人教版选修3 第1章第2节 原子结构与元素的性质（第2课时） 学案.docx

第2课时 元素周期律目标导航1.了解元素的电离能、电负性的含义。2.能应用元素的电离能说明元素的某些性质。3.理解元素原子半径、元素的第一电离能、电负性的周期性变化。4.了解元素的“对角线规则”，能列举实例予以说明。一、原子半径1.影响原子半径大小的因素（1）电子的能层越多，电子之间的负电排斥将使原子的半径增大。（2）核电荷数越大，核对电子的引力也越大，将使原子的半径缩小。2.原子半径大小的变化规律（1）同周期从左到右，原子半径逐渐减小。（2）同主族从上到下，原子半径逐渐增大。【议一议】1.为什么同周期主族元素原子半径从左到右依次减小？为什么同主族元素原子半径从上到下依次增大？答案由于同周期主族元素原子随着核电荷数的增加，原子核对电子的引力增加，而使原子半径减小的趋势大于增加电子后电子间斥力增大带来原子半径增大的趋势。同主族元素从上到下，原子半径逐渐增大。其主要原因是由于电子能层增加，电子间的斥力使原子半径增大。2.举例说明电子层结构相同的微粒，其微粒半径大小的比较有什么规律？答案电子层结构相同的微粒，核电荷数越大，原子核对电子的引力越大，其微粒半径越小。如：r（o2）r（f）r（na）r（mg2）r（al3）。二、第一电离能1.概念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的最低能量，叫做第一电离能。2.应用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。3.元素第一电离能符号：i1。4.元素第一电离能变化规律（1）对同一周期的元素而言，碱金属元素的第一电离能最小，稀有气体元素的第一电离能最大；从左到右，元素的第一电离能在总体上呈现从小到大的变化趋势，表示元素原子越来越难失去电子。（2）同主族元素，自上而下第一电离能逐渐减小，表明自上而下原子越来越易失去电子。【议一议】3.为什么在同一周期中，从左向右随着原子序数的增大，元素第一电离能的变化有些曲折？如第a族元素的i1大于第a族元素，第a族元素的i1大于第a族元素，如i1（be）i1（b）、i1（mg）i1（al）、i1（n）i1（o）、i1（p）i1（s）。答案这与原子的外层电子构型有着密切关系。第a族的be（mg）有着比较稳定的ns2np0（s能级全充满，p能级全空）结构，第a族的n（p）有着比较稳定的ns2np3（s能级全充满，p能级半充满）结构，因而其原子稳定，第一电离能较高。4.根据na、mg、al的电离能数据，回答：（1）为什么同一元素的电离能逐级增大？（2）为什么na、mg、al的化合价分别为1、2、3？答案（1）同一元素的逐级电离能是逐渐增大的，即i1i2i3i2、i4i3、in1in。（2）na的i1比i2小很多，电离能差值很大，说明失去第一个电子比失去第二个电子容易得多，所以na容易失去一个电子形成1价离子；mg的i1和i2相差不多，而i2比i3小很多，所以mg容易失去两个电子形成2价离子；al的i1、i2、i3相差不多，而i3比i4小很多，所以al容易失去三个电子形成3价离子。三、电负性1.电负性（1）键合电子和电负性的含义键合电子元素相互化合时，原子中用于形成化学键的电子。电负性用来描述不同元素的原子对键合电子吸引力的大小。电负性越大的原子，对键合电子的吸引力越大。（2）衡量标准以氟的电负性为4.0和锂的电负性为1.0作为相对标准，得出各元素的电负性。（3）递变规律同周期，自左到右，元素原子的电负性逐渐变大。同主族，自上到下，元素原子的电负性逐渐变小。2.对角线规则在元素周期表中，某些主族元素与其右下方的主族元素的有些性质是相似的，被称为对角线规则。【议一议】5.如何应用电负性的数值，判断金属性和非金属性的强弱？答案一、微粒半径大小的比较【例1】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。规律总结1.微粒半径的比较规律在中学要求的范畴内可按“三看”规律来比较微粒半径的大小。“一看”电子层数：当电子层数不同时，电子层越多，半径越大。“二看”核电荷数：当电子层数相同时，核电荷数越大，半径越小。“三看”核外电子数：当电子层数和核电荷数均相同时，核外电子数越多，半径越大。2.判断微粒半径大小的规律（1）同周期，从左到右，原子半径依次减小。（2）同主族，从上到下，原子或同价态离子半径均增大。（3）阳离子半径小于对应的原子半径，阴离子半径大于对应的原子半径，如r（na）r（na），r（s）r（cl）r（k）r（ca2）。（5）不同价态的同种元素的离子，核外电子多的半径大，如r（fe2）r（fe3），r（cu）r（cu2）。变式训练1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abdcb.原子序数dcbac.离子半径c3dba2d.单质的还原性abdc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： cc3ddbbaa2因而四种元素的原子序数由大到小的顺序为abdc；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，阴离子半径必大于阳离子半径，且带负电荷越多半径越大，阳离子带正电荷越多半径越小，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ba。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。二、电离能【例2】气态中性原子失去一个电子转化为气态正离子所需要的最低能量叫做第一电离能（i1），气态正离子继续失去电子所需要的最低能量依次称为第二电离能（i2），第三电离能（i3）下表是第三周期部分元素的电离能单位：ev（电子伏特）数据。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下列说法正确的是（）a.甲的金属性比乙强b.乙的化合价为1价c.丙不可能为非金属元素d.丁一定为金属元素答案a解析由表格可知，甲的第一电离能小于乙，表明甲比乙易失去第一个电子，故甲的金属性比乙强，a项正确；表格中显示，乙失去第二个电子也较易，则乙的化合价可能为2价，选项b项不正确；对丙而言失去电子较难，所以可能是非金属元素，c项不正确；对丁而言，失电子比丙还难，而第三周期只有3种金属元素，可知丁一定是非金属元素，所以d项不正确。规律总结1.元素第一电离能的规律（1）对同一周期的元素而言，碱金属元素的第一电离能最小，稀有气体元素的第一电离能最大；从左到右，元素的第一电离能在总体上呈现从小到大的变化趋势，表示元素原子越来越难失去电子。（2）同主族元素，自上而下第一电离能逐渐减小，表明自上而下原子越来越易失去电子。（3）具有全充满、半充满及全空的电子构型的元素稳定性较高，其电离能数值越大。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。2.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：i1i2i3，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。（2）根据电离能数据，确定元素在化合物中的化合价。如k：i1i2o。三、电负性【例3】下列有关电负性的说法中正确的是（）a.主族元素的电负性大，元素原子的第一电离能一定越大b.在元素周期表中，元素电负性从左到右越来越小c.金属元素的电负性一定小于非金属元素的电负性d.在形成化合物时，电负性越小的元素越容易显示正价答案d解析主族元素原子的电离能、电负性变化趋势基本相同，但电离能有特例，如电负性：on，但第一电离能：no，a项错误；一般来说，在元素周期表中，元素电负性从左到右越来越大，b项错误；一部分过渡元素的电负性大于某些非金属的电负性，c项错误。规律总结电负性的应用如下：1.判断元素的金属性和非金属性及其强弱（1）金属的电负性一般小于1.8，非金属的电负性一般大于1.8，而位于非金属三角区边界的“类金属”（如锗、锑等）的电负性则在1.8左右，它们既有金属性，又有非金属性。（2）金属元素的电负性越小，金属元素越活泼；非金属元素的电负性越大，非金属元素越活泼。2.判断元素的化合价（1）电负性数值小的元素在化合物中吸引电子的能力弱，元素的化合价为正值；（2）电负性数值大的元素在化合物中吸引电子的能力强，元素的化合价为负值。3.判断化学键的类型一般认为：（1）如果两个成键元素原子间的电负性差值大于1.7，它们之间通常形成离子键。（2）如果两个成键元素原子间的电负性差值小于1.7，它们之间通常形成共价键。4.解释元素“对角线”规则在元素周期表中，某些主族元素与其右下方的主族元素（如右图）的有些性质是相似的，被称为“对角线规则”。这可以由元素的电负性得到解释：li、mg的电负性分别为1.0、1.2；be、al的电负性分别为1.5、1.5；b、si的电负性分别为2.0、1.8。它们的电负性接近，说明它们对键合电子的吸引力相当，表现出它们的性质相似性，如li、mg在空气中燃烧的产物分别为li2o和mgo；be（oh）2、al（oh）3均属于难溶的两性氢氧化物；b、si的含氧酸都是弱酸等。变式训练3下列各元素的电负性由大到小的排列顺序正确的是（）a.knali b.fosc.aspn d.cno答案b解析a、c两选项中元素电负性的排序与“同主族自上而下，元素的电负性逐渐减小”的规律不符，错误。b选项中元素电负性的排序与“同周期从左到右，主族元素的电负性逐渐增大”的规律相符，d选项的排序与此不符，b正确。1.下列说法正确的是 ()a.第三周期所含的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.在所有元素中，氟的第一电离能最大d.钾的第一电离能比镁的第一电离能大答案a解析同周期中碱金属元素的第一电离能最小，稀有气体最大，故a正确，c不正确。由于mg为3s2，而al为3s23p1，故铝的第一电离能小于mg的，b不正确。d中钾比镁更易失电子，钾的第一电离能小于镁的，d不正确。2.第三周期元素中，微粒半径最大的是()a.na b.al3 c.s2 d.cl答案c解析a、b、c、d的微粒结构示意图分别为、，显然c、d的半径大于a、b，c、d两项电子层数相同，由于核电荷数d大于c，所以c的半径最大。3.下列原子的第一电离能最大的是()a.b b.c c.al d.si答案b4.元素电负性随原子序数的递增而增强的是()a.nakrb b.npasc.oscl d.sipcl答案d解析根据同周期元素从左到右，元素的电负性逐渐增大；同主族元素从上到下，元素的电负性逐渐减小的规律来判断。5.已知x、y元素同周期，且电负性xy，下列说法错误的是()a.第一电离能y可能小于xb.气态氢化物的稳定性：hmy大于hnxc.最高价含氧酸的酸性：x对应的酸的酸性强于y对应的酸的酸性d.x和y形成化合物时，x显负价，y显正价答案b解析据电负性xy推知，原子序数xy，由于同周期元素，第一电离能y可能小于x，a正确；氢化物稳定性hmy小于hnx，b错误；最高价含氧酸的酸性x强于y，c正确；电负性值大的吸引电子能力强，化合物中显负价，电负性值小的吸引电子能力弱，化合物中显正价。6.仔细观察如右示意图：回答下列问题：(1)b的原子结构示意图为，b元素位于元素周期表的第周期族。(2)铍的最高价氧化物的水化物是(填“酸性”“碱性”或“两性”)化合物，证明这一结论的有关离子方程式是_。(3)根据周期律知识，硼酸酸性比碳酸，理由是_ _。(4)根据mg在空气中的燃烧情况，li在空气中燃烧生成产物为(用化学式表示)。答案(1)二a(2)两性be（oh）22oh=beo222h2o，be（oh）22h=be22h2o(3)弱硼的非金属性比碳弱(4)li2o、li3n解析本题主要是对“对角线规则”的考查。运用类推的思想解题，是解决此类问题最有效的方法。(1)b是5号元素，原子结构示意图为。(2)be(oh)2与al(oh)3的化学性质相似，但差别在于be的化合价是2价。(3)b比c的非金属性弱。(4)mg在空气中与o2、co2、n2反应得mgo、mg3n2，将li与mg类比得答案。 经典基础题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、brc.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电子层数相同但铝的核电荷数大，所以al3的半径小，故c项不符合。2.下列各组元素按电负性大小排列正确的是()a.fno b.oclfc.aspn d.clsas答案d解析电负性的变化规律一般是：同一周期，从左到右，增大；同一主族，自上而下，递减。所以，fon、focl、npas、clsas。3.下表列出了某短周期元素r的各级电离能数据(用i1、i2表示，单位为kjmol1)i1i2i3i4r7401 5007 70010 500下列关于元素r的判断中一定正确的是()a.r的最高正价为3价b.r元素位于元素周期表中第a族c.r元素的原子最外层共有4个电子d.r元素基态原子的电子排布式为1s22s2答案b解析由表中数据i3i2知其最高正价为2价，r元素位于a族，最外层有2个电子，r不一定是be元素。4.下列是几种原子的基态电子排布式，电负性最大的原子是()a.1s22s22p4 b.1s22s22p63s23p3c.1s22s22p63s23p2 d.1s22s22p63s23p64s2答案a解析根据四种原子的基态电子排布式可知，选项a有两个电子层，最外层有6个电子，应最容易得到电子，电负性最大。5.下列各组元素，按原子半径依次减小、元素第一电离能逐渐升高的顺序排列的是()a.k、na、li b.al、mg、nac.n、o、c d.cl、s、p答案a解析利用在同周期从左右元素第一电离能增大(除a、a族反常外)，原子半径减小；同主族从上下元素第一电离能减小，原子半径增大来判断。6.对na、mg、al的有关性质的叙述不正确的是()a.第一电离能：namgalb.电负性：namgmgald.碱性：naohmg(oh)2al(oh)3答案a解析第一电离能的变化规律要注意镁(a族元素)的特殊性。7.下列叙述中正确的是()a.同一周期中，a族元素的原子半径最大b.a族元素的原子，其半径越大，越容易得到电子c.室温时，0族元素的单质都是气体d.同一周期中，碱金属元素的第一电离能最大答案c解析同一周期中，a族元素的原子半径最小，a项错误；同一主族中，原子半径越大，越难得电子，b项错误；c项正确；同一周期中，碱金属元素的第一电离能最小，d项错误。8.根据元素周期表中完整周期元素的性质，在下列空格中填上适当的元素符号。(1)在第三周期中，第一电离能最小的元素是，第一电离能最大的元素是。(2)在元素周期表中，电负性最大的元素是，电负性最小的元素是。(3)最活泼的金属元素是。(4)最活泼的气态非金属原子是。(5)第二、三、四周期，原子最外电子层中p能级半充满的元素是。(6)已知某原子的各级电离能如下：i1577 kjmol1，i21 817 kjmol1，i32 745 kjmol1，i411 578 kjmol1，则该原子在化合物中表现的化合价为。a.1 b.2 c.3 d.4答案(1)naar(2)fcs(3)cs(4)f(5)n、p、as(6)c解析同周期中从左到右，元素的第一电离能（除第a族、第a族反常外）逐渐增大，同周期中第a族元素最小，稀有气体最大，故第三周期中第一电离能最小的为na，最大的为ar。电负性的递变规律：同周期从左到右逐渐增大，同主族从上到下逐渐减小。故元素周期表中，电负性最大的元素是氟，电负性最小的为铯。元素化合价与原子的核外电子排布，尤其是与价电子排布有密切关系。有多个价电子的元素的原子，失去价电子的各级电离能相差不大。由题目数据可知，第四电离能突然增大，说明失去第四个电子困难得多，不属于价电子。9.在周期表中，同一主族元素化学性质相似。目前也发现有些元素的化学性质和它在周期表中左上方或右下方的另一主族元素性质相似，这称为对角线规则。据此请回答：(1)锂在空气中燃烧，除生成外，也生成微量的。(2)铍的最高价氧化物对应的水化物的化学式是，属两性化合物，证明这一结论的有关离子方程式为_、_。(3)若已知反应be2c4h2o=2be(oh)2ch4，则al4c3遇足量强碱溶液反应的离子方程式为_。(4)科学家证实，becl2是共价化合物，设计一个简单实验证明，其方法是_。答案(1)li2oli3n(2)be(oh)2be(oh)22h=be22h2obe(oh)22oh=beo222h2o(3)al4c34oh4h2o=4alo23ch4(4)将becl2加热到熔融状态，如不能导电则证明becl2是共价化合物解析(1)根据对角线规则，锂与镁的化学性质相似。在空气中除与o2作用生成li2o外，还可与n2作用生成li3n。(2)铍为第二周期第a族元素，与al处于对角线位置，对照al(oh)3的两性，可写出离子方程式：be(oh)22h=be22h2o，be(oh)22oh=beo222h2o。(3)由于be、al元素性质相似，依据所给信息有：al4c312h2o=4al(oh)33ch4，当强碱过量时有al(oh)3oh=alo22h2o，合并得al4c34oh4h2o=4alo23ch4。(4)根据离子化合物在溶于水或熔融时导电，而共价化合物熔融时不导电，可将becl2加热至熔融状态，若不导电则可证明becl2是共价化合物。能力提升题10.五种短周期元素的原子半径，最高正化合价及最低负化合价见下表：元素代号lmqrt原子半径/nm0.1600.0890.1430.1020.074化合价2236，22下列叙述正确的是()a.l、m的单质与稀盐酸反应速率lh2td.l、r两元素的简单离子的核外电子数可能相等答案b解析先由表中提供的数据推出m是铍元素、l是镁元素、q是铝元素、r是硫元素、t是氧元素。据此可知q和t形成的化合物是al2o3，是一种两性化合物，选项b正确。11.下表是元素周期表的一部分，表中所列的字母分别代表某一种化学元素。(1)上述第三周期元素中第一电离能(i1)最大的是(用字母表示，下同)，c和f的i1大小关系是大于。(2)上述元素中，原子中未成对电子数最多的是，写出该元素的电子排布式：_。(3)概括下表所提供的电离能数据，回答下列问题。锂xyi1519502580i27 2964 5701 820i311 7996 9202 750i49 55011 600表中x可能为以上13种元素中的元素。用元素符号表示x和j形成的化合物的化学式_。y是周期表中的族的元素。答案(1)mcf(2)i1s22s22p63s23p3(3)nana2o、na2o2a解析(1)周期表中所列13种元素分别是：na、h、mg、sr、sc、al、ge、c、p、o、te、cl、ar，其中na、mg、al、p、cl、ar属于第三周期，原子最稳定的是ar，故其i1最大，mg、al的核外电子排布分别为1s22s22p63s2、1s22s22p63s23p1，mg中3s2为全满状态，故其i1比al的i1大。(2)i元素最外层电子排布为3s23p3，有3个未成对电子，是最多的。(3)由表中数据可以看出，锂和x的i1均比i2、i3小很多，说明x与li同主族，且x的i1比li的i1更小，说明x的金属性比锂更强，则x为na(即a)；由y的电离能数据可以看出，它的i1、i2、i3比i4小得多，故y原子属于a族元素。12.有a、b、c、d四种元素。其中a为第三周期元素，与d可形成11和21原子比的化合物。b为第四周期d区元素，最高化合价为7。c和b是同周期的元素，具有相同的最高正化合价。d为元素周期表所有元素中电负性第二大的元素。试写出四种元素的元素符号和名称，并按电负性由大到小排列顺序。a，b，c，d，电负性由大到小的顺序为_。答案钠(na)锰(mn)溴(br)氧(o)obrmnna解析由电负性推知d为o；a与d可形成11和21的化合物，可推知a为na；b为第四周期d区元素且最高正价为7，可知b为mn；c与b同周期且最高价为7，可知c为br。13(1)x元素原子的第二电子层上只有一个空轨道，则x元素是_；其原子的电子排布图为_。(2)r元素原子的3p轨道上只有一个未成对电子，则r元素可能是_。(3)y元素原子的核电荷数为33，则其原子的价电子排布式为_，其位于元素周期表中的_，属于_区的元素。答案(1)c(或碳) (2)al或cl(3)4s24p3第四周期第a族p解析x元素原子的第二电子层上只有一个空轨道，则其电子排布式为1s22s22p2，是c。r元素原子的3p轨道上只有一个未成对电子，则其原子的电子排布式为1s22s22p63s23p1或1s22s22p63s23p5，则r可能为al或cl。y元素原子的核电荷数为33，根据构造原理和核外电子排布规则可知，y元素原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p3，在元素周期表中位于第四周期第