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《原子结构与元素的性质》第二课时
教学设计
课题
《原子结构与元素的性质》
单元
1
学科
化学
年级
高二
教材分析
本节教学内容是人教版高中化学选择性必修第二册第一章《原子结构与性质》第二节《原子结构与元素的性质》第二课时。这一课时的教学内容主要是原子半径和电离能的周期性变化规律。前一节已经学习了
“元素周期律、元素周期系和与元素周期表以及构造原理与元素周期表”的概念和内容，了解了元素周期表等基础知识，理解元素周期律相关知识。在复习原子结构及元素周期表相关知识的基础上，从原子核外电子排布的特点出发，结合元素周期表进一步探究元素在周期表中的位置与原子结构的关系。本节内容在复习元素核外电子排布、元素金属性及非金属性等的基础上，进一步从原子半径、电离能等方面探究元素性质的周期性变化规律。重点探究电离能的周期性变化。
本节安排了“原子半径及电离能”这部分内容。学生通过学习这部分知识，了解原子半径的周期性变化规律，知道知道电离能的概念与表示方法。理解电离能与原子半径的关系，并掌握电离能的周期性变化及规律。加深对元素周期律、元素周期表及元素“位—构—性”三者关系的理解。
教学目标与核心素养
证据推理与模型认知：通过探究原子结构与元素周期表的关系。知道原子半径的周期性变化。通过探究原子结构与电离能的关系。理解电离能与原子半径的关系，并掌握电离能的周期性变化及规律。科学精神与社会责任：通过阅读资料卡片，认识到科学是在不断发展的，培养求真务实、不断进步的科学精神与社会责任感。
重点难点
原子半径、第一电离能的周期性变化。
教学过程
教学环节
教师活动
学生活动
设计意图
导入新课
【旧知回顾】
根据已学知识回顾：元素周期律的内涵丰富多彩，在元素周期表中，原子核电荷数、电子层数、原子半径、元素金属性与非金属性、原子得电子与失电子能力有什么周期性的变化规律呢？
1.同周期：从左到右，最外层电子数依次增加；核电荷数依次增加；原子半径逐渐减小；元素金属性逐渐减弱，非金属性逐渐增强；原子得电子能力增强，失电子能力减弱。
2.同主族：从上到下，最外层电子数相同，核电荷数依次增加，原子半径逐渐增大，元素金属性逐渐增强，非金属性逐渐减弱。原子得电子能力减弱，失电子能力增强。
复习旧知
通过之前已有知识的复习，给新内容学习奠基基础，提高学生学习积极性。
讲授新课
第二节
原子结构与元素的性质第二课时
原子半径与电离能一、原子半径显然，电子的能层越多，电子之间的排斥作用将使原子的半径增大；
而核电荷数越大，核对电子的吸引作用也就越大，将使原子的半径减小。这两个因素结合的结果使原子半径呈现周期性的递变。1.原子半径的大小取决于两个相反的因素：①电子的能层数②核电荷数【思考与讨论】1.元素周期表中的同周期主族元素从左到右，原子半径的变化趋势如何？如何解释这种趋势？元素周期表中同周期主族元素从左到右，原子半径依次减小。解释：同周期，原子半径大小主要影响因素为核电荷数，从左到右，原子核外电子的能层不变，而原子核电荷数依次增加，原子核对电子的吸引作用就越大，使原子的半径减小。
2.元素周期表中的同主族元素从上到下，原子半径的变化趋势如何？如何解释这种趋势？
元素周期表中同主族元素从上到下，原子半径依次增大。解释：同主族，原子半径大小主要影响因素为电子的能层数，从上到下，原子核外电子的能层依次增加，电子的能层越多，电子之间的排斥作用将使原子的半径增大。
二、电离能
1.概念
气态电中性基态原子失去了一个电子转化为气态基态正离子所需要的最低能量叫做第一电离能。
注意：保持“最低能量”的条件：“气态”、“基态”、“电中性”、”失去一个电子“等。
2.表示方法
用符号
I1
表示，单位：kJ
/mol【思考】什么又叫第二电离能？第三电离能？第四？第五？一价气态正离子再失去一个电子所需要的能量叫做第二电离能,符号I2。以此类推，第三、第四电离能……N(g)＝N＋(g)＋e－
I1（第一电离能）N＋(g)＝N2＋(g)＋e－
I2（第二电离能）N2＋(g)＝N3＋(g)＋e－
I3（第三电离能）【思考】元素的第一电离能大小与原子失电子的难易有何关系？元素的第一电离能大小与原子失电子的难易的关系：元素的第一电离能越小，越易失去电子，元素金属性越强；元素的第一电离能越大，越难失去电子，元素金属性越弱。【讨论】观察右图，思考原子的第一电离能随核电荷数递增有什么规律呢？同学之间相互交流并作分享。
元素的第一电离能的周期性特点：
每个周期的第一种元素（氢和碱金属）的第一电离能最小，最后一种元素（稀有气体）的第一电离能最大；同族元素从上到下第一电离能变小，如He、Ne、Ar、Kr、Xe的第一电离能依次下降，H、Li、Na、K、Rb、Cs的第一电离能也依次下降。
规律小结：
（1）同主族：从上到下，元素第一电离能逐渐减小。（2）同周期：从左到右，元素第一电离能总体呈增大趋势。中间有反常。【思考】为什么B、Al、O、S等元素的电离能比它们左边元素的电离能低，而使Li—Ni和Na—Ar的电离能曲线呈现锯齿状变化？【资料卡片】对于B和Al这两个锯齿状变化，一般的解释为：
B和Al的第一电离能失去的电子是np能级的，该能级的能量比左边的位于ns能级的能量高。对于O和S这两个锯齿状变化，有两种解释，其一是N和P的电子排布式半充满的，比较稳定，电离能较高；其二是O和S失去的是已经配对的电子，配对电子相互排斥，因而电离能较低。哪一种解释更合理？需要做定量计算才能判断。影响元素的第一电离能大小的因素：（1）原子核对核外电子的引力
（即原子半径）（2）原子达到稳定结构的趋势【思考与讨论】（1）碱金属的电离能与碱金属的活泼性存在什么联系？碱金属元素，从上到下，原子半径逐渐增大，越易失去电子，第一电离能减小，元素金属性增强，碱金属的活泼性增强。（2）下表的数据从上到下是钠、镁、铝逐级失去电子的电离能。①为什么原子的逐级电离能越来越大？原子的逐级电离能逐渐增大，即
I1
<
I2
<
I3
<
I4
<
·······解释：因为随着电子的逐个失去，阳离子所带的正电荷数越来越大，再要失去一个电子需克服的电性引力也越来越大，消耗的能量也越来越多。
所以原子的逐级电离能逐渐增大。②这些数据跟钠、镁、铝的化合价有什么联系？钠、镁、铝的最高化合价分别是＋1、＋2、＋3同一元素的不同电离能变化规律：（1）逐级增大，且存在突跃
。
（2）根据主族元素原子不同级电离能的突跃性变化，判断元素性质（通常价态）、元素在周期表中的位置等。【课堂练习】1．关于元素第一电离能元素性质的下列说法中，不正确的是A．第一电离能越小，元素金属越强B．第一电离能越小，该元素原子的能量越高C．第一电离能越大，该元素的非金属性强D．第一电离能失去的电子，一定是最外层上的电子答案为
C。A．第一电离能越小，说明越易失电子，元素金属性越强，故A正确；B．元素原子的能量越高，第一电离能越小，越易失去电子，故B正确；C．同一周期元素的第一电离能随着原子序数的增大而增大，同一周期中稀有气体的第一电离能最大，但稀有气体非金属性弱，故C错误；D．第一电离能是基态的气态原子失去最外层的一个电子所需能量，故D正确；2．下列说法正确的是( )A．第三周期所含的元素中钠的第一电离能最小B．铝的第一电离能比镁的第一电离能大C．在所有元素中，氟的第一电离能最大D．钾的第一电离能比镁的第一电离能大答案：
AA.金属性越强，第一电离能越小，所以第三周期所含的元素中钠的第一电离能最小，选项A正确；B.由于镁原子的3s轨道处于全充满状态，稳定性强，所以第一电离能是镁的大于铝的，选项B不正确；C.第一电离能最大的是稀有气体元素，选项C不正确；D.钾的金属性强于镁的，所以钾的第一电离能小于镁的，选项D不正确；3．以下说法不正确的是A．第一电离能越小，表示气态原子越容易失电子B．同一元素的电离能，各级电离能逐级增大C．在元素周期表中，主族元素原子的第一电离能从左到右一定是越来越大D．在元素周期表中，同主族元素从上到下，第一电离能呈现递减的趋势
答案：
CA.第一电离能越小，气态原子失去一个电子所需要的最小能量越小，越容易失电子，故A正确；B.同一元素的电离能，各级电离能逐级增大，故B正确；C.在元素周期表中，主族元素原子的第一电离能从左到右呈增大的趋势，当外围电子在能量相等的轨道上形成全空、半满或全满结构时，原子的能量较低，元素的第一电离能较大，故C错误；D.在元素周期表中，同主族元素从上到下，第一电离能呈现递减的趋势，这是因为同主族元素的价电子数相同，原子半径逐渐增大，原子核对核外电子的有效吸引作用逐渐减弱，故D正确。4.
根据有关知识，回答下列问题。（1）化学元素（0族和放射性元素除外）中，第一电离能最小的元素是___（填元素符号，下同），第一电离能最大的元素是___，电负性最大的元素是___。（2）铜的原子序数是29，其价电子排布式为___。（3）元素的电负性越大，则在形成化合物时此元素___越强。（4）Be的第一电离能大于B的第一电离能，这是因为___。答案：（1）
Cs
F
F
（2）3d104s1
（3）吸引成键电子的能力
（4）Be的2s能级为全满状态，较稳定，而B失去一个电子后变为2s能级全满的稳定结构，所以B的第一电离能比Be的小。
5．第一电离能I1是指气态原子X(g)处于基态时，失去一个电子成为气态阳离子X＋(g)所需的能量。下图是部分元素原子的第一电离能I1随原子序数变化的曲线图(其中12号至17号元素的有关数据缺失)。(1)认真分析上图中同周期元素第一电离能的变化规律，推断Na～Ar元素中，Al的第一电离能的大小范围为____
Na
Mg
（2）从上到下依次减小
（3）5
ⅠA
思考与讨论思考思考交流归纳总结思考问题归纳总结检测反馈
知道原子半径的周期性变化。通过思考讨论，激发学生学习兴趣，培养学生语言表达能力。知道电离能的概念，并通过思考第二、第三电离能的含义，培养学生类比迁移能力。通过提问，引发学生思考。
通过主动思考问题，探究元电离能与元素性质的关系。
课堂小结
原子半径与电离能
一、原子半径①电子的能层数②核电荷数
二、电离能
1.概念
2.表示方法：用符号
I1
表示，单位：kJ
/mol
3.影响因素:
（1）原子核对核外电子的引力（即原子半径）
（2）原子达到稳定结构的趋势
板书
原子半径与电离能
一、原子半径①电子的能层数②核电荷数
二、电离能
1.概念
2.表示方法：用符号
I1
表示，单位：kJ
/mol
3.影响因素:
（1）原子核对核外电子的引力（即原子半径）
（2）原子达到稳定结构的趋势
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（共
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第一章
原子结构与性质
第二节
原子结构与元素的性质
第二课时
新课讲解
课程学习目标
了解原子半径的周期性变化规律。
1
理解电离能与原子半径的关系，并掌握电离能的周期性变化及规律。
3
知道电离能的概念与表示方法。
2
新课讲解
导入
根据已学知识回顾：元素周期律的内涵丰富多彩，在元素周期表中，原子核电荷数、电子层数、原子半径、元素金属性与非金属性、原子得电子与失电子能力有什么周期性的变化规律呢？
复习回顾
导入
同周期：
从左到右，最外层电子数依次增加；核电荷数依次增加；原子半径逐渐减小；元素金属性逐渐减弱，非金属性逐渐增强；原子得电子能力增强，失电子能力减弱。
同主族：
从上到下，最外层电子数相同，核电荷数依次增加，原子半径逐渐增大，元素金属性逐渐增强，非金属性逐渐减弱。原子得电子能力减弱，失电子能力增强。
复习回顾
新课讲解
一、原子半径
1.原子半径的大小取决于两个相反的因素：
显然，电子的能层越多，电子之间的排斥作用将使原子的半径增大；
而核电荷数越大，核对电子的吸引作用也就越大，将使原子的半径减小。这两个因素结合的结果使原子半径呈现周期性的递变。
①电子的能层数
②核电荷数
新课讲解
例如，主族元素的原子半径如图1-21所示：
新课讲解
思考与讨论
1.元素周期表中的同周期主族元素从左到右，原子半径的变化趋势如何？
如何解释这种趋势？
元素周期表中同周期主族元素从左到右，原子半径依次减小。
解释：同周期，原子半径大小主要影响因素为核电荷数，从左到右，原子核外电子的能层不变，而原子核电荷数依次增加，原子核对电子的吸引作用就越大，使原子的半径减小。
新课讲解
思考与讨论
2.元素周期表中的同主族元素从上到下，原子半径的变化趋势如何？
如何解释这种趋势？
元素周期表中同主族元素从上到下，原子半径依次增大。
解释：同主族，原子半径大小主要影响因素为电子的能层数，从上到下，原子核外电子的能层依次增加，电子的能层越多，电子之间的排斥作用将使原子的半径增大。
新课讲解
二、电离能
2.表示方法
气态电中性基态原子失去了一个电子转化为气态基态正离子所需要的最低能量叫做第一电离能。
保持“最低能量”的条件：“气态”、“基态”、“电中性”、”失去一个电子“等。
思考：什么又叫第二电离能？第三电离能？第四？第五？······
1.概念
用符号
I1
表示，单位：kJ
/mol
新课讲解
二、电离能
N(g)＝N＋(g)＋e－
I1（第一电离能）
N＋(g)＝N2＋(g)＋e－
I2（第二电离能）
N2＋(g)＝N3＋(g)＋e－
I3（第三电离能）
.
.
.
.
.
.
一价气态正离子再失去一个电子所需要的能量叫做第二电离能,符号I2。以此类推，第三、第四电离能……
新课讲解
二、电离能
元素的第一电离能大小与原子失电子的难易的关系：
元素的第一电离能越小，越易失去电子，元素金属性越强；
元素的第一电离能越大，越难失去电子，元素金属性越弱。
思考：元素的第一电离能大小与原子失电子的难易有何关系？
新课讲解
讨论：观察右图，思考原子的第一电离能随核电荷数递增有什么规律呢？同学之间相互交流并作分享。
新课讲解
每个周期的第一种元素（氢和碱金属）的第一电离能最小，最后一种元素（稀有气体）的第一电离能最大；同族元素从上到下第一电离能变小，如He、Ne、Ar、Kr、Xe的第一电离能依次下降，H、Li、Na、K、Rb、Cs的第一电离能也依次下降。
元素的第一电离能的周期性特点：
规律小结：
（1）同主族：从上到下，元素第一电离能逐渐减小。
（2）同周期：从左到右，元素第一电离能总体呈增大趋势。中间有反常。
新课讲解
思考：为什么B、Al、O、S等元素的电离能比它们左边元素的电离能低，而使Li—Ni和Na—Ar的电离能曲线呈现锯齿状变化？
新课讲解
对于B和Al这两个锯齿状变化，一般的解释为：
B和Al的第一电离能失去的电子是np能级的，该能级的能量比左边的位于ns能级的能量高。
对于O和S这两个锯齿状变化，有两种解释，其一是N和P的电子排布式半充满的，比较稳定，电离能较高；其二是O和S失去的是已经配对的电子，配对电子相互排斥，因而电离能较低。哪一种解释更合理？需要做定量计算才能判断。
资料卡片：
新课讲解
二、电离能
（1）原子核对核外电子的引力
（即原子半径）
（2）原子达到稳定结构的趋势
影响元素的第一电离能大小的因素：
新课讲解
（1）碱金属的电离能与碱金属的活泼性存在什么联系？
思考与讨论：
碱金属元素，从上到下，原子半径逐渐增大，越易失去电子，第一电离能减小，元素金属性增强，碱金属的活泼性增强。
元素
Li
Na
K
Rb
I1（kJ·mol－1)
587.1
496
418.6
402.9
新课讲解
（2）下表的数据从上到下是钠、镁、铝逐级失去电子的电离能。
为什么原子的逐级电离能越来越大？这些数据跟钠、镁、铝的化合价有什么联系？
元素
Na
Mg
Al
电离能
（kJ·mol-1）
496
738
578
4562
1451
1817
6912
7733
2745
9543
10540
11575
13353
13630
14830
16610
17995
18376
20114
21703
23293
思考与讨论：
新课讲解
为什么原子的逐级电离能越来越大？
思考与讨论：
原子的逐级电离能逐渐增大，即
I1
<
I2
<
I3
<
I4
<
·······
解释：因为随着电子的逐个失去，阳离子所带的正电荷数越来越大，再要失去一个电子需克服的电性引力也越来越大，消耗的能量也越来越多。
所以原子的逐级电离能逐渐增大。
新课讲解
这些数据跟钠、镁、铝的化合价有什么联系？
思考与讨论：
Na
Mg
Al
电离能（kJ·mol－1）
I1
496
738
578
I2
4562
1451
1817
I3
6912
7733
2745
I4
9543
10540
11575
I5
13353
13630
14830
I6
16610
17995
18376
I7
20114
21703
23293
钠、镁、铝的最高化合价分别是＋1、＋2、＋3
同一元素的不同电离能变化规律：
（1）逐级增大，且存在突跃
。
（2）根据主族元素原子不同级电离能的突跃性变化，判断元素性质（通常价态）、元素在周期表中的位置等。
课堂练习
答案为
C。
A．第一电离能越小，说明越易失电子，元素金属性越强，故A正确；
B．元素原子的能量越高，第一电离能越小，越易失去电子，故B正确；
C．同一周期元素的第一电离能随着原子序数的增大而增大，同一周期中稀有气体的第一电离能最大，但稀有气体非金属性弱，故C错误；
D．第一电离能是基态的气态原子失去最外层的一个电子所需能量，故D正确；
1．关于元素第一电离能元素性质的下列说法中，不正确的是（
）
A．第一电离能越小，元素金属越强
B．第一电离能越小，该元素原子的能量越高
C．第一电离能越大，该元素的非金属性强
D．第一电离能失去的电子，一定是最外层上的电子
课堂练习
2．下列说法正确的是( )
A．第三周期所含的元素中钠的第一电离能最小
B．铝的第一电离能比镁的第一电离能大
C．在所有元素中，氟的第一电离能最大
D．钾的第一电离能比镁的第一电离能大
答案：
A
A.金属性越强，第一电离能越小，所以第三周期所含的元素中钠的第一电离能最小，选项A正确；
B.由于镁原子的3s轨道处于全充满状态，稳定性强，所以第一电离能是镁的大于铝的，选项B不正确；
C.第一电离能最大的是稀有气体元素，选项C不正确；
D.钾的金属性强于镁的，所以钾的第一电离能小于镁的，选项D不正确；
课堂练习
3．以下说法不正确的是（
）
A．第一电离能越小，表示气态原子越容易失电子
B．同一元素的电离能，各级电离能逐级增大
C．在元素周期表中，主族元素原子的第一电离能从左到右一定是越来越大
D．在元素周期表中，同主族元素从上到下，第一电离能呈现递减的趋势
C
A.第一电离能越小，气态原子失去一个电子所需要的最小能量越小，越容易失电子，故A正确；
B.同一元素的电离能，各级电离能逐级增大，故B正确；
C.在元素周期表中，主族元素原子的第一电离能从左到右呈增大的趋势，当外围电子在能量相等的轨道上形成全空、半满或全满结构时，原子的能量较低，元素的第一电离能较大，故C错误；
D.在元素周期表中，同主族元素从上到下，第一电离能呈现递减的趋势，这是因为同主族元素的价电子数相同，原子半径逐渐增大，原子核对核外电子的有效吸引作用逐渐减弱，故D正确。
课堂练习
4.
根据有关知识，回答下列问题。
（1）化学元素（0族和放射性元素除外）中，第一电离能最小的元素是___（填元素符号，下同），第一电离能最大的元素是___，电负性最大的元素是___。
（2）铜的原子序数是29，其价电子排布式为___。
（3）元素的电负性越大，则在形成化合物时此元素___越强。
（4）Be的第一电离能大于B的第一电离能，这是因为___。
答案：（1）
Cs
F
F
（2）3d104s1
（3）吸引成键电子的能力
（4）Be的2s能级为全满状态，较稳定，而B失去一个电子后变为2s能级全满的稳定结构，所以B的第一电离能比Be的小。
课堂练习
5．第一电离能I1是指气态原子X(g)处于基态时，失去一个电子成为气态阳离子X＋(g)所需的能量。下图是部分元素原子的第一电离能I1随原子序数变化的曲线图(其中12号至17号元素的有关数据缺失)。
(1)认真分析上图中同周期元素第一电离能的变化规律，推断Na～Ar元素中，Al的第一电离能的大小范围为____Na
Mg
课堂练习
(2)从上图分析可知，同一主族元素原子的第一电离能I1变化规律是_____。
(3)上图中第一电离能最小的元素在周期表中的位置是第________周期________族；
从上到下依次减小
5
ⅠA
课堂小结
一、原子半径
二、电离能
1.概念
2.表示方法：
3.影响因素:
①电子的能层数
②核电荷数
用符号
I1
表示，单位：kJ
/mol
（1）原子核对核外电子的引力（即原子半径）
（2）原子达到稳定结构的趋势
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