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课时导学案及答案

这是一份选择性必修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课时导学案及答案，共7页。学案主要包含了学习目标，自主预习，参考答案，效果检测，合作探究，核心归纳，典型例题，随堂检测等内容，欢迎下载使用。

1.了解核外电子排布与原子半径的关系,学会比较微粒半径大小。
2.能说出元素电离能的概念。
3.能应用元素的电离能说明元素的某些性质。
【自主预习】
一、原子半径
1.影响原子半径大小的因素
2.原子半径的递变规律
(1)同周期:从左到右,电子的能层数 ,但随着核电荷数的增大,原子核对电子的引力 ,从而使原子半径逐渐 。
(2)同主族:从上到下,电子的能层数逐渐 ,虽然核电荷数增大,但电子的能层数是影响原子半径的主要因素,所以从上到下原子半径逐渐 。
二、电离能
1.定义: 原子失去一个电子转化为 所需要的 能量叫作第一电离能。
2.应用: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 ,原子越容易失去一个电子。
3.元素第一电离能符号: 。
4.元素第一电离能变化规律
(1)对同一周期的元素而言, 元素的第一电离能最小, 元素的第一电离能最大;从左到右,元素的第一电离能在总体上呈现从 到 的变化趋势,表示元素原子越来越难失去电子。
(2)同族元素,自上而下第一电离能逐渐 ,表明自上而下原子越来越 失去电子。
【参考答案】一、1.越大 增大 越大 减小 2.(1)相同 增大 减小 (2)增多 增大
二、1.气态电中性基态 气态基态正离子 最低 2.小
3.I1 4.(1)氢和碱金属 稀有气体 小 大 (2)减小 易
【效果检测】
1.判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)。
(1)同一周期的离子半径从左到右逐渐减小。( )
(2)原子序数越大,原子半径越大。( )
(3)电子能层数多的元素的原子半径一定大于电子能层数少的元素的原子半径。( )
(4)原子半径的大小受电子的能层数、核电荷数影响。( )
(5)对于元素周期表中的一切元素,均满足同周期从左到右原子半径逐渐减小,同族从上到下原子半径逐渐增大的规律。( )
(6)原子的+1价气态基态离子再失去1个电子所需要的最低能量叫作第二电离能。( )
(7)同一元素的逐级电离能是逐渐增大的,即I1 【答案】(1)× (2)× (3)× (4)√ (5)× (6)√ (7)√
2.为什么一种元素的各级电离能是逐渐增大的?
【答案】气态阳离子所带正电荷越多对电子的吸引力越大。
3.同一原子中当电子逐级电离时,电离能突然变大很多,这个突跃点意味着什么?
【答案】核外电子分层排布。
4.M(g)M2+(g)所需的能量是不是其第一电离能的2倍?
【答案】不是,应远大于其第一电离能的2倍。因为首先失去的电子是能量最高的电子,故第一电离能最小,再失去的电子是能量较低的电子,且失去第一个电子后离子所带正电荷对电子吸引力更强,从而使电离能越来越大。
【合作探究】
任务1：核外电子排布与原子半径
情境导入 海洋是蔚蓝色的资源宝库。海洋中含有80多种元素,其中除氢、氧外,氯、钠、镁、硫、钙、钾、碳、锶、溴、硼、氟、硅12种称为常量元素,海水中所含有的元素大部分以盐溶液的形式存在,在这些盐类物质中氯化钠占80%以上。
问题生成
1.如何判断H、Li、Na、K原子半径的大小?理由是什么?
【答案】H、Li、Na、K最外层电子数相同,而原子的电子能层数依次增多,故半径依次增大。
2.如何比较Na+、Mg2+、Al3+半径的大小?
【答案】Na+、Mg2+、Al3+的电子能层构型相同,离子核外电子数相同,而核电荷数依次增大,故半径依次减小。
3.r(Na+)与r(Na) 哪个大? r(Cl-)与r(Cl)呢?
【答案】根据同一种元素离子和原子的质子数相同,但是阴离子核外电子数大于质子数,阳离子核外电子数小于质子数,故可知r(Na)大于r(Na+),r(Cl-)大于r(Cl)。
4.r(Ca2+)与r(Cl-) 哪个大?
【答案】Ca2+和Cl-核外电子排布相同,因原子序数Ca>Cl,则r(Ca2+)【核心归纳】
微粒半径大小的比较方法
1.影响微粒半径的因素主要是核电荷数和电子的能层数。同周期中,核电荷数越大,微粒半径越小;同主族中,电子能层数越多,微粒半径越大。
2.阳离子半径小于对应的原子半径,阴离子半径大于对应的原子半径,如r(Na+)3.电子能层结构相同的离子,随核电荷数增大,离子半径减小,如r(S2-)>r(Cl-)>r(K+)>r(Ca2+)。
4.不同价态的同种元素的离子,核外电子多的半径大,如r(Fe2+)>r(Fe3+),r(Cu+)>r(Cu2+)。
5.“三看”法快速判断简单微粒半径大小
(1)“一看”电子的能层数:最外层电子数相同时,电子的能层数越多,半径越大。
(2)“二看”核电荷数:当电子的能层结构相同时,核电荷数越大,半径越小。
(3)“三看”核外电子数:当电子的能层数和核电荷数均相同时,核外电子数越多,半径越大。
【典型例题】
【例1】下列关于微粒半径大小关系的说法正确的是( )。
A.电子层数少的元素的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微粒半径相同
C.质子数相同的不同单核微粒,电子数越多,半径越大
D.原子序数越大,原子半径越大
【答案】C
【解析】由于同周期主族元素原子半径逐渐减小,故第ⅦA族的原子半径不一定比上一周期第ⅠA族元素原子半径大;对于核外电子层结构相同的单核离子和原子,半径是不同的,阴离子半径>原子半径>阳离子半径;对于不同周期、不同主族的元素的原子半径比较,需要借助于某一参照元素。
【例2】下列各组微粒的半径比较中,正确的是( )。
①FA.①③B.②③
C.③④D.①②
【答案】A
【解析】同一元素的微粒半径:r(阴离子)>r(原子)>r(阳离子);具有相同电子能层结构的离子,核电荷数越大,离子半径越小;电子能层数相同的原子,随着原子序数的递增,原子半径递减;最外层电子数相同的原子,电子能层数越多,原子半径越大。据此可判断出:①正确;②应为O2->Mg2+>Al3+;③正确;④应为P>S>Cl。
易错提示：对微粒半径的认识误区
1.微粒半径受电子的能层数和核电荷数的综合影响,并不是单独地取决于某一方面的因素。
2.电子的能层数多的原子半径不一定大,如锂的原子半径为0.152 nm,而氯的原子半径为0.099 nm。
3.对于同一种元素,并不是原子半径一定大于离子半径。如Cl-的半径大于Cl的半径。
任务2：电离能
情境导入 部分元素第一电离能变化情况如图所示。
问题生成
1.总体上:金属元素的第一电离能都较小,非金属元素和稀有气体元素的第一电离能都较大。为什么?
【答案】因为金属元素原子的最外层电子数都比较少,容易失去电子,所以金属元素的第一电离能都比较小;而非金属元素原子的最外层电子数比较多,不容易失去电子,稀有气体元素原子价层电子排布为ns2np6(He为1s2),是稳定结构,更难失去电子,因此它们的第一电离能都比较大。
2.为什么在同一周期中,从左到右随着原子序数的增大,元素第一电离能的变化有些曲折?如第ⅡA族元素的I1大于第ⅢA族元素,第ⅤA族元素的I1大于第ⅥA族元素,如I1(Be)>I1(B)、I1(Mg)>I1(Al)、I1(N)>I1(O)、I1(P)>I1(S)。
【答案】这与原子的外层电子排布有着密切关系。第ⅡA族的Be(Mg)有着比较稳定的ns2np0(s能级全充满,p能级全空)结构,第ⅤA族的N(P)有着比较稳定的ns2np3(s能级全充满,p能级半充满)结构,因而其原子稳定,第一电离能较高。
3.根据钠、镁、铝电离能的变化分析:
(1)为什么原子的逐级电离能越来越大?
(2)为什么钠元素的常见价态为+1价,镁元素的为+2价,铝元素的为+3价?
【答案】(1)因为最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,所需要的能量多;同时失去电子后,阳离子所带的正电荷对电子的引力更强,从而使电离能越来越大。
(2)钠原子的第一电离能较低,而第二电离能突跃式变高,即钠的第一电离能远远小于它的第二电离能。这说明钠原子很容易失去一个电子成为+1价的阳离子,从而形成稀有气体元素原子的稳定状态,此时原子核对外层电子的吸引作用变得更强,不易再失去第2个电子,因此钠元素的常见化合价为+1价。同理可分析镁和铝。
【核心归纳】
1.第一电离能的影响因素
(1)同一周期:一般来说,同一周期的元素具有相同的电子层数,从左到右核电荷数增大,原子的半径减小,核对外层电子的引力增大,因此,越靠右的元素,越不易失去电子,第一电离能也就越大。
(2)同一族:同一族元素原子的电子能层数不同,最外层电子数相同,原子半径增大起主要作用,半径越大,核对电子的吸引力越小,越易失去电子,电离能也就越小。
(3)电子排布:各周期中稀有气体元素的第一电离能最大,原因是稀有气体元素的原子具有相对稳定的8电子(He为2电子)最外层电子构型。某些元素具有全充满或半充满或全空的电子构型,稳定性也较高,如Be(2s2)、N(2s22p3)、Mg(3s2)、P(3s23p3)比同周期相邻元素的第一电离能大。
2.电离能的应用
(1)根据电离能数据,确定元素核外电子的排布。如Li:I1≪I2(2)根据电离能数据,确定元素在化合物中的化合价。如K:I1≪I2(3)判断元素的金属性、非金属性强弱:I1越大,元素的非金属性越强;I1越小,元素的金属性越强。
【典型例题】
【例3】下表列出了某短周期元素R的各级电离能数据(用I1、I2……表示,单位为kJ·ml-1):
下列关于元素R的判断中一定正确的是( )。
A.R的最高正价为+3价
B.R元素位于元素周期表中第ⅡA族
C.R元素的原子最外层共有4个电子
D.R元素基态原子的电子排布式为1s22s2
【答案】B
【解析】由表中数据可知I3≫I2,则R元素原子的最外层上只有2个电子,其最高正价为+2价,R元素位于第ⅡA族,故R元素可能是Mg或Be,B项正确。
【例4】根据要求回答下列问题:
(1)第三周期所有元素的第一电离能(I1)大小顺序为 (用元素符号表示)。
(2)Na的逐级电离能中有 次突跃。分别是哪级电离能发生突跃? 、 。
(3)F、Cl、Br、I的第一电离能由大到小的顺序为 ,非金属性的强弱顺序为 。
【答案】(1)Na(2)2 I2≫I1 I10≫I9
(3)F>Cl>Br>I F>Cl>Br>I
【解析】(1)第三周期元素自左向右第一电离能呈增大趋势,但Mg的3p轨道电子处于全空状态,稳定性强,其第一电离能大于Al的;P的3p轨道电子处于半充满状态,稳定性强,其第一电离能大于S的。(2)基态Na原子的核外电子排布式为1s22s22p63s1,M层只有1个电子,很容易失去;失去第1个电子后的Na+是8电子稳定结构,再失去1个电子很难,所以I2≫I1;钠失去M层、L层的9个电子后,只有K层的2个电子(稳定结构),再失去K层的1个电子更难,所以I10≫I9。因此,Na的逐级电离能中有2次突跃。(3)同主族元素,从上往下,元素的第一电离能逐渐减小,非金属性逐渐减弱。
【随堂检测】
课堂基础
1.第三周期元素中,微粒半径最小的是( )。
A.Al3+B.Na+C.S2-D.Cl-
【答案】A
【解析】A、B、C、D四项的微粒结构示意图分别为、、、,S2-、Cl-的半径大于A、B两项的,Al3+、Na+的电子层数相同,由于铝的核电荷数大于钠的,故Al3+的半径最小,A项符合题意。
2.具有下列电子排布的元素中,第一电离能最小的是( )。
A.ns2np3B.ns2np4C.ns2np5D.ns2np6
【答案】B
【解析】ns2np3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的顺序为ns2np43.在主族元素X、Y、Z中,X与Y两元素的原子核外电子层数相同,X的原子半径大于Y的原子半径,X与Z两原子的阳离子具有相同的电子层结构,Z的离子半径大于X的离子半径,则X、Y、Z三种元素的原子序数最大的是( )。
A.XB.Y
C.ZD.无法判断
【答案】B
【解析】由题意知,X、Y两元素在同一周期,且原子序数为XZ,故原子序数为Y>X>Z,B项正确。
对接高考
4.(2021·江苏卷,5)前四周期主族元素X、Y、Z、W的原子序数依次增大,X是空气中含量最多的元素,Y的周期序数与族序数相等,基态时Z原子3p原子轨道上有5个电子,W与Z处于同一主族。下列说法正确的是( )。
A.原子半径:r(X)B.X的第一电离能比同周期相邻元素的大
C.Y的最高价氧化物对应水化物的酸性比Z的强
D.Z的最简单氢化物的热稳定性比W的弱
【答案】B
【解析】前四周期主族元素X、Y、Z、W的原子序数依次增大,X是空气中含量最多的元素,则X为N;Y的周期序数与族序数相等,其原子序数大于N,则Y位于第三周期第ⅢA族,为Al;基态时Z原子3p原子轨道上有5个电子,其核外电子排布式为1s22s22p63s23p5,则Z为Cl;W与Z处于同主族,W的原子序数大于Cl,则W为Br。主族元素同周期从左向右原子半径逐渐减小,同主族从上到下原子半径逐渐增大,则原子半径:r(X)Br,则最简单氢化物的热稳定性Z>W,D项错误。
5.(2021·福建卷,14节选)类石墨相氮化碳(g-C3N4)作为一种新型光催化材料,在光解水产氢等领域具有广阔的应用前景,研究表明,非金属掺杂(O、S等)能提高其光催化活性。N、O、S的第一电离能(I1)大小为I1(N)>I1(O)>I1(S),原因是 。
【答案】N原子2p轨道半充满,比相邻的O原子更稳定,更难失电子;O、S同主族,S原子半径大于O原子,更易失电子
6.(2022·全国甲卷35节选)图a、b、c分别表示C、N、O和F的逐级电离能I变化趋势(纵坐标的标度不同)。第一电离能的变化图是 (填标号),判断的根据是 ;
第三电离能的变化图是 (填标号)。
【答案】a 同一周期元素从左到右,第一电离能呈增大趋势,但由于N元素的2p能级为半充满状态,因此N元素的第一电离能比C、O两种元素大 b
【解析】C、N、O、F四种元素在同一周期,同一周期元素从左到右,第一电离能呈增大趋势,但由于N元素的2p能级为半充满状态,因此N元素的第一电离能比C、O两种元素大,因此四种元素的第一电离能从小到大的顺序为CI1
I2
I3
I4
……
R
740
1500
7700
10500
……