1.2.2《 原子半径 电离能》课件（共26张）2020-2021学年人教版高二化学选修3

第二课时
原子半径 电离能原理
第二节 原子结构与元素的性质
第一章 原子结构与性质
核心素养发展目标
1．通过阅读课本、观察分析图表，能说出元素电离能的涵义，能应用元素的电离能说明元素的某些性质，明确同周期、同主族元素原子半径的变化规律。　
2．通过讨论交流、问题探究，知道影响同周期、同主族元素原子半径的变化趋势的原因，能比较常见微粒半径大小，知道电离能与元素的金属性、化合价的关系，认识主族元素电离能的变化与核外电子排布的关系。
3.通过问题探究、讨论交流、抽象概括等活动，进一步提高信息加工能力、逻辑思维能力、推理能力，体会利用数据和图表探索规律的思想方法。
【情景导入】元素的性质随核电核数递增发生周期性的递变，称为元素周期律。元素周期律的内涵丰富多样，下面，我们将对元素的原子半径、电离能和电负性等性质的周期性变化规律进行探讨。
活动一、原子结构对原子半径的影响
二、元素周期律
【阅读思考】阅读教材P16-17、观察教材图1-20，思考原子半径大小取决于哪些因素？
【温馨提示】决定原子半径大小的因素有①电子的能层数：电子的能层越多，电子之间的负电排斥将使原子半径增大；②核电荷数：核电荷数越大，原子核对电子的引力也就越大，将使原子半径缩小。
【讨论交流】在元素周期表中同周期、同主族元素原子半径的变化有何规律？
【温馨提示】①原子的能层数和核电荷数的综合结果使各种原子的半径发生周期性递变。②同周期主族元素：从左到右，电子能层数不变，但随核电荷数的逐渐增大核对电子的引力增大，从而使原子半径逐渐减小。③同主族元素：从上到下，电子能层数逐渐增多，虽然核电荷数增大，但电子能层数的影响成为主要因素，所以从上到下原子半径逐渐增大。
【问题探究1】（1）如何比较离子半径大小？
【温馨提示】①同种元素的离子半径：阴离子大于原子，原子大于阳离子，低价阳离子大于高价阳离子。例如：r(Cl－)>r(Cl)，r(Fe)>r(Fe2＋)>r(Fe3＋)。 ②电子层结构相同的离子，核电荷数越大，半径越小。例如：r(O2－)>r(F－)>r(Na＋)>r(Mg2＋)>r(Al3＋)。 ③带相同电荷的离子，电子层数越多，半径越大。例如：r(Li＋)r(Na＋)>r(Mg2＋)。
【问题探究2】（2）粒子半径大小与哪些因素有关？比较粒子半径大小的一般思路时什么？
【温馨提示】①微粒半径的大小与多种因素有关，比较复杂，其中主要受微粒的电子层数、核电荷数、核外电子数的影响，如果在比较微粒半径大小时，运用“求同比异”的方法，往往便于理解与记忆。②“三看”比较粒子半径大小：“一看”电子层数：最外层电子数相同时，电子层数越多，半径越大。,“二看”核电荷数：当电子层结构相同时，核电荷数越大，半径越小。,“三看”核外电子数：当电子层数和核电荷数均相同时，核外电子数越多，半径越大。
【问题探究3】（3）电子的能层数越多，元素原子的半径就越大吗？
【温馨提示】不一定，原子半径的大小由核电荷数与电子的能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卤素原子的半径大。
【对应训练】
1．下列关于微观粒子半径的说法正确的是(　　)
A．电子层数少的元素的原子半径一定小于电子层数多的元素的原子半径
B．核外电子层结构相同的单核粒子，半径相同
C．质子数相同的不同单核粒子，电子数越多半径越大
D．原子序数越大，原子半径越大
【答案】C【解析】由于同周期主族元素从左向右原子半径逐渐减小，故第三周期ⅦA族元素原子半径不一定比上一周期 Ⅰ A族元素原子半径大，如r(Li)＞r(Cl)，故A项错误；对于核外电子层结构相同的单核离子和原子，半径是不同的，故B项错误；质子数相同的不同单核粒子，阴离子半径＞原子半径＞阳离子半径，故C项正确；原子序数增大，原子半径不是一直增大，而是呈周期性变化的，故D项错误。
2.已知短周期元素的离子aA2＋、bB＋、cC3－、dD－具有相同的电子层结构，则下列叙述正确的是(　　)
A．原子半径：A>B>C>D
B．原子序数：d>c>b>a
C．离子半径：C>D>B>A
D．元素的第一电离能：A>B>D>C
【答案】C【解析】A、B、C、D都是短周期元素，其原子序数不会超过18，因而它们都是主族元素。由于它们的电子层结构相同，因而C、D位于A、B的上一周期，为非金属元素，且原子序数d>c，A、B为金属元素，原子序数a>b，因而四种元素的原子序数由大到小的顺序为a>b>d>c；由于A、B在C、D的下一周期，又是原子半径较大的金属元素，因而A、B的原子半径肯定比C、D的原子半径大，由同周期元素原子半径的递变规律知：r(B)>r(A)>r(C)>r(D)；电子层结构相同的离子，阴离子半径必大于阳离子半径，且带负电荷越多，半径越大，阳离子带正电荷越多，半径越小，故离子半径由大到小的顺序为C>D>B>A；同一周期的A、B为金属元素，A原子序数大于B，故第一电离能A>B，同一周期非金属元素C、D，C的原子序数小于D，第一电离能D>C，但金属元素的第一电离能比非金属元素的小，故元素的第一电离能：D>C>A>B。故正确答案为C。
活动二、原子结构对电离能的影响
【阅读思考】阅读教材P17页最后一自然段内容，思考第一电离能的定义及第一电离能大小与原子得失电子的关系是什么？
【温馨提示】（1）概念：气态电中性基态原子失去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。（2）第一电离能的意义：衡量元素的原子失去一个电子的难易程度。第一电离能数值越小，原子越容易失去一个电子，元素金属性越强。
【讨论交流1】（1）观察教材P18页图1—21，分析相关数据，思考元素第一电离能变化有何规律？
【温馨提示】观察图中数据可知：
①对同一周期的元素而言，第一
种(碱金属和氢)元素的第一电离
能最小，最后一种(稀有气体)元
素的第一电离能最大.②从左到右，
元素的第一电离能在总体上呈现从小到大的变化趋势，表示元素原子越来越难失去电子。但第ⅡA和ⅤA族有反常，第一电离能均比相邻两个族略高。③同主族元素，自上而下第一电离能逐渐减小，表明自上而下原子越来越易失去电子。
【讨论交流2】（2）原子的逐级电离能大小有何特点？原因是什么？
【温馨提示】①原子的逐级电离能越来越大。首先失去的电子是能量最高的电子，故第一电离能较小，以后再失去的电子多数是能量较低的电子，所需要吸收的能量多；同时，失去电子后离子所带正电荷对电子的吸引力更强，从而使电离能越来越大。 ②当电离能突然变大时说明电子的能层发生了变化，即同一能层中电离能相近，不同能层中电离能有很大的差距。
【讨论交流3】（3）影响原子电离能的因素有哪些？
【温馨提示】电离能的数值大小主要取决于原子的核电荷数、原子半径以及原子的电子排布。
①一般来说，同一周期的元素具有相同的电子层数，从左到右核电荷数增大，原子的半径减小，核对最外层电子的引力加大，因此，越靠右的元素越不易失去电子，电离能也就越大。②同一主族元素电子层数不同，最外层电子数相同，原子半径逐渐增大起主要作用，因此半径越大，核对最外层电子的引力越小，越易失去电子，电离能也就越小。③电子排布是影响电离能的第三个因素。某些元素具有全充满或半充满的电子排布，稳定性也较高，其电离能数值较大。如稀有气体的第一电离能在同周期元素中最大；ⅡA族Be、Mg等元素原子的最外层s原子轨道全满，p原子轨道全空，ⅤA族N、P等元素原子p原子轨道为半充满状态，均稳定，所以它们比右侧相邻的元素的第一电离能大，出现反常。
【问题探究1】（1）电离能在核外电子排布、元素的化合价及判断金属性和非金属性强弱方面分别有哪些具体应用？
【温馨提示】①根据电离能数据，确定元素原子核外电子的排布。如Li：I1?I2【问题探究2】（2）M(g)－2e－―→)M2＋所需的能量是否是其第一电离能的2倍？
【温馨提示】应远大于其第一电离能的2倍。因为首先失去的电子是能量最高的电子，故第一电离能最小，再失去的电子是能量较低的电子，且失去电子后离子所带正电荷对电子吸引力更强，从而使电离能越来越大。
【问题探究3】（3）同一周期元素的第一电离能并不是严格递增的，如第一电离能B【温馨提示】能量相同的原子轨道在全满、半满、全空时体系能量最低，原子较稳定，因此，价电子排布处于半满的轨道的元素，其第一电离能比邻近原子的第一电离能大，如N原子的第一电离能大于O原子的第一电离能。
【问题探究4】（4）下表的数据从上到下是钠、镁、铝原子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？

Na
Mg
Al
496
738
578
4 562
1 451
1 817
6 912
7 733
2 745
9 543
10 540
11 575
13 353
13 630
14 830
16 610
17 995
18 376
20 114
21 703
23 293
【温馨提示】①特点：气
态电中性基态原子失去一
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(用I1表示)，
从正一价气态基态正离子
中再失去一个电子所需要的最低能量叫做第二电离能(用I2表示)，以此类推，可得I3、I4…同一种元素的逐级电离能的大小关系为：I1②原因：随着电子逐个失去，阳离子所带的正电荷数越来越多，再失去一个电子需要克服的电性吸引力越来越大，消耗的能量也越来越多。钠的最外电子层的电子数为1，所以I1比I2小得多，电离能差值很大，说明失去第一个电子比失去第二个电子容易得多，所以钠容易失去一个电子形成＋1价的阳离子；Mg的最外电子层的电子数是2，故I1和I2相差不大，而I2和I3相差很大，所以Mg容易失去两个电子形成＋2价的阳离子；Al的最外电子层的电子数是3，所以I1、I2、I3相差不大，所以Al容易失去三个电子形成＋3价的阳离子。
【对应训练】
1．下列有关电离能的说法，正确的是(　　)
A．第一电离能越大的原子失电子的能力越强
B．第一电离能是元素的原子失去核外第一个电子需要的能量
C．同一周期中，主族元素原子第一电离能从左到右越来越大
D．可通过一种元素各级电离能的数值，判断元素可能的化合价
【答案】D 【解析】第一电离能是气态电中性基态原子失去一个电子转化为气态基态正离子需要的最低能量；元素原子的第一电离能越大，表示该元素的原子越难失去电子；从总的变化趋势上看，同一周期中元素的第一电离能从左到右逐渐增大，但有反常，如I1(N)>I1(O)。
2.下列叙述中正确的是(　　)
A．第三周期所含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 【解析】同周期中碱金属的第一电离能最小，稀有气体的第一电离能最大，故A正确，C不正确；由于镁的外围电子排布为3s2(3s能级全满，3p能级全空)，而Al的外围电子排布为3s23p1，故铝的第一电离能小于镁，B不正确；钾比镁活泼，更易失电子，钾的第一电离能小于镁，D错误。
课堂检测
1．下列关于粒子半径的说法中，正确的是(　　)
A．电子层数少的元素，其原子半径一定小于电子层数多的元素的原子半径
B．核外电子层结构相同的单核粒子的半径相同
C．质子数相同的不同单核粒子，电子数越多半径越大
D．原子序数越大，原子半径越大
【答案】　C【解析】A项，第ⅦA族元素原子的半径不一定比上一周期第ⅠA族元素原子的半径大，如r(Li)>r(S)>r(Cl)；B项，Na＋与F－的核外电子层结构相同，但两者半径：r(Na＋)2．元素X的各级电离能数据(单位：kJ·mol－1)如下：
I1
I2
I3
I4
I5
I6
578
1817
2745
11578
14831
18378
则元素X的常见价态是(　　)
A．＋1价　　　 B．＋2价
C．＋3价 D．＋6价
【答案】C【解析】对比表中电离能数据可知，I1、I2、I3电离能数值相对较小，至I4电离能数值突然增大，说明元素X的原子中，有3个电子容易失去，因此，该元素的常见化合价为＋3 价。
3．下列关于元素第一电离能的说法不正确的是(　　)
A．钾元素的第一电离能小于钠元素的第一电离能，故钾的活泼性强于钠
B．因同周期元素的原子半径从左到右逐渐减小，故第一电离能必依次增大
C．最外层电子排布为ns2np6(若只有K层时为1s2)的原子，第一电离能较大
D．对于同一元素而言，原子的逐级电离能越来越大
【答案】B 【解析】A项正确，钾与钠同主族，第一电离能越小，金属性越强；B项错误，在轨道处于全充满或半充满状态时出现反常情况，如Be比B、Mg比Al、N比O、P比S的第一电离能都要大一些；C项正确，最外层电子排布为ns2np6是稀有气体元素的原子，本身已达稳定结构，第一电离能较大；D项正确，因为原子失电子带正电荷，电子越来越难失去，尤其是达到稳定结构以后。
4.通常情况下，原子核外p能级、d能级等原子轨道上电子排布为“全空”、“半满”、“全满”的时候一般更加稳定，称为洪特规则特例。根据洪特规则特例，下列说法不正确的是(　　)
A．元素硼(B)的第一电离能大于元素铍(Be)的第一电离能
B．元素磷(P)的第一电离能大于元素硫(S)的第一电离能
C．基态铜(Cu)原子的电子排布式为[Ar]3d104s1而不是[Ar]3d94s2
D．26Fe2＋容易失电子转变成26Fe3＋，表现出较强的还原性
【答案】A 【解析】元素铍的外围电子排布为2s2,2p轨道是全空状态，而元素硼的外围电子排布为2s22p1，故第一电离能：铍>硼，A错；磷元素为3p轨道半满状态，B正确；基态铜的电子排布式中3d轨道全满，C正确；＋2价铁的外围电子排布为3d6，不够稳定，而＋3价铁的外围电子排布为3d5，是半满状态，稳定，D正确。
谢谢聆听！