1.3 课时1 原子半径、元素的电离能及其变化规律 课件（共22页） 2023-2024学年高二化学鲁科版（2019）选择性必修2

(共22张PPT)
第3节 原子结构与元素性质 课时1
1.了解原子半径的周期性变化,能用原子结构的知识解释主族元素原子半径周期性变化的原因；
2.了解电离能的定义及其内涵,认识主族元素电离能的变化规律。
联想 · 质疑
联想 · 质疑
在元素周期表中，随着原子序数的递增，元素基态原子的核外电子排布呈现周期性变化，元素的性质也呈现周期性变化那么，元素哪些性质呈现周期性变化 元素性质周期性变化的本质是什么 如何运用元素周期表推测元素的基本性质
一、原子半径及其变化规律
假定原子是一个球体，并采用统计的方法来测定其半径。
原子半径的测定方法
指定化合物中两个相邻原子的核间距为两个原子的半径之和，再通过实验来测定分子或固体中原子的核间距，从而得到相关原子的原子半径。
1.原子半径变化规律
(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
同一周期从左到右,原子半径逐渐减小
增加电子产生的电子间的排斥作用小于核电荷数增大导致原子核对外层电子的吸引作用
核电荷数增大对外层电子的吸引作用小于增加电子间的排斥作用
同一主族从上到下,原子半径逐渐增大
同一周期过渡元素从左到右原子半径的变化幅度不大。因为同一周期过渡元素增加的电子一般分布在内层d轨道或f轨道上,电子间的排斥作用与核对电子的吸引作用大致相当。
(2)过渡元素
图1-3-2 元素的原子半径及其相应的比例模型
2.影响原子半径的因素
原子
半径
取决于
电子层数
核电荷数
越多
电子间的排斥作用越大
越多
核对电子的吸引作用越大
原子半径越大
原子半径越小
思考与交流
是否电子层数多的元素的原子半径一定大于电子层数少的元素的原子半径
不一定。原子半径的大小由核电荷数与电子层数两个因素综合决定,如碱金属元素的原子半径比它下一周期的卤族元素的原子半径大。
试将S、Cl、S2-、F粒子半径大小排列顺序。
【练一练】
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-)
＜
同种元素的原子和离子，价态越高，半径越小。
(1)同一周期主族元素从左到右,元素原子失去电子的能力越来越弱,获得电子的能力越来越强。
(2)同主族元素自上而下,金属元素原子失去电子的能力越来越强,非金属元素原子获得电子的能力越来越弱。
同周期元素和同主族元素原子结构递变的综合结果是:位于元素周期表中金属元素与非金属元素分界线周围元素的原子获得或失去电子的能力都不强。
3.元素原子得失电子的能力
如何定量的描述某种原子得失电子的能力呢？
二、元素的电离能及其变化规律
M(g)==M+(g)+e-　I1(第一电离能)
M+(g) ==M2+(g)+e-　I2(第二电离能)
M2+(g)== M3+ (g)+e-　I3(第三电离能)
1.电离能
气态基态原子或气态基态离子失去一个电子所需要的最小能量。
符号: I 单位: kJ·mol-1
2.元素的逐级电离能
电离能
I1
I3
I2
铍
原
子
可利用电离能数值判断金属元素的原子在气态时失去电子的难易程度。
电离能
I1
I3
I2
铍
原
子
同一原子:I1电离能数值越大,该气态原子越难失去电子。
电离能数值越小,该气态原子越容易失去电子。
3.意义:
观察 · 思考
观察 · 思考
观察下图，请说明元素的第一电离能随着元素原子序数的递增呈现怎样的变化规律，并从原子结构的角度加以解释。
同一周期，碱金属元素的第一电离能最小，稀有气体元素的第一电离能最大；
从左到右，元素的第一电离能总体上呈现从小到大的变化趋势；
同主族元素自上而下第一电离能逐渐减小。
思考与交流
为什么第2周期中的Be和N元素及第3周期中的Mg和P元素的第一电离能大于同周期相邻元素的第一电离能
具有全充满、半充满及全空的电子排布的元素稳定性较高,其电离能数值较大。
ⅠA 0
ⅡA ⅢA ⅣA ⅤA ⅥA ⅦA
1s2
2s2
2s22p6
2s22p3
3s2
3s23p6
3s23p3
电离能数值大小主要取决于原子的核电荷数、原子半径及其电子构型。
思考与交流
将相同的镁片和铝片分别加入等量等浓度的盐酸中，镁片上生成气泡的速率比铝片要快很多，这说明镁比铝在盐酸溶液中更活泼，但两者的另外一个能够衡量金属性强弱的数值一电离能的数值大小却正好相反，产生这个差异的原因是什么
由于金属活动性顺序与电离能所对应的条件不同，所以二者并不完全致。电离能是气态原子或气态离子失去一个电子所需的最小能量，而金属活动性是指金属单质在溶液中的活泼性，受电离能和其他能量变化总和的影响，故二者并不完全一致。
思考与交流
观察下表电离能数据并分析为什么锂元素易形成Li+,而不易形成Li2+;镁元素易形成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
从表中数据可知,Li元素的I2远大于I1,因此Li容易失去第一个电子,而不易失去第二个电子,即Li易形成Li+,而不易形成Li2+。镁元素的I1、I2相差不大,I3远大于I1和I2,说明镁容易失去两个电子,而不易失去第三个电子,因此镁易形成Mg2+,而不易形成Mg3+。
4.应用:
(1)根据电离能数据,确定元素核外电子的排布
由于层与层之间电离能相差很大,电离能数值在不同电子层之间发生突变,而相同电子层内电离能数值差别相对较小。
如Na的I1~I7(单位 kJ·mol-1):496、4 562、6 912、9 543、13 353、16 610、20 114
突跃
(2)根据电离能数据,确定元素在化合物中的化合价
(3)判断元素的金属性、非金属性强弱
一般来说,I1越大,元素的非金属性越强,I1越小,元素的金属性越强。
电子亲和能
电子亲和能反映的是气态原子结合电子的难易程度。元素的气态原子或(离子)获得一个电子所放出的能量称为电子亲和能。习惯上规定，体系放出能量时电子亲和能为正，体系吸收
能量时电子亲和能为负。电子亲合能的
大小反应了气态原子获得电子成为气态
阴离子的难易程度。
【练一练】
1.判断下列说法是否正确,正确的打“√”,错误的打“×”。
(1)S2-、Cl-、K+的半径逐渐减小。(　　)
(2)当电子层数相同时,核电荷数越小,微粒半径越小。(　　)
(3)主族元素原子最外层电子数相同时,质子数越大半径越小。(　　)
(4)同周期元素中ⅦA族元素的第一电离能最大。(　　)
(5)在同一主族中,自上而下元素的第一电离能逐渐减小。(　　)
(6)ⅠA、ⅡA族元素的原子,其原子半径越大,第一电离能越大。(　　)
2.在通常条件下,下列各组物质的性质排列正确的是(　　)
A.Na、Mg、Al的失电子能力逐渐增强
B.O、F、N的非金属性逐渐增强
C.微粒半径的大小比较：Mg2+>Na+>F-
D.热稳定性:HF>H2O>NH3
D
3.具有下列电子排布式的原子中,半径最大的是(　　)
A.1s22s22p63s23p5 B.1s22s22p4
C.1s22s22p3 D.1s22s22p63s23p3
D
4.下列各组元素中,第一电离能依次减小的是(　　)
A.H　Li　Na　K B.Na　Mg　Al　Si
C.I　Br　Cl　F D.F　O　N　C
5.下列原子的价电子排布式中,对应元素第一电离能最大的是(　　)
A.3s23p1 B.3s23p2
C.3s23p3 D.3s23p4
A
C
6.(双选)已知X、Y是主族元素,I为电离能,单位是kJ·mol-1。请根据下表数据判断,错误的是(　　)
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的常见化合价是+3
B.元素Y是ⅢA族元素
C.元素X与氯形成化合物时,化学式可能是XCl
D.若元素Y处于第3周期,它可与冷水剧烈反应
AD
原子半径
主族元素
过渡元素
影响因素
同一周期从左到右,原子半径逐渐减小
同一主族从上到下,原子半径逐渐增大
从左到右原子半径的变化幅度不大
电子层数
核电核数
原子得失电子能力
电离能
定义
元素的逐级电离能
影响因素
I1原子的核电荷数、原子半径及其电子构型
应用