元素周期律(一) 导学案 高二下学期化学人教版（2019）选择性必修2

第一章原子结构与性质第二节原子结构与元素的性质第2课时元素周期律(一)课程标准：认识元素的原子半径、第一电离能等元素性质的周期性变化，知道原子核外电子排布呈现周期性变化是导致元素性质周期性变化的原因。新知探究：知识点一原子半径[知识梳理]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_______使原子半径增大。(2)核电荷数：核电荷数越大，核对电子的吸引作用就越大，使原子半径_______。2．原子半径的递变规律(1)同周期：从左至右，核电荷数越大，半径_______。(2)同主族：从上到下，核电荷数越大，半径_______。[问题探究]阅读教材P22原子半径的内容，结合主族元素原子半径的周期性变化图示，思考讨论下列问题。1．元素周期表中的同周期主族元素从左到右，原子半径的变化趋势如何？怎样解释这种趋势？2．元素周期表中的同主族元素从上到下，原子半径的变化趋势如何？怎样解释这种趋势？[反思归纳]比较微粒半径大小的一般思路“一层”：先看能层数，能层数越多，一般微粒半径越大。“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。“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。[迁移应用]1．下列原子半径大小顺序正确的是()①1s22s22p3②1s22s22p63s23p3③1s22s22p5④1s22s22p63s23p2A．③>④>②>①B．④>③>②>①C．④>③>①>②D．④>②>①>③2．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、RbB．F、Cl、BrC．Mg2＋、Al3＋、Zn2＋D．Cl－、Br－、I－3．下列化合物中阳离子半径与阴离子半径比值最小的是()A．NaFB．MgI2C．BaI2D．KBr4．[2023·浙江1月选择考，17(2)]由硅原子核形成的三种微粒，电子排布式分别为：①[Ne]3s23p2、②[Ne]3s23p1、③[Ne]3s23p14s1,上述微粒半径由大到小的顺序为____________。知识点二电离能[知识梳理]1．元素电离能的概念(1)第一电离能：_______原子失去一个电子转化为_______正离子所需要的最低能量叫做第一电离能，符号：I1。(2)各级电离能：气态基态一价正离子再失去一个电子成为气态基态二价正离子所需的最低能量叫做第二电离能，第三电离能和第四、第五电离能依此类推。由于原子失去电子形成离子后，若再失去电子会更加_______，因此同一原子的各级电离能之间存在如下关系：I1<I2<I3……2．电离能的意义：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_______失去一个电子；第一电离能数值越大，原子越_______失去一个电子。3．第一电离能变化规律(1)同周期元素随着核电荷数的递增，元素的第一电离能呈_______趋势。其中_______族与_______族，_______族与_______族之间元素的第一电离能反常。(2)同族元素从上到下第一电离能逐渐_______。(3)同元素的逐级电离能越来越_______。[问题探究]1．探究同周期元素第一电离能的变化规律前四周期元素第一电离能(I1)的变化如图所示。据图可知，第ⅡA族和第ⅤA族元素的第一电离能比同周期的相邻元素都高，解释原因。2．探究电离能的应用下表的数据从上到下是钠、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？(2)为什么Na、Mg、Al的化合价分别为＋1、＋2、＋3?[反思归纳]1．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能量较低的电子，所需要吸收的能量多；同时，失去电子后离子带的正电荷对电子的吸引力增强，从而使电离能越来越大。(2)当电离能突然变大时说明电子的能层发生了变化，即同一能层中电离能相近，不同能层的电离能有很大的差距。2．电离能的应用(1)确定元素核外电子的排布。(2)确定元素在化合物中的化合价。(3)判断元素的金属性、非金属性强弱。[迁移应用]1．下列四种元素中，第一电离能由大到小顺序正确的是()①原子含有未成对电子最多的第2周期元素②基态原子电子排布式为1s2的元素③周期表中电负性最强的元素④原子最外层电子排布式为3s23p4的元素A．②③①④ B．③①④②C．①③④② D．无法比较2．根据下列五种元素的电离能数据(单位：kJ·mol－1)，判断下列说法不正确的是()元素代号I1I2I3I4Q2080400061009400R500460069009500S7401500770010500T5801800270011600U420310044005900A.Q元素可能是0族元素B．R和S均可能与U在同一主族C．U元素可能在元素周期表的s区D．原子的价电子排布式为ns2np1的可能是T元素3．判断正误，正确的打“√”，错误的打“×”。(1)(2023·新课标卷，9节选)基态原子的第一电离能：C＜N＜O()(2)[2023·浙江1月选择考，17(2)]由硅原子核形成的三种微粒，电子排布式分别为：①[Ne]3s23p2、②[Ne]3s23p1、③[Ne]3s23p14s1。a．电子排布属于基态原子(或离子)的是：①②()b．电离一个电子所需最低能量：①>②>③()答案解析知识点一原子半径[知识梳理]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使原子半径增大。(2)核电荷数：核电荷数越大，核对电子的吸引作用就越大，使原子半径减小。2．原子半径的递变规律(1)同周期：从左至右，核电荷数越大，半径越小。(2)同主族：从上到下，核电荷数越大，半径越大。[问题探究]阅读教材P22原子半径的内容，结合主族元素原子半径的周期性变化图示，思考讨论下列问题。1．元素周期表中的同周期主族元素从左到右，原子半径的变化趋势如何？怎样解释这种趋势？提示：同周期主族元素从左到右，原子半径逐渐减小，其主要原因是同周期主族元素的能层数相同，核电荷数越大，原子核对核外电子的引力也就越大，将使原子半径减小。2．元素周期表中的同主族元素从上到下，原子半径的变化趋势如何？怎样解释这种趋势？提示：同主族元素从上到下，原子半径逐渐增大，其原因是电子能层增加，电子间的负电排斥使原子半径增大。[反思归纳]比较微粒半径大小的一般思路“一层”：先看能层数，能层数越多，一般微粒半径越大。“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。“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。[迁移应用]1．下列原子半径大小顺序正确的是()①1s22s22p3②1s22s22p63s23p3③1s22s22p5④1s22s22p63s23p2A．③>④>②>①B．④>③>②>①C．④>③>①>②D．④>②>①>③D[①1s22s22p3是N元素，②1s22s22p63s23p3是P元素，③1s22s22p5是F元素，④1s22s22p63s23p2是Si元素，根据元素周期律分析可知，原子半径由大到小的顺序为：④＞②＞①＞③。]2．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、RbB．F、Cl、BrC．Mg2＋、Al3＋、Zn2＋D．Cl－、Br－、I－C[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；能层数相同，核电荷数越大半径越小，Mg2＋、Al3＋能层数相同但铝的核电荷数大，所以Al3＋的半径小，故C项微粒不是按半径逐渐增大的顺序排列的。]3．下列化合物中阳离子半径与阴离子半径比值最小的是()A．NaFB．MgI2C．BaI2D．KBrB[题中阳离子半径由小到大的顺序为r(Mg＋)＜r(Na＋)＜r(K＋)＜r(Ba2＋)，阴离子半径由大到小的顺序为r(I－)＞r(Br－)＞r(F－)。要使r(阳)/r(阴)最小，应取r(阳)最小的与r(阴)最大的相比，即r(Mg2＋)/r(I－)最小。]4．[2023·浙江1月选择考，17(2)]由硅原子核形成的三种微粒，电子排布式分别为：①[Ne]3s23p2、②[Ne]3s23p1、③[Ne]3s23p14s1,上述微粒半径由大到小的顺序为____________。[解析]电子排布式分别为：①[Ne]3s23p2、②[Ne]3s23p1、③[Ne]3s23p14s1，可推知分别为基态Si原子、Si＋离子、激发态Si原子。激发态Si原子有四层电子，Si＋离子失去了一个电子，根据微粒电子层数及各层电子数多少可推知，微粒半径：③>①>②。[答案]③＞①＞②知识点二电离能[知识梳理]1．元素电离能的概念(1)第一电离能：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，符号：I1。(2)各级电离能：气态基态一价正离子再失去一个电子成为气态基态二价正离子所需的最低能量叫做第二电离能，第三电离能和第四、第五电离能依此类推。由于原子失去电子形成离子后，若再失去电子会更加困难，因此同一原子的各级电离能之间存在如下关系：I1<I2<I3……2．电离能的意义：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，原子越容易失去一个电子；第一电离能数值越大，原子越难失去一个电子。3．第一电离能变化规律(1)同周期元素随着核电荷数的递增，元素的第一电离能呈增大趋势。其中ⅡA族与ⅢA族，ⅤA族与ⅥA族之间元素的第一电离能反常。(2)同族元素从上到下第一电离能逐渐减小。(3)同元素的逐级电离能越来越大。[问题探究]1．探究同周期元素第一电离能的变化规律前四周期元素第一电离能(I1)的变化如图所示。据图可知，第ⅡA族和第ⅤA族元素的第一电离能比同周期的相邻元素都高，解释原因。提示：同周期中，第ⅡA族元素的价电子排布为ns2，第ⅤA族元素的价电子排布为ns2np3，np轨道分别为全空和半充满状态，比较稳定，所以失去一个电子需要的能量大，所以第一电离能比同周期相邻元素的要高。2．探究电离能的应用下表的数据从上到下是钠、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逐渐增大的，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，核对电子的吸引作用增强，因而第二个电子比第一个电子难失去，失去第二个电子比失去第一个电子需要更多的能量。同理I3>I2、I4>I3……In＋1>In。(2)为什么Na、Mg、Al的化合价分别为＋1、＋2、＋3?提示：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。[反思归纳]1．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能量较低的电子，所需要吸收的能量多；同时，失去电子后离子带的正电荷对电子的吸引力增强，从而使电离能越来越大。(2)当电离能突然变大时说明电子的能层发生了变化，即同一能层中电离能相近，不同能层的电离能有很大的差距。2．电离能的应用(1)确定元素核外电子的排布。(2)确定元素在化合物中的化合价。(3)判断元素的金属性、非金属性强弱。[迁移应用]1．下列四种元素中，第一电离能由大到小顺序正确的是()①原子含有未成对电子最多的第2周期元素②基态原子电子排布式为1s2的元素③周期表中电负性最强的元素④原子最外层电子排布式为3s23p4的元素A．②③①④ B．③①④②C．①③④② D．无法比较A[①原子含有未成对电子最多的第二周期元素为N；②基态原子电子排布式为1s2的元素为He元素；③周期表中电负性最强的元素为F元素；④原子最外层电子排布式为3s23p4的元素为S元素；同周期自左至右元素的第一电离能呈增大趋势，第ⅡA和第ⅤA族比相邻元素大；同主族从上到下元素的第一电离能减小，所以第一电离能由大到小的顺序是He＞F＞N＞S，即②＞③＞①＞④。]2．根据下列五种元素的电离能数据(单位：kJ·mol－1)，判断下列说法不正确的是()元素代号I1I2I3I4Q2080400061009400R500460069009500S7401500770010500T5801800270011600U420310044005900A.Q元素可能是0族元素B．R和S均可能与U在同一主族C．U元素可能在元素周期表的s区D．原子的价电