1.2.2元素周期律（导学案）高二化学（人教版2019选修第二册）

第一章原子结构与性质第二节原子结构与元素的性质第一课时原子结构与元素周期表【学习目标】1.能说出元素电离能、电负性的含义，能描述主族元素第一电离能、电负性变化的一般规律，能从电子排布的角度对这一规律进行解释。能说明电负性大小与原子在化合物中吸引电子能力的关系，能利用电负性判断元素的金属性与非金属性的强弱，推测化学键的极性2.能简要说明核外电子运动规律的理论探究对研究元素性质及其变化规律的意义【学习重点】元素的原子半径、第一电离能和电负性的周期性变化【学习难点】电离能、电负性的含义以及与元素其他性质的关系【课前预习】旧知回顾：1、原子半径的变化规律：同周期元素从左到右，原子半径依次减小同主族元素从上到下，原子半径依次增大同种元素的微粒：阴离子>原子>阳离子；低价离子>高价离子一般来说，电子层数越多，半径越大一般来说，电子层数相同时，原子序数越小，半径越大2、元素金属性和非金属性的变化规律：金属性：（1）同周期元素，从左到右，失电子能力依次减弱，还原性依次减弱，金属性依次减弱（2）同主族元素，从上到下，失电子能力依次增强，还原性依次增强，金属性依次增强非金属性：（1）同周期元素，从左到右，得电子能力依次增强，氧化性依次增强，非金属性依次增强（2）同主族元素，从上到下，得电子能力依次减弱，氧化性依次减弱，非金属性依次减弱新知预习：1、第一电离能的定义：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2、第一电离能随核电荷数的变化规律：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；同族元素从上到下第一电离能变小3、电负性的概念：用来描述不同元素的原子对键合电子吸引力的大小4、电负性的变化规律：一般来说，同周期元素从左到右，元素的电负性逐渐变大；同族元素从上到下，元素的电负性逐渐变小。5、电负性大小的应用：判断金属性和非金属性强弱的依据【课中探究】情景导入：播放元素周期律发现视频，导入新课一、原子半径【复习提问】回顾一下原子半径的变化规律，回答下面的问题：1、同周期元素从左到右，原子半径的变化趋势？同周期元素从左到右，原子半径依次减小2、同主族元素从上到下，原子半径的变化趋势？同主族元素从上到下，原子半径依次增大3、同种元素的微粒，阴离子，原子，阳离子半径如何变化？同种元素的微粒：阴离子>原子>阳离子；低价离子>高价离子4、一般来说，电子层数与原子半径变化的关系？一般来说，电子层数越多，半径越大5、一般来说，电子层数相同时，原子半径受哪些因素影响，如何变化？一般来说，电子层数相同时，原子序数越小，半径越大任务一、再探原子半径的影响因素【学生活动】阅读教材P22第2自然段，回答下列问题：1、影响原子半径大小的因素？电子的能层数和核电荷数2、各个因素对原子半径大小影响的方式如何？【思考与讨论】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？如何解释这种趋势？答：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：同周期主族元素电子的能层数相同，从左到右，核电荷数的增加使核对电子的吸引增强而引起原子半径减小的趋势，大于最外层电子数的增加使电子间的排斥增强而引起原子半径增大的趋势。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？如何解释这种趋势？答：同主族元素从上到下，原子半径逐渐增大。其主要原因是：同主族元素从上到下，电子能层数的增加使电子间的排斥增强而引起原子半径增大的趋势，大于核电荷数的增加使核对电子的吸引增强而引起原子半径减小的趋势。【对应训练1】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.KBr【答案】B【解析】四种物质中阳离子的半径：Ba2+>K+>Na+>Mg2+,阴离子的半径：I>Br>F,MgI2含有半径最小的阳离子和半径最大的阴离子，其比值最小。【对应训练2】X元素的阳离子和Y元素的阴离子的核外电子层结构相同，下列叙述正确的是（）A.离子半径X>YB.原子半径X<YC.原子序数X<YD.原子最外层电子数X<Y【答案】D【解析】具有相同的核外电子层结构的离子，核电荷数越大，离子半径越小，X元素的核电荷数大于Y,则离子半径X<Y,A错误；同周期元素从左到右，原子半径依次减小，同主族元素，从上到下，原子半径依次增大，X位于Y的下一周期，则原子半径的关系是X>Y,B错误；X位于Y元素下一周期，则原子序数X>Y,C错误；同周期元素从左到右，最外层电子数依次增大，X元素的阳离子和Y元素的阴离子具有相同的核外电子层结构，则X最外层电子数小于4,Y最外层电子数大于4,所以原子最外层电子数X<Y,D正确。【对应训练3】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>③【答案】D【解析】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。二、电离能任务二、探究电离能的相关知识【学生活动】阅读教材P23第2、3自然段及图122，小组讨论，回答下列问题：1、第一电离能的定义?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2、原子的第一电离能随核电荷数递增有什么规律？同周期：随原子序数的递增而增大；同主族：随原子序数的递增而减小；同周期中，第一电离能最小的是第IA族的元素；最大的是稀有气体元素；第一电离能最大的元素是氦任务三、探究第一电离能的特殊性【学生活动】阅读教材P24资料卡片，回答下列问题：1、第IIA族与第IIIA族第一电离能的大小关系及原因？（以Mg、Be和B、Al为例）关系：第IIA族>第IIIA族原因：B和Al的第一电离能失去的电子是np能级的，该能级电子的能量比左边Be和Mg失去的ns能级电子的高2、第VA族与第VIA族第一电离能的大小关系及原因？（以N、P和O、S为例）关系：第VA族>第VIA族原因：N和P的电子排布是半充满的，比较稳定，电离能较高【思考与讨论】(1)碱金属的电离能与碱金属的活泼性存在什么联系？碱金属元素的第一电离能越小，原子越容易失电子，碱金属的活泼性越强。(2)下表的数据从上到下是钠、镁、铝逐级失去电子的电离能。为什么原子的逐级电离能越来越大？这些数据跟钠、镁、铝的化合价有什么联系？答：随着电子的逐个失去，阳离子所带的正电荷数越来越大，再要失去一个电子需克服的电性引力也越来越大，消耗的能量也越来越多，所以原子的逐级电离能越来越大。钠的第一电离能比第二电离能小很多，说明失去第一个电子比失去第二个电子容易得多，所以钠容易失去一个电子形成+1价钠离子；镁的第一电离能和第二电离能相差不多，但第二电离能比第三电离能小很多，说明镁容易失去两个电子形成+2价镁离子；铝的第一电离能、第二电离能、第三电离能相差不多，但第三电离能比第四电离能小很多，说明铝容易失去三个电子形成+3价铝离子。【对应训练1】第三周期元素中，第一电离能介于Al和P之间的元素有（）A.2种B.3种C.4种D.5种【答案】B【解析】同周期主族元素的第一电离能呈增大的趋势，但由于ns能级的能量比np能级的能量低，np3处于半充满的稳定状态，存在两种反常现象，第一电离能(I1):ⅡA族>ⅢA族，VA族>ⅥA族，第三周期元素的第一电离能：Na<Al<Mg<Si<S<P<Cl<Ar,故第一电离能介于Al和P之间的元素有3种。【对应训练2】下列说法正确的是（）A.钾的第一电离能比钠的第一电离能大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.第三周期所含的元素中钠的第一电离能最小【答案】D【解析】钾原子半径大于钠原子半径，K更容易失去电子，所以钾的第一电离能比钠的第一电离能小，A错误。因为Al的第一电离能失去的电子是3p能级的，该能级电子的能量比Mg失去的3s能级电子的高，电子能量越高，越容易失去，电离能较低，B错误。在所有元素中，氟的电负性最大；He最难失去电子，He的第一电离能最大，C错误。第三周期所含的元素中，钠原子半径最大，最容易失去电子，钠的第一电离能最小，D正确。【对应训练3】下列有关电离能的说法中正确的是（）A.对于同一元素而言，原子的电离能I1>I2>I3……B.钾比钠活泼，所以钾的第一电离能大于钠的第一电离能C.同一周期中，主族元素原子第一电离能从左到右越来越大D.可通过一种元素各级电离能的数值，判断元素可能的化合价【答案】D【解析】对于同一元素来说，原子失去电子个数越多，其失电子能力越弱，所以原子的电离能随着原子失去电子个数的增多而增大，A错误；钾的活泼性强于钠，说明钾失电子能力比钠强，所以钾元素的第一电离能小于钠元素的第一电离能，B错误；从总的变化趋势上看，同一周期中主族元素原子第一电离能从左到右越来越大，但也有反常，如I1(N)>I1(O),C错误；层与层之间电离能相差较大，电离能数值发生突变，层内电离能的差别较小，可以根据同一元素各级电离能的数据判断元素可能的化合价，D正确。【对应训练4】下列各组元素，按照原子半径依次减小，第一电离能依次增大的顺序排列的是（）A.Ca、Mg、BeB.Na、Mg、AlC.C、N、OD.P、S、Cl【答案】A【解析】同主族元素从上到下原子半径逐渐增大、第一电离能逐渐减小，Ca、Mg、Be原子半径依次减小，第一电离能依次增大，A正确；因为Al的第一电离能失去的电子是3p能级的，该能级电子的能量比Mg失去的3s能级电子的高，电子能量越高，越容易失去，所以Mg的第一电离能大于Al的第一电离能Na<Al<Mg,B错误；N的2p轨道半充满，第一电离能大于O,第一电离能C<O<N,C错误；P的3p轨道半充满，第一电离能大于S,第一电离能S<P<Cl,D错误。任务四、探究电负性的相关内容【学生活动】阅读教材P24自然段和P25自然段及图123，回答下列问题：1、键合电子的含义？元素相互化合时，原子中用于形成化学键的电子称为键合电子2、电负性的提出者及定义？电负性的概念是由美国化学家鲍林提出的，用来描述不同元素的原子对键合电子吸引力的大小3、电负性的意义？电负性越大的原子，对键合电子的吸引力越大4、电负性的大小标准？以氟的电负性为4.0和锂的电负性为1.0作为相对标准，得出各元素的电负性5、电负性相同的元素都有哪些？C、S、I电负性都是2.5H.、P、Te电负性都是2.1Li、Ca、Sr电负性都是1.0K、Rb电负性都是0.8Si、Ge、Sn、Tl电负性都是1.8Pb、Sb、Bi电负性都是1.96、电负性的变化规律及电负性最大和最小的元素是哪个？一般来说，同周期元素从左到右，元素的电负性逐渐变大；同族元素从上到下，元素的电负性逐渐变小。电负性最大的是氟，最小的是铯金属元素的电负性较小，非金属元素的电负性较大。7、电负性的应用？判断元素的金属性或非金属性强弱I、金属元素的电负性一般小于1.8,非金属元素的电负性一般大1.8,而位于非金属三角区边界的“类金属”(如锗、锑等)的电负性则在1.8左右，它们既有金属性，又有非金属性。【学生活动】阅读教材P26探究，小组讨论，绘制变化图，解答比较与分析的问题【绘制变化图】请利用图123的数据制作第三周期元素、第IA和ⅦA族元素的电负性变化图绘制的变化图【比较与分析】根据图122，找出上述相关元素的第一电离能的变化趋势，与电负性的变化趋势有什么不同？并分析其原因。答：同主族元素一致，即从上到下第一电离能与电负性均依次减小；同周期主族元素总体趋势一致，即从左到右电负性依次增大，第一电离能总体趋势也是增大，但A1和S的第一电离能出现反常的现象：这是因为Al的第一电离能失去的电子是np能级的，该能级电子的能量比左边Mg失去的ns能级电子的高；P的电子排布是半充满的，比较稳定，电离能较高【对应训练1】下列有关电负性的说法中不正确的是（）A.元素的电负性越大，原子在化合物中吸引电子的能力越大B.主族元素的电负性越大，元素原子的第一电离能一定越大C.在元素周期表中，元素电负性从左到右呈现递增的趋势D.形成化合物时，电负性越小的元素越容易显示正价【答案】B【解析】吸引电子的能力越大，电负性越大，则元素电负性的大小表示其原子在化合物中吸引电子能力的大小，A正确；N元素的电负性小于氧元素的电负性，但N元素原子2p能级为半充满稳定状态，第一电离能大于O元素，B错误；对于主族元素，同周期自左而右电负性逐渐增大，过渡元素电负性没有明显规律，C正确；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，D正确。【对应训练2】如图所示是第三周期11~17号元素某种性质变化趋势的柱形图，y轴表示的可能是（）A.第一电离能B.电负性C.原子半径D.元素的金属性【答案】B【解析】第三周期的Mg和P元素因最外层电子分别为全充满、半充满结构，较为稳定，第一电离能大于相邻主族元素，与图像不符，A错误；同周期主族元素从左到右，电负性逐渐增大，与图像相符，B正确；同周期主族元素从左到右，原子序数逐渐增大，原子半径逐渐减小，与图像不符，C错误；同一周期，从左到右，元素的金属性逐渐减小，与图像不符，D错误。【对应训练1】已知元素电负性数值为2.1,Y为3.5,Z为2.6,W为1.2。你认为上述四种元素中，哪两种元素最容易形成离子化合物（）A.X与YB.X与WC.Y与ZD.Y与W【答案】D【解析】如果两个成键元素间的电负性差值大于1.7,原子之间通常形成离子键；如果两个成键元素间的电负性差值小于1.7,原子之间通常形成共价键。X与Y电负性差值为3.52.1=1.4<1.7,通常形成共价键，A不符合题意；X与W电负性差值为211.2=0.9<1.7,通常形成共价键，B不符合题意；Y与Z电负性差值为3.52.6=0.9<1.7,通常形成共价键,C不符合题意；Y与W电负性差值为3.51.2=2.3>1.7,通常形成离子键，D符合题意。【课后巩固】1.（易）对Na、Mg、A1的有关性质的叙述中，错误的是（）A.金属性：Na>Mg>AlB.第一电离能：Na<Mg<AlC.电负性：Na<Mg<AlD.还原性：Na>Mg>Al【答案】B【解析】同周期主族元素从左到右，金属性逐渐减弱，则金属性：Na>Mg>Al,A正确；Mg原子2s轨道电子能量比Al的3p轨道电子能量低，较难失去电子，其第一电离能大于Al,故第一电离能：Na<Al<Mg,B错误；同周期主族元素从左到右，电负性逐渐增强，故电负性：Na<Mg<Al,C正确；金属性越强，单质的还原性越强，则还原性：Na>Mg>Al,D正确。。2.（易）下列各组元素性质的叙述中，正确的是（）A.N、O、F的电负性依次增大B.N、O、F的第一电离能依次增大C.N、O、F的最高正化合价依次升高D.O、F、Na的原子半径依次减小【答案】A【解析】同周期主族元素从左到右，元素的电负性逐渐增强，则N、O、F的电负性依次增大，A正确；同周期元素从左到右，第一电离能呈增大趋势，但N原子的2p轨道处于半充满的稳定状态，其第一电离能大于O,故第一电离能：O<N<F,B错误；O、F元素的电负性较大，O无最高正化合价，F无正化合价，C错误；Na位于O、F的下一周期，原子半径大于O、F的，D错误。3.（易）具有下列能层结构的原子，其第一电离能由大到小排列正确的是（）①3p能级上只有一对成对电子的原子②最外层电子排布式为3s23p6的原子③3p能级为半充满的原子④正三价的阳离子结构与氖相同的原子A.②③①④B.③①②④C.①②③④D.②④①③【答案】A【解析】①3p能级上只有一对成对电子的原子是S原子；②最外层电子排布式为3s23p6的原子是Ar原子；③3p能级为半充满的原子为P原子；④正三价的阳离子与氖相同的原子是Al原子。四种元素同处于第三周期，从左到右第一电离能呈增大趋势，但P的3p能级处于半充满的稳定状态，其第一电离能大于S,故第一电离能：Ar>P>S>Al,即②>③>①>④。4.（易）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）。关于元素R的下列推断中，错误的是（）A.R元素基态原子的电子排布式为1s22s2B.R元素位于元素周期表中第ⅡA族C,R元素的最高正化合价为+2价D.R元素的第一电离能高于同周期相邻元素的【答案】A【解析】由题给短周期元素R的各级电离能数据可知，I2与I3存在很大差距，说明R原子最外层有2个电子，则R元素处于元素周期表中第ⅡA族，最高正化合价为+2价，B、C均正确；R处于第IIA族，可能是Be或Mg,基态原子的电子排布式为1s22s2或1s22s22p63s2,不能判断所处周期，A错误；第ⅡA族元素的第一电离能大于同周期的第IA、ⅢA族元素，D正确。5.（易）下列对电负性的理解不正确的是（）A.电负性是人为规定的一个相对数值，不是绝对标准B.元素电负性的大小反映了元素原子对键合电子吸引力的大小C.元素的电负性越大，则元素的非金属性越强D.元素的电负性是元素固有的性质，与原子结构无关【答案】D【解析】一般来说，同周期从左到右主族元素的电负性逐渐增大，同主族从上到下元素的电负性逐渐减小，因此，电负性与原子结构有关。6.（中）A、B、C、D四种元素，已知A元素是地壳中含量最多的元素；B元素为金属元素，它的原子核外K、L层上电子数之和等于M、N层电子数之和；C元素是第三周期第一电离能最小的元素；D元素在第三周期中第一电离能最大。下列有关叙述错误的是（）A.A、B、C、D分别为O、Ca、Na、ArB.元素A、B、C两两组成的化合物可为CaO、CaO2、Na2O、Na2O2等C.元素A、C简单离子的半径大小关系为A<CD.元素B、C还原性大小关系为B>C【答案】C【解析】A、B、C、D四种元素，A元素是地壳中含量最多的元素，则A是O元素；B元素为金属元素，它的原子核外K、L层上电子数之和等于M、N层电子数之和，则其原子核外电子数=2×(2+8)=20,则B是Ca元素；C元素是第三周期第一电离能最小的元素，则C是Na元素；D元素在第三周期中第一电离能最大，则D是Ar元素。由上述分析可知，四种元素A、B、C、D分别为O、Ca、Na、Ar,A正确；元素O、Ca、Na两两组成的化合物可为CaO、CaO2、Na2O、Na2O2等，B正确；O2和Na+电子层结构相同，核电荷数越大，其离子半径越小，故离子半径：O2>Na+,C错误；Ca、Na均是金属性很强的金属，元素的金属性越强，其单质的还原性就越强，由于元素的金属性：Ca>Na,所以二者的还原性：Ca>Na,D正确。7.（中）下列曲线表示卤族元素或其单质性质随核电荷数的变化趋势，正确的是（）【答案】A【解析】卤族元素从上到下，随核电荷数递增，原子半径增大，元素的电负性逐渐减小，A正确；F无正化合价，C1和Br的最高化合价均为+7，B错误；卤族元素从上到下，随核电荷数递增，原子半径增大，原子失电子能力增强，则第一电离能逐渐减小，C错误；F2、Cl2、Br2都存在范德华力，随相对分子质量增大，范德华力增大，其熔点逐渐升高，D错误。8.（易）正误判断，正确的打“√”,错误的打“×”。(1)s区全部是金属元素（）(2)电负性的大小可以作为判断元素非金属性强弱的依据（）(3)第一电离能的大小可以作为判断元素金属性强弱的依据（）(4)共价化合物中，电负性大的成键元素表现为负价（）(5)电负性越大，元素的非金属性越强，第一电离能也越大（）(6)第四周期元素中，未成对电子数最多的元素位于钾元素后面第五位（）(7)电负性大于1.8的一定为非金属，小于1.8的一定为金属（）【答案】（1）×（2）√（3