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第3節(jié) 原子結(jié)構(gòu)與元素性質(zhì) 課時1
1.了解原子半徑的周期性變化,能用原子結(jié)構(gòu)的知識解釋主族元素原子半徑周期性變化的原因；
2.了解電離能的定義及其內(nèi)涵,認識主族元素電離能的變化規(guī)律。
聯(lián)想 · 質(zhì)疑
聯(lián)想 · 質(zhì)疑
在元素周期表中，隨著原子序數(shù)的遞增，元素基態(tài)原子的核外電子排布呈現(xiàn)周期性變化，元素的性質(zhì)也呈現(xiàn)周期性變化那么，元素哪些性質(zhì)呈現(xiàn)周期性變化 元素性質(zhì)周期性變化的本質(zhì)是什么 如何運用元素周期表推測元素的基本性質(zhì)
一、原子半徑及其變化規(guī)律
假定原子是一個球體，并采用統(tǒng)計的方法來測定其半徑。
原子半徑的測定方法
指定化合物中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，從而得到相關(guān)原子的原子半徑。
1.原子半徑變化規(guī)律
(1)主族元素
H
Li Be B C N O F
Na Mg Al Si P S Cl
K Ca Ga Ge As Se Br
Cs Ba Tl Pb Bi Po
Rb Sr In Sn Sb Te I
同一周期從左到右,原子半徑逐漸減小
增加電子產(chǎn)生的電子間的排斥作用小于核電荷數(shù)增大導(dǎo)致原子核對外層電子的吸引作用
核電荷數(shù)增大對外層電子的吸引作用小于增加電子間的排斥作用
同一主族從上到下,原子半徑逐漸增大
同一周期過渡元素從左到右原子半徑的變化幅度不大。因為同一周期過渡元素增加的電子一般分布在內(nèi)層d軌道或f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
圖1-3-2 元素的原子半徑及其相應(yīng)的比例模型
2.影響原子半徑的因素
原子
半徑
取決于
電子層數(shù)
核電荷數(shù)
越多
電子間的排斥作用越大
越多
核對電子的吸引作用越大
原子半徑越大
原子半徑越小
思考與交流
是否電子層數(shù)多的元素的原子半徑一定大于電子層數(shù)少的元素的原子半徑
不一定。原子半徑的大小由核電荷數(shù)與電子層數(shù)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。
試將S、Cl、S2-、F粒子半徑大小排列順序。
【練一練】
r(S2-)＞r(S)＞r(Cl)＞r(F)
ⅥA ⅦA
F
S Cl
r(S)＞r(Cl)
r(Cl)＞r(F)
+16
2 8 8
+16
2 8 6
r(S) r(S2-)
＜
同種元素的原子和離子，價態(tài)越高，半徑越小。
(1)同一周期主族元素從左到右,元素原子失去電子的能力越來越弱,獲得電子的能力越來越強。
(2)同主族元素自上而下,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。
同周期元素和同主族元素原子結(jié)構(gòu)遞變的綜合結(jié)果是:位于元素周期表中金屬元素與非金屬元素分界線周圍元素的原子獲得或失去電子的能力都不強。
3.元素原子得失電子的能力
如何定量的描述某種原子得失電子的能力呢？
二、元素的電離能及其變化規(guī)律
M(g)==M+(g)+e-　I1(第一電離能)
M+(g) ==M2+(g)+e-　I2(第二電離能)
M2+(g)== M3+ (g)+e-　I3(第三電離能)
1.電離能
氣態(tài)基態(tài)原子或氣態(tài)基態(tài)離子失去一個電子所需要的最小能量。
符號: I 單位: kJ·mol-1
2.元素的逐級電離能
電離能
I1
I3
I2
鈹
原
子
可利用電離能數(shù)值判斷金屬元素的原子在氣態(tài)時失去電子的難易程度。
電離能
I1
I3
I2
鈹
原
子
同一原子:I1電離能數(shù)值越大,該氣態(tài)原子越難失去電子。
電離能數(shù)值越小,該氣態(tài)原子越容易失去電子。
3.意義:
觀察 · 思考
觀察 · 思考
觀察下圖，請說明元素的第一電離能隨著元素原子序數(shù)的遞增呈現(xiàn)怎樣的變化規(guī)律，并從原子結(jié)構(gòu)的角度加以解釋。
同一周期，堿金屬元素的第一電離能最小，稀有氣體元素的第一電離能最大；
從左到右，元素的第一電離能總體上呈現(xiàn)從小到大的變化趨勢；
同主族元素自上而下第一電離能逐漸減小。
思考與交流
為什么第2周期中的Be和N元素及第3周期中的Mg和P元素的第一電離能大于同周期相鄰元素的第一電離能
具有全充滿、半充滿及全空的電子排布的元素穩(wěn)定性較高,其電離能數(shù)值較大。
ⅠA 0
ⅡA ⅢA ⅣA ⅤA ⅥA ⅦA
1s2
2s2
2s22p6
2s22p3
3s2
3s23p6
3s23p3
電離能數(shù)值大小主要取決于原子的核電荷數(shù)、原子半徑及其電子構(gòu)型。
思考與交流
將相同的鎂片和鋁片分別加入等量等濃度的鹽酸中，鎂片上生成氣泡的速率比鋁片要快很多，這說明鎂比鋁在鹽酸溶液中更活潑，但兩者的另外一個能夠衡量金屬性強弱的數(shù)值一電離能的數(shù)值大小卻正好相反，產(chǎn)生這個差異的原因是什么
由于金屬活動性順序與電離能所對應(yīng)的條件不同，所以二者并不完全致。電離能是氣態(tài)原子或氣態(tài)離子失去一個電子所需的最小能量，而金屬活動性是指金屬單質(zhì)在溶液中的活潑性，受電離能和其他能量變化總和的影響，故二者并不完全一致。
思考與交流
觀察下表電離能數(shù)據(jù)并分析為什么鋰元素易形成Li+,而不易形成Li2+;鎂元素易形成Mg2+,而不易形成Mg3+
元素 I1/(kJ·mol-1) I2/(kJ·mol-1) I3/(kJ·mol-1)
Li 520 7 295 11 815
Mg 738 1 451 7 733
從表中數(shù)據(jù)可知,Li元素的I2遠大于I1,因此Li容易失去第一個電子,而不易失去第二個電子,即Li易形成Li+,而不易形成Li2+。鎂元素的I1、I2相差不大,I3遠大于I1和I2,說明鎂容易失去兩個電子,而不易失去第三個電子,因此鎂易形成Mg2+,而不易形成Mg3+。
4.應(yīng)用:
(1)根據(jù)電離能數(shù)據(jù),確定元素核外電子的排布
由于層與層之間電離能相差很大,電離能數(shù)值在不同電子層之間發(fā)生突變,而相同電子層內(nèi)電離能數(shù)值差別相對較小。
如Na的I1~I7(單位 kJ·mol-1):496、4 562、6 912、9 543、13 353、16 610、20 114
突躍
(2)根據(jù)電離能數(shù)據(jù),確定元素在化合物中的化合價
(3)判斷元素的金屬性、非金屬性強弱
一般來說,I1越大,元素的非金屬性越強,I1越小,元素的金屬性越強。
電子親和能
電子親和能反映的是氣態(tài)原子結(jié)合電子的難易程度。元素的氣態(tài)原子或(離子)獲得一個電子所放出的能量稱為電子親和能。習慣上規(guī)定，體系放出能量時電子親和能為正，體系吸收
能量時電子親和能為負。電子親合能的
大小反應(yīng)了氣態(tài)原子獲得電子成為氣態(tài)
陰離子的難易程度。
【練一練】
1.判斷下列說法是否正確,正確的打“√”,錯誤的打“×”。
(1)S2-、Cl-、K+的半徑逐漸減小。(　　)
(2)當電子層數(shù)相同時,核電荷數(shù)越小,微粒半徑越小。(　　)
(3)主族元素原子最外層電子數(shù)相同時,質(zhì)子數(shù)越大半徑越小。(　　)
(4)同周期元素中ⅦA族元素的第一電離能最大。(　　)
(5)在同一主族中,自上而下元素的第一電離能逐漸減小。(　　)
(6)ⅠA、ⅡA族元素的原子,其原子半徑越大,第一電離能越大。(　　)
2.在通常條件下,下列各組物質(zhì)的性質(zhì)排列正確的是(　　)
A.Na、Mg、Al的失電子能力逐漸增強
B.O、F、N的非金屬性逐漸增強
C.微粒半徑的大小比較：Mg2+>Na+>F-
D.熱穩(wěn)定性:HF>H2O>NH3
D
3.具有下列電子排布式的原子中,半徑最大的是(　　)
A.1s22s22p63s23p5 B.1s22s22p4
C.1s22s22p3 D.1s22s22p63s23p3
D
4.下列各組元素中,第一電離能依次減小的是(　　)
A.H　Li　Na　K B.Na　Mg　Al　Si
C.I　Br　Cl　F D.F　O　N　C
5.下列原子的價電子排布式中,對應(yīng)元素第一電離能最大的是(　　)
A.3s23p1 B.3s23p2
C.3s23p3 D.3s23p4
A
C
6.(雙選)已知X、Y是主族元素,I為電離能,單位是kJ·mol-1。請根據(jù)下表數(shù)據(jù)判斷,錯誤的是(　　)
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的常見化合價是+3
B.元素Y是ⅢA族元素
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(yīng)
AD
原子半徑
主族元素
過渡元素
影響因素
同一周期從左到右,原子半徑逐漸減小
同一主族從上到下,原子半徑逐漸增大
從左到右原子半徑的變化幅度不大
電子層數(shù)
核電核數(shù)
原子得失電子能力
電離能
定義
元素的逐級電離能
影響因素
I1原子的核電荷數(shù)、原子半徑及其電子構(gòu)型
應(yīng)用

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