高中化学人教版 (新课标)选修3 物质结构与性质第二节 原子结构与元素的性质教案设计

1．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。

2．了解元素的电离能、电负性的含义。能应用元素的电离能说明元素的某些性质。

3．理解元素原子半径、元素的第一电离能、电负性的周期性变化。

4．了解元素的“对角线规则”，能列举实例予以说明。

 细读教材记主干

1．元素的周期序数与原子结构有何关系？如何确定主族元素的主族序数？

提示：周期序数＝电子层数＝能层数；主族序数＝最外层电子数＝价电子数。

2．每一周期(第一周期除外)都是从碱金属元素开始到稀有气体元素结束，外围电子排布从 ns1ns2np6(He为 1s2)。

3．各区元素原子的外围电子排布。s区：ns1～2；p区：ns2np1～6；d区：(n－1)d1～9ns1～2；ds区：(n－1)d10ns1～2。

4．同周期，同主族，元素性质的变化规律是什么？

提示：(1)同周期从左向右

(2)同主族从上到下

5．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。同族元素从上到下第一电离能变小，同周期元素从左到右第一电离能呈增大趋势，但第ⅡA族与第ⅢA族、第ⅤA族与第ⅥA族之间出现反常。

6．电负性是用来描述不同元素的原子对键合电子吸引力的大小的。同周期从左到右，元素的电负性逐渐变大；同主族从上到下，元素的电负性逐渐变小。

 [新知探究]

1．元素周期系

(1)碱金属和稀有气体元素原子的价电子排布对比

续表

(2)元素周期系的形成

①形成

②原因：元素周期系的形成是由于元素的原子核外电子的排布发生周期性的重复。

③元素周期系的周期不是单调的，每一周期里元素的数目并不一样多，而是随周期序数的递增逐渐增多；同时，金属元素的数目也逐渐增多。

2．元素周期表

(1)周期与族

①周期：具有相同的电子层数的元素按照原子序数递增的顺序排列成的一个横行。

②族：周期表中，有18个纵行，除8、9、10三个纵行叫第Ⅷ族外，其余15个纵行每一个纵行标作一族。

(2)分区

①根据核外电子排布，可把周期表里的元素划分成5个区：s区、p区、d区、ds区、f区。除ds区外，区的名称来自按构造原理最后填入电子的能级符号。

②根据元素的金属性和非金属性。

[名师点拨]

1．核外电子排布与元素周期表

(1)核外电子排布与周期的划分

①每一周期元素原子的外围电子排布和元素种数。

续表

②核外电子排布与周期划分的关系。

a．根据构造原理，将能量相近的能级分为一组，按能量由低到高可分为七个能级组，同一能级组内，各能级能量相差较小，各能级组之间能量相差较大。

b．每一能级组对应一个周期，且该能级组中最大的能层序数等于元素的周期序数。

(2)核外电子排布与族的划分：族的划分依据是原子的价层电子排布。

①同主族元素原子的价层电子排布完全相同，价电子全部排布在ns或ns np轨道上，价电子数与族序数相同。

②稀有气体的价电子排布为1s2或ns2 np6。

③过渡元素(副族和第Ⅷ族)同一纵列原子的价层电子排布基本相同(镧系、锕系元素除外)。价电子排布为(n－1)d1～10ns1～2，ⅢB～ⅦB族元素的价电子数与族序数相同。

2．各区元素原子的价电子排布特点及化学性质

[对点演练]

1．(2016·深圳高二检测)在研究原子核外电子排布与元素周期表的关系时，人们发现价电子排布相似的元素集中在一起。据此，人们将元素周期表分为五个区，并以最后填入电子的轨道能级符号作为该区的符号，如图所示。

(1)在s区中，族序数最大、原子序数最小的元素，原子的价电子的电子云形状为________。

(2)在d区中，族序数最大、原子序数最小的元素，常见离子的电子排布式为______________，其中较稳定的是________。

(3)在ds区中，族序数最大、原子序数最小的元素，原子的价电子排布式为________。

(4)在p区中，第二周期第ⅤA族元素原子价电子排布图为______________。

(5)当今常用于核能开发的元素是铀和钚，它们在________区中。

解析：(1)s区为第ⅠA族，第ⅡA族，符合条件的元素为Be，其电子排布式为1s22s2，价电子的电子云形状为球形。(2)d区为第ⅢB族～第ⅦB族、第Ⅷ族，族序数最大且原子序数最小的为Fe，常见离子为Fe2＋、Fe3＋，电子排布式为1s22s22p63s23p63d6、1s22s22p63s23p63d5，由离子的电子排布式为可知Fe3＋的3d轨道“半充满”，其稳定性强于Fe2＋。(3)ds区符合条件的为Zn，其电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s2，价电子排布式为3d104s2。(4)该题中符合题意的为N，电子排布图为：。(5)铀和钚均为锕系元素，位于f区。

答案：(1)球形　(2)Fe2＋：1s22s22p63s23p63d6，

Fe3＋：1s22s22p63s23p63d5　Fe3＋　(3)3d104s2

(4)    (5)f

[新知探究]

1．原子半径

(1)影响因素

(2)变化规律

原子半径

2．电离能

(1)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，通常用I1表示。

②各级电离能：＋1价气态正离子失去一个电子，形成＋2价气态正离子所需要的最低能量叫做第二电离能，用I2表示；＋2价气态正离子再失去一个电子，形成＋3价气态正离子所需要的最低能量叫做第三电离能，用I3表示；依次类推。

(2)元素第一电离能的意义

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。

(3)第一电离能的变化规律

①同一周期，从左到右，元素的第一电离能呈升高的趋势。

②同一主族，从上到下，元素的第一电离能下降。

3．电负性

(1)键合电子

原子中用于形成化学键的电子称为键合电子。

(2)电负性

①概念：用来描述不同元素的原子对键合电子吸引力的大小的参数，以氟的电负性为 4.0作为相对标准。

②变化规律：

③应用：判断金属性、非金属性强弱。

(3)对角线规则

在元素周期表中，某些主族元素与右下方的主族元素的电负性接近，性质相似，被称为“对角线规则”。

[名师点拨]

1．微粒半径大小的比较

2.电离能的变化规律及应用

(1)变化规律

①第一电离能

a．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，同周期中自左至右元素的第一电离能呈增大的趋势。

b．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

a．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级较低的电子，所需要的能量较多。

b．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，不同能层中电离能有很大的差距。如表所示钠、镁、铝的电离能(kJ/mol)：

(2)应用

①确定元素核外电子排布。如Li：I1≪I2<I3，表明Li原子核外的三个电子排布在两个能层(K、L能层)上，而且最外层上只有一个电子。

②确定元素的化合价。如K元素I1≪I2<I3，表明K原子容易失去一个电子形成＋1价阳离子。

③判断元素的金属性、非金属性强弱。I1越大，元素的非金属性就越强；I1越小，元素的金属性就越强。

3．电负性的应用

金属的电负性一般小于1.8，非金属的电负性一般大于1.8，位于非金属三角区边界的“类金属”的电负性则在1.8左右，它们既有金属性，又有非金属性。

(1)判断金属性或非金属性的相对强弱

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)判断元素的化合价

电负性数值小的元素在化合物中吸引电子的能力弱，元素的化合价为正值；电负性数值大的元素在化合物中吸引电子的能力强，元素的化合价为负值。

(3)判断化学键的类型

①如果两个成键元素原子间的电负性差值大于1.7，它们之间通常形成离子键；

②如果两个成键元素原子间的电负性差小于1.7，它们之间通常形成共价键。

[对点演练]

2．(2016·雅安高二检测)现有四种元素的基态原子的电子排布式如下：①1s22s22p63s23p4；②1s22s22p63s23p3；③1s22s22p3；④1s22s22p5。则下列有关比较中正确的是(　　)

A．第一电离能：④>③>②>①

B．原子半径：④>③>②>①

C．电负性：④>③>②>①

D．最高正化合价：④>③＝②>①

解析：选A　由四种元素基态原子电子排布式可知，①1s22s22p63s23p4是S元素、②1s22s22p63s23p3是P元素、③1s22s22p3是N元素、④1s22s22p5是F元素。同周期自左而右第一电离能呈增大趋势，故第一电离能N<F，但P元素原子3p能级容纳3个电子，为半满稳定状态，能量较低，第一电离能高于同周期相邻元素，所以第一电离能S<P，同主族自上而下第一电离能降低，所以第一电离能N>P，所以第一电离能S<P<N<F，即④>③>②>①故A正确；同周期自左而右原子半径减小，所以原子半径P>S，N>F，电子层越多原子半径越大，故原子半径P>S>N>F，即②>①>③>④，B错误；同周期自左而右电负性增大，所以电负性P<S，N<F，N元素非金属性比S元素强，所以电负性P<N，故电负性P<S<N<F，即②<①<③<④，C错误；最高正化合价等于最外层电子数，但F元素没有正化合价，所以最高正化合价：①>②＝③，D错误。

1．(2016·威海高二检测)关于元素周期律和元素周期表的下列说法中正确的是(　　)

A．目前发现的所有元素占据了周期表里全部位置，不可能再有新的元素被发现

B．根据原子的电子排布，可将周期表分为s、d、ds、p、f五个分区

C．俄国化学家道尔顿为元素周期表的建立作出了巨大贡献

D．同一主族的元素从上到下，金属性呈周期性变化

解析：选B　现代元素周期表是按现在已知的112种元素编制，第七周期仍未排满。随着科学技术的发展，一些新的元素将不断地被发现，现代元素周期表在不断完善和发展中。在现代元素周期表中，根据原子的电子排布，可将周期表分为s、d、ds、p、f五个分区。同一主族元素从上到下，金属性增强，非金属性减弱，属递变性质而不是周期性变化。

2．(2016·正定高二检测)若某原子的外围电子排布式为4d15s2，则下列说法正确的是(　　)

A．该元素在元素周期表中的位置为第五周期第ⅢB族

B．该元素位于s区

C．该元素原子为非金属

D．该元素原子N能层共有8个电子

解析：选A　根据构造原理可知，该元素原子有5个能层，因此位于元素周期表第五周期第ⅢB族，故A项正确。由于其最后1个电子填充在了4d能级上，故位于元素周期表d区，是一种金属元素，该元素原子N能层共有9个电子，所以B、C、D项错误。

3．下列说法正确的是(　　)

A．第三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

解析：选A　A项由同周期元素的第一电离能从左往右呈增大趋势，可知第三周期中Na的第一电离能最小。B项由洪特规则的特例知同周期的第一电离能第ⅡA族元素>第ⅢA族的元素；C项第一电离能最大的元素在元素周期表的最右上角，是He；D项第一电离能K<Ca、Ca<Mg，由此推出第一电离能K<Mg。

4．下列关于粒子半径的说法中，正确的是(　　)

A．电子层数少的元素，其原子半径一定小于电子层数多的元素的原子半径

B．核外电子层结构相同的单核粒子的半径相同

C．质子数相同的不同单核粒子，电子数越多半径越大

D．原子序数越大，原子半径越大

解析：选C　A项，第ⅦA族元素原子的半径不一定比上一周期第ⅠA族元素原子的半径大，如r(Li)>r(Cl)；B项，Na＋与F－的核外电子层结构相同，但两者半径：r(Na＋)<r(F－)；C项，质子数相同的单核粒子，是同一元素的不同粒子，它们所具有的电子数越多，半径越大；D项，同一主族中，原子序数越大，原子半径越大；同一周期中，主族元素原子序数越大，原子半径越小。

5．(2016·宜昌高二检测)下列各组元素中，电负性依次减小的是(　　)

A．K、Na、Al　　　　　　　　B．O、Cl、H

C．As、P、H                 D．O、S、Cl

解析：选B　金属性越强，电负性越小。非金属性越强，电负性越大。则K、Na、Al的电负性依次增大，A错误；O、Cl、H的电负性依次减小，B正确；P、As、H的电负性依次减小，C错误；O、Cl、S的电负性依次减小，D错误。

6．现有A、B、C、D四种元素，A是第五周期第ⅣA族元素，B是第三周期元素，B、C、D的价电子数分别为2、2、7。四种元素原子序数从小到大的顺序是B、C、D、A。已知C和D的次外层电子数均为18个。

(1)写出A、B、C、D的元素符号：A____________，B____________，C____________，D____________。

(2)C位于元素周期表的________区。C2＋的电子排布式________________。

(3)其中最高价氧化物对应水化物碱性最强的化合物是____________(写化学式，下同)；最高价氧化物对应水化物酸性最强的化合物是____________。

(4)元素的第一电离能最小的是________，元素的电负性最大的是________。

解析：(1)A是第五周期第ⅣA族元素，则A元素为Sn。由于B是第三周期元素，且其价电子数为2，所以B元素为Mg。由于C、D的原子序数均大于B，C、D的价电子数为2、7，且C、D的次外层电子数均为18个，因此，C应该为第ⅡB族元素Zn，又因为原子序数Zn<D<Sn，所以D应为第ⅦA族元素Br。(2)锌元素基态原子的外围电子排布为3d104s2，它位于元素周期表的ds区，Zn2＋的电子排布式为1s22s22p63s23p63d10。(3)金属性Mg>Zn>Sn，故最高价氧化物对应水化物碱性最强的是Mg(OH)2。Br是非金属，其最高价氧化物对应水化物呈酸性，其化学式为HBrO4。(4)元素的第一电离能越小，表示其失去一个电子的能力越强，金属性越强，故镁元素的第一电离能最小；电负性越大，表示其吸引电子能力越强，其非金属性越强，故电负性最大的为溴元素。

答案：(1)Sn　Mg　Zn　Br

(2)ds　1s22s22p63s23p63d10

(3)Mg(OH)2　HBrO4　(4)Mg　Br