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（Word教参）-【精讲精练】2025-2026学年高中化学选择性必修第二册（鲁科版）

本高中化学讲义聚焦原子半径、元素电离能及其变化规律核心知识点，系统梳理从原子结构（电子层数、核电荷数）解释同周期、同主族及过渡元素原子半径的递变规律，进而关联元素得失电子能力，同时阐述电离能的概念、周期性变化及应用，搭建“结构-性质”认知支架。 该资料通过“微粒半径比较误区”辨析、电离能数据图表分析等设计，结合例题解析与方法总结，培养学生基于证据推理的科学思维和“结构决定性质”的化学观念。课中辅助教师高效授课，课后助力学生巩固知识、查漏补缺。

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 [素养目标]　1.了解原子半径的周期性变化规律，能用原子结构的知识解释其周期性变化的原因。2.理解电离能的概念，知道电离能的周期性变化规律和应用，并能用原子结构的知识解释其周期性变化的原因。 知识点一　原子半径及其变化规律 1.原子半径含义 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原子半径。 2.原子半径的影响因素 3.原子半径的变化规律及其原因 (1)同周期主族元素，从左到右随着原子序数的增大，元素原子半径逐渐减小(除稀有气体元素外)，其原因为增加的电子排布在同一电子层，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。 (2)同主族元素，自上而下随着原子序数的增大，元素原子半径逐渐增大，其原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。 (3)同周期过渡元素，从左到右随着原子序数的增大，元素原子半径逐渐减小，但变化幅度不大，其原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的排斥作用的总体效果差别不大。 4.原子半径的应用——分析元素原子得失电子的能力 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)同周期主族元素原子的电子层数相同，从左到右原子半径逐渐减小，原子核对外层电子的吸引作用逐渐增强。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越弱，获得电子的能力越来越强。 (2)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吸引作用逐渐减弱。因此，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。 同周期元素和同主族元素原子结构递变的综合结果是：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。 1.电子层数越多，原子半径越大吗？ 提示：不一定。如锂原子半径大于氯的原子半径。 2.根据原子半径的周期性变化规律，比较S与F两种元素的原子半径大小？ 提示：可找出其中一种元素的同主族元素作为参照进行比较，如比较S与F原子半径的大小，可引入O元素，可通过原子半径S>O>F比较。 3.根据元素周期律能否比较Li、Mg元素原子失电子能力的强弱？ 提示：不能比较，因为失电子能力：Li>Be、Mg>Be或Na>Mg、Na>Li，无法比较Li、Mg元素原子失电子能力的强弱。 4.根据微粒的结构，比较下列微粒半径大小： ①Al3＋、F—、O2－、Mg2＋　②Al、Si、Na、Mg　 ③F－、Cl－、Br－、I－　④Fe2＋、Fe3＋、Fe 提示：①O2－＞F—＞Mg2＋＞Al3＋　②Na＞Mg＞Al＞Si　③F－＜Cl－＜Br－＜I－　④Fe3＋＜Fe2＋＜Fe 对微粒半径的认识误区 (1)微粒半径要受电子层数、核电荷数和核外电子数的综合影响，并不是单独地取决于某一方面的因素。 (2)原子电子层数多的原子半径不一定大，如锂的原子半径为0.152 nm，而氯的原子半径为0.099 nm。 (3)对于同一种元素，并不是原子半径一定大于离子半径。如Cl－的半径大于Cl的半径。 1.下列关于微粒半径的说法正确的是(　　) A.电子层数少的原子的半径一定小于电子层数多的原子的半径 B.核外电子层结构相同的单核粒子，半径相同 C.质子数相同的不同单核粒子，电子数越多半径越大 D.原子序数越大，原子半径越大 解析　由于同周期主族元素从左到右原子半径逐渐减小，故ⅦA族元素的原子半径不一定比上一周期ⅠA族元素原子半径大，如r(Li)>r(S)>r(Cl)。对于核外电子层结构相同的单核离子和原子，半径是不同的。质子数相同的不同单核粒子，阴离子半径>原子半径>阳离子半径。原子序数越大，原子半径不一定越大，对于同周期主族元素(稀有气体除外)，原子序数越大，原子半径越小。 答案　C 2.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 解析　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，Br－的电子层数多，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，Ba的电子层数多，则半径：Ca<Ba，③正确；④半径应为Se2－>Br－，④错误。 答案　A 3.已知基态An＋、B(n＋1)＋、Cn－、D(n＋1)－都有相同的电子层结构，则A、B、C、D的原子半径由大到小的顺序是(　　) A.C>D>B>A B．A>B>C>D C.D>C>A>B D．A>B>D>C 解析　电子层结构相同的基态离子An＋、B(n＋1)＋、Cn－、D(n＋1)－，阳离子在阴离子的下一周期，则原子序数大小顺序是B>A>C>D，一般来说，电子层数越多，原子半径越大，同一周期主族元素原子半径随着原子序数的增大而减小，C、D处于同一周期，原子半径：D>C；A、B处于同一周期，原子半径：A>B，故原子半径大小顺序是A>B>D>C，D正确。 答案　D 4.(2025·江苏南通期中)下列四种粒子中，半径按由大到小排列正确的是(　　) ①X的原子结构示意图为 ②基态Y原子的价电子排布式为3s23p5 ③基态Z2－的轨道表示式为 ④基态W原子有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 解析　X的原子结构示意图为，则X为S原子；基态Y原子的价电子排布式为3s23p5，则Y为Cl原子；基态Z2－的轨道表示式为，则Z2－为S2－；基态W原子有2个电子层，结合电子式可知，W为F原子。同主族元素从上到下，原子半径逐渐增大，则半径：F＜Cl，同周期主族元素随原子序数增大，原子半径逐渐减小，则半径：S＞Cl，同种元素的阴离子的半径大于原子半径，则半径：S＜S2－。所以半径：S2－＞S＞Cl＞F，即③＞①＞②＞④，故选C。 答案　C 比较微粒半径大小的方法 (1)同周期主族元素的原子半径、最高价阳离子半径、最低价阴离子半径：随着原子序数的增大，半径都依次减小。如第3周期：①Na>Mg>Al>Si>P>S>Cl；②Na＋>Mg2＋>Al3＋；③P3－>S2－>Cl－。　 (2)同主族元素的原子半径、相同价态阳离子半径或阴离子半径：随着核电荷数增大，半径依次增大。如：①ⅠA族Li<Na<K<Rb<Cs；②ⅠA族Li＋<Na＋<K＋<Rb＋<Cs＋；③ⅦA族F－<Cl－<Br－<I－。 (3)核外电子排布(即电子层结构)相同的离子半径：随核电荷数增大，半径依次减小。如离子半径：O2－>F－>Na＋>Mg2＋>Al3＋、P3－>S2－>Cl－>K＋>Ca2＋。 (4)同种元素形成的粒子半径：阳离子<中性原子<阴离子，且阳离子价态越高，半径越小。如粒子半径：Fe3＋<Fe2＋<Fe，Cl<Cl－，H＋<H<H－。 (5)核电荷数和电子数都不同的粒子，一般通过参照物判断。如比较Al3＋和S2－的半径，可找出O2－作为参照物来比较，因为离子半径Al3＋<O2－、O2－<S2－，故Al3＋<S2－。 知识点二　元素的电离能及其变化规律 1.电离能及其分类 (1)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叫做电离能，常用符号I表示，单位是kJ·mol－1。 (2)分类 M(g)M＋(g)M2＋(g)M3＋(g)…。 2.电离能的意义 (1)电离能越小，该气态原子(或离子)越容易失去电子。 (2)电离能越大，该气态原子(或离子)越难失去电子。 3.电离能的变化规律及影响因素 主族元素 同周期 规律 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 原因 同周期元素原子电子层数相同，随着核电荷数增大，原子核对外层电子的有效吸引作用增强 同主族 规律 从上到下，元素的第一电离能总体上逐渐减小 原因 同主族元素原子的价电子数相同，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 过渡元素 同周期 规律 从左到右，元素的第一电离能变化不太规则，总体上略有增加 原因 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 同种 元素 规律 同种元素的原子电离能逐级增大，并且有突跃现象 原因 原子首先失去的是能量最高的电子，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引力增强，从而使电离能逐级增大；不同电子层上电子的能量差别较大，从而造成电离能的突跃 4.电离能的应用 (1)判断金属原子在气态时失电子的难易。电离能越小，表明该原子越易失电子。 (2)根据同一原子的逐级电离能的突跃，判断元素的分层排布规律及主要化合价。如对于主族元素来说，In＋1≫In，则元素最外层有n个电子，易呈现＋n价。 1.ⅡA族和ⅤA族元素的第一电离能比同周期的相邻元素都高，为什么？ 提示：同周期中，ⅡA族元素的价电子排布为ns2，ⅤA族元素的价电子排布为ns2np3，分别为全充满和半充满状态，比较稳定，失去一个电子需要的能量大，所以第一电离能比同周期相邻元素的要高。 2.根据教材中元素第一电离能的数据，分析为什么钠元素的常见价态为＋1价？ 提示：钠的第一电离能远远小于它的第二电离能，所以钠原子很容易失去一个电子成为＋1价的阳离子，从而形成具有稀有气体元素原子的稳定状态。此时原子核对外层电子的有效吸引作用更强，很难再失去第2个电子，因此钠元素的常见化合价为＋1价。 3.Mn、Fe均为第4周期过渡元素，两元素的部分电离能数据列于下表： 元素 Mn Fe 电离能/ (kJ·mol－1) I1 717 759 I2 1 509 1 561 I3 3 248 2 957 回答下列问题： Mn元素价电子层的电子排布式为________，比较两元素的I2、I3可知，气态Mn2＋再失去一个电子比气态Fe2＋再失去一个电子难，对此，你的解释是 ________________________________________________________________________________________________________________________________________________。 提示：3d54s2　由Mn2＋转化为Mn3＋时，3d能级由较稳定的3d5半充满状态转变为不稳定的3d4状态(或Fe2＋转化为Fe3＋时，3d能级由不稳定的3d6状态转变为较稳定的3d5半充满状态) 1.电离能的影响因素有核电荷数、原子半径和电子层结构。 2.元素第一电离能的变化趋势图 (1)主族：元素的第一电离能随着原子序数的递增呈现周期性变化。 (2)过渡元素的第一电离能的变化不太规则，对同一周期的元素而言，总体上随元素原子序数的增加第一电离能从左到右略有增加。 1.同周期元素具有下列价电子排布的原子中，第一电离能最小的是(　　) A.ns2np3 B．ns2np4 C.ns2np5 D．ns2np6 解析　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，不易失去电子；ns2np4和ns2np5比较，ns2np4容易失去一个电子变成ns2np3半充满的较稳定状态，因此更容易失去电子，第一电离能最小，故B正确。 答案　B 2.在下列各组元素中，有一组原子的第一电离能分别是1 086 kJ·mol－1、1 402 kJ·mol－1、1 313 kJ·mol－1。那么这组元素是(　　) A.C、N、O　　　　 B．Na、F、Ne C.B、Be、C D．S、Cl、Ar 解析　通过数据分析，第一电离能先增大后减小，N原子的核外电子排布式为1s22s22p3，由于处于半充满的稳定状态，失去电子较难，因此其第一电离能大于C和O，且C＜O，其他三组元素的第一电离能从左到右均依次增大。 答案　A 3.第3周期主族元素的I1、I2、I3的变化如图所示，则图a、b和c中纵轴代表的电离能依次是(　　) A.I1、I2、I3 B．I2、I3、I1 C.I3、I2、I1 D．I1、I3、I2 解析　Mg的3s能级处于全充满状态，其I1比Al的I1大，且Al的I1比Na的I1大，则图c的纵轴代表I1，比较图a、b、c中Mg元素的电离能可知，图b中Mg元素的电离能远大于图a、c中Mg元素的电离能，则图b的纵轴表示I3，B项正确。 答案　B 4.不同元素的气态原子失去最外层一个电子所需要的能量(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，并回答下列问题。 (1)同主族内不同元素的E值的变化特点是____________________。同周期主族元素的E值的变化特点是______________________________________________________________。 (2)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。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)试根据图中数据特点预测下列关系中正确的是________(填序号)。 ①E(砷)>E(硒)　②E(砷)<E(硒)　③E(溴)>E(硒)　④E(溴)<E(硒) (4)估计1 mol气态Ca原子失去最外层一个电子所需要的能量E值的范围：______ kJ·mol－1 <E<________ kJ·mol－1。 (5)10号元素E值较大的原因是_________________________________________________ ________________________________________________________________________。 解析　(1)从H、Li、Na、K等可以看出，同主族元素随原子序数的增大，E值变小；从Li到Ne、从Na到Ar可以看出，同周期主族元素随着原子序数的增大，E值整体上呈增大趋势。(2)Li、Na、K的原子序数分别为3、11、19，图中对应的第一电离能分别为500 kJ·mol－1、496 kJ·mol－1、419 kJ·mol－1，金属越活泼，其第一电离能越小。(3)从第2、3周期可以看出，E(氮)>E(氧)，E(磷)>E(硫)，ⅣA族元素的E值出现反常现象，比同周期相邻元素E值都低，故可推知第4周期中E(砷)>E(硒)。但ⅥA族元素和ⅦA族元素的E值未出现反常，所以E(溴)>E(硒)。(4)根据同主族、同周期元素第一电离能的变化规律可以推测：1 mol气态Ca原子失去最外层一个电子所需要的能量比同周期元素钾的要大，比同主族元素Mg的要小，故其E值应在419 kJ·mol－1～738 kJ·mol－1之间。(5)10号元素是Ne，它的原子最外层电子排布已达8电子稳定结构，故其失去电子困难，需要的能量E值较大。 答案　(1)随着原子序数的增大，E值变小　随着原子序数的增大，E值总体上呈增大趋势 (2)500　496　419　碱金属越活泼，其第一电离能越小 (3)①③ (4)419　738 (5)10号元素是氖，其原子的最外层电子排布已达到了8电子稳定结构 1.X元素的基态简单阳离子和Y元素的基态简单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＞Y B.原子半径：X＜Y C.原子序数：X＜Y D.原子最外层电子数：X＜Y 解析　具有相同核外电子层结构的基态离子，核电荷数越大，离子半径越小，X元素的核电荷数大于Y，则简单离子半径：X＜Y，A错误；同周期主族元素从左到右，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的下一个周期，则原子半径：X＞Y，B错误；X位于Y的下一个周期，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形成阳离子，Y形成阴离子，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。 答案　D 2.下列说法正确的是(　　) A.(2024·甘肃卷节选)原子半径：O<N<C B.(2024·甘肃卷节选)第一电离能：C<N<O C.(2024·上海卷节选)在所有元素中，氟原子半径最小 D.(2024·上海卷节选)在所有元素中，氟原子第一电离能最大 解析　C 、N 、O都是第2周期的元素，其原子序数依次递增；同一周期的元素，从左到右原子半径依次减小，因此，原子半径从小到大的顺序为O<N<C，A正确；同一周期的元素，从左到右电离能呈递增的趋势，其中ⅡA族和ⅤA族的元素因其原子结构相对较稳定而出现反常，使其电离能大于同周期相邻的元素，因此，第一电离能从小到大的顺序为C<O<N，B错误；同一周期主族元素从左至右，随着原子序数的递增原子半径递减，氟原子在本周期主族元素中半径最小，但氢原子半径小于氟原子半径，C错误；同一周期主族元素从左至右，第一电离能有增大的趋势，氟原子在本周期主族元素中第一电离能最大，但氦原子的第一电离能大于氟原子，D错误。 答案　A 3.下列各组元素中，按原子半径依次减小、元素第一电离能逐渐升高的顺序排列的是(　　) A.K、Na、Li　　　　 B．Al、Mg、Na C.N、O、C D．Cl、S、P 解析　B、D项中元素的原子半径逐渐增大；C项中原子半径：C＞N＞O，第一电离能：N＞O＞C。 答案　A 4.已知X、Y是主族元素，I为电离能，单位是kJ·mol－1。根据表中所列数据判断，下列说法错误的是(　　) 元素 I1 I2 I3 I4 X 500 4 600 6 900 9 500 Y 580 1 800 2 700 11 600 A.元素X与氯形成化合物时，化学式可能是XCl B.元素Y是第ⅢA族元素 C.若元素X、Y处于第3周期，X最高价氧化物对应水化物的碱性强于Y最高价氧化物对应水化物的碱性 D.若元素Y处于第3周期，它可与冷水剧烈反应 解析　X和Y都是主族元素，I是电离能，X的第一电离能和第二电离能相差较大，则说明X原子最外层只有一个电子，X为第ⅠA族元素；Y元素的第三电离能和第四电离能相差较大，则Y是第ⅢA族元素。X为第ⅠA族元素，与氯形成化合物时，化学式可能是XCl，故A正确；Y是第ⅢA族元素，故B正确；元素的金属性越强，其最高价氧化物对应水化物的碱性越强，若元素X、Y处于第3周期，则X最高价氧化物对应水化物碱性强于Y最高价氧化物对应水化物的碱性，故C正确；若元素Y处于第3周期，为Al元素，它不能与冷水剧烈反应，故D错误。 答案　D 5.现有核电荷数小于20的元素A，其电离能数据如表：(In表示原子失去第n个电子的电离能，单位：1×102 kJ·mol－1)。 序号 I1 I2 I3 I4 I5 I6 电离能 7.644 15.03 80.12 109.3 141.2 186.5 序号 I7 I8 I9 I10 I11 … 电离能 224.9 266.0 327.9 367.4 1 761 … (1)外层电子离核越远，能量越高，电离能越________(填“大”或“小”，下同)；阳离子电荷数越大，失去电子时，电离能越________。 (2)表中11个电子分属________个电子层；失去了11个电子后，该元素原子还有________个电子。 (3)该元素最高价氧化物对应的水化物的化学式是________。 解析　(1)外层电子离核越远，核对电子的吸引作用越弱，电离能越小；阳离子电荷数越大，失去电子越困难，电离能越大。(2)根据失去第1个、第2个电子的电离能远小于失去第3个电子的电离能可知该元素的最外层电子数为2，根据失去第10个电子的电离能远小于失去第11个电子的电离能可知该元素的次外层电子数为8，A的核电荷数小于20，则A为Mg元素，故失去11个电子，还有1个电子，11个电子分属3个电子层。(3)Mg元素最高价氧化物对应的水化物的化学式是Mg(OH)2。 答案　(1)小　大　(2)3　1　(3)Mg(OH)2 学科网（北京）股份有限公司 $