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原子半徑、電離能
第一章 原子結構與性質
1、能從原子結構的角度理解原子半徑、元素第一電離能之間的遞變規律，能利用遞變規律比較原子(離子)半徑、元素第一電離能的相對大小。
2、通過原子半徑、元素第一電離能遞變規律的學習，建立“結構決定性質”的認知模型，并能利用認知模型解釋元素性質的規律性和特殊性。
元素周期律：指元素的性質隨著原子序數的遞增而呈周期性變化的規律，元素周期律呈螺旋式上升。
元素周期律內涵豐富多樣
核外電子呈周期性變化
結構
性質
決定
決定
原子半徑
元素的化合價
元素的金屬性和非金屬性
原子半徑
失e-能力
金屬性
（元素/原子的失e-能力）
還原性
（單質的失e-能力）
與H2O/酸(H+)反應置換氫難易
最高價氧化物的水化物堿性
單質的置換反應（強制弱）
原子半徑
得e-能力
非金屬性
（元素/原子的得e-能力）
氧化性
（單質的得e-能力）
與H2反應難易
簡單氫化物的穩定性
最高價氧化物的水化物酸性
單質的置換反應（強制弱）
金屬性
非金屬性
...
過
渡
元
素
原子半徑的決定因素和變化規律
依據量子力學理論，核外電子從原子核附近到離核很遠的地方都有可能出現，因此原子并不是一個具有明確“邊界”的實體。這就是說，原子并沒有經典意義上的半徑。那么，原子半徑是如何測定的呢？
電子云模型
一、原子半徑
同周期：從左→右，
原子半徑逐漸 。
同主族：從上→下，
原子半徑逐漸 。
減小
增大
一、原子半徑
能層
占主導
核電荷數占主導
核電荷數越大，核對電子的吸引作用也就越大，將使原子的半徑減小。
電子的能層越多，電子之間的排除作用越大，將使原子的半徑增大。
注意：這兩種作用是同時存在，相互競爭的關系。
特例：rLi>rCl
一、原子半徑
原子半徑逐漸減小
原子半徑逐漸增大
原子半徑逐漸減小
原子半徑逐漸增大
原子半徑逐漸減小
原子半徑逐漸增大
原子半徑最小
原子半徑最大
取決于
能層數越多
能層數相同
核電荷數越大
導致
越小
1.影響因素：
原子半徑
電子能層數
核電荷數
導致
越大
電子之間的排斥力也就越大
核對電子的引力也就越大
原子半徑____
原子半徑____
這兩個因素綜合的結果使原子半徑呈周期性的遞變
2.遞變規律：
原子半徑
同周期
同主族
從左到右，隨核電荷數增大，原子半徑減小。
從上到下，隨電子的能層數增多，原子半徑增大。
微粒半徑大小
比較三步曲
一看 能層數，層多徑大
二看 核電荷數，序大徑小
三看 核外電子數，數大徑大
粒子類型 比較方法 示例
同種元素的離子半徑
能層結構相同的離子
帶相同電荷的離子
核電荷數、能層數均不同的離子
陰離子＞原子＞陽離子，
低價陽離子大于高價陽離子。
r(Cl-)___r(Cl)
r(Fe)__r(Fe2+)__r(Fe3+)
＞
＞
＞
核電荷數越大，半徑越小。
r(O2-)___r(F-)___r(Na+)
＞
＞
能層數越多，半徑越大。
r(Li+)__r(Na+)__r(K)
r(O2-)__r(S2-) __r(Se2-)
＜
＜
＜
＜
可選一種離子參照比較。
比較r(K+)與r(Mg2+)，r(K+)___r(Na+)____r(Mg2+)
＞
＞
試比較 O、F 、 Na 、 Mg 、 Al 的半徑大小？
Na>Mg>Al>O>F
試比較O2- 、F- 、Na+ 、Mg2+ 、Al3+ 的半徑大小？
O2->F- > Na+ > Mg2+ > Al3+
試比較Na+ 、 Mg2+ 、S2-、Cl-的半徑大小？
S2->Cl- > Na+>Mg2+
試比較Al3+ 、 S2-的半徑大小？
S2->O2-> Al3+
已知短周期元素的離子aA2＋、 bB＋、cC3－、dD－都具有相同的電子層結構，則下列敘述正確的是(　　)
A．原子半徑：A>B>D>C
B．原子序數：D>C>B>A
C．離子半徑：C3－>D－>B＋>A2＋
D．單質的還原性：A>B>D>C
C
氣態基態
二、電離能
1.元素第一電離能的概念與意義
_________原子失去一個電子轉化為 正離子所需要的 。
氣態基態
概念：
符號：
I1
最低能量
單位：kJ/mol
逐級電離能：氣態基態一價正離子再失去一個電子成為氣態基態二價正離子所需的最低能量叫做第二電離能，第三電離能依此類推。由于原子失去電子形成離子后，若再失去電子會更加困難，因此同一原子的各級電離能之間存在如下關系：I1意義：電離能可以衡量元素的原子失去一個電子的 。第一電離能數值越小，原子越 失去一個電子；第一電離能數值越大，原子越 失去一個電子。
難易程度
容易
難
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。
觀察下圖，請說明元素的第一電離能隨著元素原子序數的遞增呈現怎樣的變化規律，并從原子結構的角度加以解釋。
對同周期元素而言，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，元素的第一電離能逐漸增大，表示元素原子越來越難失去電子。
其原因在于同周期元素原子電子層數相同，但隨著核電荷數增大，原子核對外層電子的有效吸引作用增強
同主族元素，總體上自上而下第一電離能逐漸減小，表明自上而下原子越來越容易失去電子。
這是因為同主族元素原子的價電子數相同，但自上而下，雖然核電荷數在增加，但原子半徑逐漸增大占據主導，原子核對外層電子的有效吸引作用逐漸減弱 。
如圖，為什么 B 、 Al 、 O 、 S 等元素的電離能比它們左邊元素的電離能低，而使 Li ~Ne 和 Na~Ar 的電離能曲線呈現鋸齒狀變化？
3s23p4
3s23p3
對于 B 和 Al 這兩個鋸齒狀變化，一般解釋為， B 和 Al 的第一電離能失去的電子是 np 能級的，該能級電子的能量比左邊 Be 和 Mg 失去的 ns 能級電子的高。對于O和 S 這兩個鋸齒狀變化，一般解釋為： N 和 P 的電子排布是半充滿的，比較穩定，電離能較高。
一般情況下，第一電離能反常：ⅡA＞ⅢA ；ⅤA＞ⅥA
反常的原因：ⅡA族元素的價電子排布為ns2，p軌道為全空狀態，比較穩定。ⅤA族元素的價電子排布為ns2np3，p軌道為半充滿狀態，比較穩定。這使得它們不易失去電子，第一電離能較大。
思考：第二周期中，第一電離能介于B和N之間的有幾種元素？分別是哪幾種？
三種，分別是Be、C、O
1.堿金屬的電離能與堿金屬的活潑性存在什么聯系？
堿金屬電離能越小，堿金屬的金屬性越強，金屬單質越活潑。
堿金屬在反應中失去一個電子變成+1價的陽離子，故依據其第一電離能可以判斷出金屬性強弱。
思考與討論
2.能否依據這三種金屬的的第一電離能大小判斷它們的金屬性強弱？
不能，因為第一電離能Mg > Al > Na，而金屬性Na > Mg > Al。它們之間無對應關系。三者的單質在體現金屬性失去電子時，失去的電子數量不同，電子所處的能級也不同，故無法直接比較。
思考與討論
思考與討論
3.為什么原子的逐級電離能越來越大？
隨著電子的逐個失去，陽離子所帶的正電荷數越來越多，再要失去一個電子需克服的電性引力也越來越大，消耗的能量也越來越多，導致原子的逐級電離能越來越大。
思考與討論
4.這些數據跟鈉、鎂、鋁的化合價有什么聯系？
4066
713
6282
1239
928
8830
逐級電離能發生“突躍”時，較小的一級所對應的失去的總電子數即為其化合價。
電離能的應用：
判斷元素金屬性的強弱
判斷元素的化合價：
判斷核外電子的分層排布情況
電離能越小、金屬越容易失去電子，金屬性越強；反之越弱。
如果某元素的 Ⅰn+1 >＞ Ⅰn ，則該元素的常見化合價為+n價。
多電子原子中，當電離能的變化出現突變時，電子層數就有可能發生變化。
1、正誤判斷
(1)第一電離能越大的原子失電子的能力越強( )
(2)第三周期所含元素中鈉的第一電離能最小( )
(3)鋁的第一電離能比鎂的第一電離能大( )
(4)在所有元素中，氟的第一電離能最大( )
(5)同一周期中，主族元素原子的第一電離能從左到右越來越大( )
(6)同一周期典型金屬元素的第一電離能總是小于典型非金屬元素的第一電離能( )
×
√
×
×
×
√
2、具有下列價電子構型的原子中，第一電離能最小的是(　　)
A．2s22p4 B．3s23p4 C．4s24p4 D．5s25p4
D
3.將下列元素按第一電離能由大到小的順序排列：
①K Na Li ②B C Be N
③He Ne Ar ④ Na Al S P
Li >Na> K
N> C > Be > B
He >Ne > Ar
P >S >Al> Na
關于元素R的下列推斷中，錯誤的是( )
A. R元素基態原子的電子排布式為
B. R元素位于元素周期表中第ⅡA族
C. R元素的最高正化合價是＋2價
D. R元素的第一電離能高于同周期相鄰元素
4. 下表列出了某短周期元素R的各級電離能數據
A
元素 電離能/(kJ·mol—1) I1 I2 I3 I4 ……
R 740 1 500 7 700 10 500

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