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(共34張PPT)
1.3.1 原子半徑、電離能及其變化規(guī)律
學(xué)習(xí)目標(biāo)定位
1、了解原子半徑的意義及其測(cè)定方法，知道原子半徑與原子核外電子排布的關(guān)系，并能解釋原子半徑在周期表中的變化規(guī)律。
2、知道原子結(jié)構(gòu)與元素性質(zhì)間的關(guān)系規(guī)律，正確理解元素電離能的含義及其變化規(guī)律，會(huì)用電離能的概念分析解釋元素的某些性質(zhì)。
回顧
一、同周期元素性質(zhì)遞變規(guī)律（從左到右）
1. 原子結(jié)構(gòu)：
①原子電子層數(shù)相同，核電荷數(shù)不斷增多，原子序數(shù)不斷增大，最外層電子數(shù)不斷增多，最高正價(jià)不斷升高，原子核對(duì)核外電子吸引能力逐漸增強(qiáng)，半徑逐漸減小。
2. 元素性質(zhì)：
②元素原子得電子能力逐漸增強(qiáng)，失電子能力逐漸減弱；元素金屬性逐漸減弱，非金屬性逐漸增強(qiáng)。
回顧
一、同周期元素性質(zhì)遞變規(guī)律（從左到右）
2. 元素性質(zhì)：
③金屬單質(zhì)還原性越來(lái)越弱，對(duì)應(yīng)陽(yáng)離子氧化性越來(lái)越強(qiáng)；非金屬單質(zhì)氧化性越來(lái)越強(qiáng)，對(duì)應(yīng)陰離子還原性越來(lái)越弱。
3. 外在表現(xiàn)：
④金屬與水（或酸）反應(yīng)置換出氫氣的難易程度越來(lái)越困難；非金屬與氫氣反應(yīng)難易程度越來(lái)越容易，氣態(tài)氫化物的穩(wěn)定性越來(lái)越強(qiáng)。
⑤最高價(jià)氧化物對(duì)應(yīng)水化物的堿性越來(lái)越弱，酸性越來(lái)越強(qiáng)。
回顧
二、同主族元素性質(zhì)遞變規(guī)律（從上到下）
1. 原子結(jié)構(gòu)：
①最外層電子數(shù)相同，性質(zhì)相似，電子層數(shù)逐漸增多，電子離核距離越來(lái)越遠(yuǎn)，半徑逐漸變大。
2. 元素性質(zhì)：
②元素原子失電子能力逐漸增強(qiáng)，得電子能力逐漸減弱；元素金屬性逐漸增強(qiáng)，非金屬性逐漸減弱。
回顧
二、同主族元素性質(zhì)遞變規(guī)律（從上到下）
2. 元素性質(zhì)：
③金屬單質(zhì)還原性越來(lái)越強(qiáng)，對(duì)應(yīng)陽(yáng)離子氧化性越來(lái)越弱；非金屬單質(zhì)氧化性越來(lái)越弱，對(duì)應(yīng)陰離子還原性越來(lái)越強(qiáng)。
3. 外在表現(xiàn)：
④金屬與水（或酸）反應(yīng)置換出氫氣的難易程度越來(lái)越容易；非金屬與氫氣反應(yīng)難易程度越來(lái)越困難，氣態(tài)氫化物的穩(wěn)定性越來(lái)越弱。
⑤最高價(jià)氧化物對(duì)應(yīng)水化物的堿性越來(lái)越強(qiáng)，酸性越來(lái)越弱。
一、原子半徑及其變化規(guī)律
根據(jù)量子力學(xué)理論，在原子核外，從原子核附近到離核很遠(yuǎn)的地方，電子都有可能出現(xiàn)，因此原子并不是一個(gè)具有明確“邊界”的實(shí)體，即原子并沒有經(jīng)典意義上的半徑。
1. 原子半徑的測(cè)定方法
方法一：根據(jù)固態(tài)單質(zhì)的密度算出1mol原子的體積，再除以阿伏伽德羅常數(shù)，得到一個(gè)原子在固態(tài)單質(zhì)中平均占有體積，進(jìn)而得到原子半徑。
方法二：制定化合物中兩個(gè)相鄰原子的核間距為兩個(gè)原子的半徑之和，再通過實(shí)驗(yàn)測(cè)定分子或固體中原子的核間距，從而求得相關(guān)原子的原子半徑。（常用）
一、原子半徑及其變化規(guī)律
2. 原子半徑的種類
①共價(jià)半徑：由共價(jià)分子或共價(jià)晶體中原子的核間距計(jì)算得出。
②范德華半徑（范式半徑）：由分子晶體中共價(jià)分子之間的最短距離計(jì)算得出。
③金屬半徑：由金屬晶體中原子之間的最短距離計(jì)算得出。
金屬：有共價(jià)半徑、金屬半徑。
稀有氣體：只有范式半徑。
非金屬（除稀有氣體）：有共價(jià)半徑和范式半徑，且總有 r 范> r 共。
高中教材用共價(jià)半徑，所以稀有氣體半徑與同周期其他元素?zé)o可比性。
一、原子半徑及其變化規(guī)律
3. 影響因素
一、原子半徑及其變化規(guī)律
4. 原子半徑變化規(guī)律
同周期主族元素：從左到右，原子半徑逐漸減小（除稀有氣體元素外）。
增加電子產(chǎn)生的電子間的排斥作用小于核電荷增加核對(duì)外層電子的吸引作用。
同主族元素：從上到下，原子半徑逐漸增大。
核電荷增加核對(duì)外層電子的吸引作用小于增加電子產(chǎn)生的電子間的排斥作用。
同周期副族元素：從左到右，原子半徑呈遞減趨勢(shì)，但變化幅度不大。
增加的電子都分布在(n－1)d軌道上，它對(duì)外層電子的排斥作用與核電荷增加帶來(lái)的核對(duì)電子的有效吸引作用大致相當(dāng)。
一、原子半徑及其變化規(guī)律
5. 比較微粒半徑大小的規(guī)律
(1)同周期從左到右，原子半徑依次減小。
(2)同主族從上到下，原子半徑依次增大。
(3)同種元素形成的粒子半徑
陽(yáng)離子半徑 < 原子半徑，原子半徑 < 陰離子半徑，且陽(yáng)離子價(jià)態(tài)越高，半徑越小。
(4)核外電子數(shù)相同的微粒，核電荷數(shù)(或原子序數(shù))越小，微粒半徑越大。
(5)利用參照物比較核電荷數(shù)和電子數(shù)都不相同的微粒的半徑。
判斷正誤
(1)原子半徑就是最外層電子到原子核的實(shí)際距離(　　)
(2)同周期元素從左到右，原子半徑逐漸增大(　　)
(3)同周期的過渡元素，從左到右原子半徑一定減小(　　)
(4)同主族元素從上到下，隨電子層數(shù)的增多，原子半徑逐漸增大(　　)
×
×
×
√
跟蹤強(qiáng)化
1、下列四種粒子中，半徑按由大到小排列順序正確的是(　　)
①基態(tài)X的原子結(jié)構(gòu)示意圖為
②基態(tài)Y的價(jià)電子排布式為3s23p5
③基態(tài)Z2－的軌道表示式為
④W基態(tài)原子有2個(gè)電子層，電子式為
A．①>②>③>④ B．③>④>①>②
C．③>①>②>④ D．①>②>④>③
C
S
Cl
S2－
F
二、元素電離能及其變化規(guī)律
對(duì)原子得失電子能力僅有定性分析不足以滿足科學(xué)研究和生產(chǎn)實(shí)踐的需要，人們?cè)诓粩鄬ふ夷芏糠治鲈拥檬щ娮幽芰Φ姆椒ā?br/>1. 概念：氣態(tài)基態(tài)原子或氣態(tài)基態(tài)離子失去一個(gè)電子所需要的的最小能量稱為電離能，常用符號(hào) I 表示，單位為 KJ·mol-1。
2. 意義：電離能越小，表示在氣態(tài)時(shí)該原子越容易失去電子；反之，電離能越大，表示在氣態(tài)時(shí)該原子越難失去電子。
因此，運(yùn)用電離能數(shù)值可以判斷金屬原子在氣態(tài)時(shí)失去電子的難易程度。
二、元素電離能及其變化規(guī)律
3. 元素的逐級(jí)電離能
(1)第一電離能是指處于基態(tài)的氣態(tài)原子失去一個(gè)電子，生成＋1價(jià)氣態(tài)陽(yáng)離子所需要的能量，符號(hào)為 I1。
M(g)===M＋(g)＋e－　 I1
(2)第二電離能是指由＋1價(jià)氣態(tài)陽(yáng)離子再失去一個(gè)電子形成＋2 價(jià)氣態(tài)陽(yáng)離子所需要的能量，符號(hào)為 I2。依次還有第三電離能 I3，第四電離能 I4 等。
M＋(g)===M2＋(g)＋e－　　I2
M2＋(g)===M3＋(g)＋e－　 I3
(3)同一元素的電離能按I1、I2、I3……順序，變化規(guī)律是依次增大。
二、元素電離能及其變化規(guī)律
4. 第一電離能變化規(guī)律（P24）
二、元素電離能及其變化規(guī)律
4. 第一電離能變化規(guī)律
(1)同一周期：從左到右，元素的 I1 總體上逐漸增大，原子越來(lái)越難失去電子。
原因：隨著核電荷數(shù)增大，原子半徑逐漸減小，核對(duì)外層電子的有效吸引作用依次增強(qiáng)。
(2)同一主族：自上而下，元素的 I1 逐漸減小，原子越來(lái)越容易失去電子。
原因：同主族元素原子的價(jià)電子數(shù)相同，原子半徑逐漸增大，原子核對(duì)核外電子的有效吸引作用逐漸減弱。
二、元素電離能及其變化規(guī)律
4. 第一電離能變化規(guī)律
(3)過渡元素：過渡元素 I1 變化不太規(guī)則，同一周期，從左到右，I1 略有增加。
原因：對(duì)這些元素的原子來(lái)說(shuō)，增加的電子大部分排布在 (n－1)d 或 (n－2)f 軌道上，原子核對(duì)外層電子的有效吸引作用變化不是太大。
(4)同周期 ⅡA 族和 ⅤA 族元素的 I1 的變化出現(xiàn)反常：
原因：ⅡA族的元素原子的最外層原子軌道為ns2全充滿穩(wěn)定狀態(tài)；ⅤA 族元素原子的最外層原子軌道為np3半充滿的穩(wěn)定狀態(tài)。
二、元素電離能及其變化規(guī)律
5. 應(yīng)用
(1)判斷元素金屬性、非金屬性的強(qiáng)弱
一般來(lái)說(shuō)，第一電離能越大，非金屬性越強(qiáng)；第一電離能越小，金屬性越強(qiáng)。
(2)確定元素核外電子的排布
(3)確定元素的化合價(jià)
二、元素電離能及其變化規(guī)律
5. 應(yīng)用：下表為Na、Mg、Al 的電離能(kJ·mol－1)。
(1)為什么同一元素的電離能逐級(jí)增大？
(2)鈉原子為什么容易失去1個(gè)電子成為＋1價(jià)的陽(yáng)離子？
(3)上表中能夠說(shuō)明鎂、鋁原子通常分別形成Mg2＋、Al3＋的依據(jù)是什么？
　　　　　元素 電離能　　　　　 Na Mg Al
I1 496 738 577
I2 4 562 1 451 1 817
I3 6 912 7 733 2 745
I4 9 543 10 540 11 575
二、元素電離能及其變化規(guī)律
5. 應(yīng)用：下表為Na、Mg、Al 的電離能(kJ·mol－1)。
(1)為什么同一元素的電離能逐級(jí)增大？
原子首先失去的是能量最高的電子，故第一電離能較小，原子失去電子后變成陽(yáng)離子，離子半徑變小，核電荷對(duì)電子的引力增強(qiáng)，從而使電離能逐級(jí)增大。
　　　　　元素 電離能　　　　　 Na Mg Al
I1 496 738 577
I2 4 562 1 451 1 817
I3 6 912 7 733 2 745
I4 9 543 10 540 11 575
二、元素電離能及其變化規(guī)律
5. 應(yīng)用：下表為Na、Mg、Al 的電離能(kJ·mol－1)。
(2)鈉原子為什么容易失去1個(gè)電子成為＋1價(jià)的陽(yáng)離子？
鈉原子的I2 I1，說(shuō)明鈉原子很容易失去1個(gè)電子形成Na＋，1s22s22p6穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，核對(duì)外層電子的有效吸引作用變得更強(qiáng)。因此，鈉元素常見價(jià)態(tài)為＋1價(jià)。
　　　　　元素 電離能　　　　　 Na Mg Al
I1 496 738 577
I2 4 562 1 451 1 817
I3 6 912 7 733 2 745
I4 9 543 10 540 11 575
二、元素電離能及其變化規(guī)律
5. 應(yīng)用：下表為Na、Mg、Al 的電離能(kJ·mol－1)。
(3)上表中能夠說(shuō)明鎂、鋁原子通常分別形成Mg2＋、Al3＋的依據(jù)是什么？
Mg形成＋2價(jià)陽(yáng)離子的依據(jù)是I3 I2。Al通常形成＋3價(jià)陽(yáng)離子的依據(jù)是I4 I3。
　　　　　元素 電離能　　　　　 Na Mg Al
I1 496 738 577
I2 4 562 1 451 1 817
I3 6 912 7 733 2 745
I4 9 543 10 540 11 575
二、元素電離能及其變化規(guī)律
5. 應(yīng)用
(2)確定元素核外電子的排布
當(dāng)相鄰逐級(jí)電離能突然變大時(shí)，說(shuō)明其電子層發(fā)生了變化，
即同一電子層中電離能相近，不同電子層中電離能有很大的差距。
(3)確定元素的化合價(jià)
如果 ，即電離能在 In 與 In＋1 之間發(fā)生突變（4倍及以上），則元素的原子易形成＋n 價(jià)離子，并且主族元素的最高化合價(jià)為＋n 價(jià)。
追根尋源（魯科版P24）
化學(xué)史話（滬教版、蘇教版）
化學(xué)史話（滬教版、蘇教版）
判斷正誤
(1)氮原子的原子半徑及第一電離能都比氧原子的大(　　)
(2)M(g)===M2＋(g)＋2e－所需能量不是第二電離能(　　)
(3)同主族元素，隨原子序數(shù)的遞增，第一電離能逐漸減小(　　)
(4)原子的電離能大小：I1＞I2＞I3(　　)
(5)第一電離能小的元素的金屬性一定強(qiáng)(　　)
√
√
×
√
×
三、電子親和能
1. 概念：元素的氣態(tài)原子（或離子）獲得一個(gè)電子所放出的能量稱為電子親和能，單位為KJ·mol-1。
習(xí)慣上規(guī)定：體系放出能量時(shí)電子親和能為正，體系吸收能量時(shí)電子親和能為負(fù)。
2. 意義：電子親和能反應(yīng)元素的氣態(tài)原子結(jié)合電子的難易程度。
元素的電子親和能沒有表現(xiàn)出簡(jiǎn)單的變化規(guī)律，且不易測(cè)定，準(zhǔn)確性差，來(lái)自不同文獻(xiàn)的數(shù)據(jù)往往不同，因此應(yīng)用不如電離能廣泛。
三、電子親和能
【思考】氟的電子親和能比氯小，為什么？
氟的原子半徑過小，周圍電子密度較大，當(dāng) F 形成 F－ 時(shí)，電子之間互相排斥而消耗能量，放出的能量少。
跟蹤強(qiáng)化
2、下列有關(guān)電離能的說(shuō)法中，正確的是(　　)
A．第一電離能越大的原子失電子的能力越強(qiáng)
B．第一電離能是元素的原子失去核外第一個(gè)電子需要的能量
C．同一周期中，主族元素原子第一電離能從左到右越來(lái)越大
D．可通過一種元素各級(jí)電離能的數(shù)值，判斷元素可能的化合價(jià)
D
跟蹤強(qiáng)化
3、下列說(shuō)法正確的是(　　)
A．第3周期所含的元素中鈉的第一電離能最小
B．鋁的第一電離能比鎂的第一電離能大
C．在所有元素中，氟的第一電離能最大
D．鉀的第一電離能比鎂的第一電離能大
A
跟蹤強(qiáng)化
(2)[2019·全國(guó)卷Ⅰ，35(1)]下列狀態(tài)的鎂中，電離最外層一個(gè)電子所需能量最大的是_____(填標(biāo)號(hào))。
A
跟蹤強(qiáng)化
5.元素的第一電離能(設(shè)其為I1)的周期性變化如圖所示。
試根據(jù)元素在元素周期表中的位置，
分析圖中曲線的變化特點(diǎn)，并回答下
列問題：
(3)推測(cè)氣態(tài)基態(tài)鈣原子失去最外層一個(gè)
電子所需能量的范圍：_____________＜I1＜_____________。
419 kJ·mol－1　 738 kJ·mol－1

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