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第三節 元素性質及其變化規律
第1課時
原子半徑及其變化規律、元素的電離能及其變化規律
學習目標
1、通過讓學生閱讀課本，找出原子半徑的測定方法，并總結原子半徑變化規律。
2、通過原子半徑大小的比較，讓學生會根據電子排布解釋原子得失電子能力的強弱。
3、通過討論探究，讓學生會判斷電離能的大小。
在元素周期表中，隨著原子序數的遞增，元素基態原子的核外電子排布呈現周期性變化，元素的性質也呈現周期性變化。那么，元素哪些性質呈現周期性變化 元素性質周期性變化的本質是什么 如何運用元素周期表推測元素的基本性質
聯想質疑
一、原子半徑及其變化規律
原子半徑是如何測定的？
一是共價半徑，
二是是范德華半徑；
三是金屬半徑。
一種方法是根據固態單質的密度；兩個相鄰原子的核間距為兩個原子的半徑之和，再通過實驗來測定分子或固體中原子的核間距，從而求得相關原子的原子半徑
觀察思考
元素的原子半徑隨著元素原子序數的遞增呈現怎樣的周期性變化？
1.同周期元素
2.同主族元素
同一周期從左到右，原子半徑逐漸減小。
同一主族自上到下，原子半徑逐漸增大。
同一周期自左至右原子半徑逐漸減小，但變化幅度不大。
原因是同一周期過渡元素增加的電子都分布在(n－1)d軌道上，電子間的排斥作用與核對電子的吸引作用大致相當。
(2)過渡元素
1．影響微粒半徑的因素主要是核電荷數和電子層數。
2．陽離子半徑小于對應的原子半徑，陰離子半徑大于對應的原子半徑，
3．電子層結構相同的離子，隨核電荷數增大，離子半徑減小，
4．不同價態的同種元素的離子，核外電子多的半徑大，
微粒半徑大小的比較方法
同周期中 ； 同主族中
如r(Na＋)＜r(Na)，r(S)＜r(S2－)。
如r(O2－)＞r(F－)＞r(Na＋)＞r(Mg2＋)
如r(Fe2＋)＞r(Fe3＋)，r(Cu＋)＞r(Cu2＋)。
思考：
1、是否電子層數多的元素半徑一定大于電子層數少的元素的原子半徑？
2、“對于元素周期表中的一切元素，均滿足同周期從左往右原子半徑逐漸減小，同主族從上到下半徑逐漸增大”這句話是否正確？為什么？
不一定。原子半徑的大小由核電荷數與電子層兩個因素綜合決定，如堿金屬元素的原子半徑比它下一周期的鹵族元素的原子半徑大。
不正確。此規律僅適用于主族元素，而對于副族元素、0族元素原子半徑大小不適用此規律。
1.下列微粒半徑依次增大的是
A.同一主族元素隨著原子序數的遞增 B.同一周期的元素隨著原子序數的遞增
C.Na+、Mg2+ 、Al3+ 、F- D.P、S、S2-、Cl-
2.下列化合物中陰離子半徑和陽離子半徑之比最大的是
A.LiI B.NaBr C.KCI D.CsF
3.短周期元素 X、Y、Z、W、Q 在元素周期表中的相對位置如圖所示。下列說法正確的是 （ ）
A.元素X與元素Z的最高正化合價之和的數值等于8
B.原子半徑的大小順序為 rx>ry> rz >rw>rQ
C.離子Y2-和 Z3+的核外電子數和電子層數都不相同
D.元素W的最高價氧化物對應的水化物酸性比 Q的強
A
A
A
思考
元素周期表中元素原子得失電子能力呈現的遞變規律是什么？如何利用原子半徑和價電子數進行解釋？
（1）除稀有氣體元素外，同周期從左到右，元素原子獲得電子的能力越來越強（失去電子的能力越來越弱）
（2）同主族自上而下，金屬元素原子失去電子的能力越來越強（非金屬元素原子獲得電子的能力越來越弱）
(1)金屬活動性順序表中越靠前，金屬原子失電子能力越強。
(3)同一周期的金屬元素，從左往右，原子失電子能力依次減弱。
(4)金屬與水或酸置換出氫氣時，置換反應越容易發生，金屬原子失電子能力越強。
(2)金屬與鹽溶液反應，較活潑金屬(失電子能力強)置換出較不活潑的金屬。
(5)最高價氧化物對應的水化物堿性越強，失電子能力越強。
元素原子得、失電子能力強弱的判斷
1．元素原子失去電子能力(金屬性/還原性)的判斷依據
2．元素原子得到電子能力(非金屬性/氧化性)的判斷依據
(2)非金屬元素最高價氧化物對應水化物的酸性越強，得電子能力越強。
(3)非金屬元素的單質與氫氣化合越容易，得電子能力越強；生成的氣態氫化物越穩定，得電子能力越強。
(4)不同的非金屬單質M和N在溶液中發生置換反應，若M能置換出N，則得電子能力M>N。
(1)同周期的非金屬元素，從左到右得電子能力依次增強(不包括稀有氣體)。
1、現有三種元素的基態原子的電子排布式如下:
①1s22s22p63s23p4; ②1s22s22p63s23p3 ③1s22s22p63s23p5
則下列有關比較中,正確的是
A.失電子能力:③>①>② B.原子半徑: ③>②>①
C.含氧酸的酸性:③>①>② D.氣態氫化物穩定性: ③>①>②
2.短周期主族元素 X、Y、Z、W 的原子序數依次增大,X 原子 p原子軌道上未成對電子最多,Z的周期序數與族序數相等，基態時 W 原子 3p原子軌道上有 5 個電子，Y與W處于同一主族。下列說法正確的是
A.原子半徑:r(X)C.Z 的最高價氧化物對應水化物的酸性比W的強
D.Y 的簡單氣態氫化物的熱穩定性比 W的弱
D
B
3、運用元素周期律，判斷下列語句，其中正確的是 。
①堿金屬單質的熔點隨原子序數的增大而降低
②砹(At)是ⅦA族，其氫化物的穩定性小于HCl
③根據同周期元素的失電子能力變化趨勢，推出Al的金屬性比Mg大
④第2周期非金屬元素的氣態氫化物溶于水后，水溶液均為酸性
⑤鉈(Tl)與鋁同主族，其單質既能與鹽酸反應，又能與氫氧化鈉溶液反應
⑥若X＋和Y2－的核外電子層結構相同，則原子序數：X>Y
①②⑥
一、電離能
1、電離能定義：氣態基態原子或氣態基態離子失去一個電子所需要的最小能量。常用符號 I 表示，單位為kJ/mol。
2、第一電離能：
基態氣態原子失去一個電子形成+1價氣態陽離子所需的能量，叫做該元素的第一電離能，用符號I1表示. M （g) → M+ （g) + e- ; I1
第二電離能：M+ （g) → M2+ （g) + e- ; I2
第三電離能：M2+ （g) → M3+ （g) + e- ; I3
3.意義：判斷金屬元素的原子在氣態時失去電子的難易程度，數值越小越易失電子。
1、鈉原子失去一個電子，吸收能量還是放出能量？為什么？
2、氣態鋁原子失去一個電子變氣態Al+ ，吸收的能量為577.5kJ/mol，若氣態Al+再失去一個電子所要吸收的能量還是577.5 kJ/mol嗎？為什么？
3、分析Al的電離能數據，你發現什么規律？試用原子結構知識加以解釋，并推測同一元素不同級電離能的變化規律。
元素 I1 I2 I3 I4 I5
Al 577.5 1816.7 2744.8 11577 14842
探究一
同一元素不同能級電離能變化規律：逐級增大，且存在突躍 。
判斷元素通常價態
1、試推測比較Na、Mg、Al的第一電離能大小，并從原子半徑和核電荷數角度加以解釋。據你推測，第三周期元素第一電離能的主要變化趨勢是怎樣的？
2、對照第三周期元素的第一電離能變化趨勢，你還發現了哪些問題？試用原子結構知識加以解釋。
3、對照1-36號元素第一電離能變化趨勢圖，你又發現了哪些新規律及問題？
思考：
5 10 15 20 25 30 35 原子序數
I1
H
He
Li
Ne
Na
Ar
K
Kr
5 10 15 20 25 30 35 原子序數
I1
N
Be
Mg
Ca
P
As
1-36 號元素第一電離能變化趨勢
Li
Na
He
Ne
Ar
K
ⅡA
ⅤA
ⅠA
思考：
1、金屬元素、稀有氣體元素第一電離能大小？
2、第ⅡA和第ⅤA族元素電離能為什么會大于相鄰元素？
【規律總結】
不同元素第一電離能的變化規律：
1、同周期元素I1從左到右呈增大趨勢，堿金屬元素的I1最小，稀有氣體元素的I1最大。
2、同一主族元素I1從上到下逐漸減小。
3、元素的I1隨原子序數的遞增呈現周期性變化。
4、同周期元素I1變化存在反常現象： ⅡA＞ⅢA， ⅤA＞ⅥA
5、同周期過渡元素的I1變化不太規則,從左到右略有增加
1、根據下列五種元素的電離能數據（單位：kJ/mol），你能得到哪些信息？
元素代號 I1 I2 I3 I4
Q 2080 4000 6100 9400
R 500 4600 6900 9500
S 740 1500 7700 10500
T 580 1800 2700 11600
U 420 3100 4400 5900
根據你得到的信息，回答下面問題。
（1）在周期表中，最可能處于同一族的是（ ）
A . Q和R B .S和T C . T和U D . R和T E .R和U
（2）它們的氯化物的化學式，最可能正確的是（ ）
A . QCl2 B .RCl C . SCl3 D. TCl E. UCl4
（3）下列元素中，化學性質和物理性質最像Q元素的是（ ）
A . 硼（1s22s22p1） B . 鈹（1s22s2） C . 鋰（1s22s1） D .氫（1s1） E . 氦（1s2）
E
B
E
2、已知X、Y是主族元素，I為電離能，單位是KJ/mol。根據下表所列數據判斷錯誤的是 ( )
A.元素X的常見化合價是+1價
B.元素Y是ⅢA族的元素
C.元素X與氯形成化合物時，化學式可能是XCl
D.若元素Y處于第3周期，它可與冷水劇烈反應。
元素 I1 I2 I3 I4
X 500 4600 6900 9500
Y 580 1800 2700 11600
D
3.X、Y、Z、W 為原子序數依次增大的前四周期元素,X的一種單質是天然存在的最堅硬礦物質,Z 原子最外層電子數為次外層電子數的三倍，W 基態原子的價電子排布為3d64s2。下列說法正確的是
A.原子半徑:Z>Y>X B.元素的第一電離能:Z>Y>X
C.X、Y 最高價含氧酸的酸性:Y>X D.w2+價電子軌道表示式:
C
4.短周期元素原子組成的某種分子的結構式如圖所示。X原子的核外電子只有一種運動狀態;W、Y、Z位于同一周期,Z元素原子中 p軌道所含電子數與 s 軌道相等。E與W 有相同數目的價電子。下列說法錯誤的是
A.得電子能力:XB.簡單陰離子半徑:WC.同周期中,第一電離能大于Z的元素有 2種
D.同主族元素中,W 形成的氣態氫化物最穩定
C
5.下圖是原子序數為 1~19 的元素的第一電離能的變化曲線(其中部分元素的第一電離能已經標出數據)。結合元素在元素周期表中的位置,分析圖中曲線的變化特點，并回答下列有關問題
(1)堿金屬元素中 Li、Na、 K 的第一電離能分別為_____kJ·mol-1_____kJ·mol-1
______kJ·mol-1
(2)同主族中不同元素的第一電離能變化的規律為:
______________________
堿金屬元素這一變化的規律與堿金屬的活潑性的關系是_______________
(3)鈣元素的第一電離能的數值范圍為___________________
520
496
419
隨著原子序數的遞增，第一電離能逐漸變小
金屬越活潑其第一電離能越小
大于419小于738

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