第1章 第3节 第1课时 原子半径、元素的电离能及其变化规律-【优化探究】2025-2026学年新教材高中化学选择性必修2同步导学案配套PPT课件（鲁科版）双选

优化探究 第1章　原子结构与元素性质 第3节　元素性质及其变化规律 第1课时　原子半径、元素的电离能及其变化规律   [课程标准要求]　1.了解核外电子排布与原子半径周期性变化的关系,能用原子结构的知识解释其周期性变化的原因。2.了解电离能的概念与内涵,认识主族元素第一电离能的变化规律。3.运用电离能解释元素的某些性质。 任务一　原子半径及其变化规律 任务二　元素的电离能及其变化规律 课时作业　巩固提升 任务一　原子半径及其变化规律 1.原子半径 (1)依据量子力学理论,在原子核外,从原子核附近到离核很远的地方,电子都有可能出现,因此原子并不是一个具有明确“边界”的实体,也就是说,原子并没有经典意义上的半径。人们为了便于研究核外电子运动区域的大小对元素原子的性质的影响,假定原子是一个球体,并采用统计的方法来测定原子半径。 (2)影响原子半径大小的因素 ①原子序数 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　　　　。  ②电子层数 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数增加的影响,导致原子半径　　　　。  减小　 增大 2.原子半径的周期性变化 (1)主族元素原子半径的变化规律 增大 减小 (2)过渡元素原子半径的变化规律 同一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。原因是过渡元素增加的电子都分布在(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。 3.原子半径和价电子数的应用 利用原子半径和价电子数,人们可以定性解释元素周期表中元素原子得失电子能力所呈现的递变规律。 (1)同周期元素原子的　　 　　相同,从左到右原子半径逐渐　　　,原子核对外层电子的吸引作用逐渐　　　。因此,除稀有气体元素外,从左到右,元素原子失去电子的能力越来　　,获得电子的能力越来　　　　。  电子层数 减小 增强 越弱 越强 (2)同主族元素原子的　　　　相同,但自上而下原子半径逐渐　　　　,原子核对外层电子的吸引作用逐渐　　　　。因此,自上而下,金属元素原子失去电子的能力越来　　　　,非金属元素原子获得电子的能力越来　　　　;位于元素周期表中金属元素与非金属元素分界线周围元素的原子获得或失去电子的能力都不强。  价电子数 增大　 减弱　 越强 越弱 1.各元素的原子半径总比其离子半径大。 (　　) 2.化合物中相邻两个原子的核间距为两个原子的半径之和。 (　　) 3.同周期元素从左到右,原子半径、离子半径均逐渐减小。 (　　) 4.原子是一个实心球,具有确定的原子半径。 (　　) 5.电子层数越多,原子半径一定越大。 (　　) 6.第3周期元素形成的简单离子,离子半径最小的是Al3+。(　　) × √ × × × √ 下列四种粒子的半径按由大到小的顺序排列正确的是　　 (填序号)。  ①基态X原子的结构示意图: 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原子有2个电子层,电子式为·︰ ③>①>②>④ (教参独具) 简单粒子半径大小的比较方法 1.原子半径 (1)同周期:左大右小; (2)同主族:上小下大; 例如原子半径: (3)不同周期、不同主族时,可根据元素周期表中的相对位置及变化规律,选择一个元素作桥梁来比较。如r(Rb)和r(Ca)比较,因r(K)>r(Ca),r(Rb)>r(K),所以r(Rb)>r(Ca)。 2.离子半径 (1)同种元素的微粒半径:阴离子>原子>低价阳离子>高价阳离子。 例如,r(Cl-)>r(Cl),r(Fe)>r(Fe2+)>r(Fe3+)。 (2)电子层结构相同的离子,核电荷数越大,半径越小。 例如,r(O2-)>r(F-)>r(Na+)>r(Mg2+)>r(Al3+)(序大径小)。 (3)带相同电荷的离子,电子层数越多,半径越大。例如,r(Li+)<r(Na+)< r(K+)<r(Rb+)<r(Cs+)。 (4)核电荷数、电子层数均不同的离子,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.下列微粒半径之比大于1的是(　　) A. C. B A项,同主族元素的原子半径从上到下依次增大,即r(Mg)<r(Ca),故<1,错误;B项,因K+、Ca2+具有相同的电子层结构,故离子半径随核电荷数的增大而减小,即r(K+)>r(Ca2+),故>1,正确;C项,同周期主族元素的原子半径从左到右依次减小,即r(S)<r(P),故<1,错误;D项,同种元素的阴离子半径>原子半径,即r(Cl-)>r(Cl),故<1,错误。   2.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 A 由电子排布式可知:A为磷原子,B为氮原子,C为氟原子,D为硫原子。根据同周期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。 3.下列各组微粒半径的大小比较错误的是(　　) A.r(K)>r(Na)>r(Li) B.r(Na+)>r(Mg2+)>r(Al3+) C.r(Mg2+)>r(Na+)>r(Al3+) D.r(Cl-)>r(F-)>r(F) C K、Na、Li位于元素周期表ⅠA族,分别在第4、3、2周期,同主族元素从上到下原子半径逐渐增大,则r(K)>r(Na)>r(Li),A项正确;Mg2+、Na+、Al3+三种微粒都具有和氖原子相同的电子层结构,根据具有相同电子层结构的离子,核电荷数越大,半径越小,可判断B项正确,C项错误;Cl-有3个电子层,F-、F有两个电子层,F-的半径大于F,D项正确。 任务二　元素的电离能及其变化规律 1.元素的电离能 (1)含义 气态基态原子或气态基态离子失去一个电子所需要的　　 　　称为电离能。符号:I,单位:kJ·mol-1。  (2)第一电离能 元素原子失去　 　的电离能称为第一电离能。符号:I1,单 位:kJ·mol-1。  最小能量 一个电子 (3)各级电离能 元素原子失去一个电子的基础上再失去一个电子的电离能称为第二电离能,符号:I2,单位:kJ·mol-1。第三、四电离能等以此类推,并且I1<I2<I3……这是因为离子的　　　　越来越大,　 　　　越来越小,失去这些电子需要的能量越来越高。  电荷数　 离子半径 2.电离能与气态原子失电子难易程度的关系 电离能越　　,表示在气态时该元素的原子(或离子)越容易　　　电子;反之,电离能越　　,表示在气态时该元素的原子(或离子)越难　　　电子。因此,运用元素的电离能数据可以判断金属元素的原子在气态时失去电子的难易程度。  小 失去 大 失去 3.第一电离能的变化规律 (1)同周期元素第一电离能的变化规律 在同周期中,从左到右,元素的第一电离能在总体上呈现　 　　的变化趋势,表示元素原子越来越难　　　　电子。  (2)同主族元素第一电离能的变化规律 同主族元素,自上而下第一电离能逐渐　　　　,表明自上而下原子越来越容易　　　　电子。  从小到大 失去 减小 失去 (3)过渡元素第一电离能的变化 过渡元素第一电离能的变化不太规则,过于同一周期的过渡元素而言,从左到右随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。 1.第一电离能小的元素的金属性一定强。 (　　) 2.M(g)→M2+(g)+2e-所需能量不是第二电离能。 (　　) 3.第二周期元素中,第一电离能介于B、N之间的元素有3种。 (　　) 4.元素的逐级电离能中,当电离能的值发生突变时,该电子所处的电子层发生了改变。(　　) × √ √ √ 　下表为Na、Mg、Al的电离能(单位:kJ·mol-1)。 　　　元素 电离能　　 Na Mg Al I1 496 738 577 I2 4 562 1 451 1 817 I3 6 912 7 733 2 745 I4 9 543 10 540 11 575 分析表中各元素电离能的变化,回答下列问题: (1)为什么同一元素的电离能逐级增大? 提示:原子失电子时,首先失去的是能量最高的电子,故第一电离能较小,原子失去电子后变成阳离子,离子半径变小,原子核对外层电子的吸引作用增强,从而使电离能逐级增大。 (2)钠原子为什么容易失去1个电子成为+1价的阳离子? 提示:钠原子的I2≫I1,说明钠原子很容易失去1个电子成为+1价阳离子,形成的Na+为1s22s22p6的稳定结构,原子核对外层电子的有效吸引作用变得更强,再失电子就很困难,因此,钠元素常见价态为+1价。 (3)解释表中I1(Mg)>I1(Al)的原因。 提示:ⅡA族元素原子最外电子层的s轨道处于全充满状态,p轨道处于全空状态,根据洪特规则特例则均属于相对稳定的状态,所以其第一电离能大于同周期相邻的ⅢA族元素。 (教参独具) 1.电离能的应用 2.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排布。 (2)具有全充满、半充满及全空的电子排布的元素稳定性较高,其第一电离能数值较大,如稀有气体的第一电离能在同周期元素中最大,N为半充满、Mg为全充满状态,其第一电离能均比同周期相邻元素大。一般情况,同周期中第一电离能:ⅡA>ⅢA,ⅤA>ⅥA。   1.下列各组元素按第一电离能增加顺序排列的是(　　) A.Li　Na　K　　　　　　 B.B　Be　Li C.O　F　Ne D.C　P　Se C 同主族元素从上到下失电子能力增强,第一电离能减小,第一电离能:Li> Na>K,故不选A;Be原子2s能级全充满,2p能级全空,结构稳定,第一电离能大于同周期相邻元素,第一电离能:Be>B>Li,故不选B;同周期元素从左到右,第一电离能有增大趋势,第一电离能:O<F<Ne,故选C;同主族元素从上到下,失电子能力增强,第一电离能减小,第一电离能:P>As,ⅤA族元素最外层p能级半充满,结构稳定,第一电离能大于同周期相邻元素,第一电离能:As>Se,所以第一电离能:P>Se,故不选D。 2.下列原子的价电子排布式中,对应的第一电离能最大的是(　　) A.3s23p1 B.3s23p2 C.3s23p3 D.4s24p4 C 由题述各项元素原子的价电子排布式可知C项中3p能级处于半充满状态,电子能量低,原子较稳定,故第一电离能最大。 3.(双选)下列关于元素第一电离能的说法不正确的是(　　) A.钾的第一电离能小于钠的,故钾的金属性强于钠 B.因同周期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.价电子排布为ns2np6(若只有K层时为1s2)的原子,第一电离能较大 D.对于同一种元素而言,原子的电离能:I1>I2>I3>…… BD A项,同一主族从上到下,元素的第一电离能越来越小,金属性越来越强,正确;B项,同周期的ⅡA族与ⅤA族元素,第一电离能出现了反常,不正确;C项,价电子排布为ns2np6(若只有K层时为1s2)的原子为稀有气体原子,第一电离能较大,正确;D项,同一种元素原子的电离能:I1<I2<I3<……,错误。 课时作业　巩固提升 2 3 4 5 6 7 8 1 [A组　基础落实] 题组一　原子半径及其变化规律 1.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.NaBr C.KCl D.CsF 9 10 11 12 A 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 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 12 2.下列各组元素中,原子半径依次增大的是(　　) A.Li　K　Rb　　　　　 B.I　Br　Cl C.O　Na　S D.Al　Si　P 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 A 11 12 原子半径依次增大,A对;原子半径依次减小,B错;O原子半径最小,Na原子半径最大,C错;原子半径依次减小,D错。 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 12 3.下列各组微粒半径的比较正确的是(　　) ①Cl<Cl-<Br-　②F-<Mg2+<Al3+ ③Ca2+<Ca<Ba　④S2-<Se2-<Br- A.①和③ B.①和② C.③和④ D.①和④ 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 A 11 12 同种元素:阳离子半径<原子半径,原子半径<阴离子半径,则半径:Cl<Cl-, Ca2+<Ca。①Cl-、Br-的最外层电子数相同,电子层数越多,离子半径越大,所以离子半径:Cl-<Br-,①正确;②Al3+、Mg2+、F-的核外电子排布相同,核电荷数依次减小,则离子半径:Al3+<Mg2+<F-,②错误;③Ca、Ba的最外层电子数相同,电子层数越多,原子半径越大,则半径:Ca<Ba,③正确;半径应为Se2->Br-,④错误。 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 12 4.下列各组元素中按微粒半径递增顺序排列的是(　　) A.K　Na　Li B.N　O　F C.Ca2+　K+　Cl- D.Ba2+　Ca2+　Mg2+ 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 C 11 12 同主族元素自上而下原子半径逐渐增大,则原子半径大小为Li<Na<K,A项错误;同周期元素自左而右原子半径逐渐减小(稀有气体除外),则原子半径大小顺序为N>O>F,B错误;离子电子层结构相同,核电荷数越大离子半径越小,则离子半径大小为Ca2+<K+<Cl-,C正确;同主族元素,离子电子层越多,离子半径越大,则离子半径大小为Ba2+>Ca2+>Mg2+,D错误。 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 12 题组二　元素的电离能及其变化规律 5.(双选)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小 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 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 AB 11 12 同周期中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,故A项正确,C项不正确;由于镁的价电子排布式为3s2,Mg具有3s轨道全充满、3p轨道全空的较稳定结构,而铝的价电子排布式为3s23p1,故铝的第一电离能小于镁的,B项正确;钾比镁更易失去电子,钾的第一电离能小于镁的,D项不正确。 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 12 6.具有下列电子层结构的原子,其第一电离能由大到小排列正确的是 (　　) ①3p轨道上只有一对成对电子的原子　②价电子排布式为3s23p6的原子　③3p轨道为半充满的原子 ④正三价的阳离子结构与氖相同的原子 A.①②③④ B.③①②④ C.②③①④ D.②④①③ 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 C 11 12 由题意知,①是硫原子,②是稀有气体氩原子,③是磷原子,④是铝原子。根据元素第一电离能变化规律知铝的第一电离能最小,S的核电荷数虽然比P大,但磷原子3p轨道半充满,比较稳定,故P的第一电离能大于S,同一周期中,稀有气体元素原子第一电离能最大。 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 12 7.下列叙述中正确的是(　　) A.同周期元素中,ⅦA族元素的原子半径最小 B.ⅥA族元素的原子,其半径越大,越容易得到电子 C.同一元素的电离能:I1>I2>I3>I4>…… D.同一周期中,碱金属元素的第一电离能最大 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 A 11 12 同周期,从左到右,原子半径逐渐减小,得电子能力逐渐增强。在同周期元素中ⅦA族元素的原子半径最小,故A正确;同主族元素中,原子半径越大,越难得电子,故B错误;同一元素的逐级电离能逐渐增大,I1<I2<I3<I4<……,故C错误;同周期中,碱金属元素的第一电离能最小,故D错误。 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 12 8.下列电子排布式的原子中,第一电离能最小的是(　　) A.ns2np3 B.ns2np4 C.ns2np5 D.ns2np6 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 B 11 12 ns2np3处在半充满状态,ns2np6处在全充满状态,均是能量较低的状态;而ns2np4和ns2np5中,ns2np4容易失去一个电子变成ns2np3半充满较稳定状态,因此第一电离能最小,故B正确。 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 12 9.(双选)某元素X的逐级电离能如图所示,下列说法正确的是(　　) A.X元素可能显+3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+ 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 AD 11 12 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、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。 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 12 10.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(　　) 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 12 元素 I1 I2 I3 I4 Q 2 080 4 000 6 100 9 400 R 500 4 600 6 900 9 500 S 740 1 500 7 700 10 500 T 580 1 800 2 700 11 600 U 420 3 100 4 400 5 900 A.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 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 12 由元素的电离能可以看出,Q的第一电离能很大,可能是0族元素,A正确;R和U的第一电离能较小,第二电离能剧增,故表现+1价,最外层电子数为1,S的第一、第二电离能较小,第三电离能剧增,故表现+2价,最外层电子数为2,R和U的第一至第四电离能变化规律相似,即R和U可能在同一主族,S不可能与U在同一主族,B错误;U的第一电离能较小,最外层电子数为1,U元素可能在元素周期表的s区,C正确;T的第一、第二、第三电离能较小,第四电离能剧增,表现+3价,最外层电子数为3,因此原子的价电子排布式为ns2np1的可能是T元素,D正确。 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 12 11.X、Y、Z、W为前四周期原子序数依次增大的四种元素,X、Y、Z的原子半径和最外层电子数如图所示。W的基态原子最外层只有1个电子且内层电子全部充满。下列说法正确的是(　　) A.第一电离能:X<Y B.X、Y的简单氢化物的稳定性:X>Y C.Z元素最高正化合价为+7 D.基态W原子的电子排布式:1s22s22p63s23p64s1 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 12 C X、Y、Z、W为前四周期原子序数依次增大的四种元素,X最外层电子数为5且半径小于Z,则为N元素;Y最外层电子数为6且半径小于X,则为O元素;Z最外层电子数为7,且原子半径大于X,Z为Cl元素,基态W原子最外层只有1个电子且内层电子全部充满且W原子序数大于Z,则基态W原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s1 ,W为Cu元素,据此分析解题。 由分析可知,X为N元素,Y为O元素,则N:1s22s22p3,O:1s22s22p4,N处于半充满状态,第一电离能:N>O,A错误;由分析可知,X为N元素,Y为O元素,则非金属性:O>N,非金属性越强,简单氢化物越稳定,则稳定性:H2O>NH3,B错误;Z为Cl元素,最高正化合价为+7,故C正确;W为Cu元素,其基态原子的电子排布式:1s22s22p63s23p63d104s1,故D错误。 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 12 12.下表是几种短周期金属元素原子的逐级电离能: 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 12 元素 X Y Z 电离能/ (kJ·mol-1) I1 519 502 580 I2 7 296 4 570 1 820 I3 11 799 6 920 2 750 I4   9 550 11 600 请仔细阅读表中信息,回答下列问题: (1)由表中数据可知,从第一电离能到第四电离能,原子的逐级电离能越来越大,原因是___________________________________________________ _________________________________________________________。  2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 12 随着核外电子的不断失去,原子核对核外电子的吸引力逐渐增强,失去电子越来越难,需要的能量越来越多,故电离能逐级增大 (1)随着核外电子的不断失去,原子核对核外电子的吸引力逐渐增强,失去电子越来越难,需要的能量越来越多,故电离能逐级增大。 (2)X的元素符号是　　　　,Z元素常见的最高正化合价是　　　　。  2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 12 Li　 +3 (2)X原子核外有3个电子,故为Li元素;Z元素的I4≫I3>I2>I1,所以Z元素原子容易失去3个电子,呈+3价。 $$