人教版 (新课标)选修3 物质结构与性质第一章 原子结构与性质综合与测试教案及反思

教学过程

一、          课堂导入

    在科学研究和生产实践中，仅有定性的分析往往是不够的，为此，人们用电离能、电子亲和能、电负性来定量的衡量或比较原子得失电子能力的强弱。

二、复习预习

1. 同学们写出第3周期及VA族元素原子的价电子排布；

2.请同学们根据写出的价电子排布分析元素周期表中元素原子得失电子能力的变化规律。

三、知识讲解

考点1：电离能及其分类

1．电离能

(1)概念：气态原子或气态离子失去一个电子所需要的最小能量。

(2)符号：I，单位：kJ·mol－1。

2．电离能的分类

M(g)M＋(g)M2＋(g)M3＋(g)…且I1＜I2＜I3。

3. 电离能的意义

⑴电离能越小，该气态原子越容易失去电子。

⑵电离能越大，该气态原子越难失去电子。

⑶运用电离能可以判断金属原子在气态时失去电子的难易程度。

考点2：电离能变化规律及其影响因素

1．元素第一电离能的变化趋势图

元素的第一电离能的周期性变化

2．递变规律

(1)

a.同族元素

随着原子序数的增加，第一电离能减小，自上而下原子越来越容易失去电子。

b.同周期元素

随着原子序数的增加，第一电离能总体增大，自左到右元素原子越来越难失去电子。

c.过渡元素

第一电离能的变化不太规则，随着原子序数的增加从左到右略有增加。

 (2)同种元素的原子，电离能逐级增大。

3．影响因素

(1)核电荷数、原子半径对电离能的影响

①同一周期的元素具有相同的电子层数，从左到右核电荷数增大，原子的半径减小，核对外层电子的引力加大，因此，越靠右的元素，越不易失去电子，电离能也就越大，即同周期元素从左到右，元素的第一电离能总体有增大的趋势。

②同一族元素电子层数不同，最外层电子数相同，原子半径增大起主要作用，因此原子半径越大，核对电子引力越小，越易失去电子，电离能也就越小。

(2)核外电子排布对电离能的影响

各周期中稀有气体元素的电离能最大，原因是稀有气体元素的原子具有相对稳定的8电子(He为2电子)最外层构型。ⅡA族元素原子最外电子层的s轨道处于全充满状态，p轨道处于全空状态，ⅤA族元素原子最外电子层的p轨道处于半充满状态，故这两个主族的元素原子的第一电离能分别比同周期相邻元素的第一电离能都高，属于电离能周期性变化的特例。例如I1(Na)＜I1(Mg)、I1(Mg)＞I1(Al)；I1(Si)＜I1(P)、I1(P)＞I1(S)。

4．电离能的应用

(1)根据电离能数据，确定元素核外电子的排布。如Li：I1≤I2＜I3，表明Li原子核外的三个电子排布在两个电子层上(K、L电子层)，且最外层上只有一个电子。

(2)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。

(3)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。

四、例题精析

【例题1】下列有关电离能的说法中，正确的是   (　　)

A．第一电离能越大的原子失电子的能力越强

B．第一电离能是元素的原子失去核外第一个电子需要的能量

C．同一周期中，主族元素原子第一电离能从左到右越来越大

D．可通过一种元素各级电离能的数值，判断元素可能的化合价

【答案】D  

【解析】元素原子的第一电离能越大，表示该元素的原子越难失去电子，A不正确；电离能是气态原子或离子失去核外一个电子需要的最低能量，B不正确；从总的变化趋势上看，同一周期中第一电离能从左到右逐渐增大，但有反常，如N＞O，C不正确。

【例题2】元素原子得失电子的能力与元素在元素周期表中的位置存在着一定的联系。在元素周期表中，最容易失电子的元素的位置在  (　　)

A．右下角 B．左上角

C．右上角 D．左下角

【答案】D

【解析】同周期主族元素，从左向右原子失电子能力逐渐减弱；同主族元素，从上到下原子失电子能力逐渐增强。

【例题3】某主族元素原子的第一、二、三、四各级电离能依次为：899 kJ·mol－1、1 757  kJ·mol－1、14 840 kJ·mol－1、18 025 kJ·mol－1，试分析该元素所在的族序数为(　　)

A．ⅠA族 B．ⅡA族

C．ⅢA族 D．ⅣA族

【答案】B

【解析】由元素原子各级电离能递增数据分析：I3≫I2，所以这种元素最外层应有2个电子，族序数为ⅡA族。

【例题4】原子的第一电离能是指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，O、S、Se原子的第一电离能由大到小的顺序为________。

【答案】O>S>Se

【解析】在周期表中，同主族元素从上到下失电子能力增强，第一电离能依次减小。

【例题5】具有下列电子层结构的原子，其第一电离能由大到小排列正确的是(　　)

①3p轨道上只有一对成对电子的原子　②外围电子排布为3s23p6的原子　③其3p轨道为半充满的原子　④正三价的阳离子的电子层结构与氖原子结构相同

A．①②③④ B．③①②④

C．②③①④ D．②④①③

【答案】C

【解析】本题考查同周期元素第一电离能的递变规律，题中所述结构的原子都是第三周期元素。②是稀有气体Ar，其第一电离能最大。①是硫原子，③是磷原子，④是铝原子。根据规律I1(Al)最小，S虽然在P的右边，但磷原子3p轨道是3p3半充满结构，较稳定，故I1(P)>I1(S)。

五、课程小结

1．理解电离能的概念及第一电离能的周期性变化规律。

2．能运用电离能解释元素的性质及第一电离能与原子半径、核外电子排布周期性变化的关系。

六、课堂运用

1．从元素原子的第一电离能数据的大小可以判断出(　　)

A．元素原子得电子的难易

B．元素的主要化合价

C．元素原子失电子的难易

D．核外电子是分层排布的

【答案】　C

【解析】　第一电离能仅表示失去一个电子时的能量，所以看不出化合价、核外电子的排布情况。

2．下列元素第一电离能大小顺序中，正确的是(　　)

A．Be>B>Mg B．B>Mg>Be

C．B>Al>Mg D．Al<Be<Mg

【答案】　A

【解析】　第一电离能呈周期性变化，特别是主族元素规律性相当强。同周期主族元素从左到右第一电离能增大，同主族元素从上而下第一电离能减小。但ⅡA族与ⅢA族、ⅤA族与ⅥA族的第一电离能大小呈现特殊情况，同周期中第一电离能关系ⅡA族>ⅢA族、ⅤA族>ⅥA族。

3．下列说法中正确的是(　　)

A．第3周期所含元素中钠的第一电离能最小

B．铝的第一电离能比镁的第一电离能大

C．在所有的元素中，F的第一电离能最大

D．钾的第一电离能比镁的第一电离能大

【答案】　A

【解析】　B项，I1(Mg)>I1(Al)；C项，在所有元素中，He的第一电离能最大；D项 ，I1(Na)>I1(K)，I1(Mg)>I1(Na)，故I1(Mg)>I1(K)。

4．已知某原子的各级电离能数值如下：I1＝577 kJ·mol－1，I2＝1 817 kJ·mol－1，I3＝2 745 kJ·mol－1，I4＝11 578 kJ·mol－1，则该元素的化合价为(　　)

A．＋1价 B．＋2价

C．＋3价 D．＋4价

【答案】　C

【解析】　第三电离能到第四电离能发生突跃，所以元素呈现＋3价。

5．现有核电荷数小于18的元素A，其电离能数据如表所示(I1表示失去第1个电子的电离能，In表示失去第n个电子的电离能，单位为eV)

(1)电子离核越远，能量越高，电离能越________(填“大”或“小”)；阳离子核电荷数越高，再失去电子时，电离能越_______________________(填“大”或“小”)。

(2)上述11个电子分属________个电子层。

(3)去掉11个电子后，该元素还有________个电子。

(4)该元素的最高价氧化物对应的水化物的化学式是________。

(5)该元素的最高价氧化物对应水化物的碱性比核外电子排布式为1s22s22p63s1的元素的最高价氧化物对应水化物的碱性________(填“强”、“弱”)。

【答案】　(1)小　大　(2)3　(3)1　(4)Mg(OH)2　(5)弱

【解析】　(1)电子离核越远，能量越高，受原子核的引力越小，失去电子越容易，则电离能越小。阳离子核电荷数越高，离子半径越小，原子核对核外电子的引力越大，失电子越难，则电离能越大。

(2)据题目数据，I1、I2较小，I3突然增大，说明最外层有2个电子，I3到I10变化较小，但I11突然增大，说明次外层有8个电子，又由于核电荷数小于18，所以A为Mg。

(3)Mg原子去掉11个电子后，还有1个电子。

(4)Mg元素的最高价氧化物对应水化物的化学式为Mg(OH)2。

(5)电子排布为1s22s22p63s1的元素为钠，与Mg同周期且在Mg的左边，所以碱性NaOH＞Mg(OH)2。