學(xué)案 原子半徑、電離能及其變化規(guī)律

第3節(jié)元素性質(zhì)及其變化規(guī)律第1課時(shí)原子半徑、電離能及其變化規(guī)律【學(xué)習(xí)目標(biāo)】了解原子半徑及其變化規(guī)律，掌握粒子（原子、離子）半徑的比較方法。理解電離能的含義及其變化規(guī)律，了解電離能與原子結(jié)構(gòu)的關(guān)系。【課前自主學(xué)習(xí)】一、原子半徑及其變化規(guī)律我們知道，核外電子是在核外一定區(qū)域內(nèi)高速運(yùn)動(dòng)，那么不同的原子運(yùn)動(dòng)區(qū)域的大小有什么規(guī)律？它的大小與哪些因素有關(guān)呢？．原子半徑的含義：依據(jù)量子力學(xué)理論，原子并沒有經(jīng)典意義上的半徑，因此人們假定原子是一個(gè)，并用統(tǒng)計(jì)的方法來測定它的半徑。．影響因素.誣越多電子之間的排斥導(dǎo)致田丁原子半徑核電荷數(shù)鮮原子核對(duì)電子的蹩原子半徉

吸引作用電子層數(shù)一一—原子半徑核電荷數(shù)鮮原子核對(duì)電子的蹩原子半徉

吸引作用．變化規(guī)律規(guī)律原因同主族元素自上而下原子半徑逐漸增大離核更遠(yuǎn)的外層軌道填入電子，電子層數(shù)的影響核電荷增加的影響同周期元素從左到右原子半徑逐漸減小除稀有氣體元素外增加一個(gè)電子，核電荷一個(gè)正電荷；增加的電子產(chǎn)生的電子間的排斥作用核電荷增加導(dǎo)致的核對(duì)外層電子的吸引作用同周期過渡元素從左到右原子半徑逐漸減小，但變化幅度不大增加的電子都分布在軌道上，不同元素原子的外層電子受到原子核作用及內(nèi)層電子作用的總體效果差別不大【想一想】元素的原子得失電子的能力與原子半徑有什么關(guān)系？、元素的電離能及其變化規(guī)律不同元素的原子，因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)不同，因而得失電子能力強(qiáng)弱是不同的，有沒有能夠定量描述某種原子得失電子的能力的物理量呢？．概念氣態(tài)基態(tài)原子或氣態(tài)基態(tài)離子失去所需要的最小能量稱為電離能，常用符號(hào)_表示，單位是。．意義判斷金屬元素的原子在氣態(tài)時(shí)失去電子的難易程度。電離能越小，表示在氣態(tài)時(shí)該元素的原子（或離子）越失去電子；反之，電離能越大，表示在氣態(tài)時(shí)該元素的原子（或離子）越___失去電子。．分類第一電離能是指處于的氣態(tài)原子失去電子的電離能，符號(hào)為/。表TOC\o"1-5"\h\z示為++-I（2）第二電離能是在氣態(tài)元素原子失去一個(gè)電子的基礎(chǔ)上再失去一個(gè)電子的電離能，符號(hào)為/。表示為+++-I依次還有第三電離能/,第四電離能/等。．變化規(guī)律及影響因素變化規(guī)律。②同種元素的原子，電離能逐級(jí)影響因素。【做一做】試判斷下列各組元素的第一電離能I的相對(duì)大小。①1砷/硒，②/鋁/硅，③/溴/硒，④/氧/硫?！菊n堂合作探究】探究一粒子半徑大小的比較【教材情境】元素的原子半徑及相應(yīng)的柱狀比例模型示意圖1?世少【問題探究】.電子層數(shù)越多,原子半徑越大嗎?.同一周期元素的原子半徑由左到右依次減小嗎?.舉例說明電子層結(jié)構(gòu)相同的微粒,其微粒半徑大小的比較有什么規(guī)律?【探究總結(jié)】.原子半徑的大小比較(1)同電子層:一般來說,當(dāng)電子層相同時(shí),隨著核電荷數(shù)的增加,其原子半徑逐漸減小(除稀有氣體外),有序小徑大的規(guī)律。如r(11Na)>r(12Mg)。(2)同主族:一般來說,當(dāng)最外層電子數(shù)相同時(shí),電子層數(shù)越多,原子(或離子)半徑越大。如r(Na)<r(K)、r(F)<r(Cl)、r(Na+)<r(K+)、r(F-)<r(Cl-)。⑶當(dāng)電子層和最外層電子數(shù)均不同時(shí),運(yùn)用三角規(guī)律(A、B、C的相對(duì)位置如圖所示)：原子半徑:C>A>B,如r(K)>r(Na)>r(Mg)。.離子半徑的大小比較(1)陽離子半徑小于對(duì)應(yīng)的原子半徑,陰離子半徑大于對(duì)應(yīng)的原子半徑,如r(Na+)<r(Na),r(S)<r(S2-)。⑵電子層結(jié)構(gòu)相同的離子，隨核電荷數(shù)增大,離子半徑減小，如"S2-)>?Cl-)>廠(K+)>?Ca2+)。⑶不同價(jià)態(tài)的同種元素的離子，核外電子數(shù)多的半徑大，如r(Fe2+)>r(Fe3+),r(Cu+)>r(Cu2+)?！镜淅肯铝形⒘０霃酱笮”容^錯(cuò)誤的是()A.K>Na>LiB.Na+>Mg2+>Al3+C.Mg2+>Na+>F-D.Cl->F->F【方法規(guī)律】“三看”法快速判斷簡單微粒半徑大小“一看”電子層數(shù):最外層電子數(shù)相同時(shí),電子層數(shù)越多,半徑越大?！岸础焙穗姾蓴?shù):當(dāng)電子層結(jié)構(gòu)相同時(shí),核電荷數(shù)越大,半徑越小?！叭础焙送怆娮訑?shù):當(dāng)電子層數(shù)和核電荷數(shù)均相同時(shí),核外電子數(shù)越多,半徑越大。【探究訓(xùn)練】.已知短周期元素的離子aA2+、bB+、,3-、都具有相同的電子層結(jié)構(gòu)，則下列敘述正確的是()A.原子半徑A>B>D>CB.原子序數(shù)d>c>b>aC.離子半徑C3->D->B+>A2+D.單質(zhì)的還原性A>B>D>CTOC\o"1-5"\h\z.具有下列電子排布式的原子中,半徑最大的是()A.1s22s22p63s23p5B.1s22s22p3C.1s22s22p2D.1s22s22p63s23p4【補(bǔ)償訓(xùn)練】.下列化合物中陰離子半徑和陽離子半徑之比最大的是()A.LiIB.NaBrC.KClD.CsF.下列關(guān)于微粒半徑的說法正確的是()A.電子層數(shù)少的元素的原子半徑一定小于電子層數(shù)多的元素的原子半徑B.核外電子層結(jié)構(gòu)相同的單核粒子半徑相同C.質(zhì)子數(shù)相同的不同單核粒子，電子數(shù)越多半徑越大D.原子序數(shù)越大，原子半徑越大探究二電離能及其變化規(guī)律【教材情境】如圖,部分主族元素及0族元素的第一電離能比較示意圖。

部分主族工素圖?族元素的第?電離他比較示意國【問題探究】.由圖可知HA族和VA族元素的第一電離能比同周期相鄰元素都高，這是什么原因?.元素第一電離能小的元素,其金屬性一定強(qiáng)嗎?.根據(jù)Na、Mg、Al的電離能數(shù)據(jù)，回答:(1)為什么同一元素的電離能逐級(jí)增大?⑵為什么Na、Mg、Al的化合價(jià)分別為+1、+2、+3價(jià)?【探究總結(jié)】.電離能的遞變規(guī)律(1)第一電離能:元素的第一電離能呈現(xiàn)周期性變化。①同周期元素:從左到右，第一電離能總體上呈現(xiàn)增大的趨勢,表示元素原子失電子越來越難。②同主族元素:自上而下第一電離能逐漸減小，表示元素原子失電子越來越易。③同一周期中,nA族元素的第一電離能比mA族元素的第一電離能大,VA族元素的第一電離能比WA族元素的第一電離能大，這是因?yàn)閚A族元素的最外層的s軌道呈全充滿狀態(tài)，VA族元素的最外層p軌道呈半充滿狀態(tài)。全充滿狀態(tài)和半充滿狀態(tài)相對(duì)穩(wěn)定。(2)逐級(jí)電離能。①原子的逐級(jí)電離能越來越大。原子失電子時(shí),首先失去的是能量最高的電子,故第一電離能較小,以后再失去電子都是能級(jí)較低的電子,所需要的能量增多;同時(shí),失去電子后,陽離子所帶的正電荷對(duì)電子的吸引更強(qiáng),從而使電離能越來越大。②逐級(jí)電離能遞增有突躍現(xiàn)象。同一電子層的電子,能量相差不大,從同一個(gè)電子層逐漸失去一個(gè)電子時(shí),所需能量差別不是太大。再從不同電子層失去一個(gè)電子時(shí),所需能量有很大的差距。電離能有突躍現(xiàn)象,利用電離能的突躍現(xiàn)象,可以判斷核外電子的分層排布。.元素電離能的應(yīng)用(1)比較元素金屬性的強(qiáng)弱一般情況下,元素的第一電離能越小,元素的金屬性越強(qiáng)。(2)確定元素原子的核外電子層排布由于電子是分層排布的,內(nèi)層電子比外層電子難失去,因此元素的電離能會(huì)發(fā)生突變。(3)確定元素的化合價(jià)如果+>>六，即電離能在In與Inn+1之間發(fā)生突變，則元素的原子易形成+n價(jià)離子，并且主nn－1族元素的最高化合價(jià)為+n價(jià)(或只有+n價(jià)、0價(jià))。某元素的逐級(jí)電離能，若12>11,則該元素通常顯+1價(jià);若13>>12，則該元素通常顯+2價(jià)，若14>>I3,則該元素通常顯+3價(jià)?！镜淅?2021威海高二檢測)下列關(guān)于電離能的有關(guān)說法中正確的是()A.第三周期所含的元素中鈉的第一電離能最小B．鋁的第一電離能比鎂的第一電離能大C在所有元素中，氟的第一電離能最大D.鉀的第一電離能比鎂的第一電離能大【易錯(cuò)提醒】⑴同周期元素，隨著核電荷數(shù)增大，11呈增大趨勢。堿金屬元素的第一電離能最小。稀有氣體元素的第一電離能最大。同主族元素，隨著電子層數(shù)增大，11減小。(2)當(dāng)相鄰逐級(jí)電離能突然變大時(shí)說明電子的電子層發(fā)生了變化，即同一電子層中電離能相近，不同電子層中電離能有很大的差距?！咎骄坑?xùn)練】.(雙選)根據(jù)下表所列元素的各級(jí)電離能/kJ-mol-i的數(shù)據(jù)，下列判斷中錯(cuò)誤的是()A.元素X的常見化合價(jià)為+2價(jià)B.元素Y可能為OA族元素C.元素X與氯形成化合物時(shí),化學(xué)式可能是XClD.元素Y在化學(xué)性質(zhì)上與錫相似.請(qǐng)回答下列問題:⑴依據(jù)第2周期元素第一電離能的變化規(guī)律，參照如圖B、F元素的位置,用小黑點(diǎn)標(biāo)出C、N、O三種元素的相對(duì)位置。56789原子序數(shù)⑵元素的第一電離能:AlSi(填或)。⑶第一電離能介于B、N之間的第2周期元素有種。(4)S、N、O三種元素第一電離能由大到小的順序?yàn)??！狙a(bǔ)償訓(xùn)練】.下列原子的價(jià)電子排布式中,對(duì)應(yīng)的第一電離能最大的是()A.3s23p1B.3s23p2C.3s23p3D.3s23p4.分析下列圖表,回答問題。(1)N、Al、Si、Ge四種元素中，有一種元素的電離能數(shù)據(jù)如下:電離能11I2I3I4I/kJ?mol-1n5771817274511578則該元素是（填寫元素符號(hào)）。⑵短周期某主族元素M的電離能情況如圖所示。則M元素位于周期表的第族?！菊n堂素養(yǎng)達(dá)標(biāo)】.下列各組微粒半徑的比較正確的是（）①Cl<Cl-<Br-②F-<Mg2+<Al3+③Ca2+<Ca<Ba④S2-<Se2-<Br-A.①和③B.①和②TOC\o"1-5"\h\zC.③和④D.①和④.下列原子的價(jià)電子排布中，第一電離能最大的是（）A.3231B.3232C.3233D.42443.（2021.山東等級(jí)考）X、Y為第三周期元素、Y最高正價(jià)與最低負(fù)價(jià)的代數(shù)和為6,二者形成的一種化合物能以[XY4]+[XY6]-的形式存在。下列說法錯(cuò)誤的是（）A.原子半徑:X>YB.簡單氫化物的還原性:X>YC.同周期元素形成的單質(zhì)中Y氧化性最強(qiáng)D.同周期中第一電離能小于X的元素有4種4.下圖是原子序數(shù)為1?1的元素的第一電離能的變化曲線（其中部分元素的第一電離能已經(jīng)標(biāo)出數(shù)據(jù)）。結(jié)合元素在元素周期表中的位置，分析圖中曲線的變化特點(diǎn)，并回答下列有關(guān)問題。堿金屬元素中、、的第一電離能分別為，堿金屬元素這一變(2)同主族中不同元素的第一電離能變化的規(guī)律為：，堿金屬元素這一變化的規(guī)律與堿金屬的活潑性的關(guān)系是(3)鈣元素的第一電離能的數(shù)值范圍為?！菊n前自主學(xué)習(xí)】.1.球體2.越大越大越大越小3.大于增加小于(n－1)d吸引排斥【想一想】提示：同周期元素原子的電子層數(shù)相同，由左到右原子半徑逐漸減小，原子對(duì)外層電子的吸引能力增強(qiáng)，因此，同周期元素由左到右元素原子得電子能力增強(qiáng)，失電子能力減弱；同主族元素原子的價(jià)電子數(shù)相同，由上到下原子半徑逐漸增大，原子對(duì)外層電子的吸引能力減弱，因此，同主族元素由上到下金屬元素原子失電子能力增強(qiáng)，非金屬元素原子得電子能力減弱。二、.一個(gè)電子IkJmol-12.容易難.()基態(tài)個(gè).①增大減?、谠龃?2)核電荷數(shù)電子層【做一做】提示：/砷〉/硒、/鋁</硅、/溴A/硒，I氧〉/硫。同主族由上到下第一電離能逐漸減小，而從第2、周期可以看出，同周期由左到右第一電離能呈增大趨勢，但第OA和WA族元素比同周期相鄰兩種元素I值都低?！菊n堂合作探究】探究一【問題探究】.提示:不一定。如鋰原子半徑大于氯原子半徑。.提示:除稀有氣體外,同周期元素原子半徑由左到右逐漸減小;由于稀有氣體原子半徑的計(jì)算方法與其他元素不同,因此稀有氣體的原子半徑與其他元素的原子半徑不予比較。.提示:電子層結(jié)構(gòu)相同的微粒,核電荷數(shù)越大,原子核對(duì)電子的引力越大,其微粒半徑越小。例如rN->r2->rF->rNa+>rMg2+>rAl+?！镜淅俊敬鸢浮緾【解析】同主族，由上到下微粒半徑逐漸增大,A項(xiàng)正確;核外電子排布相同的微粒，核電荷數(shù)越大，微粒半徑越小,B項(xiàng)正確;C項(xiàng)應(yīng)該為F->Na+>Mg2+;D項(xiàng)可引入Cl,順序?yàn)镃l->Cl>F->F,正確?！咎骄坑?xùn)練】.【答案】C【解析】￡2+、/+、f3-、dD-都是短周期元素的離子，電子層結(jié)構(gòu)相同,其在周期表中的相對(duì)位置關(guān)系可表示為cC3-dD-bB+aA2+因而四種元素的原子序數(shù)由大到小的順序?yàn)閍>b>d>c;元素原子半徑的大小順序?yàn)閺S(B)>?A)>{)>廠①);電子層結(jié)構(gòu)相同的離子，陰離子半徑必大于陽離子半徑，且?guī)ж?fù)電荷越多半徑越大,陽離子帶正電荷越多半徑越小,故離子半徑由大到小的順序?yàn)閺S(C3-)>r(D-)>r(B+)>r(A2+)。單質(zhì)中同周期的A、B為金屬,A原子序數(shù)大于B,故還原性應(yīng)為B>A;同周期非金屬元素C、D,C的原子序數(shù)小于D,C的還原性應(yīng)大于D。.【答案】D【解析】由核外電子排布知識(shí)可知A為氯原子,B為氮原子,C為碳原子,D為硫原子。根據(jù)同周期從左到右原子半徑逐漸減小,同主族原子半徑由上到下逐漸增大,當(dāng)最外層電子數(shù)目相差不大時(shí),一般電子層數(shù)越多,原子半徑越大,故原子半徑最大的是硫原子?！狙a(bǔ)償訓(xùn)練】.【答案】A【解析】堿金屬離子半徑:r(Li+)<r(Na+)<r(K+)<r(Cs+);鹵素離子半徑:r(F-)<r(Cl-)<r(Br-)<r(I-)，顯然，陰離子半徑和陽離子半徑之比最大的是LiI。.【答案】C【解析】由于同周期主族元素原子半徑從左到右逐漸減小，故皿A族的原子半徑不一定比上一周期IA族元素原子半徑大，如r(Li)>r(S)>r(Cl)。對(duì)于核外電子層結(jié)構(gòu)相同的單核離子和原子,半徑是不同的。質(zhì)子數(shù)相同的不同單核粒子,陰離子半徑>原子半徑>陽離子半徑。原子序數(shù)增大,原子半徑并不是一直增大,而是呈周期性變化。探究二【問題探究】1.提示:同周期中,IIA族元素的價(jià)電子排布為ns2,VA族元素的價(jià)電子排布為ns2np3,分別為全充滿和半充滿狀態(tài),比較穩(wěn)定,所以失去一個(gè)電子需要的能量大,所以第一電離能比同周期相鄰元素要高。提示:不一定。如鋁的第一電離能比鎂的第一電離能小,但鋁的金屬性不如鎂的金屬性強(qiáng)。(1)提示:同一元素的逐級(jí)電離能是逐漸增大的，即/1V12<13<,這是由于原子失去一個(gè)電子變成+1價(jià)陽離子后,半徑變小,核電荷數(shù)未變而電子數(shù)目變少,核對(duì)電子的吸引作用增強(qiáng),因而第二個(gè)電子比第一個(gè)電子難失去,失去第二個(gè)電子比失去第一個(gè)電子需要更多的能量。同理，I3>I2、I4>I3In+1>In。(2)提示:Na的I1比I2小很多，電離能差值很大，說明失去第一個(gè)電子比失去第二個(gè)電子容易得多，所以Na容易失去一個(gè)電子形成+1價(jià)離子;Mg的I1和I2相差不多，而I2比I3小很多，所以Mg容易失去兩個(gè)電子形成+2價(jià)離子;Al的I1、I2、I3相差不多，而I3比I4小很多，所以Al容易失去三個(gè)電子形成+3價(jià)離子?！镜淅俊敬鸢浮緼【解析】同周期中堿金屬元素的第一電離能最小，稀有氣體最大，故A正確，C錯(cuò)誤。由于鎂的價(jià)電子排布為32屬于全充滿結(jié)構(gòu)，具有相對(duì)較大的第一電離能；而鋁的價(jià)電子排布為323p1,具有相對(duì)較小的第一電離能，故B錯(cuò)誤。D中鉀比鎂更易失電子，鉀的第一電離能小于鎂的，D錯(cuò)誤?！咎骄坑?xùn)練】.【答案】AD【解析】根據(jù)數(shù)據(jù)分析:X中I川1，可知X最外層只有1個(gè)電子，X常見化合價(jià)為+1價(jià)，與Cl元素形成XCl，位于IA族，故A錯(cuò)誤，C正確;Y中I4?I3，Y易呈+3價(jià)，故Y最外層有3個(gè)電子，位于OA族，B正確;因?yàn)殄a在WA族，所以Y的化學(xué)性質(zhì)不與錫相似，D錯(cuò)誤。.【答案】(1)C0F567S9瞰子序數(shù)(2)<(3)3(4)N>O>S【解析】(1)同一周期，從左到右元素的第一電離能在總體上呈遞增趨勢，但VA族的元素，2P軌道處于半充滿狀態(tài)，第一電離能比WA和WA族元素的第一電離能都大。⑵同一周期元素自左向右第一電離能有增大趨勢，第一電離能Al<Si。⑶同周期元素的第一電離能從左到右呈增大的趨勢，但第HA和第VA族元素的第一電離能比同周期相鄰主族元素的都大，所以符合要求的元素有Be、C、O。(4)N、O元素屬于同一周期，基態(tài)N原子2P軌道容納3個(gè)電子，處于半充滿狀態(tài)，比較穩(wěn)定,N元素的第一電離能大于O元素的第一電離能,O、S屬于同一主族，且S元素的原子序數(shù)大于O元素,S元素的第一電離能小于O元素的第一電離能,所以第一電離能大小順序是N>O>S?！狙a(bǔ)償訓(xùn)練】.【答案】C【解析】由于能量3P>3s,因而先失去3p軌道上的電子，而C項(xiàng)3s23P3中3p軌道半充滿，是較穩(wěn)定狀態(tài),因而更難失去第1個(gè)電子。.【答案】(1)Al(2)HA【解析】(1)因?yàn)镮4?13,所以該元素原子最外層有3個(gè)電子，為鋁元素。⑵元素M的各級(jí)電離能逐漸增大,11和12差別較小，但13?12>11,13突躍式變大,即失去2個(gè)電子后，再失去電子變?yōu)?3價(jià)陽離子卻非常困難，說明元素M失去2個(gè)電子后達(dá)到穩(wěn)定結(jié)構(gòu)?！菊n堂素養(yǎng)達(dá)標(biāo)】.【答案】A【解析】同種元素:陽離子半徑〈原子半徑，原子半徑〈陰離子半徑，則半徑:Cl<Cl-,Ca2+<Ca。①Cl-、Br-的最外層電子數(shù)相同，電子