新教材适用2024-2025学年高中化学第1章原子结构与性质第2节原子结构与元素的性质第2课时元素周期律学案新人教版选择性必修2

第2课时元素周期律核心素养发展目标1．能从原子结构的角度理解原子半径、元素第一电离能、电负性之间的递变规律，能利用递变规律比较原子(离子)半径、元素第一电离能、电负性的相对大小。2．通过对原子半径、元素第一电离能、电负性递变规律的学习，建立“结构确定性质”的认知模型，并能利用认知模型说明元素性质的规律性和特殊性。一、原子半径1．影响原子半径大小的因素(1)电子的能层数：电子的能层越多，电子之间的_排斥作用__将使原子的半径增大。(2)核电荷数：核电荷数越大，核对电子的吸引作用也就越大，将使原子的半径_减小__。2．原子半径的递变规律(1)同周期：从左到右，核电荷数越大，原子半径_越小__。(2)同主族：从上到下，核电荷数越大，原子半径_越大__。3．原子或离子半径的比较方法(1)同种元素的离子半径：阴离子大于原子，原子大于阳离子，低价阳离子大于高价阳离子。例如：r(Cl－)_>__r(Cl)，r(Fe)_>__r(Fe2＋)_>__r(Fe3＋)。(2)能层结构相同的离子：核电荷数越大，半径越小。例如：r(O2－)_>__r(F－)_>__r(Na＋)_>__r(Mg2＋)_>__r(Al3＋)。(3)带相同电荷的离子：能层数越多，半径越大。例如：r(Li＋)_<__r(Na＋)_<__r(K＋)_<__r(Rb＋)_<__r(Cs＋)，r(O2－)_<__r(S2－)_<__r(Se2－)_<__r(Te2－)。(4)核电荷数、能层数均不同的离子：可选一种离子参照比较。例如：比较r(K＋)与r(Mg2＋)，可选r(Na＋)为参照，r(K＋)_>__r(Na＋)_>__r(Mg2＋)。正误推断1．核外能层结构相同的单核粒子，半径相同。(×)2．质子数相同的不同单核粒子，电子数越多，半径越大。(√)3．各元素的原子半径总比其离子半径大。(×)4．同周期元素从左到右，原子半径、离子半径均渐渐减小。(×)深度思索1．元素周期表中的同周期主族元素从左到右，原子半径的改变趋势如何？如何理解这种趋势？提示：同周期的主族元素从左到右，原子半径渐渐减小，其主要缘由是同周期主族元素电子的能层数相同，核电荷数越大，原子核对核外电子的吸引作用也就越大，将使原子的半径减小。2．是否能层数多的元素的原子半径肯定大于能层数少的元素的原子半径？提示：不肯定，原子半径的大小由核电荷数与电子的能层数两个因素综合确定，如Li的原子半径大于Cl的原子半径。应用体验1．下列关于粒子半径的说法正确的是(D)①r(Li＋)<r(Na＋)<r(K＋)<r(Rb＋)<r(Cs＋)②r(Cl－)<r(Br－)<r(I－)<r(F－)③r(Na＋)<r(Mg2＋)<r(Al3＋)<r(F－)<r(O2－)④r(Fe3＋)<r(Fe2＋)<r(Fe)A．①②④ B．①③C．③④ D．①④解析：Li、Na、K、Rb、Cs原子失去一个电子后，其电子层数分别为1、2、3、4、5，电子层数越多的半径越大，则半径：Li＋<Na＋<K＋<Rb＋<Cs＋，故①正确；F、Cl、Br、I原子得到一个电子后，其电子层数分别为2、3、4、5，则离子半径：F－<Cl－<Br－<I－，故②错误；Na、Mg、Al、F、O形成8电子结构时，离子所含电子层数相同。依据元素周期律，核电荷数越大的其半径越小，因此离子半径：Al3＋<Mg2＋<Na＋<F－<O2－，故③错误；Fe3＋、Fe2＋、Fe的核电荷数相同，失电子数越多，其半径越小，即半径大小：Fe3＋<Fe2＋<Fe，故④正确。依据分析可知，①④正确。故选D。2．下列元素的原子半径最小的是(D)A．Na B．MgC．Al D．Cl解析：同一周期元素从左到右，原子半径渐渐减小，Cl原子半径最小。故选D。3．下列微粒半径的大小依次不正确的是(A)A．F－＞O2－＞Na＋＞Mg2＋B．Fe＞Fe2＋＞Fe3＋C．S2－＞Cl－＞K＋＞Ca2＋D．S＞O＞F解析：具有相同电子层结构的粒子，核电荷数越大，粒子半径越小；O2－＞F－＞Na＋＞Mg2＋，A项错误；阳离子半径小于相应的原子半径，同种元素的阳离子，离子电荷越高离子半径越小，故微粒半径：Fe＞Fe2＋＞Fe3＋，B项正确；电子层数相同，核电荷数越小，半径越大，C项正确；同周期自左而右原子半径减小，同主族自上而下原子半径增大，D项正确。故选A。粒子半径比较的一般思路(1)“一层”：先看能层数，能层数越多，一般微粒半径越大。(2)“二核”：若能层数相同，则看核电荷数，核电荷数越大，微粒半径越小。(3)“三电子”：若能层数、核电荷数均相同，则看核外电子数，电子数多的半径大。二、元素的电离能1．元素第一电离能的概念与意义(1)概念_气态基态__原子失去一个电子转化为_气态基态__正离子所须要的_最低能量__叫做第一电离能，符号：I1。(2)意义：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_简单__失去一个电子；第一电离能数值越大，原子越_难__失去一个电子。2．元素第一电离能改变规律(1)每个周期的第一种元素(氢和碱金属)的第一电离能_最小__，最终一种元素(稀有气体)的第一电离能_最大__，即一般来说，同周期随着核电荷数的递增，元素的第一电离能呈_增大__趋势。(2)同一族，从上到下第一电离能渐渐_减小__。3．电离能的应用(1)推断元素的金属性、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。(2)逐级电离能的应用①逐级电离能含义：原子的＋1价气态基态离子再失去1个电子所须要的最低能量叫做其次电离能，依次类推。可以表示为M(g)=M＋(g)＋e－I1(第一电离能)M＋(g)=M2＋(g)＋e－I2(其次电离能)M2＋(g)=M3＋(g)＋e－I3(第三电离能)逐级电离能的改变规律a．同一元素的电离能按I1、I2、I3……依次逐级增大。b．当相邻逐级电离能发生突变时，说明失去的电子所在的能层发生了改变。②应用依据电离能数据确定元素原子核外电子的排布及元素的化合价，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(K、L能层)，且最外层上只有一个电子，易失去_一个电子__形成_＋1价__阳离子。电离能的影响因素及特例(1)电离能数值的大小主要取决于原子的核电荷数、原子半径及原子的电子构型。(2)具有全充溢、半充溢及全空的电子构型的元素原子稳定性较高，其电离能数值较大，如稀有气体的电离能在同周期元素中最大，N为半充溢、Mg为全充溢状态，其电离能均比同周期相邻元素的大。一般状况，第一电离能：ⅡA>ⅢA，ⅤA>ⅥA。正误推断1．第一电离能越大的原子失电子的实力越强。(×)2．第三周期所含元素中钠的第一电离能最小。(√)3．铝的第一电离能比镁的第一电离能大。(×)4．H的第一电离能大于C的第一电离能。(√)5．同一周期中，主族元素原子的第一电离能从左到右越来越大。(×)6．同一周期典型金属元素的第一电离能总是小于典型非金属元素的第一电离能。(√)深度思索1．元素周期表中，第一电离能最大的是哪个元素？第一电离能最小的应出现在元素周期表什么位置？提示：最大的是He；最小的应在元素周期表左下角。2．其次周期中，第一电离能介于B和N之间的有几种元素？分别是哪几种？提示：Be、C、O，共三种。3．下表是钠、镁、铝逐级失去电子的电离能：元素NaMgAleq\f(电离能,(kJ·mol－1))49673857845621451181769127733274595431054011575133531363014830166101799518376201142170323293(1)为什么同一元素的电离能逐级增大？提示：同一元素的逐级电离能是渐渐增大的，即I1<I2<I3<……这是由于原子失去一个电子变成＋1价阳离子后，半径变小，核电荷数未变而电子数目变少，原子核对电子的吸引作用增加，因而其次个电子比第一个电子更难失去，故I2>I1，同理I3>I2。(2)为什么钠、镁、铝的化合价分别为＋1、＋2、＋3?提示：钠的I1比I2小许多，电离能差值很大，说明失去第一个电子比失去其次个电子简单得多，所以Na简单失去一个电子变成＋1价离子；Mg的I1和I2相差不多，而I3比I2大许多，说明Mg简单失去2个电子形成＋2价离子；Al的I1、I2、I3相差不多，而I4比I3大许多，所以Al简单失去3个电子形成＋3价离子。应用体验1．下列关于元素第一电离能的说法不正确的是(A)A．因同周期元素的原子半径从左到右渐渐减小，故第一电离能必依次增大B．对于同一元素而言，原子的电离能I1<I2<I3…C．外围电子排布为ns2np6(当只有K层时为1s2)的原子，第一电离能较大D．钾元素的第一电离能小于钠元素的第一电离能，故钾的活泼性强于钠解析：因同周期元素的原子半径从左到右渐渐减小，第一电离能有依次增大的趋势，但是ⅡA、ⅤA的原子结构比较稳定，所以第一电离能比相邻元素的大，故A错误；对于同一元素来说，原子失去电子个数越多，其失电子实力越弱，所以原子的电离能随着原子失去电子个数的增多而增大，即同一元素原子的电离能I1<I2<I3……，故B正确；外围电子排布为ns2np6(当只有K层时为1s2)的原子，达到稳定结构，再失去电子较难，所以其第一电离能较大，故C正确；钾元素的第一电离能小于钠元素的第一电离能，说明钾失电子实力比钠强，故钾的活泼性强于钠，故D正确。故选A。2．下列叙述中正确的是(C)A．同一周期中，ⅦA族元素的原子半径最大B．ⅥA族元素的原子，其半径越大，越难失去电子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解析：同周期，原子电子层数相同，从左往右，由于核电荷数渐渐增多，原子核引力增加，故半径渐渐减小，则ⅦA元素的原子半径最小，A错误；同一主族中原子半径越大，最外层离原子核越远，受到引力越弱，故越易失电子，B错误；室温时，0族元素的单质都是气体，又称稀有气体，C正确；同一周期中，碱金属元素最简单失电子，故第一电离能最小，D错误。故选C。3．下列状态的镁中，电离最外层一个电子所需能量最大的是(A)解析：，即Mg＋，再失去一个电子即为镁的其次电离能，电离最外层一个电子所需能量最大，故A符合题意；，3s轨道全满，电离最外层一个电子即镁的第一电离能，失去最外层一个电子所需能量比A选项低，故B不符合题意；，该镁原子的电子处于激发态，简单失去3p上的电子，失去一个电子所需能量低，故C不符合题意；，即Mg＋，再失去一个电子即为镁的其次电离能，最外层的电子处于激发态，失去最外层一个电子所需能量比A选项低，故D不符合题意；综上所述，答案为A。(1)第一电离能与元素的金属性有本质的区分。(2)由电离能的递变规律可知：同周期主族元素从左到右，元素的第一电离能呈增大趋势，但第ⅡA族的Be、Mg的第一电离能较同周期第ⅢA族的B、Al的第一电离能要大；第ⅤA族的N、P、As的第一电离能较同周期第ⅥA族的O、S、Se的第一电离能要大。这是由于第ⅡA族元素的最外层电子排布为ns2，p轨道为全空状态，较稳定；而第ⅤA族元素的最外层电子排布为ns2np3，p轨道为半充溢状态，比第ⅥA族的ns2np4状态稳定。三、电负性1．有关概念与意义(1)键合电子：元素相互化合时，原子中用于形成_化学键__的电子。(2)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__。(3)电负性大小的标准：以氟的电负性为_4.0__和锂的电负性为_1.0__作为相对标准。2．递变规律(1)同周期元素从左到右，元素的电负性渐渐_变大__，元素的非金属性渐渐_增加__、金属性渐渐_减弱__。(2)同族元素从上到下，元素的电负性渐渐_变小__，元素的金属性渐渐_增加__、非金属性渐渐_减弱__。3．应用(1)推断元素的金属性和非金属性强弱①金属元素的电负性一般_小于__1.8，非金属元素的电负性一般_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)推断元素的化合价①电负性数值小的元素在化合物中吸引电子的实力_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实力_强__，元素的化合价为负值。(3)推断化合物的类型如H的电负性为2.1，Cl的电负性为3.0，Cl的电负性与H的电负性之差为3.0－2.1＝0.9<1.7，故HCl为共价化合物；如Al的电负性为1.5，Cl的电负性与Al的电负性之差为3.0－1.5＝1.5<1.7，因此AlCl3为共价化合物；同理，BeCl2也是共价化合物。(1)电负性之差大于1.7的元素不肯定都形成离子化合物，如F的电负性与H的电负性之差为1.9，但HF为共价化合物。(2)电负性之差小于1.7的元素不肯定形成共价化合物Na的电负性为0.9，与H的电负性之差为1.2，但NaH中的化学键是离子键。正误推断1．元素电负性的大小反映了元素原子对键合电子吸引力的大小。(√)2．元素的电负性越大，则元素的非金属性越强。(√)3．同一周期电负性最大的元素为稀有气体元素。(×)深度思索1．依据电负性的递变规律推想：元素周期表中电负性最大的元素和电负性最小的元素位于周期表中的哪个位置？提示：依据电负性的递变规律，在元素周期表中，越往右，电负性越大；越往下，电负性越小，由此可知，电负性最大的元素位于周期表的右上方，最小的元素位于周期表的左下方。2．电负性越大的元素，非金属性越强吗？第一电离能越大吗？提示：元素的电负性越大，非金属性越强；但第一电离能不肯定越大，例如电负性：N<O，而第一电离能：N>O。应用体验1．下列有关电负性的说法中正确的是(C)A．主族金属元素的电负性比过渡金属元素的电负性更小B．主族元素原子的电负性越大，其第一电离能也越大C．在元素周期表中，同一周期主族元素电负性从左到右递增D．形成化合物时，元素的电负性越大，吸引电子的实力越强，越简单显示正价解析：主族金属元素的电负性不肯定比过渡金属元素的电负性小，如锗的电负性大于Fe，故A错误；同周期元素从左到右，元素的电负性渐渐增加，但第一电离能有增大的趋势，故并不是电负性越大其第一电离能也越大，故B错误；同周期元素从左到右(零族元素除外)，元素电负性渐渐增加，对键合电子的吸引力渐渐增加，故C正确；电负性越大，吸引电子的实力越强，越简单显负价，故D错误。故选C。2．处于同一周期的A、B、C、D四种短周期元素，其气态原子获得一个电子所放出的能量A＞B＞C＞D，则下列说法正确的是(D)A．元素的非金属性：A＜B＜C＜DB．元素的电负性：A＜B＜C＜DC．元素的第一电离能：A＜B＜C＜DD．最高价氧化物对应水化物的酸性：A＞B＞C＞D解析：处于同一周期的A、B、C、D四种短周期元素，其气态原子获得一个电子所放出的能量A＞B＞C＞D，说明非金属性：A＞B＞C＞D，则四种元素从左到右的依次为A、B、C、D。气态原子获得一个电子所放出的能量越多，非金属性越强，则元素的非金属性A＞B＞C＞D，A错误；一般非金属性越强，电负性越大则A、B、C、D元素的电负性依次减小，B错误；一般非金属性越强，对应元素的第一电离能越大，C错误；非金属性越强，最高价氧化物对应水化物的酸性越强，则A、B、C、D四种元素最高价氧化物对应水化物的酸性依次减弱，D正确。故选D。3．下列各组元素的电负性大小依次正确的是(A)A．P<N<O<F B．S<O<N<FC．Si<Na<Mg<Al D．Br<H<Zn解析：同一周期从左到右，元素的电负性增大，同一主族从上至下电负性呈现减小的趋势。P<N<O<F，A正确；S<N<O<F，B错误；Na<Mg<Al<Si，C错误；Zn<H<Br，D错误。故选A。特殊提示：第一电离能：ⅡA>ⅢA，ⅤA>ⅥA。1．下列性质的比较正确的是(A)A．单质的熔点：Li>Na>K>RbB．电负性：P>N>O>CC．第一电离能：Na<Mg<Al<SiD．微粒半径：Li＋<O2－<F－<Na＋解析：同主族的金属元素从上到下，金属原子的价层电子数不变，原子半径渐渐增大，金属键渐渐减弱，金属熔点渐渐降低，故A正确；元素的非金属性越强，电负性越大，电负性O>N>P>C，故B错误；同周期元素第一电离能呈增大趋势，但ⅡA和ⅤA族为全满和半满稳定状态，第一电离能反常的比相邻下一主族大，故第一电离能Na<Al<Mg<Si，故C错误；微粒的电子层数越多原子半径越大，电子层数相同时，核电荷数越多半径越小，微粒半径Li＋<Na＋<F－<O2－，故D错误。故选A。2．下列曲线表示卤族元素或其单质性质随核电荷数的改变趋势，正确的是(A)ABCD解析：电负性与非金属性改变规律一样，非金属性：F＞Cl＞Br，故电负性：F＞Cl＞Br，A正确；卤素最外层电子数均为7个，依据化合价形成规律最高价为＋7价，但F元素无正价，B错误；同主族元素的原子半径越小，原子核对核外电子引力越强，不简单失去电子，第一电离能越大，故第一电离能：F＞Cl＞Br，C错误；卤素单质均由分子构成，且无分子间氢键，故相对分子质量越大，分子间作用力越强，熔沸点越高，所以熔点：Br2＞Cl2＞F2，D错误。故选A。3．下列说法中，正确的是(C)A．原子序数为38的元素处于周期表的第四周期第ⅡA族B．第一电离能的大小可以作为推断金属性强弱的依据C．共价化合物中，电负性大的成键元素通常表现为负价D．第四周期的金属元素从左到右，元素的金属性依次减弱解析：原子序数为38的元素的基态原子的价电子为5s2，位于第五周期第ⅡA族，A错误；第一电离能：Mg＞Al，金属性Mg＞Al，而第一电离能Na＜Mg，但金属性Na＞Mg，可见第一电离能的大小关系与金属性强弱关系并不一样，B错误；电负性越大吸引电子的实力越强，电子带负电，所以共价化合物中，电负性大的成键元素通常表现为负价，C正确；第四周期的金属元素包含副族元素，Zn比Cu靠右，但Zn金属性强于Cu，D错误。故选C。4．X、Y为两种元素的原子，X的阴离子与Y的阳离子具有相同的电子层结构，则(B)A．原子半径：X>Y B．电负性：X>YC．离子半径：X<Y D．第一电离：X<Y解析：X元素的阴离子和Y元素的阳离子具有相同的电子层结构，离子核外电子数目相等，则Y元素处于X元素的下一周期，X为非金属元素，最外层电子数较多，Y为金属元素，最外层电子数相对较少。Y元素处于X元素的下一周期，X为非金属元素，原子半径小于同周期与Y处于同族的元素，故原子半径Y>X，A错误；X为非金属元素，Y为金属元素，故X的电负性高于Y的电负性，B正确；核外电子层结构相同，核电荷数越大，离子半径越小，Y元素处于X元素的下一周期，Y的核电荷数更大，故X阴离子半径更大，C错误；X为非金属元素，Y为金属元素，故X的第一电离能大于Y的第一电离能，D错误。故选B。5．依据元素性质递变规律，下列推断不正确的是(C)A．酸性：H2SiO3<H3PO4<H2SO4B．电负性：F>Cl>Br>IC．第一电离能：Na<Mg<AlD．原子半径：N>O>F解析：非金属性越强，其最高价氧化物对应水化物的酸性越强，Si、P、S属于同周期，非金属性渐渐增加，因此酸性强弱依次是H2SiO3<H3PO4<H2SO4，故A正确；同主族，从上到下，电负性渐渐减弱，电负性大小依次是F＞Cl＞Br＞I，故B正确；同周期元素第一电离能从左到右有增大的趋势，Mg原子3s能级为全充溢状态，结构稳定，第一电离能大于同周期相邻元素，第一电离能：Na＜Al＜Mg，故C错误；除稀有气体外，同周期从左到右原子半径递减，则原子半径：N>O>F，故D正确。故选C。6．已知a～f是原子序数依次增大前四周期的六种元素，a元素原子核外电子只有一种自旋取向；b元素原子最高能级的不同轨道都有电子且自旋方向相同；c元素原子的价层电子排布为nsnnp2n，d元素原子中只有两种形态的电子云，最外层只有一种自旋方向的电子；e与d的最高能层数相同，但其价电子层电子数等于其电子层数；f元素原子最外层只有1个电子，次外层内的全部轨道的电子均成对。请回答下列问题(答题时涉及a～f元素，要用元素符号表示)：(1)e元素基态原子占据的最高能级共有3个原子轨道，其形态是哑铃形；f元素位于周期表的ds区，其基态原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s1(或[Ar]3d104s1)。(2)a、b、c三种元素的电负性由大到小的依次为O>N>H。(3)b、c、d、e四种元素的第一电离能由大到小的依次为N>O>Al>Na。(4)下图是a～f中某种元素的部分电离能，由此推断该