高中化学《原子结构与元素的性质》第一课时 教案3 新人教版选修3

用心 爱心 专心 1 第二节第二节 原子结构与元素的性质原子结构与元素的性质 第一课时第一课时 授课班级授课班级 课课 时时 知识知识 与与 技能技能 1 掌握原子半径的变化规律 2 能说出元素电离能的涵义 能应用元素的电离能说明元素的某些 性质 3 进一步形成有关物质结构的基本观念 初步认识物质的结构与性 质之间的关系 4 认识主族元素电离能的变化与核外电子排布的关系 5 认识原子结构与元素周期系的关系 了解元素周期系的应用价值 过程过程 与与 方法方法 教教 学学 目目 的的 情感情感 态度态度 价值观价值观 重重 点点电离能得定义及与原子结构之间的关系 难难 点点电离能得定义及与原子结构之间的关系 知知 识识 结结 构构 与与 板板 书书 设设 计计 二 元素周期律二 元素周期律 1 1 原子半径 原子半径 2 2 电离能 电离能 1 1 定义 气态原子或气态离子失去一个电子所需要的最小能量叫做电离能 定义 气态原子或气态离子失去一个电子所需要的最小能量叫做电离能 常用符号常用符号I I表示 单位为表示 单位为 KJ molKJ mol 1 1 意义 通常用电离能来表示原子或离子失去电子的难易程度 意义 通常用电离能来表示原子或离子失去电子的难易程度 2 2 元素的第一电离能 处于基态的气态原子失去 元素的第一电离能 处于基态的气态原子失去 1 1 个电子 生成个电子 生成 1 1 价气态阳价气态阳 离子所需要的能量称为第一电离能 常用符号离子所需要的能量称为第一电离能 常用符号I I1 1表示 表示 5 5 电离能的应用电离能的应用 根据电离能数据 确定元素核外电子的排布 根据电离能数据 确定元素核外电子的排布 1 1 根据电离能数据 确定元素在化合物中的化合价 根据电离能数据 确定元素在化合物中的化合价 2 2 判断元素的金属性 非金属性强弱判断元素的金属性 非金属性强弱 3 3 教学过程教学过程 教学步骤 内容教学步骤 内容 教学方法 教学方法 手段 手段 师生活动师生活动 引入 引入 我们知道元素性质是由元素原子结构决定的 那具体影响哪些性质 呢 讲 讲 元素的性质指元素的金属性和非金属性 元素的主要化合价 原子半 径 元素的第一电离能和电负性 学与问 学与问 元素周期表中 同周期的主族元素从左到右 最高化合价和最低 化合价 金属性和非金属性的变化规律是什么 投影小结 投影小结 同周期主族元素从左到右 元素最高化合价和最低化合价逐渐 升高 金属性逐渐减弱 非金属性逐渐增强 用心 爱心 专心 8 讲 讲 元素的性质随核电荷数递增发生周期性的递变 称为元素周期律 元 素周期律的内涵丰富多样 下面 我们来讨论原子半径 电离能和电负性的 周期性变化 板书 二 元素周期律 板书 二 元素周期律 1 1 原子半径 原子半径 投影 投影 观察图 1 20 分析 学与问 学与问 1 1 元素周期表中同周期主族元素从左到右 原子半径的变化趋势 元素周期表中同周期主族元素从左到右 原子半径的变化趋势 如何 应如何理解这种趋势 如何 应如何理解这种趋势 2 2 元素周期表中 同主族元素从上到下 原子半径的变化趋势如何 应如何 元素周期表中 同主族元素从上到下 原子半径的变化趋势如何 应如何 理解这种趋势 理解这种趋势 小结 小结 同周期主族元素从左到右 原子半径逐渐减小 其主要原因是由于 核电荷数的增加使核对电子的引力增加而带来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的半径增大 讲 讲 原子半径的大小取决于两个相反的因素 一是电子的能层数 另一个 是核电荷数 显然电子的能层数越大 电子间的负电排斥将使原子半径增大 所以同主族元素随着原子序数的增加 电子层数逐渐增多 原子半径逐渐增 大 而当电子能层相同时 核电荷数越大 核对电子的吸引力也越大 将使 原子半径缩小 所以同周期元素 从左往右 原子半径逐渐减小 问 问 那么 粒子半径大小的比较有什么规律粒子半径大小的比较有什么规律呢 投影小结 投影小结 1 原子半径大小比较 电子层数越多 其原子半径越大 当电 子层数相同时 随着核电荷数增加 原子半径逐渐减小 最外层电子数目相 同的原子 原子半径随核电荷数的增大而增大 2 核外电子排布相同的离子 随核电荷数的增大 半径减小 3 同种元素的不同粒子半径关系为 阳离子 原子 阴离子 并且价态越高的 粒子半径越小 过渡 过渡 那么 什么叫电离能呢 电离能与元素的金属性间有什么样的关系 呢 板书 板书 2 2 电离能 电离能 1 1 定义 气态原子或气态离子失去一个电子所需要的最小能量叫做电离能 定义 气态原子或气态离子失去一个电子所需要的最小能量叫做电离能 常用符号常用符号I I表示 单位为表示 单位为 KJ molKJ mol 1 1 意义 通常用电离能来表示原子或离子失去电子的难易程度 意义 通常用电离能来表示原子或离子失去电子的难易程度 用心 爱心 专心 1 讲 讲 原子为基态原子 保证失去电子时消耗能量最低 电离能用来表示原 子或分子失去电子的难易程度 电离能越大 表示原子或离子越难失电子 电离能越小 表示原子或离子易失电子 点击试题 点击试题 已知 Na 元素的 I1 496 KJ mol 1 则 Na g e Na g 时 所需最低能量为 板书 板书 2 2 元素的第一电离能 处于基态的气态原子失去 元素的第一电离能 处于基态的气态原子失去 1 1 个电子 生成个电子 生成 1 1 价气态阳离子所需要的能量称为第一电离能 常用符号价气态阳离子所需要的能量称为第一电离能 常用符号I I1 1表示 表示 讲 讲 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 上述表述中的 气态 基态 电中性 失去 一个电子 等都是保证 最低能量 的条件 投影 投影 问 问 读图 l 21 碱金属原子的第一电离能随核电荷数递增有什么规律呢 讲 讲 从图 l 2l 可见 每个周期的第一个元素 氢和碱金属 第一电离能最 小 最后一个元素 稀有气体 的第一电离能最大 同族元素从上到下第一电 离能变小 如 He Ne Ar Kr Xe Rn 的第一电离能依次下降 H Li Na K Rb Cs 的第一电离能也依次下降 学与问 学与问 1 1 金属的电离能与碱金属的活泼性存在什么联系 金属的电离能与碱金属的活泼性存在什么联系 讲 讲 第一电离能越小 越易失去电子 金属的活泼性就越强 因此碱金属 元素的第一电离能越小 金属的活泼性就越强 讲 讲 同周期元素 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 短周期元素的这种递变更为明显 这是同 周期元素原子电子层数相同 但随着核电荷数增大和原子半径减小 核对外 层电子的有效吸引作用依次增强的必然结果 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容易 失去电子电子 这是因为同主族元素原子的价电子数相同 原子半径逐渐增 大 原子核对核外电子的有效吸引作用逐渐减弱 过渡元素的第一电离能的 变化不太规则 随元素原子序数的增加从左到右略有增加 这是因为对这些 元素的原子来说 增加的电子大部分排布在 n 1 d 轨道上 核对外层电子的 有效吸引作用变化不是太大 板书 板书 3 3 电离能的变化规律 电离能的变化规律 同周期元素 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同周期元素 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 势 表示元素原子越来越难失去电子 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容易同主族元素 自上而下第一电离能逐渐减小 表明自上而下原子越来越容易 失去电子电子 失去电子电子 讲 讲 总之 第一电离能的周期性递变规律是原子半径 核外电子排布周期 性变化的结果 用心 爱心 专心 1 思考与交流 思考与交流 Be 的第一电离能大于 B N 的第一电离能大于 O Mg 的第一 电离能大于 Al Zn 的第一电离能大于 Ga Be 有价电子排布为 2s2 是全充满结构 比较稳定 而 B 的价电子排布为 2s22p1 比 Be 不稳定 因此失去第一个电子 B 比 Be 容易 第一电离能小 讲 讲 但值得我们注意的是 元素第一电离能的周期性变化规律中的一些反 常 同一周期 随元素核电荷数的增加 元素第一电离能呈增大的趋势 主 族元素 左 右 第一电离能依次明显增大 但其中有些曲折 反常的原因 多数与全空 p0 d0 全满 p6 d10 和半满 p3 d5 构型是比较稳定的 构型有关 当原子核外电子排布在能量相等的轨道上形成全空 半充满和全 充满结构时 原子的能量较低 该元素具有较大的第一电离能 故磷的第一 电离能比硫的大 Mg 的第一电离能比 Al 的第一电离能大 讲 讲 在同周期元素中 稀有气体的第一电离能最大 金属越活泼 金属元 素的第一电离能越小 非金属越活泼 非金属元素的第一电离能越大 点击试题 不同元素的气态原子失去最外层一个电子所需要的能量 设其 点击试题 不同元素的气态原子失去最外层一个电子所需要的能量 设其 为为 E 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 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 并回答下列问题 并回答下列问题 1 1 同主族内不同元素的 同主族内不同元素的 E E 值的变化特点是值的变化特点是 各主族中 各主族中 E E 值的这值的这 种变化特点体现了元素性质的种变化特点体现了元素性质的 变化规律 变化规律 2 2 同周期内 随原子序数的增大 同周期内 随原子序数的增大 E E 值增大 但个别元素的值增大 但个别元素的 E E 值出现反常值出现反常 现象 试预测下列关系中正确的是现象 试预测下列关系中正确的是 填写编号 填写编号 E E 砷 砷 E E 硒 硒 E E 砷 砷 E E 硒 硒 E E 溴 溴 E E 硒 硒 E E 溴 溴 E E 硒 硒 3 3 估计 估计 1mol1mol 气态气态 CaCa 原子失去最外层一个电子所需能量原子失去最外层一个电子所需能量 E E 值的范围 值的范围 E E 4 4 1010 号元素号元素 E E 值较大的原因是值较大的原因是 解析 此题考查了元素第一电离能的变化规律和学生的归纳总结能力 1 同主族元素最外层电子数相同 随着原子核电荷数逐渐增大 原子核对 最外层电子的吸引力逐渐减小 所以失去最外层电子所需能量逐渐减小 2 根据图像可知 同周期元素 E 氮 E 氧 E 磷 E 硫 E 值 出现反常现象 故可推知第四周期 E 砷 E 硒 但 A 族元素和 A 族 元素的 E 值未出现反常 所以 E 溴 E 硒 此处应填 3 1mol 气态 Ca 原子失去最外层一个电子比同周期元素钾要难 比同主族 元素 Mg 要容易 故其 E 值应在 419 738 之间 4 10 号元素是 Ne 它的原子最外层已经成为 8 电子稳定结构 故其 E 值 较大 答案 1 随着原子序数的增大 E 值变小 周期性 2 3 419 438 或填 E 钾 E 镁 4 10 号元素是氖 该元素原子的最外层电 用心 爱心 专心 1 子排布已达到 8 个电子稳定结构 学与问 学与问 2 2 下表的数据从上到下是钠 镁 铝逐级失去电子的电离能 为 下表的数据从上到下是钠 镁 铝逐级失去电子的电离能 为 什么原子的逐级电离能越来越大什么原子的逐级电离能越来越大 这些数据跟钠 镁 铝的化合价有什么联系这些数据跟钠 镁 铝的化合价有什么联系 讲 讲 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 用 I1表示 从一价气态基态正离子中再失去一个电 子所需消耗的能量叫做第二电离能 用 I2表示 依次类推 可得到 I3 I4 I5 同一种元素的逐级电离能的大小关系 I1 I2 I3 I4 I5 即一 个原子的逐级电离能是逐渐增大的 这是因为随着电子的逐个失去 阳离子 所带的正电荷数越来越大 再要失去一个电子需克服的电性引力也越来越大 消耗的能量也越来越多 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十 2 价离子 Al 的 I1 I2 I3相差不多 而 I3比 I4小很多 所以 A1 容易失去三个电子形成 3 价离子 而电离能的突跃变化 说明核外电子是分能层排布的 板书 板书 4 4 第二电离能 由 第二电离能 由 1 1 价气态阳离子再失去价气态阳离子再失去 1 1 个电子形成个电子形成 2 2 价气态价气态 阳离子所需要的能量称为第二电离能 常用符号阳离子所需要的能量称为第二电离能 常用符号I I2 2表示 依次还有第三 第表示 依次还有第三 第 四电离能等 四电离能等 讲 讲 通常 原子的第二电离能高于第一电离能 第三电离能又高于第二电 离能 这是因为元素的原子失去电子后 原子核对核外电子的作用增加 再 失去电子消耗能量增加 失电子变得困难 讲 讲 根据电离能的定义可知 电离能越小 表示在气态时该原子越容 易失去电子 反之 电离能越大 表明在气态时该原子越难失去电子 因此 运用电离能数值可以判断金属原子在气态时失电子的难易程度 板书 板书 5 5 电离能的应用电离能的应用 根据电离能数据 确定元素核外电子的排布 根据电离能数据 确定元素核外电子的排布 1 1 讲 讲 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 且 最外层上只有一个电子 板书 板书 根据电离能数据 确定元素在化合物中的化合价 根据电离能数据 确定元素在化合物中的化合价 2 2 讲 讲 如 K 元素 I1 I2 I3 表明 K 原子易失去一个电子形成 1 价阳离子 一 般来讲 在电离能较低时 原子失去电子形成阳离子的价态为该元素的常见 的价态 如 Na 的第一电离能较小 第二电离能突然增大 相当于第一电离能 的 10 倍 故 Na 的化合价为 1 而 Mg 在第三电离发生突变 故 Mg 的化合价 用心 爱心 专心 1 为 2 板书 板书 判断元素的金属性 非金属性强弱判断元素的金属性 非金属性强弱 3 3 讲 讲 I1越大 元素的非金属性越强 I1越小 元素的金属性越强 讲 讲 需要我们注意的是 金属活动性表示的是在水溶液中金属单质中的原 子失去电子的能力 而电离能是指金属元素在气态时失去电子成为气态阳离 子的能力 二者对应条件不同 所以排列顺序不完全一致 过 过 电离能主要针对的是金属 对于非金属我们通常用与其相对应的电子 亲和能 下面让我们来简单了解一下电子亲和能 知识拓展 元素的电子亲和能 知识拓展 元素的电子亲和能 1 电子亲和能 元素的一个气态原子获得 1 个电子成为气态阴离子时所放出 的能量称为第一电子亲和能 2 电子亲和能的符号和单位 E 单位为 KJ mol 1 3 电子亲和能的意义 电子亲和能的大小反映了气态原子获得电子成为气态 阴离子的难易程度 电子亲和能大 该元素的原子就容易与电子结合 4 影响因素 电子亲和能的大小 取决于原子核对外层电子的吸引以及电子 和电子间的排斥这两个相反的因素 随着原子半径的减小 原子核对核外电 子吸引作用增强 电子亲和能增大 但是 如果原子半径减小的程度使核外 电子的密度增加很大 电子之间的排斥作用增加 则可能使电子亲和能减小 电子亲和能无论是在同周期还是同主族都没有简单的变化规律 随堂练习 随堂练习 1 下列说法正确的是 A 第 3 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 氟的电离能最大 D 钾的第一电离能比镁的第一电离能大 解析 考查元素第一电离能的变化规律 一般同周期从左到右第一电离能逐 渐增大 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 但有反常 第 A 和 VA 族元素比同周期相邻两种元素第一电离能都低 同主 族从上到下元素的第一电离能逐渐减小 由于核外价电子排布镁为 3S2 Al 为 3S23P1 故 Al 的第一电离能小于 Mg 的 所以 B 错误 根据同主族同周期 规律可以推测 第一电离能 K CaI1 因此说电离能是核外电子分层排布的实验佐证 答案 B 4 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化学元素 1 下列 填写编号 组元素的单质可能都是电的良导体 a c h b g k c h l d e f 2 如果给核外电子足够的能量 这些电子便会摆脱原子核的束缚而离去 核外电子离开该原子或离子所需要的能量主要受两大因素的影响 原子核失去核外不同电子所需的能量 KJ mol 1 锂 XY 失去第一个电子 519502580 失去第二个电子 7 2964 5701 820 失去第三个电子 11 7996 9202 750 失去第四个电子 9 55011 600 通过上述信息和表中的数据分析 为什么锂原子失去核外第二个电子时所 需的能量要远远大于失去第一个电子所需的能量 表中 X 可能为 13 种元素中的 填写字母 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 族的元素的增加 I1 逐渐增大 以上 13 种元素中 填写字母 元素原子失去核外第一个电子需要 的能量最多 解析 1 从所给元素在周期表中的位置不难知道 a c d f 分别为 Na Mg Sr 和 Al e 处于过渡元素区也一定为金属 它们都是电的良导体 h 为碳元素 其单质中的石墨也是电的良导体 故应选 两组 2 锂原子核外共有 3 个电子 其中两个在 K 层 1 个在 L 层 当失去最 外层的一个电子后 锂离子达到稳定结构 根据题给信息可知 锂离子再失 去电子便会形成不稳定结构 因此锂原子失去第二个电子时所需能量远大于 失去第一个电子所需的能量 由表中数据可知 X 失去第二个电子所需能量 远大于失去第一个电子所需的能量 9 倍多 而失去第三个 第四个电子所 需能量皆不足前者的两倍 故第一个电子