第1章 第3节 第1课时 原子半径、电离能及其变化规律-【金版教程】2025-2026学年高中化学选择性必修2创新导学案教用word（鲁科版2019）

化学　选择性必修2 导学案 L 第3节　元素性质及其变化规律 第1课时　原子半径、电离能及其变化规律 核心素养 学业要求 1.能从原子结构的视角来说明元素性质的递变规律。 2.能根据物质的微观结构说明或预测物质的性质，评估所作说明或预测的合理性。 3.能说出与元素性质有关的主要参数的含义和适用范围 1.了解原子半径的含义、测定方法，能解释核外电子排布与原子半径周期性变化的规律的关系。 2.正确理解电离能的含义及其变化规律，会用电离能的知识解释元素的某些性质 一、原子半径及其变化规律 1．原子半径的含义 由于原子并不是一个具有明确“边界”的实体，人们便假定原子是一个球体，并采用统计的方法来测定它的半径。 2．原子半径的变化规律 (1)同周期主族元素中，随着原子序数的增大，元素的原子半径自左至右呈逐渐减小的趋势。这是因为每增加一个电子，核电荷相应增加一个正电荷；增加的电子排布在同一层上，增加的电子产生的电子间的排斥作用小于核电荷增加导致的核对外层电子的吸引作用，结果使原子半径逐渐减小。 (2)对于同主族元素的原子来说，自上而下，随着原子序数的逐渐增大，原子半径逐渐增大。这是因为随着电子层数的增加，离核更远的外层轨道填入电子，电子层数的影响大于核电荷增加的影响，导致原子半径增大。 (3)同一周期(如第4周期)的过渡元素与主族元素相比，从总的变化趋势来看，从左到右原子半径的变化幅度不大。这是因为增加的电子都排布在(n－1)d轨道上，不同元素原子的外层电子(ns)受到原子核吸引作用及内层电子排斥作用的总体效果差别不大。 二、元素的电离能及其变化规律 1．电离能的概念 气态基态原子或气态基态离子失去一个电子所需要的最小能量称为电离能，常用符号I表示，单位为kJ·mol－1。其中，元素原子失去一个电子的电离能称为第一电离能，常用符号I1表示；在此基础上再失去一个电子的电离能称为第二电离能，常用符号I2表示；以此类推，还有第三、第四电离能等。通常，元素的第二电离能高于第一电离能，第三电离能又高于第二电离能。 2．电离能的意义 电离能越小，表示在气态时该元素的原子(或离子)越容易失去电子；反之，电离能越大，表示在气态时该元素的原子(或离子)越难失去电子。通常，我们可以运用元素的电离能数据来判断金属元素的原子在气态时失去电子的难易程度。 3．电离能的变化规律 (1)同一周期的元素，碱金属元素的第一电离能最小，稀有气体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小到大的变化趋势，表示元素原子越来越难失去电子。 (2)同主族元素，总体上自上而下第一电离能逐渐减小，表明自上而下原子越来越容易失去电子。 (3)过渡元素的第一电离能的变化不太规则。同一周期，从左到右随着元素原子序数的增加，第一电离能总体上略有增加。这是因为对这些元素的原子来说，增加的电子大部分排布在(n－1)d或(n－2)f轨道上，原子核对外层电子的有效吸引作用变化不是太大。 4．元素第一电离能的周期性递变规律与元素原子半径和原子核外电子排布的周期性变化密切相关。 1．判断正误，正确的打“√”，错误的打“×”。 (1)同周期从左到右元素的离子半径逐渐减小。(　　) (2)同主族元素中，自上而下，金属元素原子失去电子的能力越来越强；非金属元素原子获得电子的能力越来越弱。(　　) (3)同周期元素中ⅦA族元素的第一电离能最大。(　　) (4)M(g)―→M2＋(g)＋2e－所需的最小能量称为第二电离能。(　　) (5)同一主族中，自上而下元素的第一电离能逐渐减小。(　　) 答案：(1)×　(2)√　(3)×　(4)×　(5)√ 解析：(1)同周期元素阳离子(或阴离子)半径从左到右逐渐减小，但是阴离子半径大于阳离子半径。 2．LiFePO4为锂电池常用的正极材料之一，该化合物中元素原子半径最小的是(　　) A．Li B．Fe C．P D．O 答案：D 3．下列离子半径的大小顺序正确的是(　　) ①Na＋　②X2－：1s22s22p63s23p6　③Y2－：[He]2s22p6　④Z－：[Ne]3s23p6 A．③>④>②>① B．④>③>②>① C．④>③>①>② D．②>④>③>① 答案：D 解析：由核外电子排布式可知，②、③、④三种离子分别是S2－、O2－、Cl－，电子层结构相同的离子，核电荷数越大，半径越小，则有②>④，③>①；电子层数越多，半径越大，则大小顺序为②>④>③>①。 4．根据下列原子的价电子排布判断，对应元素第一电离能最大的是(　　) A．3s23p1 B．3s23p2 C．3s23p3 D．4s24p4 答案：C 5．A元素的阳离子与B元素的阴离子具有相同的电子层结构，两种元素有关叙述如下： ①原子半径：A<B　②离子半径：A>B　③原子序数：A>B　④原子最外层电子数：A>B　⑤A的正价与B的负价绝对值不一定相等 其中正确的是________。 答案：③⑤ 解析：A元素的阳离子与B元素的阴离子具有相同的电子层结构，则A元素处于B元素相邻的下一周期，原子半径：A>B，①错误；核外电子排布相同的离子，原子序数越大，离子半径越小，A元素原子序数较大，所以离子半径：A<B，②错误，③正确；当原子最外层电子数<4时，易失去最外层电子形成阳离子，当原子最外层电子数>4时，易得到电子形成阴离子，则原子最外层电子数：A<B，④错误；A的正价与B的负价绝对值不一定相等，如Na＋与O2－、Mg2＋与F－等，⑤正确。 探究一　原子半径及其变化规律 1．影响因素 2．变化规律 (1)主族元素 (2)过渡元素 从总的变化趋势来看，同一周期自左至右原子半径变化幅度不大。 3．“三看法”比较微粒半径 “一看”电子层数，一般电子层数越多，半径越大； “二看”核电荷数，电子层数相同时，核电荷数越大，半径越小； “三看”核外电子数，电子层数和核电荷数都相同时，核外电子数越多，半径越大。 1．下列微粒半径大小比较错误的是(　　) A．K>Na>Li B．Na＋>Mg2＋>Al3＋ C．Mg2＋>Na＋>F－ D．Cl－>F－>F 答案：C 解析：同主族，由上到下原子半径逐渐增大，A正确；核外电子排布相同的微粒，核电荷数越大，微粒半径越小，B正确，C错误；同主族元素从上到下，同价态离子半径逐渐增大，同种元素的阴离子半径大于其原子半径，D正确。 2．下列四种粒子中，半径按由大到小顺序排列正确的是(　　) ①基态X的原子结构示意图为 ②基态Y原子的价电子排布式：3s23p5 ③基态Z2－的轨道表示式： ④基态W原子核外有2个电子层，其电子式为 A．①＞②＞③＞④ B．③＞④＞①＞② C．③＞①＞②＞④ D．①＞②＞④＞③ 答案：C 解析：由题意可知：X、Y、Z2－、W分别为S、Cl、S2－、F。S、Cl、S2－、F粒子半径大小排列顺序为r(S2－)＞r(S)＞r(Cl)＞r(F)，故C正确。 探究二　元素的电离能及其变化规律 1．影响电离能的因素 电离能的数值大小主要取决于原子的核电荷数、原子半径以及原子的核外电子排布。 (1)一般来说，同一周期的元素原子具有相同的电子层数，从左到右核电荷数逐渐增大，原子的半径逐渐减小，核对最外层电子的引力逐渐加大，因此，越靠右的元素原子越不易失去电子，电离能也就越大。 (2)同一主族元素原子电子层数不同，最外层电子数相同，原子半径起主要作用，因此原子半径越大，核对最外层电子的引力越小，越易失去电子，电离能也就越小。 (3)原子的核外电子排布 某些元素原子具有全充满或半充满的电子排布，稳定性也较高，如ⅡA族Be、Mg等元素原子的最外层s原子轨道全满，p原子轨道全空，ⅤA族N、P等元素原子p原子轨道为半充满状态，较稳定，所以它们比左右相邻的元素的第一电离能大。 2．电离能的变化规律 同周期 碱金属元素的第一电离能最小，稀有气体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小到大的变化趋势 同主族 从上到下第一电离能逐渐减小 同种元素 逐级电离能逐渐增大 3.元素的电离能的应用 (1)用来衡量原子失去电子的难易，比较金属的活泼性和元素的金属性强弱 一般地，元素的第一电离能越小，金属性越强；碱金属元素的第一电离能越小，碱金属越活泼。 (2)判断原子易失去电子的数目和元素的常见化合价 元素的各级电离能逐渐增大并且会发生一个突变(由于电子是分层排布的，内层电子比外层电子难失去，因此会发生突变)，如Mg的I1、I2、I3分别是738 kJ·mol－1、1451 kJ·mol－1、7733 kJ·mol－1，在I2和I3之间发生突变，所以Mg容易失去两个电子，可形成＋2价阳离子。 (3)确定元素原子核外电子的排布 如Li：I1≪I2<I3，表明Li原子核外的三个电子排布在两个电子层上(K、L层)，而且最外层上只有一个电子。 3．下列关于元素第一电离能的说法不正确的是(　　) A．钾元素的第一电离能小于钠元素的第一电离能，故钾的活泼性强于钠 B．因同周期主族元素的原子半径从左到右逐渐减小，故第一电离能必依次增大 C．最外层电子排布为ns2np6(当只有K层时为1s2)的原子，对应元素第一电离能较大 D．对于同一元素而言，电离能I1＜I2＜I3＜…… 答案：B 解析：钾元素的第一电离能小于钠元素的第一电离能，说明钾失电子能力比钠强，所以钾的活泼性强于钠的，故A正确；同一周期主族元素原子半径随着原子序数的增大而减小，第一电离能随着原子序数的增大而呈增大趋势，但ⅡA族元素的第一电离能大于ⅢA族元素的，ⅤA族元素的第一电离能大于ⅥA族元素的，故B不正确；最外层电子排布为ns2np6(当只有K层时为1s2)的原子达到稳定结构，再失去电子较难，所以其对应元素的第一电离能较大，故C正确；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，所以元素的电离能随着原子失去电子个数的增多而增大，故D正确。 4．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)。 I1 I2 I3 I4 … R 740 1500 7700 10500 … 下列关于元素R的判断中一定正确的是(　　) A．R的最高价为＋3价 B．R元素位于元素周期表中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，元素R的第一、第二电离能都较小，第三电离能较大，原子最外层应有2个电子，最高价为＋2价，应为ⅡA族元素，A、C错误，B正确；R可能是Mg元素，D错误。 本课小结 课时作业 题号 1 2 3 4 5 6 7 8 难度 ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ 对点 原子半径 电离能 原子半径 电离能 电离能 电离能 电离能 电离能 题号 9 10 11 12 13 14 15 16 难度 ★ ★★ ★★ ★★ ★★ ★★ ★★★ ★★★ 对点 微粒半径 电离能、微粒半径 原子半径、电离能 电离能、离子半径 微粒半径、电离能 电离能 电离能、微粒半径 电离能 一、选择题(每小题只有一个选项符合题意) 1．已知主族元素A和B的原子序数分别为a和b，且原子半径B>A，则下列说法正确的是(　　) A．a一定大于b B．若A和B不在同一周期，则a一定大于b C．a一定小于b D．若A和B在同一周期，a一定大于b 答案：D 2．下列说法正确的是(　　) A．第3周期中钠的第一电离能最小 B．铝的第一电离能比镁的大 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大 答案：A 3．具有下列电子排布式的原子中，半径最大的是(　　) A．1s22s22p63s23p3 B．1s22s22p3 C．1s22s22p5 D．1s22s22p63s23p4 答案：A 解析：由核外电子排布式可知A为磷原子，B为氮原子，C为氟原子，D为硫原子。同周期主族元素从左到右原子半径逐渐减小，同主族由上到下原子半径逐渐增大，故原子半径最大的是磷原子。 4．若已知下列三式的电离能分别为I1、I2、I3：Li(g)―→Li＋(g)＋e－　I1； Li＋(g)―→Li2＋(g)＋e－　I2； Li2＋(g)―→Li3＋(g)＋e－　I3； 则电离能数值关系正确的是(　　) A．I1＝I2＝I3 B．I1最大 C．I2最大 D．I3＞I2＞I1 答案：D 5．下列各组原子中，按照第一电离能由大到小顺序排列错误的是(　　) A．Be、Mg、Ca B．Mg、Ca、K C．He、Ne、Ar D．O、N、C 答案：D 解析：Be、Mg、Ca处于同一主族，同一主族自上而下元素第一电离能逐渐减小，故Be、Mg、Ca元素第一电离能依次减小；Mg、Ca处于同一主族，K、Ca为同一周期，同一周期自左而右元素的第一电离能呈增大趋势，所以Mg、Ca、K第一电离能依次减小；He、Ne、Ar为同族元素，故He、Ne、Ar元素第一电离能逐渐减小；同一周期元素的第一电离能随着原子序数的增大而呈增大趋势，但ⅡA族、ⅤA族元素的第一电离能大于同周期相邻元素的，故第一电离能由大到小的顺序为N>O>C。 6．下列状态的镁中，电离最外层一个电子所需能量最大的是(　　) 答案：D 解析：四种状态的Mg中，A为激发态Mg＋，B为基态Mg原子，C为激发态Mg原子，D为基态Mg＋，根据第二电离能大于第一电离能，基态能量低，知电离最外层一个电子所需能量最大的为D。 7．下列原子的价电子排布对应的元素为同周期元素，其中第一电离能最大的是(　　) A．ns2np1 B．ns2np2 C．ns2np3 D．ns2np4 答案：C 解析：四种元素位于同一周期，分别为ⅢA、ⅣA、ⅤA、ⅥA族元素。同周期主族元素从左到右，第一电离能呈增大趋势，但ⅤA族元素由于np能级为半充满的稳定结构，其第一电离能大于同周期相邻元素，故选C。 8．某元素X的逐级电离能如图所示，下列说法正确的是(　　) A．X元素的常见价态为＋4价 B．X为非金属元素 C．X为第5周期元素 D．X的单质与氯气反应时最可能生成的阳离子为X3＋ 答案：D 解析：根据电离能图知，第三电离能和第四电离能之间的差距最大，所以X元素原子最外层有3个电子，在化学反应中容易失去3个电子，形成＋3价阳离子，故A错误，D正确；X元素可能位于ⅢA族，ⅢA族有金属元素也有非金属元素，根据已知条件无法确定X元素是否为非金属元素，也无法确定X元素所在的周期数，故B、C错误。 9．根据下表(部分短周期元素的原子半径及主要化合价)信息，下列叙述正确的是(　　) 元素代号 A B C D E 原子半径/nm 0.154 0.118 0.090 0.102 0.073 主要化合价 ＋1 ＋3 ＋2 ＋6、－2 －2 A．E2－与B3＋的核外电子数不相等 B．离子半径大小：A＋<D2－ C．最高价氧化物对应水化物的碱性：A<C D．氢化物的稳定性：H2D>H2E 答案：B 解析：由D、E元素的化合价可知，E只有－2价，E为O，D有＋6、－2价，D为S；C的原子半径大于O、小于S，结合C为＋2价可知C为第2周期ⅡA族元素，C为Be；A、B的原子半径均大于S，A为＋1价，A为Na，B为＋3价，B为Al。O2－与Al3＋的核外电子数均为10，故A错误；A、C最高价氧化物对应水化物分别为NaOH和Be(OH)2，其Be(OH)2碱性弱于氢氧化镁，而氢氧化钠的碱性强于氢氧化镁，故碱性NaOH>Be(OH)2，故C错误；非金属性O>S，则氢化物的稳定性H2D<H2E，故D错误。 10．已知：X为同周期元素中第一电离能最小的元素，Z元素基态原子价电子排布式为2s22p4，Y是第3周期离子半径最小的元素，则X、Y、Z三种元素组成的化合物的化学式可能是(　　) A．XYZ2 B．X2YZ3 C．X2YZ2 D．XYZ3 答案：A 解析：在同周期中第一电离能最小的元素是ⅠA族元素，其在化合物中的化合价为＋1，Y为Al，Z为O，根据化合物中化合价代数和为零知三种元素形成的化合物可能是XYZ2。 11．已知短周期元素X、Y、Z在周期表中的相对位置如图所示，则下列说法正确的是(　　) X Y Z A．Y元素原子的价电子排布为2s22p4 B．原子半径：Z＜Y C．X是周期表中第一电离能最大的元素 D．第一电离能：Z>Y 答案：C 解析：因X、Y、Z为短周期元素，结合相对位置关系知X为He、Y为F、Z为S。所以F元素原子价电子排布为2s22p5；原子半径Z>Y；结合第一电离能在同周期和同主族间的变化规律知：He是第一电离能最大的元素；第一电离能F>S。故C正确。 12．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层电子数之和等于M、N层电子数之和；C元素是第3周期第一电离能最小的元素；D元素在第3周期中第一电离能最大。下列有关叙述错误的是(　　) A．四种元素A、B、C、D分别为O、Ca、Na、Ar B．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<C D．C元素的第二电离能远大于第一电离能 答案：C 解析：地壳中含量最多的元素为氧；由题意知B元素K层和L层电子数之和为10，则M层有8个电子，N层有2个电子，故B元素为钙；C元素是第3周期第一电离能最小的元素，为钠；第3周期中第一电离能最大的元素为氩。C项，A的简单离子O2－和C的简单离子Na＋具有相同的电子层结构，根据“序大径小”的规律知r(O2－)>r(Na＋)。 13．X、Y、Z、W是原子序数依次增大的短周期不同主族元素，X的最外层电子数是其电子层数的3倍，Y元素原子半径在同周期中最大，Z的3p轨道有3个未成对电子，X与Y的最外层电子数之和与W的最外层电子数相等。下列说法中错误的是(　　) A．X位于元素周期表p区 B．元素的第一电离能：W>Z>Y C．X、Y、W形成的简单离子半径：r(W)>r(X)>r(Y) D．Z的最高价含氧酸的钠盐溶液中有三种含Z元素的微粒 答案：D 解析：X、Y、Z、W是原子序数依次增大的短周期不同主族元素，X的最外层电子数是其电子层数的3倍，则X为O；Y元素原子半径在同周期中最大，则Y为Na；Z的3p轨道有3个未成对电子，则Z为P；X与Y的最外层电子数之和与W的最外层电子数相等，则W为Cl。X为O，位于元素周期表p区，A正确；同周期主族元素从左向右第一电离能呈增大趋势，则第一电离能：Cl>P>Na，B正确；X为O，Y为Na，W为Cl，形成的简单离子分别为O2－、Na＋、Cl－，半径：r(Cl－)>r(O2－)>r(Na＋)，C正确；P的最高价含氧酸的钠盐为Na3PO4，Na3PO4溶液中含P微粒有PO、HPO、H2PO、H3PO4，D错误。 二、非选择题 14．下图是原子序数为1～19的元素第一电离能的变化曲线(其中部分元素第一电离能已经标出数据)。结合元素在元素周期表中的位置，分析图中曲线的变化特点，并回答下列有关问题。 (1)碱金属元素中Li、Na、K的第一电离能分别为________kJ·mol－1、________kJ·mol－1、________kJ·mol－1。 (2)同主族中不同元素的第一电离能变化的规律为________________________________________________________________________________________________________________________________________________，碱金属元素这一变化的规律与碱金属的活泼性的关系是____________________________。 (3)钙元素的第一电离能的数值范围为________________________。 答案：(1)520　496　419　 (2)随着原子序数的增大，第一电离能逐渐变小　金属越活泼，其第一电离能越小　 (3)大于419小于738 解析：(3)根据电离能同周期、同主族的变化规律可知，Ca的第一电离能大于同周期的K的第一电离能(419 kJ·mol－1)同时小于同主族的Mg的第一电离能(738 kJ·mol－1)。 15．A～M代表元素周期表的部分元素，其相对位置如表所示。回答下列问题： (1)L元素位于元素周期表中的________区；M元素的原子结构示意图为____________，L、K分别形成简单离子的半径大小：______________(离子符号表示)。 (2)C、D、F元素的第一电离能的大小顺序为________(用元素符号表示)。 (3)D的简单氢化物和J的简单氢化物稳定性更强的是________(填化学式)。 (4)A、E、H、J四种元素的原子半径由大到小的排列顺序为________________(用元素符号表示)。 答案：(1)s　　Cl－＞Ca2＋　 (2)F＞N＞C　(3)NH3　(4)Na＞P＞O＞H 解析：(1)M元素是27号元素Co，根据其基态原子的电子排布式1s22s22p63s23p63d74s2可知，其原子结构示意图为；L、K分别形成的简单离子为Ca2＋、Cl－，两种离子的电子层结构相同，核电荷数大的离子半径小，则离子半径：Cl－＞Ca2＋。 (3)D和J是同主族元素，D的简单氢化物为NH3，J的简单氢化物为PH3，非金属性越强，简单氢化物越稳定，则稳定性：NH3＞PH3。 (4)一般来说，原子核外电子层数越多，原子半径越大，同周期主族元素，随着原子核电荷数的递增，原子半径减小，则A、E、H、J四种元素的原子半径由大到小的排列顺序为Na＞P＞O＞H。 16．现有a、b、c、d、e五种元素，其中前四种元素为短周期主族元素，且原子序数依次增大，e为第4周期元素，部分元素的有关信息如表所示，请回答下列问题。 a a的一种单质是自然界中硬度最大的固体单质 c c的基态原子的电子排布式为1s22s22p4 d d的基态原子核外3p轨道为半充满状态 e e在周期表中第11纵行 (1)a、c、e的元素符号分别为________、________、________。 (2)d的基态原子中能量最高的电子所占的原子轨道的形状是________，该原子轨道在空间有____个伸展方向。 (3)a、b、c三种元素的第一电离能由大到小的顺序为________(用元素符号表示)。 (4)e原子的价电子轨道表示式为________。 (5)元素e的第二电离能大于镍的第二电离能，原因是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。 答案：(1)C　O　Cu　(2)哑铃形　3 (3)N>O>C　(4) (5)Cu＋的价电子排布式为3d10，为全充满状态，比Ni＋稳定，较难失去电子 解析：由题意知，a、b、c、d、e分别为C、N、O、P、Cu。 14 学科网（北京）股份有限公司 $$