2023-2024学年苏教版新教材选择性必修二 专题2第二单元 元素性质的递变规律（第1课时） 学案

第二单元元素性质的递变规律第1课时原子核外电子排布的周期性元素第一电离能的周期性变化目标导航1．能从电子排布的角度解释元素的分区、周期和族的划分。2．能从电子排布的角度解释主族元素第一电离能变化的一般规律。知识精讲知识点01原子核外电子排布的周期性1．最外层电子数目的变化除第1周期外，每隔一定数目的元素，元素原子的最外层电子数重复出现从1逐渐增加到8的周期性变化。2．核外电子排布的周期性变化规律每隔一定数目的元素，元素原子的外围电子排布重复出现从ns1到ns2np6的周期性变化(第1周期除外)。3．外围电子排布的变化(1)第2、3周期从左到右，元素原子的外围电子排布呈现从ns1到ns2np6的变化。(2)第4周期，从左到右，元素原子的外围电子排布呈现从4s1经过3d1～104s1～2逐渐过渡到4s24p6。(3)第5周期元素原子的外围电子排布与第4周期元素外围电子排布有相似的变化规律。4．元素周期表中区的划分根据元素原子的外围电子排布特征，可将元素周期表分成五个区域：s区、p区、d区、ds区和f区。(1)s区：包含ⅠA和ⅡA两族元素，除氢元素外，其余都是活泼的金属元素。(2)p区：包含ⅢA～ⅦA族及0族元素，除氢元素外，所有的非金属元素都在p区。(3)d区：包含ⅢB～ⅦB、Ⅷ族的元素。(4)ds区：包含ⅠB和ⅡB族的元素。(5)f区：镧系和锕系元素。【即学即练1】某元素原子的外围电子排布式为3s23p5，则下列对其在周期表中的位置叙述正确的是()A．第2周期第ⅦA族 B．第3周期第ⅦA族C．第3周期第ⅤA族 D．第3周期0族答案：B知识点02元素第一电离能的周期性变化1．第一电离能的含义某元素的气态原子失去一个电子形成＋1价气态阳离子所需要的最低能量。符号：I1。M(g)-e-→M+(g)2．第一电离能的意义(1)第一电离能可以衡量元素的气态原子失去一个电子的难易程度。(2)第一电离能数值越小，该气态原子越容易失去一个电子；第一电离能越大，该气态原子越难失去一个电子。3．元素的第一电离能变化规律(1)同主族元素的原子最外层电子数相同，随着核电荷数的增大，原子半径逐渐增大，失电子能力逐渐增强，第一电离能逐渐减小。(2)同一周期的主族元素具有相同的电子层数，随着核电荷数的递增，最外层电子数增加，原子半径逐渐减小，失电子能力逐渐减弱，第一电离能呈现增大的趋势。对同周期元素来说，碱金属的第一电离能最小，稀有气体的第一电离能最大。4．元素的电离能与原子结构的关系(1)第一电离能与原子核外电子排布的关系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。例如，Mg的外围电子排布为3s2，s轨道处于全充满状态，P的外围电子排布为3s23p3，p轨道处于半充满状态，因此二者电离能相对较高。(2)元素的电离能与原子核外电子排布的关系①同一元素的各级电离能逐级变大，即I1<I2<I3……。②电离能突然变大，说明原子的电子层发生了变化，由此可以判断该元素原子的电子层结构和主要化合价。【即学即练2】比较下列元素的第一电离能大小：（1）N、O、F_____________（2）He、Ne、Ar_______________（3）Na、Mg、Al____________（4）F、Cl、Br________________答案：（1）F>N>O（2）He>Ne>Ar（3）Mg>Al>Na（4）F>Cl>Br【即学即练3】元素铜与镍的第二电离能分别为：ICu＝1959kJ•mol﹣1，INi＝1753kJ•mol﹣1，ICu＞INi的原因是_________________________________________________________。答案：Cu+电子排布呈全充满状态，比较稳定，失电子需要能量高，第二电离能数值大。能力拓展考法01电离能1．电离能的变化规律(1)第一电离能①每个周期的第一种元素(氢元素或碱金属元素)第一电离能最小，稀有气体元素原子的第一电离能最大，同周期中从左至右元素的第一电离能呈增大的趋势，但是ⅡA＞ⅢA、ⅤA＞ⅥA。②同主族元素原子的第一电离能从上到下逐渐减小。(2)逐级电离能①原子的逐级电离能越来越大。首先失去的电子是能量最高的电子，故第一电离能较小，以后再失去的电子都是原子轨道较低的电子，所需要的能量较多。②当电离能突然变大时说明电子的电子层发生了变化，即同一电子层中电离能相近，不同电子层中电离能有很大的差距。如Al：I1＜I2＜I3≪I4＜I5……2．第一电离能与原子核外电子排布(1)通常情况下，当原子核外电子排布在能量相等的轨道上形成全空(p0、d0、f0)、半充满(p3、d5、f7)和全充满(p6、d10、f14)的结构时，原子的能量较低，该元素具有较大的第一电离能。(2)在同周期元素中，稀有气体的第一电离能最大。一般情况下，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。【典例1】具有下列外围电子排布的元素中，第一电离能最小的是()A．ns2np3 B．ns2np4 C．ns2np5 D．ns2np6答案：B解析：ns2np3的p轨道为半充满稳定结构，第一电离能为ns2np3＞ns2np4，对于题给四个选项，其第一电离能由小到大顺序为ns2np4＜ns2np3＜ns2np5＜ns2np6，即第一电离能最小的外围电子排布为ns2np4的元素。考法02电离能的应用1．确定元素原子核外电子的排布根据核外电子排布，一个电子层的所有电子均失去之后，换新的电子层再失去电子时，由于内层是饱和结构，难失去，故电离能数值在层与层之间呈现突跃性变化，而层内电离能数值差别相对较小。如Al的第一到第四级电离能分别为(单位：kJ·mol－1)577、1817、2745、11575。从中明显看出在第三、第四电离能之间有突跃，故可判断Al最外层只有3个电子。2．判断主族元素的外围电子数或最高化合价通常用电离能来表示原子或离子失去电子的难易程度。如K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K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。一般来说，如果某元素的电离能在In与In＋1之间发生突变，则该元素的原子易形成＋n价离子而不易形成＋(n＋1)价离子。3．判断元素的金属性与非金属性强弱一般地，除稀有气体外，I1越大，元素的非金属性越强；I1越小，元素的金属性越强。【典例2】(1)Mg元素的第一电离能比Al元素的第一电离能________，第2周期元素中，元素的第一电离能比铍大的元素有______种。(2)碳原子的核外电子排布式为__________，与碳同周期的非金属元素N的第一电离能大于O的第一电离能，原因是__________________________________________。(3)A、B均为短周期金属元素。依据下表数据，写出B原子的电子排布式：___________________。电离能/kJ·mol－1I1I2I3I4A93218211539021771B7381451773310540(4)根据下表所列元素的各级电离能I/kJ·mol－1的数据，下列判断中错误的是________(填字母)。元素I1I2I3I4X500460069009500Y5801800270011600A．元素X的常见化合价为＋1价B．元素Y可能为ⅢA族元素C．元素X与氯形成化合物时，化学式可能是XClD．元素Y在化学性质上与锡相似答案：(1)大5(2)1s22s22p2N原子的2p轨道达到半充满结构，比较稳定(3)1s22s22p63s2(4)D解析：(1)Mg的外围电子排布式为3s2，3s为全充满稳定结构；Al的外围电子排布式为3s23p1，3p轨道不是稳定结构。元素第一电离能Mg＞Al。第2周期元素的第一电离能比Be元素第一电离能大的元素有C、N、O、F、Ne共5种。(2)O原子和N原子的外围电子排布分别为2s22p4与2s22p3，N原子的2p轨道半充满，结构比较稳定，所以第一电离能大。(3)由A、B元素的各级电离能可看出，A、B两元素容易失去两个电子形成＋2价金属阳离子，故A、B元素属于ⅡA族的元素，由同主族元素电离能变化规律可知，B元素为镁元素，其原子的电子排布式为1s22s22p63s2。(4)根据数据分析：X中I2≫I1，可知X最外层只有1个电子，X常见化合价为＋1价，与Cl元素形成XCl，位于ⅠA族，A、C项正确；Y中I4≫I3，Y易呈＋3价，故Y最外层有3个电子，位于ⅢA族，B项正确；因为锡在ⅣA族，所以Y的化学性质不与锡相似，D项不正确。分层提分题组A基础过关练1．已知某元素＋2价离子的电子排布式为1s22s22p63s23p6，该元素在周期表中属于()A．ⅤB族B．ⅡB族C．Ⅷ族D．ⅡA族答案：D2．按电子排布，可把周期表里的元素划分成5个区，以下元素属于p区的是()A．FeB．MgC．PD．Zn答案：C3．下列元素一定是主族元素的是()A．原子核外N电子层上只有一个电子的元素B．原子核外M层电子数为偶数的元素C．原子核外M层电子数为小于或等于7的奇数的元素D．原子核外N层电子数为2的元素答案：C4．下列说法中正确的是()A．非金属元素呈现的最高化合价不超过该元素原子的最外层电子数B．非金属元素呈现的最低化合价，其绝对值等于该元素原子的最外层电子数C．最外层有2个电子的原子都是金属原子D．最外层有5个电子的原子都是非金属原子答案：A5．下列说法中正确的是()A．元素周期律的本质是随着核电荷数的递增元素化合价呈周期性的变化B．核外电子排布的周期性变化是元素性质周期性变化的结果C．元素周期表可划分成s、p、d、ds、f五个区D．最外层电子数≤2的元素一定是金属元素答案：C6．具有下列电子层结构的原子，其对应元素一定属于同一周期的是()A．两种原子的电子层上全部是s电子B．3p上只有一个空轨道的原子和3p上只有一个未成对电子的原子C．最外层电子排布为2s22p6的原子和最外层电子排布为2s22p6的离子D．原子核外的M层上的s轨道和p轨道都充满了电子，而d轨道上尚未有电子的两种原子答案：B7．具有下列核外电子排布式的原子，其半径最大的是()A．1s22s22p3 B．1s22s22p1C．1s22s22p63s23p1 D．1s22s22p63s23p4答案：C解析：根据原子的核外电子排布式可知，A项中原子为氮(N)，B项中原子为硼(B)，C项中原子为铝(Al)，D项中原子为硫(S)。根据原子半径变化规律可知，Al原子半径最大。8．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：同周期元素从左到右第一电离能呈逐渐增大的趋势，碱金属第一电离能最小，稀有气体元素的第一电离能最大，A正确，C错误；镁的外围电子排布为3s2，铝的外围电子排布式为3s23p1，镁为全充满状态，较难失去电子，故其第一电离能要大于铝的第一电离能，B错误；根据同主族、同周期主族元素第一电离能的递变规律可以推测，第一电离能K<Ca<Mg，D错误。9．将下列元素的第一电离能按由小到大的顺序排列：（1）Ca、Mg、Be：___________________（2）Na、Mg、Al：_________________（3）C、N、O：______________________（4）P、S、F：____________________10．根据元素周期表1～18号元素的性质和递变规律，回答下列问题。（1）属于金属元素的有____种，金属性最强的元素与氧气反应生成的化合物有_________、________(填两种化合物的化学式)；（2）原子半径最大的元素是(稀有气体除外)_______，第一电离能最小的元素是______，第一电离能最大的元素是______，最强的含氧酸是________，最稳定的气态氢化物是________；（3）原子中p轨道半充满的元素是________；（4）推测Si、N最简单氢化物的稳定性：__________大于_________(填化学式)。答案：（1）5Na2O、Na2O2（2）NaNaHeHClO4HF（3）N、P（4）NH3SiH411．指出下列元素是主族元素还是副族元素，在周期表中的位置是什么？（1）1s22s22p63s2是______族元素，位于周期表中第_____周期第_____族，属于_____区元素；（2）[Kr]4d105s25p2是_____族元素，位于周期表中第_____周期第_____族，属于____区元素；（3）[Ar]3d14s2是_____族元素，位于周期表中第_____周期第______族，属于_______区元素；（4）[Ar]3d104s1是____族元素，位于周期表中第____周期第_____族，属于______区元素。答案：（1）主三ⅡAs（2）主五ⅣAp（3）副四ⅢBd​（4）副四ⅠBds题组B能力提升练1．已知短周期元素X、Y、Z在周期表中的相对位置如图所示，则下列说法正确的是()A．Y元素原子的外围电子排布为2s22p4B．原子半径：Z＜YC．X是周期表中第一电离能最大的元素D．第一电离能：Z＞Y答案：C解析：因X、Y、Z为短周期元素，结合位置关系知X为He，Y为F，Z为S。F(Y)元素外围电子排布为2s22p5；原子半径S＞F(Z＞Y)；结合第一电离能在同周期和同主族间的变化规律知，He是第一电离能最大的元素；第一电离能F＞S。2．关于元素周期表中元素的分区，下列说法正确的是()A．元素周期表的d区全部是副族元素B．元素周期表的d区包含所有的过渡元素C．过渡元素包括d区、f区、ds区的元素D．ds区元素不都是副族元素答案：C解析：d区包括ⅢB～ⅦB族(镧系和锕系除外)元素和Ⅷ族元素，ds区包括ⅠB族和ⅡB族元素，过渡元素包括所有的副族元素和Ⅷ族元素，即包括了d区、f区、ds区的元素，故B项错误，C项正确。3．元素X的部分电离能数据如下：I1I2I3I4I5I6I/(kJ·mol－1)57818172745115781483118378则元素X的常见化合价是()A．＋1B．＋2C．＋3D．＋6答案：C解析：对比表中电离能数据可知，I1、I2、I3数值相对较小，I4数值突然增大，说明元素X的原子中，有3个电子容易失去，因此该元素的常见化合价为＋3。4．电离能是指由蒸气状态的孤立原子移去电子形成阳离子需要的能量。从中性原子中移去第一个电子所需的能量为第一电离能(I1)，移去第二个电子所需要的能量为第二电离能(I2)，依次类推。现有5种元素A、B、C、D、E，其中I1～I3分列下表。元素I1/eVI2/eVI3/eVA13.023.940.0B4.331.947.8C5.747.471.8D7.715.180.3E21.641.165.2根据表中数据判断其中的金属元素有__________，稀有气体元素有__________，最活泼的金属是__________，显二价的金属是______________。答案：BCDEBD5．已知X、Y、Z、Q、R、E六种元素中，原子序数X<Y<Z<Q<R<E，其结构或性质信息如下表：元素结构或性质信息X原子的L层上s电子数等于p电子数Y原子核外的L层有3个未成对电子Z原子核外只有两个电子层，s电子数等于p电子数Q单质常温、常压下是气体，原子的M层上有1个未成对的p电子R核电荷数是Y与Q的核电荷数之和E原子序数比R大3请根据信息回答有关问题：（1）元素Y的原子核外共有种不同运动状态的电子。（2）基态X原子的核外电子轨道表示式为；X、Y、Z三种元素的非金属性由强到弱的排列次序依次为(写元素符号)。（3）基态Q原子的核外电子排布式是。（4）R的元素符号是，基态R原子的M电子层的电子排布式为。（5）E有多种化合价，基态E2+的外围电子排布式是。答案：（1）7（2）O>N>C（3）1s22s22p63s23p5（4）Cr3s23p63d5（5）3d7题组C培优拔尖练1．气态中性原子失去一个电子转化为＋1价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最低能量依次称为第二电离能(I2)、第三电离能(I3)……下表是第3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．丙一定为金属元素 D．丁一定是金属元素答案：A解析：根据表中I1、I2、I3电离能的数据可知甲为Na元素，乙为Mg元素，丙、丁应为Al以后的元素，且丙在丁的前面，故只有A正确。2．13Al、15P、16S、17Cl是周期表中的短周期主族元素。下列有关说法正确的是()A．元素Al在周期表中位于第4周期ⅢA族B．元素P的简单气态氢化物的化学式为PH4C．第一电离能：I1(Al)<I1(P)<I1(S)D．最高价氧化物的水化物的酸性：H3PO4<H2SO4<HClO4答案：D解析：A.Al为13号元素，周期表中位于第3周期ⅢA族，故A错误；B.P位于第ⅤA族，最低负价为－3，所以简单气态