2023-2024學年蘇教版新教材選擇性必修二 專題2第二單元 元素性質的遞變規(guī)律（第1課時） 學案

第二單元元素性質的遞變規(guī)律第1課時原子核外電子排布的周期性元素第一電離能的周期性變化目標導航1．能從電子排布的角度解釋元素的分區(qū)、周期和族的劃分。2．能從電子排布的角度解釋主族元素第一電離能變化的一般規(guī)律。知識精講知識點01原子核外電子排布的周期性1．最外層電子數(shù)目的變化除第1周期外，每隔一定數(shù)目的元素，元素原子的最外層電子數(shù)重復出現(xiàn)從1逐漸增加到8的周期性變化。2．核外電子排布的周期性變化規(guī)律每隔一定數(shù)目的元素，元素原子的外圍電子排布重復出現(xiàn)從ns1到ns2np6的周期性變化(第1周期除外)。3．外圍電子排布的變化(1)第2、3周期從左到右，元素原子的外圍電子排布呈現(xiàn)從ns1到ns2np6的變化。(2)第4周期，從左到右，元素原子的外圍電子排布呈現(xiàn)從4s1經(jīng)過3d1～104s1～2逐漸過渡到4s24p6。(3)第5周期元素原子的外圍電子排布與第4周期元素外圍電子排布有相似的變化規(guī)律。4．元素周期表中區(qū)的劃分根據(jù)元素原子的外圍電子排布特征，可將元素周期表分成五個區(qū)域：s區(qū)、p區(qū)、d區(qū)、ds區(qū)和f區(qū)。(1)s區(qū)：包含ⅠA和ⅡA兩族元素，除氫元素外，其余都是活潑的金屬元素。(2)p區(qū)：包含ⅢA～ⅦA族及0族元素，除氫元素外，所有的非金屬元素都在p區(qū)。(3)d區(qū)：包含ⅢB～ⅦB、Ⅷ族的元素。(4)ds區(qū)：包含ⅠB和ⅡB族的元素。(5)f區(qū)：鑭系和錒系元素?！炯磳W即練1】某元素原子的外圍電子排布式為3s23p5，則下列對其在周期表中的位置敘述正確的是()A．第2周期第ⅦA族 B．第3周期第ⅦA族C．第3周期第ⅤA族 D．第3周期0族答案：B知識點02元素第一電離能的周期性變化1．第一電離能的含義某元素的氣態(tài)原子失去一個電子形成＋1價氣態(tài)陽離子所需要的最低能量。符號：I1。M(g)-e-→M+(g)2．第一電離能的意義(1)第一電離能可以衡量元素的氣態(tài)原子失去一個電子的難易程度。(2)第一電離能數(shù)值越小，該氣態(tài)原子越容易失去一個電子；第一電離能越大，該氣態(tài)原子越難失去一個電子。3．元素的第一電離能變化規(guī)律(1)同主族元素的原子最外層電子數(shù)相同，隨著核電荷數(shù)的增大，原子半徑逐漸增大，失電子能力逐漸增強，第一電離能逐漸減小。(2)同一周期的主族元素具有相同的電子層數(shù)，隨著核電荷數(shù)的遞增，最外層電子數(shù)增加，原子半徑逐漸減小，失電子能力逐漸減弱，第一電離能呈現(xiàn)增大的趨勢。對同周期元素來說，堿金屬的第一電離能最小，稀有氣體的第一電離能最大。4．元素的電離能與原子結構的關系(1)第一電離能與原子核外電子排布的關系當原子核外電子排布在能量相等的軌道上形成全空、半充滿和全充滿結構時，原子的能量較低，該元素具有較大的第一電離能。例如，Mg的外圍電子排布為3s2，s軌道處于全充滿狀態(tài)，P的外圍電子排布為3s23p3，p軌道處于半充滿狀態(tài)，因此二者電離能相對較高。(2)元素的電離能與原子核外電子排布的關系①同一元素的各級電離能逐級變大，即I1<I2<I3……。②電離能突然變大，說明原子的電子層發(fā)生了變化，由此可以判斷該元素原子的電子層結構和主要化合價?！炯磳W即練2】比較下列元素的第一電離能大小：（1）N、O、F_____________（2）He、Ne、Ar_______________（3）Na、Mg、Al____________（4）F、Cl、Br________________答案：（1）F>N>O（2）He>Ne>Ar（3）Mg>Al>Na（4）F>Cl>Br【即學即練3】元素銅與鎳的第二電離能分別為：ICu＝1959kJ?mol﹣1，INi＝1753kJ?mol﹣1，ICu＞INi的原因是_________________________________________________________。答案：Cu+電子排布呈全充滿狀態(tài)，比較穩(wěn)定，失電子需要能量高，第二電離能數(shù)值大。能力拓展考法01電離能1．電離能的變化規(guī)律(1)第一電離能①每個周期的第一種元素(氫元素或堿金屬元素)第一電離能最小，稀有氣體元素原子的第一電離能最大，同周期中從左至右元素的第一電離能呈增大的趨勢，但是ⅡA＞ⅢA、ⅤA＞ⅥA。②同主族元素原子的第一電離能從上到下逐漸減小。(2)逐級電離能①原子的逐級電離能越來越大。首先失去的電子是能量最高的電子，故第一電離能較小，以后再失去的電子都是原子軌道較低的電子，所需要的能量較多。②當電離能突然變大時說明電子的電子層發(fā)生了變化，即同一電子層中電離能相近，不同電子層中電離能有很大的差距。如Al：I1＜I2＜I3?I4＜I5……2．第一電離能與原子核外電子排布(1)通常情況下，當原子核外電子排布在能量相等的軌道上形成全空(p0、d0、f0)、半充滿(p3、d5、f7)和全充滿(p6、d10、f14)的結構時，原子的能量較低，該元素具有較大的第一電離能。(2)在同周期元素中，稀有氣體的第一電離能最大。一般情況下，金屬越活潑，金屬元素的第一電離能越小；非金屬越活潑，非金屬元素的第一電離能越大。【典例1】具有下列外圍電子排布的元素中，第一電離能最小的是()A．ns2np3 B．ns2np4 C．ns2np5 D．ns2np6答案：B解析：ns2np3的p軌道為半充滿穩(wěn)定結構，第一電離能為ns2np3＞ns2np4，對于題給四個選項，其第一電離能由小到大順序為ns2np4＜ns2np3＜ns2np5＜ns2np6，即第一電離能最小的外圍電子排布為ns2np4的元素。考法02電離能的應用1．確定元素原子核外電子的排布根據(jù)核外電子排布，一個電子層的所有電子均失去之后，換新的電子層再失去電子時，由于內(nèi)層是飽和結構，難失去，故電離能數(shù)值在層與層之間呈現(xiàn)突躍性變化，而層內(nèi)電離能數(shù)值差別相對較小。如Al的第一到第四級電離能分別為(單位：kJ·mol－1)577、1817、2745、11575。從中明顯看出在第三、第四電離能之間有突躍，故可判斷Al最外層只有3個電子。2．判斷主族元素的外圍電子數(shù)或最高化合價通常用電離能來表示原子或離子失去電子的難易程度。如K的I1比I2小很多，電離能差值很大，說明失去第一個電子比失去第二個電子容易得多，所以K容易失去一個電子形成＋1價離子；Mg的I1和I2相差不多，而I2比I3小很多，所以Mg容易失去兩個電子形成＋2價離子。一般來說，如果某元素的電離能在In與In＋1之間發(fā)生突變，則該元素的原子易形成＋n價離子而不易形成＋(n＋1)價離子。3．判斷元素的金屬性與非金屬性強弱一般地，除稀有氣體外，I1越大，元素的非金屬性越強；I1越小，元素的金屬性越強。【典例2】(1)Mg元素的第一電離能比Al元素的第一電離能________，第2周期元素中，元素的第一電離能比鈹大的元素有______種。(2)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，原因是__________________________________________。(3)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(4)根據(jù)下表所列元素的各級電離能I/kJ·mol－1的數(shù)據(jù)，下列判斷中錯誤的是________(填字母)。元素I1I2I3I4X500460069009500Y5801800270011600A．元素X的常見化合價為＋1價B．元素Y可能為ⅢA族元素C．元素X與氯形成化合物時，化學式可能是XClD．元素Y在化學性質上與錫相似答案：(1)大5(2)1s22s22p2N原子的2p軌道達到半充滿結構，比較穩(wěn)定(3)1s22s22p63s2(4)D解析：(1)Mg的外圍電子排布式為3s2，3s為全充滿穩(wěn)定結構；Al的外圍電子排布式為3s23p1，3p軌道不是穩(wěn)定結構。元素第一電離能Mg＞Al。第2周期元素的第一電離能比Be元素第一電離能大的元素有C、N、O、F、Ne共5種。(2)O原子和N原子的外圍電子排布分別為2s22p4與2s22p3，N原子的2p軌道半充滿，結構比較穩(wěn)定，所以第一電離能大。(3)由A、B元素的各級電離能可看出，A、B兩元素容易失去兩個電子形成＋2價金屬陽離子，故A、B元素屬于ⅡA族的元素，由同主族元素電離能變化規(guī)律可知，B元素為鎂元素，其原子的電子排布式為1s22s22p63s2。(4)根據(jù)數(shù)據(jù)分析：X中I2?I1，可知X最外層只有1個電子，X常見化合價為＋1價，與Cl元素形成XCl，位于ⅠA族，A、C項正確；Y中I4?I3，Y易呈＋3價，故Y最外層有3個電子，位于ⅢA族，B項正確；因為錫在ⅣA族，所以Y的化學性質不與錫相似，D項不正確。分層提分題組A基礎過關練1．已知某元素＋2價離子的電子排布式為1s22s22p63s23p6，該元素在周期表中屬于()A．ⅤB族B．ⅡB族C．Ⅷ族D．ⅡA族答案：D2．按電子排布，可把周期表里的元素劃分成5個區(qū)，以下元素屬于p區(qū)的是()A．FeB．MgC．PD．Zn答案：C3．下列元素一定是主族元素的是()A．原子核外N電子層上只有一個電子的元素B．原子核外M層電子數(shù)為偶數(shù)的元素C．原子核外M層電子數(shù)為小于或等于7的奇數(shù)的元素D．原子核外N層電子數(shù)為2的元素答案：C4．下列說法中正確的是()A．非金屬元素呈現(xiàn)的最高化合價不超過該元素原子的最外層電子數(shù)B．非金屬元素呈現(xiàn)的最低化合價，其絕對值等于該元素原子的最外層電子數(shù)C．最外層有2個電子的原子都是金屬原子D．最外層有5個電子的原子都是非金屬原子答案：A5．下列說法中正確的是()A．元素周期律的本質是隨著核電荷數(shù)的遞增元素化合價呈周期性的變化B．核外電子排布的周期性變化是元素性質周期性變化的結果C．元素周期表可劃分成s、p、d、ds、f五個區(qū)D．最外層電子數(shù)≤2的元素一定是金屬元素答案：C6．具有下列電子層結構的原子，其對應元素一定屬于同一周期的是()A．兩種原子的電子層上全部是s電子B．3p上只有一個空軌道的原子和3p上只有一個未成對電子的原子C．最外層電子排布為2s22p6的原子和最外層電子排布為2s22p6的離子D．原子核外的M層上的s軌道和p軌道都充滿了電子，而d軌道上尚未有電子的兩種原子答案：B7．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答案：C解析：根據(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)。根據(jù)原子半徑變化規(guī)律可知，Al原子半徑最大。8．下列說法正確的是()A．第3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．在所有元素中，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答案：A解析：同周期元素從左到右第一電離能呈逐漸增大的趨勢，堿金屬第一電離能最小，稀有氣體元素的第一電離能最大，A正確，C錯誤；鎂的外圍電子排布為3s2，鋁的外圍電子排布式為3s23p1，鎂為全充滿狀態(tài)，較難失去電子，故其第一電離能要大于鋁的第一電離能，B錯誤；根據(jù)同主族、同周期主族元素第一電離能的遞變規(guī)律可以推測，第一電離能K<Ca<Mg，D錯誤。9．將下列元素的第一電離能按由小到大的順序排列：（1）Ca、Mg、Be：___________________（2）Na、Mg、Al：_________________（3）C、N、O：______________________（4）P、S、F：____________________10．根據(jù)元素周期表1～18號元素的性質和遞變規(guī)律，回答下列問題。（1）屬于金屬元素的有____種，金屬性最強的元素與氧氣反應生成的化合物有_________、________(填兩種化合物的化學式)；（2）原子半徑最大的元素是(稀有氣體除外)_______，第一電離能最小的元素是______，第一電離能最大的元素是______，最強的含氧酸是________，最穩(wěn)定的氣態(tài)氫化物是________；（3）原子中p軌道半充滿的元素是________；（4）推測Si、N最簡單氫化物的穩(wěn)定性：__________大于_________(填化學式)。答案：（1）5Na2O、Na2O2（2）NaNaHeHClO4HF（3）N、P（4）NH3SiH411．指出下列元素是主族元素還是副族元素，在周期表中的位置是什么？（1）1s22s22p63s2是______族元素，位于周期表中第_____周期第_____族，屬于_____區(qū)元素；（2）[Kr]4d105s25p2是_____族元素，位于周期表中第_____周期第_____族，屬于____區(qū)元素；（3）[Ar]3d14s2是_____族元素，位于周期表中第_____周期第______族，屬于_______區(qū)元素；（4）[Ar]3d104s1是____族元素，位于周期表中第____周期第_____族，屬于______區(qū)元素。答案：（1）主三ⅡAs（2）主五ⅣAp（3）副四ⅢBd?（4）副四ⅠBds題組B能力提升練1．已知短周期元素X、Y、Z在周期表中的相對位置如圖所示，則下列說法正確的是()A．Y元素原子的外圍電子排布為2s22p4B．原子半徑：Z＜YC．X是周期表中第一電離能最大的元素D．第一電離能：Z＞Y答案：C解析：因X、Y、Z為短周期元素，結合位置關系知X為He，Y為F，Z為S。F(Y)元素外圍電子排布為2s22p5；原子半徑S＞F(Z＞Y)；結合第一電離能在同周期和同主族間的變化規(guī)律知，He是第一電離能最大的元素；第一電離能F＞S。2．關于元素周期表中元素的分區(qū)，下列說法正確的是()A．元素周期表的d區(qū)全部是副族元素B．元素周期表的d區(qū)包含所有的過渡元素C．過渡元素包括d區(qū)、f區(qū)、ds區(qū)的元素D．ds區(qū)元素不都是副族元素答案：C解析：d區(qū)包括ⅢB～ⅦB族(鑭系和錒系除外)元素和Ⅷ族元素，ds區(qū)包括ⅠB族和ⅡB族元素，過渡元素包括所有的副族元素和Ⅷ族元素，即包括了d區(qū)、f區(qū)、ds區(qū)的元素，故B項錯誤，C項正確。3．元素X的部分電離能數(shù)據(jù)如下：I1I2I3I4I5I6I/(kJ·mol－1)57818172745115781483118378則元素X的常見化合價是()A．＋1B．＋2C．＋3D．＋6答案：C解析：對比表中電離能數(shù)據(jù)可知，I1、I2、I3數(shù)值相對較小，I4數(shù)值突然增大，說明元素X的原子中，有3個電子容易失去，因此該元素的常見化合價為＋3。4．電離能是指由蒸氣狀態(tài)的孤立原子移去電子形成陽離子需要的能量。從中性原子中移去第一個電子所需的能量為第一電離能(I1)，移去第二個電子所需要的能量為第二電離能(I2)，依次類推?，F(xiàn)有5種元素A、B、C、D、E，其中I1～I3分列下表。元素I1/eVI2/eVI3/eVA13.023.940.0B4.331.947.8C5.747.471.8D7.715.180.3E21.641.165.2根據(jù)表中數(shù)據(jù)判斷其中的金屬元素有__________，稀有氣體元素有__________，最活潑的金屬是__________，顯二價的金屬是______________。答案：BCDEBD5．已知X、Y、Z、Q、R、E六種元素中，原子序數(shù)X<Y<Z<Q<R<E，其結構或性質信息如下表：元素結構或性質信息X原子的L層上s電子數(shù)等于p電子數(shù)Y原子核外的L層有3個未成對電子Z原子核外只有兩個電子層，s電子數(shù)等于p電子數(shù)Q單質常溫、常壓下是氣體，原子的M層上有1個未成對的p電子R核電荷數(shù)是Y與Q的核電荷數(shù)之和E原子序數(shù)比R大3請根據(jù)信息回答有關問題：（1）元素Y的原子核外共有種不同運動狀態(tài)的電子。（2）基態(tài)X原子的核外電子軌道表示式為；X、Y、Z三種元素的非金屬性由強到弱的排列次序依次為(寫元素符號)。（3）基態(tài)Q原子的核外電子排布式是。（4）R的元素符號是，基態(tài)R原子的M電子層的電子排布式為。（5）E有多種化合價，基態(tài)E2+的外圍電子排布式是。答案：（1）7（2）O>N>C（3）1s22s22p63s23p5（4）Cr3s23p63d5（5）3d7題組C培優(yōu)拔尖練1．氣態(tài)中性原子失去一個電子轉化為＋1價氣態(tài)正離子所需要的最低能量叫做第一電離能(I1)，氣態(tài)正離子繼續(xù)失去電子所需最低能量依次稱為第二電離能(I2)、第三電離能(I3)……下表是第3周期部分元素的電離能[單位：eV(電子伏特)]數(shù)據(jù)。元素I1/eVI2/eVI3/eV甲5.747.471.8乙7.715.180.3丙13.023.940.0丁15.727.640.7下列說法正確的是()A．甲的金屬性比乙強 B．乙的化合價為＋1價C．丙一定為金屬元素 D．丁一定是金屬元素答案：A解析：根據(jù)表中I1、I2、I3電離能的數(shù)據(jù)可知甲為Na元素，乙為Mg元素，丙、丁應為Al以后的元素，且丙在丁的前面，故只有A正確。2．13Al、15P、16S、17Cl是周期表中的短周期主族元素。下列有關說法正確的是()A．元素Al在周期表中位于第4周期ⅢA族B．元素P的簡單氣態(tài)氫化物的化學式為PH4C．第一電離能：I1(Al)<I1(P)<I1(S)D．最高價氧化物的水化物的酸性：H3PO4<H2SO4<HClO4答案：D解析：A.Al為13號元素，周期表中位于第3周期ⅢA族，故A錯誤；B.P位于第ⅤA族，最低負價為－3，所以簡單氣態(tài)