第一章 第二节 第2课时 电离能和电负性 课件1-2024-2025学年高中化学选择性必修2同步课件PPT（人教版2019）

第2课时　电离能和电负性 第二节　原子结构与元素的性质 化学 1.能说出元素第一电离能、电负性的含义。 2.能描述主族元素第一电离能、电负性变化的一般规律,从电子排布的角度对这些规律进行解释,形成“位”“构”“性”关系的认知模型。 学习目标 3.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。 4.能说明构建思维模型在人类认识原子结构过程中的重要作用,培养“宏观辨识与微观探析”“证据推理与模型认知”的化学学科核心素养。 重点： 第一电离能和电负性的周期性变化规律。 难点： 电离能、电负性的含义以及与元素其他性质的关系。 学习重难点 导入新课 这些规律,都是“定性”地描述不同原子吸引电子能力的强弱,对于C、H非金属性的强弱比较,定性规律无法解释。为了解决这个问题,我们引入“电离能”这一概念,它是从定量角度描述原子或离子失去电子能力强弱的物理量。 ①同周期元素从左到右,非金属性逐渐增强; ②同主族元素从上到下,非金属性逐渐减弱。 【提出问题】元素非金属性(原子吸引电子的能力)强弱的递变规律是什么?这些规律能否用来解释C元素的非金属性强于H元素? 课堂探究 一、电离能的概念及变化规律 【任务1】认真阅读教材,明确电离能的概念及意义。 电离能研究的是气态原子或离子失去电子的能力,在必修阶段我们学习了元素金属性递变规律,它涉及的也是失电子能力的问题,请同学们结合以下问题,思考讨论电离能与金属性有什么关系? 课堂探究 一、电离能的概念及变化规律 【任务1】认真阅读教材,明确电离能的概念及意义。 【问题1-1】 ①电离能反映了原子失去电子的能力大小,电离能越小,表示越难还是越容易失去电子? 一般来说,电离能越小,越容易失去电子。 ②原子越容易失去电子,则金属性越强还是越弱? 原子越容易失去电子,金属性越强。 课堂探究 一、电离能的概念及变化规律 【任务1】认真阅读教材,明确电离能的概念及意义。 【问题1-2】气态原子或离子失去电子为什么需要能量? 失去电子需要克服来自原子核的吸引力。 【问题1-3】这种引力和哪些因素有关系呢? 可以用库仑定律来解释,电子与原子核间的作用力与电荷量的乘积成正比,与距离(原子半径)的平方成反比。 影响电离能的因素:核电荷数、原子半径。 课堂探究 一、电离能的概念及变化规律 根据电离能的概念,我们把处于基态的气态原子失去一个电子,形成+1价阳离子所需要的最低能量称为第一电离能,用符号I1表示;由气态的+1价阳离子再失去一个电子,形成+2价阳离子所需要的能量称为第二电离能,可用I2表示,依次类推,还有第三、第四电离能。 课堂探究 一、电离能的概念及变化规律 【问题1-4】气态原子和气态离子失去一个电子所需要的能量一样吗?换句话说,同一元素的逐级电离能之间有什么关系,出现这种变化的原因是什么? 同一元素的电离能逐级增大。 原因:随着电子的逐个失去,阳离子所带的正电荷数越来越大,再要失去一个电子所需要克服的吸引力也越来越大,消耗的能量也越来越多,所以原子的电离能逐级增大。 课堂探究 一、电离能的概念及变化规律 【问题1-5】分析教材P24“思考与讨论”的表格数据,说明这些数据跟钠、镁、铝的化合价有什么联系? 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,所以钠容易形成+1价钠离子;同理镁的第一、第二电离能相差不大,但第三电离能比第二电离能大很多,说明镁容易形成+2价镁离子;铝的第一、第二、第三电离能相差不大,但第四电离能比第三电离能大很多,说明铝容易形成+3价铝离子。 课堂探究 一、电离能的概念及变化规律 电离能逐级增大的规律应用 应用Ⅰ:判断元素化合价。 应用Ⅱ:证明原子核外电子分层排布。 【归纳】 【任务2】在元素周期表中,元素原子的第一电离能有什么变化规律?利用前面分析电离能的影响因素及其与金属性的关系来预测同周期、同主族元素的第一电离能变化规律。 课堂探究 一、电离能的概念及变化规律 课堂探究 一、电离能的概念及变化规律 以第ⅠA族为例,同主族元素,总体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。这是因为同主族元素原子的价电子数相同,但自上而下,原子半径逐渐增大,原子核对外层电子的有效吸引作用逐渐减弱。 以第二周期为例,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,元素的第一电离能呈现增大趋势,表示元素原子越来越难失去电子。这是因为同周期元素原子能层数相同,但随着核电荷数增多,原子半径逐渐减小,原子核对外层电子的有效吸引力作用逐渐增强。 课堂探究 一、电离能的概念及变化规律 ①同周期元素,从左至右,第一电离能_______________;  ②同主族元素,从上至下,第一电离能___________。  呈现增大趋势 逐渐减小 课堂探究 一、电离能的概念及变化规律 【问题1-6】请同学们思考为什么稀有气体元素的第一电离能是同周期中最大的? 稀有气体原子电子排布的稳定性是决定稀有气体第一电离能较大的主要因素。 课堂探究 一、电离能的概念及变化规律 【问题1-7】能不能用相同的观点解释为什么第ⅡA族和第ⅤA族元素的第一电离能会比相邻元素的大呢?请大家书写第二周期Be、N原子的价层电子排布式。 Be原子的价层电子排布式为2s2,N原子的价层电子排布式为2s22p3。从核外电子排布式可知Be原子的2s能级轨道为全充满结构,N原子的2p能级轨道为半充满结构,原子的能量较低,更稳定。因此,这些元素原子具有更大的第一电离能。 课堂探究 一、电离能的概念及变化规律 电离能的影响因素: 第一电离能的大小是核电荷数、原子半径、原子的价层电子排布等众多因素共同影响的结果。 概念辨识: 金属活动性顺序表示自左向右,在水溶液中金属原子失去电子越来越困难。电离能是指基态原子在气态时失去电子成为气态阳离子的能力,它是基态原子在气态时活泼性的量度。由于金属活动性顺序与电离能所对应的条件不同,所以二者不可能完全一致。 课堂探究 一、电离能的概念及变化规律 同学们观察教材P23图1-22可以看出,以第四周期过渡元素为例,其第一电离能的变化不太规律,对于同一周期过渡元素的第一电离能来说,从左到右随着原子序数的增加,第一电离能总体上略有增大,这是因为这些元素的原子,增加的电子大部分排在了(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太明显。 课堂探究 二、认识电负性 电离能的大小,只能体现原子(或离子)吸引电子能力的大小,而当原子彼此间吸引,竞争电子时,已经不仅涉及单个原子,所以这些数据都不能准确地描述了。为了解决这个问题,20世纪著名的化学家鲍林提出了“电负性”这一概念。 电负性就是鲍林将单个原子的参数组合成两原子之间的关系,用以描述原子间吸引电子能力的强弱。 课堂探究 二、认识电负性 ①同周期主族元素从左到右,电负性逐渐增大。 ②同主族元素从上到下,电负性逐渐减小。 电负性的变化规律 课堂探究 二、认识电负性 【问题2-1】根据刚才归纳而来的规律,元素周期表中电负性最大的元素是________。 电负性可定量描述原子间吸引电子能力的强弱,这一概念的提出可以解决许多化学问题。 氟元素 课堂探究 二、认识电负性 【归纳】电负性的应用： ①可以作为判断元素金属性和非金属性强弱的依据。非金属元素的电负性一般大于1.8,金属元素的电负性一般小于1.8。类金属元素电负性在1.8左右,如硅、锗等。 ②可判断化学键的键型。两个成键元素电负性相差大于1.7一般为离子键,电负性相差小于1.7一般为共价键。 ③可以判断元素在化合物中化合价的正、负。电负性相对较大的元素显负价。 Li、Be和B为同周期元素,同周期元素从左至右,第一电离能呈现增大的趋势;但由于基态Be原子的s能级轨道处于全充满状态,能量更低更稳定,故其第一电离能大于B元素 【例1】 Goodenough等人因在锂离子电池及钴酸锂、磷酸铁锂等正极材料研究方面的卓越贡献而获得2019年诺贝尔化学奖。回答下列问题: Li及其周期表中相邻元素的第一电离能(I1)如表所示。I1(Li)>I1(Na),原因是____________________________________________________________________。I1(Be)>I1(B)>I1(Li),原因是______________________________________________________________________。 课堂练习 Na元素与Li元素同主族,Na元素的能层数更大,原子半径更大,故第一电离能更小 I1/(kJ·mol-1) Li 520 Be 900 B 801 Na 496 Mg 738 Al 578 ________________________________________________________________ 【例2】 钙钛矿(CaTiO3)型化合物是一类可用于生产太阳能电池、传感器、固体电阻器等的功能材料,回答下列问题: CaTiO3的组成元素的电负性大小顺序是____________。 课堂练习 O>Ti>Ca 【例3】 在普通铝中加入少量Cu和Mg后,形成一种称为拉维斯相的MgCu2微小晶粒,其分散在Al中可使得铝材的硬度增加、延展性减小,形成所谓“坚铝”,是制造飞机的主要材料。回答下列问题: 下列状态的镁中,电离最外层一个电子所需能量最大的是__________(填字母)。  课堂练习 A 【例4】 Li是最轻的固体金属,采用Li作为负极材料的电池具有小而轻、能量密度大等优良性能,得到广泛应用。回答下列问题: Li2O是离子晶体,其晶格能可通过下图的Born—Haber循环计算得到。 可知,Li原子的第一电离能为___________kJ·mol-1。 课堂练习 520 【例5】 锌在工业中有重要作用,也是人体必需的微量元素。回答下列问题: 黄铜是人类最早使用的合金之一,主要由Zn和Cu组成。第一电离能:I1(Zn)______(填“大于”或“小于”)I1(Cu)。原因是_______________________________________________。 课堂练习 Zn核外电子排布为全充满的稳定结构,较难失电子 大于 同周期元素随着核电荷数依次增大,原子半径逐渐变小,故结合一个电子释放出的能量依次增大 【例6】 我国科学家最近成功合成了世界上首个五氮阴离子盐(N5)6(H3O)3(NH4)4Cl(用R代表)。回答下列问题: 元素的基态气态原子得到一个电子形成气态负一价离子时所放出的能量称作第一电子亲和能(E1)。第二周期部分元素的E1变化趋势如上图所示,其中除氮元素外,其他元素的E1自左而右依次增大的原因是______________________________________________________;氮元素的E1呈现异常的原因是_______________________________________________________。 课堂练习 ________________________________________ 氮元素的2p能级处于半充满状态,相对稳定,不易结合一个电子 课堂小结 一、电离能的概念及变化规律 1. 概念：电离能是指气态原子或气态离子失去一个电子所需要的最小能量。第一电离能是指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。 2. 影响因素：核电荷数、原子半径、电子层结构。 3.应用：判断元素的金属性和非金属性强弱、判断元素在化合物中的化合价。 4.变化规律：（1）同周期元素：从左到右，第一电离能呈增大趋势。 （2）同主族元素：从上到下，第一电离能逐渐减小。 课堂小结 二、认识电负性 1. 概念：电负性是用来描述不同元素的原子对键合电子吸引力的大小。电负性越大的原子，对键合电子的吸引力越强。 2.变化规律： （1）同周期元素：从左到右，电负性逐渐增大。 （2）同主族元素：从上到下，电负性逐渐减小。 3. 应用：判断元素的金属性和非金属性强弱、判断化学键的类型、判断化合物中元素的化合价正负。 布置作业 完成学案中的【素养专练】。 完成教材第P28~29第2、3、4、6、7、10、11、12题。 谢谢大家 $$