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(共66張PPT)
第一章原子結構與性質
第二節 原子結構與元素的性質
基礎課時4 元素周期律
學 習 任 務
1.能從原子結構的角度理解原子半徑、電離能、電負性的
遞變規律。
2.通過原子半徑、電離能、電負性遞變規律的學習，建立 “結構決定性質”的認知模型，并能利用該認知模型解釋 元素性質的規律性和特殊性。
N0.1
必備知識 · 自主預習儲備
電子的能層越多，電子之間
的排斥作用將使原子的
半徑增大
核電荷數越大，核對電子的吸引作用 越大，使原子的半徑減小
電子的
能層數
核電
荷數
一、原子半徑
1. 影響因素
原子 影響 半徑因素
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2. 遞變規律
(1)同周期：從左到右，核電荷數越大，半徑越小(稀有氣體除
外)。
(2)同主族：從上到下，電 子 層 數越多，半徑越大。
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提示：①不同周期不同主族元素原子半徑比較，先看周期再看
主族。②對于離子的半徑比較，要借助于電子層結構相同的離子半 徑變化規律和元素周期律進行判斷。③同一元素的陽離子半徑小于 原子半徑；陰離子半徑大于原子半徑。
分析粒子半徑大小比較的關鍵是什么
想一想
A.K>Na>Li B.Na+>Mg +>AI +
C.Mg +>Na+>F- D.CI~>F~>F
C [同一主族元素的原子，從上到下原子半徑逐漸增大，A 項 正確；核外電子排布相同的離子，核電荷數越大，半徑越小，B項 正確；半徑大小應為Mg +F~;F- 比F多一個電子，故半徑：F >F,D 項 正確。]
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解析答案
下列有關粒子半徑的大小比較錯誤的是( )
練 一 練
二、電離能
1. 電離能的概念
氣態電中性基態原子失去一個電子轉化為氣態基態正離子所需
要的最低能量叫做第一電離能。
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2. 元素的第一電離能變化規律
(1)對同一周期的元素而言，第 一種(堿金屬和氫) 元素的第一 電離能最小，最后 一種(稀有氣體)元素的第一電離能最大；從左 到右，元素的第一電離能在總體上呈現從小到大的變化趨勢，表示 元素原子越來越難失去電子。
(2)同族元素，自上而下第一電離能變小，表明自上而下原子越 來越易失去電子。
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3. 電離能的應用
可以衡量元素的原子失去一個電子的難易程度。第一電離能數
值 越小，原子越容易失去一個電子，元素金屬性越強。
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練一練 下列各組原子中，前者第一電離能大于后者第一電
離能的是( )
A.S 和P B.Mg 和Al
C.Na 和Mg D.Ne 和He
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B [S和P的價層電子排布式分別為3s 3p 和3s 3p ,由于P原子
的3p能級處于半充滿狀態，較穩定，所以I (S)I (He)>I (Ne) 。]
三、電負性
1. 鍵合電子和電負性的含義
(1)鍵合電子：元素相互化合時，原子中用于形成化學鍵的電 子。
(2)電負性：用來描述不同元素的原子對鍵合電子吸引力的大 小。電負性越大的原子，對鍵合電子的吸引力越大。
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2. 衡量標準
以氟的電負性為4.0 和鋰的電負性為1.0_作為相對標準，得出 各元素的電負性(稀有氣體未計)。
3. 遞變規律(一般情況)
(1)同周期，自左到右，元素的電負性逐漸變大。
(2)同主族，自上到下，元素的電負性逐漸變小。
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一般大于1.8 元素為非金屬元素，且電負性越大，非金屬 性越 強
依 一般小于1.8 元素為金屬元素，且電負性越小，金屬性 據 越 強
1.8左右 一般位于金屬元素和非金屬元素的交界線
處，它們既有金屬性，又有非金屬 性
4. 應用：判斷金屬性、非金屬性強弱
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練一練 下列對電負性的理解不正確的是( )
A. 電負性是人為規定的一個相對數值，不是絕對標準
B. 元素電負性的大小反映了元素原子對鍵合電子吸引力的大小 C.根據電負性的大小，可判斷化合物XY 中兩元素化合價的正負 D. 元素的電負性是元素固有的性質，與原子結構無關
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D [電負性是人為規定的一個相對數值，不是絕對標準，A 項
正確；元素電負性的大小反映了元素原子對鍵合電子吸引力的大
小 ，B項正確；元素的電負性越大，則元素的非金屬性越強，反之 則元素的金屬性越強，故在化合物XY中電負性大的元素顯負價，電 負性小的元素顯正價，C項正確；一般來說，同周期元素從左到
右，元素的電負性逐漸增大，同族元素從上到下，元素的電負性逐 漸減小，因此電負性與原子結構有關，D 項錯誤。]
關鍵能力 ·情境探究達成
學習任務1
學習任務2
[情境素材]
前四周期元素第一電離能(I )的變化如圖所示。
電離能規律及其應用
學習任務1
[問題1] 據圖可知，第ⅡA 族和VA 族元素的第一電離能比同
周期的相鄰元素都高，解釋原因。
提示：同周期中，第ⅡA 族元素的價層電子排布為ns ,第VA 族元素的價層電子排布為ns np ,np 軌道分別為全空和半充滿狀
態，比較穩定，所以失去一個電子需要的能量大，所以第一電離能 比同周期相鄰元素的要高。
[合作探究]
[問題2]根據Na 、Mg 、Al的電離能數據，回答：
①為什么同一元素的電離能逐級增大
②為什么Na、Mg、Al 的化合價分別為+1、+2、+3
提示：①同一元素的逐級電離能是逐漸增大的，即I < ……這是由于原子失去一個電子變成+1價陽離子后，半徑變
小，核電荷數未變而電子數目變少，核對電子的吸引作用增強，因 此第二個電子比第一個電子難失去，失去第二個電子比失去第一個 電子需要更多的能量。同理I >I 、I >I ……In+1>In。
②Na的I 比I 小很多，電離能差值很大，說明失去第一個電子
比失去第二個電子容易得多，所以Na 容易失去一個電子形成+1價 離子；Mg的I 和I 相差不多，而I 比I 小很多，所以Mg容易失去兩 個電子形成+2價離子；Al的I 、I 、I 相差不多，而I 比I 小很多， 所以Al容易失去三個電子形成+3價離子。
1. 第一電離能與原子核外電子排布的關系
(1)第一電離能的變化與元素原子的核外電子排布有關。通常情
況下，當原子核外電子排布在能量相等的軌道上形成全空(p 、d 、 f) 、 半 滿(p 、d 、f) 和全滿(p 、d 0 、fl )結構時，原子的能量較 低，該元素具有較大的第一電離能。例如P的第一電離能比S的大，
Mg 的第一電離能比Al的大。
[歸納總結]
(2)第三周期元素第一電離能的大小關系為I (Ar)>I (Cl)>
I (P)>I (S)>I (Si)>I (Mg)>I (Al)>I (Na)。
2. 電離能的應用
(1)比較元素金屬性的強弱。
一般情況下，元素的第一電離能越小，元素的金屬性越強。
(2)確定元素原子的核外電子層排布。
由于電子是分層排布的，內層電子比外層電子難失去，因此當 元素原子失去不同能層的電子時電離能會發生突變。
(3)確定元素的化合價。
如果電離能在In與In+1之間發生突變，則元素的原子易形成+n 價 離子，或主族元素的最高化合價為+n價。某元素的逐級電離能 若I >I , 則該元素通常顯+1價；若I >I >I , 則該元素通常顯十2 價；若I >I >I >I , 則該元素通常顯+3價。
1. 某主族元素的第一、二、三、四電離能依次為899 kJ·mol- 、
17 57 kJ·mol- 、14840 kJ·mol- 、18025 kJ·mol- ,則該元素在元素 周期表中位于( )
A. 第 I A族 B. 第ⅡA族 C. 第 ⅢA族 D. 第 IVA族
B [該元素的第一、二電離能較小，第三電離能劇增，說明該
元素原子易失去2個電子，其最外層電子數為2,該元素位于第ⅡA 族。]
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解析答案
[能力達成]
2.不同元素的氣態原子失去最外層一個電子所需要的最低能
量，設其為E,如圖所示。試根據元素在周期表中的位置，分析圖 中曲線的變化特點，并完成下列問題。
E/kJ-mol-1
2500
2000
1500
1000
500
0
357911131517192123 原子序數
1012
738
496
2372
899
500
2084
1504
999
485
(1)同主族內不同元素的E 值的變化特點是 ---0
(2)同一周期內，隨著原子序數的增大，E 值增大，但個別元素 的E值出現反常現象。試預測下列關系式中正確的是 (填編 號)。
①E(砷)>E(硒) ②E(砷)E( 硒 ) ④E(溴)< E(硒)
(3)估計1 mol氣態鈣原子失去最外層一個電子所需最低能量E值 的范圍： (4)10號元素E值較大的原因是
[解析] 本題主要考查元素第一電離能的變化規律。
(1)從 H、3Li、11Na、19K等同主族元素可以看出，同主族元素 隨著原子序數增大，E 值變小。(2)從第二、三周期看，第ⅢA族和 VIA 族元素比同周期相鄰兩元素E 值都低，可以推出E(砷)>E(硒)、 E(溴)>E(硒)。(3)據同主族、同周期元素E值變化規律可知，E(K) [答案] (1)隨著原子序數增大，E 值變小
(2)①③
(3)485 738
(4)10號元素為氖，該元素原子的最外層電子排布已達到8電子 穩定結構
在化學中有一個概念，全世界的化學家和材料學家幾乎每天都
會用到，它常被視為元素周期表中的“第三個維度”。研究人員已 經無數次地將它用于分子和材料的設計上。它衡量的是不同原子吸 引電子的能力。可以說，它是解釋元素之間為什么會發生化學反
應，以及為何能形成具有不同性質的材料的重要基礎。化學家曾無
電負性規律及其應用
[情境素材]
學習任務2
數次地嘗試用不同的方法來定義和量化這一概念。瑞典化學家永
斯 · 貝采利烏斯在19世紀對它進行了研究。美國化學家萊納斯 ·鮑林 將其定義為分子中原子吸引電子的能力，并提出了一個基于鍵能的 公式，這一定義至今仍然適用。
[問題1] “第三個維度”是什么
提示：電負性。根據材料可知，“第三個維度”衡量的是不同
原子吸引電子的能力，符合概念的是電負性。
[問題2] 根據化合物SiC、CCl 判 斷 ，Si、C、Cl的“第三個維 度”由大到小的順序是什么
提示：Cl>C>Si。
[合作探究]
[問題3] 根據鋁元素和氯元素的“第三個維度”差值判斷，
AICl 是離子化合物還是共價化合物 為什么
提示：共價化合物。Cl元素的電負性為3.0,Al 元素的電負性為 1.5,二者電負性的差值小于1.7,形成共價鍵，故AICl 是共價化合 物。
電負性的應用
1. 判斷元素的金屬性和非金屬性
(1)金屬元素的電負性一般小于1.8,非金屬元素的電負性一般大 于1.8,而位于金屬、非金屬界線兩側的元素的電負性則在1.8左
右，它們既有金屬性，又有非金屬性。
(2)金屬元素的電負性越小，金屬元素越活潑；非金屬元素的電 負性越大，非金屬元素越活潑。
[歸納總結]
2. 判斷元素的化合價
(1)電負性數值小的元素在化合物中吸引電子的能力弱，元素的 化合價為正值。
(2)電負性數值大的元素在化合物中吸引電子的能力強，元素的 化合價為負值。
3. 判斷化學鍵的類型 一般認為：
(1)如果兩個成鍵元素原子間的電負性差值大于1.7,它們之間通 常形成離子鍵。
(2)如果兩個成鍵元素原子間的電負性差值小于1.7,它們之間通 常形成共價鍵。
在元素周期表中，某些主族元素與其右下方的主族元素(如圖所
示)的有些性質是相似的，被稱為“對角線規則”。
Li Be B
Mg Al
Si
4. 解釋元素“對角線”規則
這可以由元素的電負性得到解釋：Li、Mg 的電負性分別為
1.0 、1.2;Be 、Al 的電負性分別為1.5、1.5;B 、Si的電負性分別為 2.0、1.8。它們的電負性接近，說明它們對鍵合電子的吸引力相
當，它們表現出的性質相似，如Li 、Mg在空氣中燃燒的產物分別為 Li O和MgO;Be(OH) 、Al(OH) 均屬于難溶的兩性氫氧化物；B、
Si的含氧酸都是弱酸等。
3 . (2021 ·福建漳州月考)下列各組元素按電負性大小排列正確
的是( )
A.F>N>0 B.0>Cl>F
C.As>P>N D.Cl>S>As
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解析答案
[能力達成]
D [電負性用來描述不同元素的原子對鍵合電子吸引力的大
小，它是一個相對數值，元素的電負性也有周期性變化。一般來 說，同周期元素從左到右(稀有氣體元素除外),元素的電負性逐漸 增大；同族元素從上到下，元素的電負性逐漸減小。]
4. 碳、氧、硅、鍺、氟、氯、溴、鎳元素在化學中占有極其 重要的地位。
(1)第二周期中基態原子未成對電子數與Ni 相同且電負性較小的 元素是
(2)從電負性角度分析，碳、氧和硅元素的非金屬性由強到弱的 順序為
(3)CH 中共用電子對偏向C,SiH 中共用電子對偏向H, 則 C、
Si、H 的電負性由大到小的順序為 。
( 4 ) 基 態 鍺(Ge) 原 子 的 核 外 電 子 排 在 式 是 ,Ge 的最高
價氯化物的分子式是 。該元素可能的性質或應用有
(填標號)。
A. 是一種活潑的金屬元素
B. 其電負性大于硫
C. 其單質可用作半導體材料
D. 鍺的第一 電離能大于碳而電負性小于碳
(5)溴與氯以 (填“離子”或“共價”)鍵結合成BrCl,
BrC1分子中， 顯正電性。BrCl 與水發生反應的化學方程 式為
[解析] (1)基態Ni原子的價層電子排布式為3d 4s ,原子中含有
2個未成對電子，第二周期元素基態原子中含有2個未成對電子的元 素有C和O, 而 O的電負性大于C。
(2)一般來說，同周期元素從左到右，元素的電負性逐漸變大，
同族元素從上到下，元素的電負性逐漸變小可知，電負性由大到小 的順序為O>C>Si, 電負性越大，非金屬性越強，則非金屬性由強 到弱的順序為O>C>Si。
(3)元素電負性越大，吸引鍵合電子能力越強，鍵合電子偏向于
該原子，根據題給分子中共用電子對偏向情況可推知電負性由大到 小的順序為C>H>Si。
(4)鍺是32號元素，其基態原子的核外電子排布式為
1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s 4p 或[Ar]3d 4s 4p ;Ge的價層電子數為4, 則 最高價為+4,其氯化物分子式是GeCl 。Ge 是一種金屬元素，但最 外層電子數為4,金屬性不強，A 項錯誤；硫是較活潑的非金屬元
素，電負性：S>Si>Ge, 故鍺的電負性小于硫，B項錯誤；鍺單質是 一種半導體材料，C 項正確；鍺的電負性和第一電離能均小于碳，D 項錯誤。
(5)電負性：Br共價鍵，且Br顯正電性；BrCl與水反應的化學方程式為BrCl十
H O===HCl+HBrO。
[答案](1)碳(或C)
(2)O>C>Si
(3)C>H>Si
(4)1s 2s 2p 3s 3p 3d 04s 4p 或[Ar]3d 04s 4p GeCl C
(5)共價 Br BrCl+H O===HCl+HBrO
規律總結
電負性是不同元素的原子對鍵合電子吸引力大小的量度，電負
性越大，非金屬性越強。電負性的大小能用來判斷元素之間的成鍵 類型，也可以用來判斷元素化合價的正負。電負性相同或差值小的 非金屬元素的原子之間形成的化學鍵主要是共價鍵，當電負性差值 為零時通常形成非極性共價鍵；差值不為零時，形成極性共價鍵； 而且差值越小，形成的共價鍵極性越弱。
內容 原子半徑 第一電離能 電負性 元素 性質 決定
反映
內容：元素性質隨原子序 數的遞增呈周期性變化
知識脈絡
元素性質
的周期性
變化
元素周期律
(表中位置)
反映
總結
結 構
學習效果 ·隨堂評估自測
1. 下列化合物中陽離子半徑和陰離子半徑之比最大的是( )
A.LiI B.NaBr C.KCl D.CsF
D [若陽離子半徑最大，陰離子半徑最小，則化合物中陽離子 半徑和陰離子半徑之比最大。四種化合物中，陰離子中F- 半徑最
小，而陽離子中Cs+半徑最大，所以四種化合物中陽離子半徑和陰 離子半徑之比最大的是CsF。]
1 2 3 4 5
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解析答案
2.具有下列價層電子排布的同周期元素原子中，第一電離能
最小的是( )
A.ns np B.ns np C.ns np D.ns np
B [ns np 中np軌道處于半充滿狀態，ns np 中np軌道處于全 充滿狀態，均是能量較低的狀態，不易失去電子；ns np 和ns np 比 較 ，ns np 更容易失去一個電子變成ns np ,因此其第一電離能最 小，故B項正確。]
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解析答案
3 4 5
2
1
3.下列是幾種基態原子的電子排布式，電負性最大的原子是( )
A.1s 2s 2p
B.1s 2s 2p 3s 3p
C.1s 2s 2p 3s 3p
D.1s 2s 2p 3s 3p 4s
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解析答案
3
4 5
1 2
A [不同元素的原子吸引電子的能力大小可用電負性表示，元
素的非金屬性越強其電負性越大。同一周期中的主族元素，電負性 隨著原子序數的增大而增大；同一主族中，元素的電負性隨著原子 序數的增大而減小。A是0元素，B 是P元 素 ，C是Si 元素，D是Ca元 素，非金屬性最強的元素是0元素，即電負性最大的元素是O 元
素，故選A 。]
1 2 3 4 5
4.如圖是第三周期11～17號元素某些性質變化趨勢的柱形圖，
下列有關說法中正確的是( )
A.y 軸表示的可能是基態的原子失去一個電子
所需要的最小能量 原子序數
B.y 軸表示的可能是原子在化合物中吸引電子
的能力
C.y 軸表示的可能是原子半徑
D.y 軸表示的可能是形成基態離子轉移的電子數
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解析答案
1 2 3
4
5
B [第三周期Mg (或P)的3p能級為全空(或半充滿)狀態，較為穩
定 ，Mg (或P)的第一電離能大于Al(或S), 故A 錯誤；同周期元素從 左到右，電負性逐漸增大，B 正確；同周期元素從左到右，原子序 數逐漸增大，原子半徑逐漸減小，C錯誤；同周期金屬元素形成基 態離子轉移的電子數逐漸增多，非金屬元素形成基態離子所需要的 電子數逐漸減少，D 錯誤。]
1 2 3 4 5
(1)上表第三周期中第一電離能(I )最大的是 (填字母，
下同),c和f的I 大小關系是 大 于 0
(2)上述元素中，原子中未成對電子數最多的是
寫出該元素基態原子的核外電子排布式：
1 2 3 4 5
b
h
a C f i 1
m
e g
d k
5.下表是元素周期表的一部分，表中的字母分別代表一種化
學元素。
Li X
Y
I 519 502
580
12 7296 4570
1820
I 11799 6920
2750
I 9550
11600
(3)根據下表所提供的電離能數據(單位：kJ·mol-1), 回答下列問
題。
1 2 3 4
5
①表 中X可能為以上13種元素中的 元素。用元素符號
表示X和j形成的化合物的化學式： 0
②Y 是周期表中第 族的元素。
③以上13種元素中， 元素原子失去核外第一個電子需
要的能量最多。
1 2 3 4
5
[解析] (1)題給元素周期表中所列13種元素a～m 分別是Na、
H、Mg、Sr、Sc、Al、Ge、C、P、O、Te、Cl、Ar,其中Na、
Mg 、Al 、P 、Cl 、Ar位于第三周期，最穩定的是Ar, 故其I 最大， Mg 、Al的核外電子排布式分別為1s 2s 2p 3s 、1s 2s 2p 3s 3p ,M g 中3s軌道為全滿狀態，故其I 比Al的I 大。
(2)i元素最外層電子排布為3s 3p ,有3個未成對電子，未成對
電子數最多。
1 2 3 4
5
(3)①由表中數據可以看出，Li 和X 的I1均比I 、I 小很多，說明
X與Li同主族，且X的I 比Li的I 更小，說明X的金屬性比Li更強，則 X為Na(即a)。②由 Y的電離能數據可以看出，它的I 、I 、I 比I 小 得多，故Y屬于第ⅢA 族元素。③稀有氣體元素m的原子最外層已達 到穩定結構，失去核外第一個電子所需能量最多。
[答案] (1)m c f(2)i 1s 2s 2p 3s 3p (3)①a Na O 、 Na O ②ⅢA ③m
1 2 3 4 5