高中第二节 原子结构与元素的性质第2课时学案设计

第2课时　元素周期律(一)

[核心素养发展目标]　1.能从原子结构的角度理解原子半径、元素第一电离能之间的递变规律，能利用递变规律比较原子(离子)半径、元素第一电离能的相对大小。2.通过原子半径、元素第一电离能递变规律的学习，建立“结构决定性质”的认知模型，并能利用认知模型解释元素性质的规律性和特殊性。

一、原子半径

1．影响原子半径大小的因素

(1)电子的能层数：电子的能层越多，电子之间的排斥作用使原子半径增大。

(2)核电荷数：核电荷数越大，核对电子的吸引作用就越大，使原子半径减小。

2．原子半径的递变规律

(1)同周期：从左至右，核电荷数越大，半径越小。

(2)同主族：从上到下，核电荷数越大，半径越大。

3．原子或离子半径的比较方法

(1)同种元素的离子半径：阴离子大于原子，原子大于阳离子，低价阳离子大于高价阳离子。例如：r(Cl－)＞r(Cl)，r(Fe)＞r(Fe2＋)＞r(Fe3＋)。

(2)能层结构相同的离子：核电荷数越大，半径越小。例如：r(O2－)＞r(F－)＞r(Na＋)＞r(Mg2＋)＞r(Al3＋)。

(3)带相同电荷的离子：能层数越多，半径越大。例如：r(Li＋)＜r(Na＋)＜r(K＋)＜r(Rb＋)＜

r(Cs＋)，r(O2－)＜r(S2－)＜r(Se2－)＜r(Te2－)。

(4)核电荷数、能层数均不同的离子：可选一种离子参照比较。例如：比较r(K＋)与r(Mg2＋)，可选r(Na＋)为参照，r(K＋)＞r(Na＋)＞r(Mg2＋)。

(1)能层数少的元素原子半径一定小于能层数多的元素的原子半径(　　)

(2)核外能层结构相同的单核粒子，半径相同(　　)

(3)质子数相同的不同单核粒子，电子数越多，半径越大(　　)

(4)各元素的原子半径总比离子半径大(　　)

(5)同周期元素从左到右，原子半径、离子半径均逐渐减小(　　)

答案　(1)×　(2)×　(3)√　(4)×　(5)×

1．下列各组微粒不是按半径逐渐增大的顺序排列的是(　　)

A．Na、K、Rb   B．F、Cl、Br

C．Mg2＋、Al3＋、Zn2＋   D．Cl－、Br－、I－

答案　C

解析　同主族元素，从上到下，原子半径(离子半径)逐渐增大，故A、B、D三项中的各微粒的半径逐渐增大；电子层数相同，核电荷数越大半径越小，Mg2＋、Al3＋能层数相同但铝的核电荷数大，所以Al3＋的半径小，故C项微粒不是按半径逐渐增大的顺序排列的。

2．下列化合物中阳离子半径与阴离子半径比值最小的是(　　)

A．NaF   B．MgI2

C．BaI2   D．KBr

答案　B

解析　题中阳离子半径由小到大的顺序为r(Mg＋)＜r(Na＋)＜r(K＋)＜r(Ba2＋)，阴离子半径由大到小的顺序为r(I－)＞r(Br－)＞r(F－)。要使r(阳)/r(阴)最小，应取r(阳)最小的与r(阴)最大的相比，即r(Mg2＋)/r(I－)最小。

 粒子半径比较的一般思路

(1)“一层”：先看能层数，能层数越多，一般微粒半径越大。

(2)“二核”：若能层数相同，则看核电荷数，核电荷数越大，微粒半径越小。

(3)“三电子”：若能层数、核电荷数均相同，则看核外电子数，电子数多的半径大。

二、元素的电离能

1．元素第一电离能的概念与意义

(1)概念

①第一电离能：气态电中性基态原子失去一个电子转化为气态基态正离子所需要的最低能量叫做第一电离能，符号：I1。

②逐级电离能：气态基态一价正离子再失去一个电子成为气态基态二价正离子所需的最低能量叫做第二电离能，第三电离能和第四、第五电离能依此类推。由于原子失去电子形成离子后，若再失去电子会更加困难，因此同一原子的各级电离能之间存在如下关系：I1<I2<I3……

(2)意义：可以衡量元素的原子失去一个电子的难易程度。第一电离能数值越小，原子越容易失去一个电子；第一电离能数值越大，原子越难失去一个电子。

2．元素第一电离能变化规律

(1)每个周期的第一种元素的第一电离能最小，最后一种元素的第一电离能最大，即一般来说，随着核电荷数的递增，元素的第一电离能呈增大趋势。

(2)同一族，从上到下第一电离能逐渐减小。

3．电离能的应用

(1)根据电离能数据，确定元素原子核外电子的排布及元素的化合价。如Li：I1≪I2<I3，表明Li原子核外的三个电子排布在两个能层上(K、L能层)，且最外层上只有一个电子，易失去一个电子形成＋1价阳离子。

(2)判断元素的金属性、非金属性强弱：I1越大，元素的非金属性越强；I1越小，元素的金属性越强。

特别提醒——电离能的影响因素及特例

(1)电离能数值的大小主要取决于原子的核电荷数、原子半径及原子的电子构型。

(2)具有全充满、半充满及全空的电子构型的元素稳定性较高，其电离能数值较大，如稀有气体的电离能在同周期元素中最大，N为半充满、Mg为全充满状态，其电离能均比同周期相邻元素大。一般情况，第一电离能：ⅡA>ⅢA，ⅤA>ⅥA。

(1)第一电离能越大的原子失电子的能力越强(　　)

(2)第三周期所含元素中钠的第一电离能最小(　　)

(3)铝的第一电离能比镁的第一电离能大(　　)

(4)H的第一电离能大于C的第一电离能(　　)

(5)在所有元素中，氟的第一电离能最大(　　)

(6)同一周期中，主族元素原子的第一电离能从左到右越来越大(　　)

(7)同一周期典型金属元素的第一电离能总是小于典型非金属元素的第一电离能(　　)

答案　(1)×　(2)√　(3)×　(4)√　(5)×　(6)×　(7)√

1．某主族元素的第一、二、三、四电离能依次为899 kJ·mol－1、1 757 kJ·mol－1、14 840 kJ·

mol－1、18 025 kJ·mol－1，则该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　分析该元素的各级电离能可知，第一、二电离能较小，第三电离能剧增，说明该元素原子易失去2个电子，则该元素原子的最外层电子数为2，该元素位于第ⅡA族。

2．根据下列五种元素的电离能数据(单位：kJ·mol－1)，判断下列说法不正确的是(　　)

A.Q元素可能是0族元素

B．R和S均可能与U在同一主族

C．U元素可能在元素周期表的s区

D．原子的价电子排布式为ns2np1的可能是T元素

答案　B

解析　根据第一电离能的数据可知，R的最外层应该有1个电子，S的最外电子层应该有2个电子，不属于同一主族的元素，B项错误；U的最外层有1个电子，可能属于s区元素，C项正确；T元素最外层有3个电子，价电子排布式为ns2np1，D项正确。

 电离能的应用

(1)根据电离能数据，确定元素在化合物中的化合价，如K：I1≪I2＜I3，表明K原子易失去一个电子形成＋1价阳离子。

(2)判断元素的金属性、非金属性强弱：I1越大，元素的非金属性越强；I1越小，元素的金属性越强。

1．(2019·扬州高二月考)下列化合物中阴离子半径和阳离子半径之比最大的是(　　)

A．LiI   B．NaBr

C．KCl   D．CsF

答案　A

解析　碱金属离子半径：r(Li＋)<r(Na＋)<r(K＋)<r(Cs＋)，卤素离子半径：r(F－)<r(Cl－)<r(Br－)<

r(I－)，显然，阴离子半径和阳离子半径之比最大的是LiI。

2．若aAm＋与bBn－的核外电子排布相同，则下列关系不正确的是(　　)

A．离子半径：Am＋<Bn－

B．原子半径：A<B

C．A的原子序数比B的大m＋n

D．b＝a－n－m

答案　B

解析　因为aAm＋与bBn－的核外电子排布相同，即b＋n＝a－m，推知a－b＝m＋n，故A的原子序数比B的大m＋n；由上式可知b＝a－m－n；核外电子层结构相同时，核电荷数越大，微粒半径越小，故离子半径：Am＋<Bn－；比较原子半径需要考虑两原子的电子层数，故原子半径：A>B。

3．气态原子生成＋1价气态阳离子所需要的能量称为第一电离能。元素的第一电离能是衡量元素金属性强弱的一种尺度。下列有关说法不正确的是(　　)

A．一般来说，元素的第一电离能越大，其金属性越弱

B．元素N的第一电离能大于元素O的第一电离能

C．金属单质跟酸反应的难易，只跟该金属元素的第一电离能有关

D．金属单质跟酸反应的难易，除跟该金属元素的第一电离能有关外，还与该单质中固态金属原子以及该金属原子失去电子后在水溶液里形成水合离子的变化有关

答案　C

4．(2019·福建三明一中段考)短周期元素X的第一至第六电离能分别为

I1＝578 kJ·mol－1　I2＝1 817 kJ·mol－1

I3＝2 745 kJ·mol－1　I4＝11 575 kJ·mol－1

I5＝14 830 kJ·mol－1　I6＝18 376 kJ·mol－1

以下说法正确的是(　　)

A．X原子的最外层只有1个电子

B．元素X常见化合价为＋3价

C．X原子核外有3个未成对电子

D．元素X的最高价氧化物对应的水化物为强碱

答案　B

解析　结合题给电离能数据可知，元素X的常见化合价为＋3价，应为Al元素，据此判断各选项。

5．不同元素的气态原子失去最外层一个电子所需要的最低能量，设其为E，如图所示。试根据元素在周期表中的位置，分析图中曲线的变化特点，并完成下列问题。

(1)同主族内不同元素的E值的变化特点是__________________________________________。

(2)同一周期内，随着原子序数的增大，E值增大，但个别元素的E值出现反常现象。试预测下列关系式中正确的是________(填编号)。

①E(砷)＞E(硒)   ②E(砷)＜E(硒)

③E(溴)＞E(硒)   ④E(溴)＜E(硒)

(3)估计1 mol气态钙原子失去最外层一个电子所需最低能量E值的范围：________＜E＜________。

(4)10号元素E值较大的原因是___________________________________________________。

答案　(1)随着原子序数的增大，E值变小

(2)①③　(3)485　738　(4)10号元素为氖，该元素原子的最外层电子排布已达到8电子稳定结构

解析　本题主要考查元素第一电离能的变化规律。

(1)从1H、3Li、11Na、19K等同主族元素可以看出，同主族元素随着原子序数的增大，E值变小。(2)从第二、第三周期看，第ⅢA族和第ⅥA族元素比同周期相邻两元素E值都低，可以推出E(砷)＞E(硒)、E(溴)＞E(硒)。(3)据同主族、同周期元素E值变化规律可知，E(K)＜E(Ca)＜E(Mg)。(4)10号元素(Ne)原子的最外层电子排布已达到8电子稳定结构。