鲁科版 (2019)第3节 元素性质及其变化规律第1课时学案设计

第3节　元素性质及其变化规律

第1课时　原子半径及其变化规律

1．原子并不是一个具有明确“边界”的实体。为了便于研究，人们假定原子是一个球体，并采用统计的方法来测定原子半径。

2．同周期主族元素中，随着原子序数的增大，元素的原子半径自左至右呈逐渐减小的趋势。这是因为每增加一个电子，核电荷相应增加一个正电荷；增加的电子排布在同一层上，增加的电子产生的电子间的排斥作用小于核电荷增加导致的核对外层电子的吸引作用，结果使原子半径逐渐减小。

3．对于同主族元素的原子来说，自上而下，随着原子序数的逐渐增大，原子半径逐渐增大。这是因为随着电子层数的增加，离核更远的外层轨道填入电子，电子层数的影响大于核电荷增加的影响，导致原子半径增大。

4．同一周期(如第4周期)的过渡元素与主族元素相比，从总的变化趋势来看，从左到右原子半径的变化幅度不大。这是因为增加的电子都排布在(n－1)d轨道上，不同的元素原子的外层电子(ns)受到原子核吸引作用及内层电子排斥作用的总体效果差别不大。

1．判断正误，正确的打“√”，错误的打“×”。

(1)同主族元素原子的价电子数相同，自上而下原子半径逐渐增大。(　　)

(2)同周期主族元素原子半径自左至右逐渐减小。(　　)

(3)同周期从左到右元素的离子半径逐渐减小。(　　)

(4)电子层数越多，原子半径越大。(　　)

(5)同主族元素中，自上而下，金属元素原子失去电子的能力越来越强；非金属元素原子获得电子的能力越来越弱。(　　)

(6)元素的原子半径随着元素原子序数的递增呈现周期性变化。(　　)

答案　(1)√　(2)√　(3)×　(4)×　(5)√　(6)√

解析　(3)同周期元素阳离子(或阴离子)半径从左到右逐渐减小，但是阴离子半径>阳离子半径。

(4)不一定，r(Li)>r(Cl)。

2．下列对原子半径的理解不正确的是(　　)

A．同周期元素(除稀有气体元素外)从左到右，原子半径依次减小

B．对于第3周期元素，从钠到氯，原子半径依次减小

C．各元素的原子半径总比其离子半径大

D．阴离子的半径大于其原子半径，阳离子的半径小于其原子半径

答案　C

解析　同周期元素(除稀有气体元素外)，随原子序数增大，原子核对核外电子吸引增大，原子半径减小，A、B正确；原子形成阳离子时，核外电子数减少，核外电子的排斥作用减小，故阳离子半径小于其原子半径；而原子形成阴离子时，核外电子的排斥作用增大，阴离子半径大于其原子半径，C错误，D正确。

3．下列微粒半径的比值大于1的是(　　)

A．Li＋/H－   B．Cl－/Cl

C．Na＋/F－  D．Na＋/K＋

答案　B

解析　Li＋和H－的核外均有一个电子层，但Li＋的核电荷数大，故半径更小，A错误；Cl－和Cl的核外均有3个电子层，且核内均有17个质子，但Cl－的核外电子数多于Cl，故半径更大，B正确；Na＋和F－的核外均有2个电子层，但Na＋的核电荷数更大，故半径更小，C错误；Na＋的核外有2个电子层，而K＋的核外有3个电子层，故K＋的半径更大，D错误。

4．下列离子半径的大小顺序正确的是(　　)

①Na＋　②X2－：1s22s22p63s23p6　③Y2－：2s22p6　

④Z－：3s23p6

A．③>④>②>①   B．④>③>②>①

C．④>③>①>②   D．②>④>③>①

答案　D

解析　由核外电子排布式可知，②、③、④三种离子分别是S2－、O2－、Cl－，电子层结构相同的离子，核电荷数越大，半径越小，则有②>④，③>①；电子层数越多，半径越大，则大小顺序为②>④>③>①。

5．A元素的阳离子与B元素的阴离子具有相同的电子层结构，有关两种元素有以下叙述：

①原子半径：A<B　②离子半径：A>B　③原子序数：A>B　④原子最外层电子数：A>B　⑤A的正价与B的负价绝对值不一定相等

其中正确的是________。

答案　③⑤

解析　A元素的阳离子与B元素的阴离子具有相同的电子层结构，则A元素处于B元素相邻的下一周期，原子半径：A>B，①错误；A元素原子序数较大，核外电子排布相同的离子，原子序数越大，离子半径越小，所以离子半径：A<B，②错误；原子序数：A>B，③正确；当原子最外层电子数<4时，易失去最外层电子形成阳离子，当原子最外层电子数>4时，易得到电子形成阴离子，则原子最外层电子数：A<B，④错误；A的正价与B的负价绝对值不一定相等，如Na2O、MgF2等，⑤正确。

　是否电子层数多的元素的原子半径一定大于电子层数少的元素的原子半径？

提示：不一定。原子半径的大小由核电荷数与电子层数两个因素所决定，如：碱金属元素的原子半径比它下一周期的卤族元素的原子半径大。

1．决定因素

2．变化规律

(1)主族元素

(2)过渡元素

同一周期自左至右原子半径变化幅度不大。

1．离子半径的比较

(1)同主族元素从上到下，同价态离子半径逐渐增大。如r(Li＋)＜r(Na＋)＜r(K＋)。

(2)不同价态的同种元素的离子，核外电子数越多，离子半径越大。如r(Fe2＋)＞r(Fe3＋)，r(Cu＋)＞r(Cu2＋)。

(3)电子层结构相同的离子，随核电荷数增大，离子半径减小。如r(S2－)＞r(Cl－)＞r(K＋)＞r(Ca2＋)。

2．同种元素原子和离子半径的比较

阳离子半径小于对应原子的半径，阴离子半径大于对应的原子半径。如r(Na＋)＜r(Na)，r(S)＜r(S2－)。

1．下列微粒半径大小比较错误的是(　　)

A．K>Na>Li   B．Na＋>Mg2＋>Al3＋

C．Mg2＋>Na＋>F－   D．Cl－>F－>F

答案　C

解析　同主族，由上到下微粒半径逐渐增大，A正确；核外电子排布相同的微粒，核电荷数越大，微粒半径越小，B正确，C错误；同主族元素从上到下，同价态离子半径逐渐增大，同种元素的阴离子半径大于其原子半径，顺序为Cl－>F－>F，D正确。

2．已知短周期元素的离子aA2＋、bB＋、cC3－、dD－都具有相同的电子层结构，则下列叙述正确的是(　　)

A．原子半径：A>B>D>C

B．原子序数：d>c>b>a

C．离子半径：C3－>D－>B＋>A2＋

D．单质的还原性：A>B>D>C

答案　C

解析　aA2＋、bB＋、cC3－、dD－都是短周期元素的离子，电子层结构相同，其在周期表中的相对位置关系可表示为

因而四种元素的原子序数由大到小的顺序为a>b>d>c；元素原子半径的大小顺序为r(B)>r(A)>r(C)>r(D)；电子层结构相同的离子，核电荷数越大，离子半径越小，故离子半径由大到小的顺序为r(C3－)>r(D－)>r(B＋)>r(A2＋)；单质中同周期的A、B为金属，A原子序数大于B，故还原性应为B>A，同周期非金属元素C、D，C的原子序数小于D，C的还原性应大于D。

(1)同周期从左到右元素的离子半径并不是逐渐减小。同周期元素阳离子半径(或阴离子半径)从左到右逐渐减小，而阴离子半径大于阳离子半径。

(2)并不是电子层数越多，原子半径越大，如锂原子半径大于氯原子半径。

(3)比较微粒半径，首先分析是哪种微粒，是原子还是(阴、阳)离子，然后再比较电子层数和电子数。

本课小结

课时作业

一、选择题(本题共8小题，每小题只有1个选项符合题意)

1．具有下列电子排布式的原子中，半径最大的是(　　)

A．1s22s22p63s23p3   B．1s22s22p3

C．1s22s22p5   D．1s22s22p63s23p4

答案　A

解析　由核外电子排布知识可知A为磷原子，B为氮原子，C为氟原子，D为硫原子。根据同周期从左到右原子半径逐渐减小，同主族由上到下原子半径逐渐增大，故原子半径最大的是磷原子。

2．下列关于微粒半径的说法正确的是(　　)

A．原子序数越大，原子半径越大

B．核外电子层结构相同的单核粒子，半径相同

C．质子数相同的不同单核粒子，电子数越多半径越大

D．电子层数少的元素的原子半径一定小于电子层数多的元素的原子半径

答案　C

解析　同周期主族元素，原子序数增大，原子半径减小，A错误；对于核外电子层结构相同的单核离子和原子，半径是不同的，B错误；质子数相同的不同单核粒子，阴离子半径＞原子半径，原子半径＞阳离子半径，C正确；由于同周期主族元素原子半径从左到右逐渐减小，故ⅦA族的原子半径不一定比上一周期ⅠA族元素原子半径大，如r(Li)>r(S)>r(Cl)，D错误。

3．关于同一种元素的原子或离子，下列叙述正确的是(　　)

A．原子半径比阴离子半径小

B．原子半径比阴离子半径大

C．原子半径比阳离子半径小

D．带正电荷多的阳离子半径比带正电荷少的阳离子半径大

答案　A

解析　原子半径比阴离子半径小，而比阳离子半径大，A正确，B、C错误；价态高的离子半径小，D错误。

4．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，原子半径：A>B。

5．下列微粒半径之比大于1的是(　　)

A．r(K＋)/r(K)   B．r(Ca)/r(Mg)

C．r(S)/r(P)   D．r(Cl)/r(Cl－)

答案　B

解析　同一种元素的原子半径大于阳离子半径，则r(K＋)/r(K)<1，A错误；同主族元素自上而下原子半径逐渐增大，则r(Ca)/r(Mg)>1，B正确；同周期元素自左向右原子半径逐渐减小，则r(S)/r(P)<1，C错误；同一种元素的原子半径小于阴离子半径，则r(Cl)/r(Cl－)<1，D错误。

6．An＋、Bn－、C三种短周期元素的粒子具有相同的电子层结构，则关于它们的叙述正确的是(　　)

A．原子序数：C>B>A

B．离子半径：Bn－<An＋

C．C是稀有气体元素的原子

D．原子半径：A<B

答案　C

解析　由于An＋、Bn－、C三种短周期元素的粒子具有相同的电子层结构，所以三种元素在周期表中的位置是，原子序数的大小顺序是A>C>B；离子半径的大小关系是Bn－>An＋；由于C是原子，所以C是稀有气体元素的原子；原子半径：A>B。

7．下列排列顺序中，错误的是(　　)

A．原子半径：O<S<Na

B．稳定性：PH3>H2S>NH3

C．酸性：H3PO4<H2SO4<HClO4

D．碱性：Al(OH)3<Mg(OH)2<NaOH

答案　B

解析　同周期主族元素原子半径从左到右逐渐减小，同主族元素原子半径从上到下逐渐增大，故r(Na)>r(S)>r(O)，A正确；同周期元素气态氢化物从左到右稳定性增强，故稳定性PH3<H2S，而同主族元素气态氢化物从上到下稳定性逐渐减弱，故稳定性PH3<NH3，B错误；同周期元素从左到右，其最高价氧化物对应水化物的酸性逐渐增强，碱性逐渐减弱，C、D均正确。

8．已知An＋、B(n＋1)＋、Cn－、D(n＋1)－都有相同的电子层结构，则A、B、C、D的原子半径由大到小的顺序是(　　)

A．C>D>B>A   B．A>B>C>D

C．D>C>A>B   D．A>B>D>C

答案　D

解析　电子层结构相同的离子An＋、B(n＋1)＋、Cn－、D(n＋1)－，阳离子在阴离子的下一周期，则原子序数大小顺序是B>A>C>D，一般来说，电子层数越多，原子半径越大，同一周期元素原子半径随着原子序数的增大而减小，C、D处于同一周期，原子半径：D>C；A、B处于同一周期，原子半径：A>B，故原子半径大小顺序是A>B>D>C，D正确。

二、选择题(本题共4小题，每小题有1个或2个选项符合题意)

9．下列各组微粒半径的比较正确的是(　　)

①Cl<Cl－<Br－　②F－<Mg2＋<Al3＋

③Ca2＋<Ca<Ba　④S2－<Se2－<Br－

A．①        B．②        C．③         D．④ 

答案　AC

解析　同种元素：阳离子半径<原子半径，原子半径<阴离子半径，则半径：Cl<Cl－，Ca2＋<Ca。Cl－、Br－的最外层电子数相同，电子层数增多，所以离子半径：Cl－<Br－，①正确；Al3＋、Mg2＋、F－的核外电子排布相同，核电荷数依次减小，则离子半径：Al3＋<Mg2＋<F－，②错误；Ca、Ba的最外层电子数相同，电子层数增多，则半径：Ca<Ba，③正确；半径应为Se2－>Br－，④错误。

10．下列各微粒半径依次减小的是(　　)

A．K＋、Ca2＋、Mg2＋、Al3＋

B．F－、Cl－、Br－、I－

C．Si、Al、Mg、Na

D．Ca2＋、K＋、Cl－、S2－

答案　A

解析　微粒半径：K＋>Ca2＋>Mg2＋>Al3＋，A符合题意；微粒半径依次增大顺序为F－<Cl－<Br－<I－，B不符合题意；微粒半径依次增大顺序为Si<Al<Mg<Na，C不符合题意；微粒半径依次增大顺序为Ca2＋<K＋<Cl－<S2－，D不符合题意。

11．根据下表(部分短周期元素的原子半径及主要化合价)信息，下列叙述正确的是(　　)

A．E2－与B3＋的核外电子数相等

B．离子半径大小：A＋<D2－

C．最高价氧化物对应水化物的碱性：A<C

D．氢化物的稳定性：H2D>H2E

答案　AB

解析　由D、E元素的化合价可知，E只有－2价，E为O，D有＋6、－2价，D为S；C的原子半径大于O、小于S，可知C为第2周期ⅡA族元素，C为Be；A、B的原子半径均大于S，A为＋1价，A为Na，B为＋3价，B为Al。O2－与Al3＋的核外电子数均为10，两者核外电子数相等，故A正确；具有相同电子排布的离子中，原子序数大的离子半径小，则离子半径为A＋<E2－，同主族元素从上到下离子半径增大，E2－<D2－，故B正确；A、C最高价氧化物对应水化物分别为NaOH和Be(OH)2，其Be(OH)2碱性弱于氢氧化镁，而氢氧化钠的碱性强于氢氧化镁，故碱性：NaOH>Be(OH)2，故C错误；非金属性O>S，则氢化物的稳定性H2D<H2E，故D错误。

12．X、Y、Z均为短周期元素，X、Y处于同一周期，X、Z的最低价离子分别为X2－和Z－，Y＋和Z－具有相同的电子层结构。下列说法正确的是(　　)

A．原子最外层电子数：X>Y>Z

B．单质沸点：X<Z

C．离子半径：X2－>Y＋>Z－

D．原子序数：X>Y>Z

答案　D

解析　短周期元素X、Z形成的最低价离子为X2－、Z－，Y＋和Z－具有相同的电子层结构，则X、Y、Z三种元素分别处于ⅥA、ⅠA、ⅦA族。又知X和Y处于同一周期，从而推知X、Y、Z分别为S、Na和F。原子最外层电子数：F>S>Na，A错误；常温下S为固体，F2为气体，显然沸点S>F2，B错误；具有相同电子层结构的离子，元素的原子序数越大，离子半径越小，Na＋、F－具有相同的电子层结构，则离子半径：F－>Na＋，S2－多一个电子层，所以S2－半径最大，C错误；三种元素的原子序数关系为S>Na>F，D正确。

三、非选择题(本题共3小题)

13．(1)利用________和________，人们可以定性解释元素周期表中元素原子得失电子能力所呈现的递变规律。

(2)同周期、同主族元素原子的递变规律

(3)同周期元素和同主族元素原子结构递变的综合结果：位于元素周期表中金属元素与非金属元素分界线周围元素原子________________都不强。

答案　(1)原子半径　价电子数　(2)相同　增大　逐渐增强　逐渐减弱　逐渐减小　逐渐增大　除稀有气体元素外，元素原子失电子能力越来越弱，得电子能力越来越强　金属元素原子失电子能力越来越强，非金属元素原子得电子能力越来越弱　(3)获得或失去电子的能力

14．已知An＋、B(n＋1)＋、Cn－、D(n＋1)－都具有相同的电子层结构，则A、B、C、D的离子半径由大到小的顺序是__________________，原子序数由大到小的顺序是____________。

答案　D(n＋1)－>Cn－>An＋>B(n＋1)＋　B>A>C>D

解析　因An＋、B(n＋1)＋、Cn－、D(n＋1)－都具有相同的电子层结构，可将A、B、C、D在周期表中的位置关系表示如下：

因四种离子的核外电子层结构相同，核电荷数小的离子半径大，因此可以判断离子半径从大到小的顺序是D(n＋1)－>Cn－>An＋>B(n＋1)＋，原子序数由大到小的顺序是B>A>C>D。

15．X、Y、Z、Q、R是五种短周期元素，原子序数依次增大，部分元素在周期表中的位置关系如图所示。其中X是周期表中原子半径最小的元素，Q与X同主族；Z的最外层电子数是次外层的3倍。

请回答下列问题：

(1)写出Y元素的名称：________，Q的原子结构示意图为__________；R在周期表中的位置为__________。

(2)R、Z分别形成简单离子的半径大小：________(离子符号表示)。

(3)Y的氢化物与其最高价氧化物对应的水化物反应的化学方程式为________________________________________________________________________。

答案　(1)氮　　第3周期ⅢA族　(2)Al3＋<O2－　(3)NH3＋HNO3===NH4NO3

解析　X、Y、Z、Q、R是五种短周期元素，原子序数依次增大，部分元素在周期表中的位置关系如题图所示，则Y、Z位于第2周期、R位于第3周期；X是周期表中原子半径最小的元素，则X为H元素；Z的最外层电子数是次外层的3倍，最外层最多容纳8个电子，则Z含有2个电子层，最外层含有6个电子，为O元素；根据各元素在周期表中的相对位置可知Y为N、R为Al元素；Q与X同主族，Q的原子序数大于O，则Q为Na元素。

(1)Y为N元素，名称为氮；Q为Na元素，其原子序数为11，其原子结构示意图：；R为Al元素，原子序数为13，位于周期表中第3周期ⅢA族。

(2)R、Z分别形成简单离子为Al3＋、O2－，两种离子都含有2个电子层，核电荷数越大离子半径越小，则离子半径大小为Al3＋<O2－。

(3)Y为N元素，对应的氢化物为氨气，对应的最高价氧化物的水化物为硝酸，二者发生反应NH3＋HNO3===NH4NO3。