I2，則鎂常顯＋1和＋2價C．Na原子在不一樣狀態(tài)失掉1個電子所需能量同樣D．同一原子的電離能大小I1＞I2＞I3A[B項，鎂的電離能I3?I2，則鎂常顯＋2價；C項，Na原子在基態(tài)和激發(fā)態(tài)時失掉1個電子所需能量不同樣；D項，對同一原子的電離能來說I1<I2<I3，應(yīng)選A。]微粒半徑大小規(guī)律(修養(yǎng)養(yǎng)成——宏觀辨別與微觀探析)1．原子半徑的大小受哪些要素影響？提示：電子層數(shù)、核電荷數(shù)、核外電子數(shù)。2．為何過渡元素的原子半徑在同一周期內(nèi)變化幅度不大？提示：同一周期過渡元素增添的電子都散布在(n－1)d軌道上，電子間的排擠作用與核對電子吸引作用大概相當(dāng)，所以過渡元素的原子半徑在同一周期內(nèi)變化幅度不大。影響微粒半徑的要素主假如核電荷數(shù)和電子層數(shù)。一般來說，同周期中，核電荷數(shù)越大，半徑越?。煌髯逯校娮訉訑?shù)越多，半徑越大。主要有以下規(guī)律：微粒特色比較方法實例核電荷數(shù)越大，半徑越r(Na)>r(Mg)>r(Al)同周期元素原子小同主族元素核電荷數(shù)越大，半徑越r(F)<r(Cl)<r(Br)大一般電子層數(shù)越多，半r(S)>r(C)多半原子徑越大擁有同樣核電荷數(shù)越大，半徑越r(Na＋)>r(Mg2＋)>r(Al3＋)電子層構(gòu)造小離子電子數(shù)和經(jīng)過電子數(shù)或核電荷核電荷數(shù)數(shù)同樣的微粒做參照3＋2－2－r(Al)<r(O)<r(S)均不一樣物2＋同種元素的價態(tài)越高，r(Fe)>r(Fe)>r(Fe3＋)、原子和離子半徑越?。玶(H)>r(H)>r(H)微點撥：可用“三看”法迅速判斷簡單微粒半徑大小“一看”電子層數(shù)：最外層電子數(shù)同樣時，電子層數(shù)越多，半徑越大?！岸础焙穗姾蓴?shù)：當(dāng)電子層構(gòu)造同樣時，核電荷數(shù)越大，半徑越小。“三看”核外電子數(shù)：當(dāng)電子層數(shù)和核電荷數(shù)均同樣時，核外電子數(shù)越多，半徑越大?！纠?】以下微粒半徑大小比較正確的選項是( )＋2＋＜Al3＋2－A．Na＜Mg＜OB．S2－＞Cl－＞Na＋＞Al3＋C．Na＜Mg＜Al＜SiD．Cs＜Rb＜K＜NaB[A中四種離子核外電子排布同樣，核電荷數(shù)越大，半徑越?。籅中S2－與Cl－，Na＋與Al3＋的核外電子排布分別同樣，S2－和Cl－比Na＋和Al3＋多一個電子層，微粒半徑大；C中微粒電子層數(shù)同樣，核電荷數(shù)越大，半徑越小，應(yīng)為Na＞Mg＞Al＞Si；D中微粒為同一主族，電子層數(shù)越多，原子半徑越大，應(yīng)為Cs＞Rb＞K＞Na。]原子半徑的大小可依照元素周期表同主族、同周期遞變規(guī)律進行比較；對核外電子層構(gòu)造同樣的單核粒子或質(zhì)子數(shù)同樣的不一樣單核粒子的半徑大小的比較，應(yīng)從原子查對其最外層上電子的吸引力大小下手，從而比較其半徑大小關(guān)系。n＋(n＋1)＋n－(n＋1)－都有同樣的電子層構(gòu)造，則A、B、C、D的原子半徑1．已知A、B、C、D由大到小的次序是( )A．C＞D＞B＞AB．A＞B＞C＞DC．D＞C＞A＞BD．A＞B＞D＞CD[電子層構(gòu)造同樣的離子n＋(n＋1)＋n－(n＋1)－，陽離子在陰離子的下一周期，A、B、C、D則原子序數(shù)大小次序是B>A>C>D，一般來說，電子層數(shù)越多，原子半徑越大，同一周期元素原子半徑跟著原子序數(shù)的增大而減小，C、D處于同一周期，原子半徑：D>C；A、B處于同一周期，原子半徑：A>B，故原子半徑大小次序是A>B>D>C，D正確。]2．以下對于微粒半徑的說法正確的選項是()A．電子層數(shù)少的元素的原子半徑必定小于電子層數(shù)多的元素的原子半徑B．核外電子層構(gòu)造同樣的單核粒子，半徑同樣C．質(zhì)子數(shù)同樣的不一樣單核粒子，電子數(shù)越多半徑越大D．原子序數(shù)越大，原子半徑越大C[因為同周期主族元素從左到右原子半徑漸漸減小，故ⅦA族元素的原子半徑不必定比上一周期ⅠA族元素原子半徑大，如r(Li)>r(S)>r(Cl)。對于核外電子層構(gòu)造同樣的單核離子和原子，半徑是不一樣的。質(zhì)子數(shù)同樣的不一樣單核粒子，陰離子半徑>原子半徑>陽離子半徑。原子序數(shù)越大，原子半徑不必定越大，對于同周期主族元素(罕有氣體除外)，原子序數(shù)越大，原子半徑越小。]電離能變化規(guī)律及其應(yīng)用(修養(yǎng)養(yǎng)成——憑證推理與模型認(rèn)知)元素電離能(kJ·mol－1)鈉鎂鋁第一電離能496738577第二電離能456214511817第三電離能691277332745第四電離能95401054011578試用原子構(gòu)造知識解說Mg比Al的第一電離能大的原由。提示：Mg的電子排布式為1s22s22p63s2；Al的電子排布式為1s22s22p63s23p1，Mg的3p軌道處于全空狀態(tài)，3s軌道處于全充滿狀態(tài)，相對穩(wěn)固，故Mg的第一電離能大于Al的第一電離能。2．為何鈉元素的常有價態(tài)為＋1價，鎂元素的為＋2價，鋁元素的為＋3價？化合價與原子構(gòu)造有什么關(guān)系？提示：鈉原子的第一電離能較低，而第二電離能突躍式變高，也就是說，I2?I1。這說明鈉原子很簡單失掉一個電子成為＋1價陽離子，形成罕有氣體元素原子的穩(wěn)固狀態(tài)后，核對外層電子的有效吸引作用變得更強，不易再失掉第2個電子。所以，鈉元素的常有化合價為＋1價；同理剖析鎂和鋁。1．影響電離能的要素電離能的數(shù)值大小主要取決于原子的核電荷數(shù)、原子半徑以及原子的電子構(gòu)型。一般來說，同一周期的元素?fù)碛型瑯拥碾娮訉訑?shù)，從左到右核電荷數(shù)漸漸增大，原子的半徑漸漸減小，查對最外層電子的引力漸漸加大，所以，越靠右的元素越不易失掉電子，電離能也就越大。同一主族元素電子層數(shù)不一樣，最外層電子數(shù)同樣，原子半徑漸漸增大起主要作用，所以半徑越大，查對最外層電子的引力越小，越易失掉電子，電離能也就越小。電子構(gòu)型是影響電離能的第三個要素某些元素?fù)碛腥錆M或半充滿的電子構(gòu)型，穩(wěn)固性也較高，如ⅡA

族Be、Mg等元素原子的最外層

s原子軌道全滿、

p原子軌道全空，ⅤA族N、P等元素原子

p原子軌道為半充滿狀態(tài)，0族元素(He除外)原子p原子軌道為全滿狀態(tài)，均穩(wěn)固，所以它們比左右相鄰的元素的第一電離能大。2．逐級電離能(1)定義：原子的＋1價氣態(tài)基態(tài)離子再失掉1個電子所需要的最低能量叫做第二電離能，挨次類推。能夠表示為＋－I(第一電離能)；1＋2＋－I2(第二電離能)；M(g)===M(g)＋e2＋3＋－I(第三電離能)M(g)===M(g)＋e3變化規(guī)律①同一元素的逐級電離能是漸漸增大的，即I1<I2<I3<，這是因為原子失掉一個電子變?yōu)椋?價陽離子后，半徑變小，核電荷數(shù)未變而電子數(shù)量變少，查對電子的吸引作用增強，因此第二個電子比第一個電子難于失掉，失掉第二個電子比失掉第一個電子需要更多的能量。同理，I3>I2、I4>I3In＋1>In。②元素的逐級電離能漸漸增大而且會發(fā)生一個突變即忽然增大多倍，這是因為電子是分層排布的，主族元素幾乎不可以失掉內(nèi)層電子的緣由。如Na原子的I1、I2、I3的值分別是(單位為kJ·mol－1)496、4562、6912，在I1和I2之間發(fā)生突變。3．電離能的應(yīng)用用來權(quán)衡原子失掉電子的難易，比較金屬的開朗性和元素的金屬性。一般地，元素的第一電離能越小，金屬性越強；堿金屬元素的第一電離能越小，堿金屬越開朗。判斷原子易失掉電子的數(shù)量和元素的化合價元素的各級電離能漸漸增大而且會發(fā)生一個突變(因為電子是分層排布的，內(nèi)層電子比外層電子難于失掉，所以會發(fā)生突變)，如Mg原子的I1、I2、I3的值分別是(單位為kJ·mol－1)738、1451、7733，在I2和I3之間發(fā)生突變，則鎂元素易失掉最外層2個電子，常有化合價為＋2價。金屬活動性次序與相應(yīng)的電離能的大小次序不一致的原由金屬活動性按K、Ca、Na、Mg、Al、Zn、Fe、Sn、Pb、(H)Cu、Hg、Ag、Pt、Au的次序減弱，該次序表示自左向右，在水溶液中金屬單質(zhì)中的原子失掉電子愈來愈困難。電離能是指金屬原子在氣態(tài)時失掉電子成為氣態(tài)陽離子的能力，它是金屬原子在氣態(tài)時開朗性的量度。因為金屬活動性次序與電離能所對應(yīng)的條件不一樣，所以兩者不行能完整一致。如，鈉的第一電離能為496kJ·mol－1，鈣的第一電離能和第二電離能分別為590kJ·mol－1、1145kJ·mol－1，表示鈉原子比鈣原子在氣態(tài)更易失掉電子，更為開朗?？墒?，因為Ca2＋形成水合離子時放出的能量遠比Na＋形成水合離子時放出的能量多，所以在水溶液里鈣原子比鈉原子更易失掉電子，即在金屬活動性次序中鈣排在鈉的前面?！纠?】依據(jù)以下五種主族元素的電離能數(shù)據(jù)(單位：kJ·mol－1)，回答以下問題。元素符號I1I2I3I4Q2080400061009400R500460069009500S7401500770010500T5801820275011600V420310044005900(1)在元素周期表中，最有可能處于同一族的是_____________________。A．Q和RB．S和TC．T和VD．R和TE．R和V(2)它們的氯化物的化學(xué)式，最有可能正確的選項是______________________。A．QCl2B．RClC．SCl3D．TClE．VCl4(3)以下元素，最有可能與Q元素位于同一族的是______________________。A．硼B(yǎng)．鈹C．鋰D．氫E．氦(4)在這5種元素中，最簡單與氯元素形成離子化合物的是________。A．QB．RC．SD．TE．V[分析]各級電離能發(fā)生突變的狀況是R：I2?I1，S：I3?I2，T：I4?I3，V：I2?I1，它們往常在化合物中的化合價分別為＋1、＋2、＋3、＋1。Q的第一電離能比其余元素的第一電離能顯然高得多，最有可能是罕有氣體元素。五種元素中，只有R和V電離能發(fā)生突變的狀況同樣。(2)Q

可能是罕有氣體元素，其余元素的氯化物的化學(xué)式可能是

RCl，SCl2，TCl3，VCl。(3)Q

可能是罕有氣體元素，與氦都位于

0族。第一電離能越小，元素的金屬性越強，越易形成離子化合物，V的第一電離能最小。[答案](1)E(2)B(3)E(4)E[小題大做

]依據(jù)表中的數(shù)據(jù)，你以為V最可能是前四周期的哪一種元素。提示：鉀元素。因為V易形成＋1價化合物，所以是ⅠA族的元素；因為最罕有四個電子，所以清除了氫元素和鋰元素，又因為R也易形成＋1價化合物，也是ⅠA族的元素，且第一電離能大于V，所從前四周期V只好是鉀元素。由電離能判斷元素化合價時，重點看電離能數(shù)據(jù)的變化趨向。相鄰兩電子層能量相差較大時，電離能發(fā)生突躍，說明再失掉一個電子的難度增添好多，由此可判斷最外層上的電子數(shù)，從而判斷其可能化合價并由此推測出其陽離子所帶的正電荷。1．以下各組元素中，按原子半徑挨次減小、元素第一電離能漸漸高升的次序擺列的是(

)A．K、Na、Li

B．Al、Mg、NaC．N、O、C

D．Cl、S、P[B、D項中元素的原子半徑漸漸增大；C項中原子半徑：C＞N＞O，第一電離能：NO＞C。]2．A、B都是短周期元素，原子最外層電子排布式分別為(n＋1)sx、nsx＋1npx＋3。A與B可形成化合物C和D。D溶于水時有氣體逸出，該氣體能使帶火星的木條復(fù)燃。請回答以下問題。(1)比較電離能：①I1(A)________I1(B)(填“>”或“<”，下同)，I1(B)________I1(He)。往常A元素的化合價是________，對A元素體現(xiàn)這類價態(tài)進行解說：①用原子構(gòu)造的看法進行解說：_________________________________________________________________________________________________。②用電離能的看法進行解說：__________________________________________________________________________________________________。(3)寫出D跟水反響的離子方程式：_______________________________。[分析]由s能級最多能容納2個電子和B原子最外層電子排布式為nsx＋1npx＋3可知，x等于1。由A、B都是短周期元素和它們構(gòu)成的化合物的性質(zhì)可知，n等于2，A是鈉元素，B是氧元素。[答案](1)①＜②＜(2)＋1①鈉原子失掉一個電子后核外電子排布式為1s22s22p6，原子軌道處于全充滿狀態(tài)，該＋1價陽離子系統(tǒng)能量低，極難再失掉電子②Na原子的第一電離能相對較小，第二電離能比第一電離能大好多，往常Na原子只好失掉一個電子＋－(3)2Na2O2＋2H2O===4Na＋4OH＋O2↑如下圖，是部分元素第一電離能變化狀況。1．整體上：金屬元素的第一電離能都較小，非金屬元素和罕有氣體元素的第一電離能都較大。為何？提示：因為金屬元素原子的最外層電子數(shù)都比較少，簡單失掉電子，所以金屬元素的第一電離能都比較?。欢墙饘僭卦拥淖钔鈱与娮颖仍S多，不簡單失掉電子，罕有氣體元素原子外頭電子排布式為ns2np6(He為1s2)，是穩(wěn)固構(gòu)造，更難失掉電子，所以它們的第一電離能都比較大。2．為何ⅡA族，ⅤA族元素的第一電離能大于相鄰的元素？提示：當(dāng)原子核外電子排布在能量相等的軌道上形成全空(p0、d0、f0)或半充滿(p3、d5、761014(即洪特規(guī)則特例)，所以失電子所需f)或全充滿(p、d、f)構(gòu)造時原子處于能量較低狀態(tài)能量較大，即I1較大。ⅡA族元素原子知足ns2np0、ⅤA族元素原子知足ns2np3，故它們的第一電離能大于相鄰元素。經(jīng)過本情境素材中電離能變化規(guī)律及其原由解說，提高了“憑證推理與模型認(rèn)知”的學(xué)科修養(yǎng)，培育了“發(fā)現(xiàn)問題，解決問題”的能力。1．以下微粒半徑挨次增大的是( )A．同一主族元素跟著原子序數(shù)的遞加B．同一周期的元素跟著原子序數(shù)的遞加＋2＋、Al3＋－C．Na、Mg、FD．P、S、S2－、Cl－[依照比較微粒半徑大小的規(guī)律進行剖析，同一主族，跟著原子序數(shù)的遞加，原子的電子層數(shù)挨次增添，原子半徑挨次增大，A項正確；一般來說，同一周期，跟著原子序數(shù)的遞加，原子半徑漸漸減小，B項錯誤；C項中各微粒的電子層構(gòu)造同樣，核電荷數(shù)越大，半徑越小，故半徑F－最大，Al3＋最小，C項錯誤；D項中的微粒半徑P＞S，S2－＞Cl－，D項錯誤。]2．(修養(yǎng)題)已知以下元素的原子半徑：原子NSOSi半徑r/10－10m0.751.020.741.17依據(jù)以上數(shù)據(jù)，磷原子的半徑可能是()A．0.8×10－10mB．1.10×10－10mC．1.20×10－10mD．0.7×10－10mB[磷元素在第3周期中硫元素和硅元素之間，即P的原子半徑在1.02×10－10～1.17×10－10m之間，故B項正確。]3．擁有以下電子層構(gòu)造的原子，其第一電離能由大到小擺列正確的選項是( )3p軌道上只有一對成對電子的原子②外頭電子排布為3s23p6的原子③其3p軌道為半充滿的原子④正三價的陽離子的電子層構(gòu)造與氖原子構(gòu)造同樣A．①②③④

B．③①②④C．②③①④D．②④①③C[此題考察同周期元素第一電離能的遞變規(guī)律，題中所述構(gòu)造的原子都是第

3周期元素。②是罕有氣體

Ar，其第一電離能最大。①是硫原子，③是磷原子，④是鋁原子。

I1(Al)最小，S固然在P的右側(cè)，但磷原子3p軌道是3p3半充滿構(gòu)造，較穩(wěn)固，故I1(P)＞I1