高中化学新教材同步选择性必修第二册 第1章 第二节 第2课时 元素周期律(一)

第2课时元素周期律(一)[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、元素第一电离能的相对大小。2.通过原子半径、元素第一电离能递变规律的学习，建立“结构决定性质”的认知模型，并能利用认知模型解释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。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＋)。(1)能层数少的元素原子半径一定小于能层数多的元素的原子半径()(2)核外能层结构相同的单核粒子，半径相同()(3)质子数相同的不同单核粒子，电子数越多，半径越大()(4)各元素的原子半径总比离子半径大()(5)同周期元素从左到右，原子半径、离子半径均逐渐减小()答案(1)×(2)×(3)√(4)×(5)×1．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、Rb B．F、Cl、BrC．Mg2＋、Al3＋、Zn2＋ D．Cl－、Br－、I－答案C解析同主族元素，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；电子层数相同，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。2．下列化合物中阳离子半径与阴离子半径比值最小的是()A．NaF B．MgI2C．BaI2 D．KBr答案B解析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。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逐级电离能：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)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。2．元素第一电离能变化规律(1)每个周期的第一种元素的第一电离能最小，最后一种元素的第一电离能最大，即一般来说，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逐渐减小。3．电离能的应用(1)根据电离能数据，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。(2)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。特别提醒——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)具有全充满、半充满及全空的电子构型的元素稳定性较高，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为半充满、Mg为全充满状态，其电离能均比同周期相邻元素大。一般情况，第一电离能：ⅡA>ⅢA，ⅤA>ⅥA。(1)第一电离能越大的原子失电子的能力越强()(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)在所有元素中，氟的第一电离能最大()(6)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()(7)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()答案(1)×(2)√(3)×(4)√(5)×(6)×(7)√1．某主族元素的第一、二、三、四电离能依次为899kJ·mol－1、1757kJ·mol－1、14840kJ·mol－1、18025kJ·mol－1，则该元素在元素周期表中位于()A．第ⅠA族 B．第ⅡA族C．第ⅢA族 D．第ⅣA族答案B解析分析该元素的各级电离能可知，第一、二电离能较小，第三电离能剧增，说明该元素原子易失去2个电子，则该元素原子的最外层电子数为2，该元素位于第ⅡA族。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元素答案B解析根据第一电离能的数据可知，R的最外层应该有1个电子，S的最外电子层应该有2个电子，不属于同一主族的元素，B项错误；U的最外层有1个电子，可能属于s区元素，C项正确；T元素最外层有3个电子，价电子排布式为ns2np1，D项正确。电离能的应用(1)根据电离能数据，确定元素在化合物中的化合价，如K：I1≪I2＜I3，表明K原子易失去一个电子形成＋1价阳离子。(2)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。1．(2019·扬州高二月考)下列化合物中阴离子半径和阳离子半径之比最大的是()A．LiI B．NaBrC．KCl D．CsF答案A解析碱金属离子半径：r(Li＋)<r(Na＋)<r(K＋)<r(Cs＋)，卤素离子半径：r(F－)<r(Cl－)<r(Br－)<r(I－)，显然，阴离子半径和阳离子半径之比最大的是LiI。2．若aAm＋与bBn－的核外电子排布相同，则下列关系不正确的是()A．离子半径：Am＋<Bn－B．原子半径：A<BC．A的原子序数比B的大m＋nD．b＝a－n－m答案B解析因为aAm＋与bBn－的核外电子排布相同，即b＋n＝a－m，推知a－b＝m＋n，故A的原子序数比B的大m＋n；由上式可知b＝a－m－n；核外电子层结构相同时，核电荷数越大，微粒半径越小，故离子半径：Am＋<Bn－；比较原子半径需要考虑两原子的电子层数，故原子半径：A>B。3．气态原子生成＋1价气态阳离子所需要的能量称为第一电离能。元素的第一电离能是衡量元素金属性强弱的一种尺度。下列有关说法不正确的是()A．一般来说，元素的第一电离能越大，其金属性越弱B．元素N的第一电离能大于元素O的第一电离能C．金属单质跟酸反应的难易，只跟该金属元素的第一电离能有关D．金属单质跟酸反应的难易，除跟该金属元素的第一电离能有关外，还与该单质中固态金属原子以及该金属原子失去电子后在水溶液里形成水合离子的变化有关答案C4．(2019·福建三明一中段考)短周期元素X的第一至第六电离能分别为I1＝578kJ·mol－1I2＝1817kJ·mol－1I3＝2745kJ·mol－1I4＝11575kJ·mol－1I5＝14830kJ·mol－1I6＝18376kJ·mol－1以下说法正确的是()A．X原子的最外层只有1个电子B．元素X常见化合价为＋3价C．X原子核外有3个未成对电子D．元素X的最高价氧化物对应的水化物为强碱答案B解析结合题给电离能数据可知，元素X的常见化合价为＋3价，应为Al元素，据此判断各选项。5．不同元素的气态原子失去最外层一个电子所需要的最低能量，设其为E，如图所示。试根据元素在周期表中的位置，分析图中曲线的变化特点，并完成下列问题。(1)同主族内不同元素的E值的变化特点是__________________________________________。(2)同一周期内，随着原子序数的增大，E值增大，但个别元素的E值出现反常现象。试预测下列关系式中正确的是________(填编号)。①E(砷)＞E(硒) ②E(砷)＜E(硒)③E(溴)＞E(硒) ④E(溴)＜E(硒)(3)估计1mol气态钙原子失去最外层一个电子所需最低能量E值的范围：________＜E＜________。(4)10号元素E值较大的原因是___________________________________________________。答案(1)随着原子序数的增大，E值变小(2)①③(3)485738(4)10号元素为氖，该元素原子的最外层电子排布已达到8电子稳定结构解析本题主要考查元素第一电离能的变化规律。(1)从1H、3Li、11Na、19K等同主族元素可以看出，同主族元素随着原子序数的增大，E值变小。(2)从第二、第三周期看，第ⅢA族和第ⅥA族元素比同周期相邻两元素E值都低，可以推出E(砷)＞E(硒)、E(溴)＞E(硒)。(3)据同主族、同周期元素E值变化规律可知，E(K)＜E(Ca)＜E(Mg)。(4)10号元素(Ne)原子的最外层电子排布已达到8电子稳定结构。题组一原子或离子半径大小的比较1．下列有关微粒半径的大小比较错误的是()A．K＞Na＞Li B．Na＋＞Mg2＋＞Al3＋C．Mg2＋＞Na＋＞F－ D．Cl－＞F－＞F答案C解析A项，同一主族元素的原子，从上到下原子半径逐渐增大；B项，核外电子排布相同的离子，核电荷数越大，半径越小；C项，半径大小应为Mg2＋＜Na＋＜F－；D项，Cl－比F－多一个电子层，故半径：Cl－＞F－，F－比F多一个电子，故半径：F－＞F。2．下列关于粒子半径的比较不正确的是()①r(Li＋)＜r(Na＋)＜r(K＋)＜r(Rb＋)＜r(Cs＋)②r(F－)＜r(Cl－)＜r(Br－)＜r(I－)③r(Na＋)＜r(Mg2＋)＜r(Al3＋)＜r(F－)＜r(O2－)④r(Fe3＋)＞r(Fe2＋)＞r(Fe)A．②③④ B．①④C．③④ D．①②③答案C解析同主族元素，从上到下，同价态离子半径逐渐增大，所以①②正确；电子层结构相同的离子，随核电荷数增大，离子半径减小，③错误；不同价态的同种元素的离子，核外电子多的半径大，④错误。3．已知短周期元素的离子aA2＋、bB＋、cC3－、dD－具有相同的电子层结构，则下列叙述正确的是()A．原子半径：A>B>D>CB．原子序数：d>c>b>aC．离子半径：C3－>D－>B＋>A2＋D．单质的还原性：A>B>D>C答案C解析aA2＋、bB＋、cC3－、dD－具有相同的电子层结构，则四种元素在元素周期表中的相对位置如下：……CDBA……据此可知，原子半径：B＞A＞C＞D；原子序数：a＞b＞d＞c；离子半径：C3－＞D－＞B＋＞A2＋；单质的还原性：B＞A＞C＞D。4．下列四种粒子中，半径按由大到小的顺序排列的是()①基态X的原子结构示意图：②基态Y的价电子排布式：3s23p5③基态Z2－的轨道表示式：④W基态原子有2个能层，电子式：A．③>①>②>④ B．③>②>①>④C．①>③>④>② D．①>④>③>②答案A解析①根据结构示意图可知X为S；②基态Y的价电子排布式为3s23p5，可知Y为Cl；③根据基态Z2－的轨道表示式可知Z2－为S2－；④根据W基态原子有2个能层，电子式为，可知W为F；能层数越多，半径越大，则F<Cl，同周期元素随着原子序数的递增，原子半径逐渐减小，则Cl<S，同种元素的阴离子半径大于原子半径，则S<S2－；综上半径大小关系为S2－>S>Cl>F，即③>①>②>④；A正确。题组二电离能及应用5．(2019·蒙山县第一中学高二期末)以下说法不正确的是()A．第一电离能越小，表示该气态原子越容易失电子B．同一元素的电离能，各级电离能逐级增大C．在元素周期表中，主族元素原子的第一电离能从左到右一定是越来越大D．在元素周期表中，同主族元素从上到下，第一电离能呈现递减的趋势答案C解析第一电离能越小，气态原子失去一个电子所需要的最小能量越小，越容易失电子，故A正确；同一元素的电离能，各级电离能逐级增大，故B正确；在元素周期表中，主族元素原子的第一电离能从左到右呈增大的趋势，当外围电子在能量相等的轨道上形成全空、半满或全满结构时，原子的能量较低，元素的第一电离能较大，故C错误；在元素周期表中，同主族元素从上到下，第一电离能呈现递减的趋势，这是因为同主族元素的价电子数相同，原子半径逐渐增大，原子核对核外电子的有效吸引作用逐渐减弱，故D正确。6．(2019·兰州一中高二期末)下列叙述正确的是()A．通常，同周期元素中第ⅦA族元素的第一电离能最大B．在同一主族中，自上而下元素的第一电离能逐渐减小C．第ⅠA、ⅡA族元素的原子，其原子半径越大，第一电离能越大D．主族元素的原子形成单原子离子时的最高化合价数都和它的族序数相等答案B解析稀有气体不容易失电子，则同周期元素中稀有气体的第一电离能最大，故A错误；在同一主族中，自上而下元素的失电子能力增强，则自上而下元素的第一电离能逐渐减小，故B正确；第ⅠA、ⅡA族元素的原子，其半径越大，失电子能力越强，越容易失电子，第一电离能越小，故C错误；有的主族元素的原子形成单原子阳离子时的最高化合价数等于其族序数，如Cl元素等，但F元素形成的最高化合价为－1价，不等于其族序数，故D错误。7．(2019·石河子第二中学高二月考)下列各组元素中，第一电离能依次减小的是()A．HLiNaK B．NaMgAlSiC．IBrClF D．FONC答案A解析H、Li、Na、K属于同一主族元素且原子序数依次增大，其第一电离能随着原子序数的增大而减小，所以其第一电离能依次减小，故A正确；Na、Mg、Al、Si属于同一周期元素且原子序数依次增大，其第一电离能随着原子序数的增大而增大，但第ⅡA族元素的第一电离能大于第ⅢA族的，所以其第一电离能由大到小的顺序为Si、Mg、Al、Na，故B错误；I、Br、Cl、F属于同一主族元素且原子序数依次减小，同一主族元素的第一电离能随着原子序数的增大而减小，所以I、Br、Cl、F第一电离能依次增大，故C错误；F、O、N、C属于同一周期元素且原子序数依次减小，同一周期元素的第一电离能随着原子序数的增大而增大，但第ⅤA族的大于第ⅥA族的，所以其第一电离能由大到小的顺序是F、N、O、C，故D错误。8．(2019·蒙山县第一中学高二期末)在下面的电子结构中，第一电离能最小的原子可能是()A．ns2np3B．ns2np4C．ns2np5D．ns2np6答案B解析同一周期中，元素的第一电离能随着原子序数的增大而呈增大趋势，但第ⅡA族、第ⅤA族元素的第一电离能大于相邻元素，同一主族元素中，其第一电离能随着原子序数的增大而减小。A中ns2np3属于第ⅤA族元素、B中ns2np4属于第ⅥA族元素、C中ns2np5属于第ⅦA族元素、D中ns2np6属于0族元素，如果这几种元素都是第二周期元素，其第一电离能大小顺序是Ne＞F＞N＞O，所以第一电离能最小的原子可能是第ⅥA族元素，故选B。9．Li、Be、B原子失去一个电子，所需的能量相差并不大，但最难失去第二个电子的原子是()A．LiB．BeC．BD．相差不大答案A解析Li、Be、B原子失去一个电子后的电子排布式分别为1s2、1s22s1、1s22s2，Li原子再失去一个电子时，将要失去第一电子层上的电子，失电子较难；而Be、B原子再失去一个电子时，失去同电子层上的电子，相对容易些，故Li失去第二个电子时要更难些。10．(2019·黄陵中学高新部高二期末)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·mol－1)。I1I2I3I4……R7401500770010500……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I3≫I2，可知元素R的最高正价为＋2价，A项错误；元素R一定位于第ⅡA族，B项正确；元素R一定位于第ⅡA族，最外层有2个电子，但R不一定是Be元素，C、D项错误。11．根据下列5种元素的电离能数据(单位：kJ·mol－1)，回答下列问题。元素符号I1I2I3I4Q2080400061009400R500460069009500S7401500770010500T5801800270011600V420310044005900(1)在元素周期表中，最有可能处于同一族的是________(填字母，下同)。A．Q和RB．S和TC．T和VD．R和TE．R和V(2)它们的氯化物的化学式中，最有可能正确的是___________。A．QCl2B．RClC．SCl3D．TClE．VCl4(3)下列元素中，最有可能与Q元素处于同一族的是________。A．硼B．铍C．锂D．氢E．氦(4)在这5种元素中，最容易与氯元素形成离子化合物的是________。A．QB．RC．SD．TE．V(5)利用表中的数据判断，V元素最有可能是下列元素中的________。A．HB．LiC．NaD．K理论根据是___________________________________________________________________。答案(1)E(2)B(3)E(4)E(5)DR和V都是I2≫I1，应该均属于ⅠA族元素，因为R和V都存在第四电离能，核外电子数应该至少为4个，故应该是Na或K，并且V的第一电离能小于R的，所以V的金属性更强，应该是K解析各级电离能中发生突跃式升高的情况是R：I2≫I1、S：I3≫I2、T：I4≫I3、V：I2≫I1，化合价分别为＋1、＋2、＋3、＋1；Q的第一电离能比其他元素的第一电离能明显高得多，最有可能为稀有气体元素。(2)各元素价态与化合物中氯原子数相同的只有选项B。(3)最有可能与Q元素处于同一族的元素的第一电离能应该特别大或者性质很不活泼，只有选项E符合要求。(4)最容易与氯元素形成离子化合物的元素应该是第一电离能最小的，选项E符合要求。(5)R和V都显＋1价，应为ⅠA族元素，都有第四电离能，核外电子数应该至少为4个，R和V的目标元素锁定在Na、K，V的第一电离能较小，应为K，所以选项D正确。12．判断下列微粒半径的大小。(1)Mg________Ba。(2)K________Ca。(3)基态原子X外围电子排布为3s23p5________基态原子Y价电子排布3s23p4。(4)S2－________S。(5)N3－________Na＋。(6)Ne________Ar。(7)基态原子W________基态原子Z。答案(1)＜(2)＞(3)＜(4)＞(5)＞(6)＜(7)＞13．现有核电荷数小于18的元素A，其电离能数据如表所示[I1表示失去第1个电子的电离能，In(n＝2,3,4,5,6,7,8,9,10,11)表示失去第n个电子的电离能，单位为eV]。符号I1I2I3I4I5I6电离能7.6415.0380.12109.3141.2186.5符号I7I8I9I10I11电离能224.9226.0327.9367.41761(1)外层电子离核越远，能量越高，电离能越________(填“大”或“小”)；阳离子所带电荷数越多，在失去电子时，电离能越________(填“大”或“小”)。(2)上述11个电子分属________个能层。(3)失去11个电子后，该元素还有________个电子。(4)该元素的最高价氧化物对应的水化物的化