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高二化学原子结构与元素性质

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化学 原子结构 元素 性质
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第3节节 原子结结构与元素性质质 学习习目标标 1 了解元素电电离能的含义义 认识认识 其变变化规规律 并能运用电电离能说说明元素的某些性质质 2 了解电负电负 性的概念 认识认识 元素性质质与电负电负 性的关系 3 认识认识 原子结结构与元素性质质的周期性变变化的 本质联质联 系 课堂互动讲练 知能优化训练 课前自主学案 探究整合应用 第3节 课前自主学案 自主学习习 1 概念 气态态原子或气态态离子失去一个电电子所需要的最小 能量 常用符号 表示 单单位为为 IkJ mol 1 思考感悟 1 M g M2 g 2e 所需能量是不是第二 电电离能 提示 由第二电电离能概念知M g M2 g e 所需能量为为第二电电离能 而不是失去2 个e 所需要的能量 3 影响因素 电电离能数值值的大小取决于原子的核电电荷数 及原子的 4 电电离能的变变化规规律及应应用 1 规规律 同周期 元素的第一电电离能最小 元素的第一电电离能最大 从左到右 电电离能总总体呈现现 的变变化趋势趋势 同主族从上到下第一电电离能逐渐渐 同种元素 的原子 电电离能逐级级 例如 某种元素 的第二电电离能大于第一电电离能 原子半径最外层电层电 子数 碱金属 稀有气体 由小到大 减小 增大 2 应应用 可以用来判断金属原子在气态时态时 失电电子的 难难易 电电离能越小 表明该该原子越 失电电 子 可以根据同一原子的逐级电级电 离能的跃跃迁 判 断元素的化合价 例 如果I2 I1 元素易呈 现现 价 易 1 思考感悟 2 同周期元素从左到右第一电电离能大体增大 但第 A族和第 A族元素的第一电电离能比相邻邻 元素要高 试试解释释其原因 提示 同周期元素中 第 A族和第 A族 的价电电子排布分别为别为 ns2 ns2np3 因p轨轨道处处 于全空和半充满满的相对稳对稳 定状态态 故失去1个电电 子需要的能量较较大 第一电电离能比相邻邻元素高 二 电负电负 性 1 概念 元素的原子在化合物中 的标标度 2 意义义 电负电负 性越大 其原子在化合物中吸引电电子的能 力 吸引电电子能力 越强 3 电负电负 性的变变化规规律及应应用 1 变变化规规律 同周期 左 右 同主族 上 下 逐渐渐增大 逐渐渐减小 2 应应用 判断金属性 非金属性强弱 越强 越强 判断元素化合价的正负负 负负价 正价 判断化学键键的类类型 离子键键 共价键键 思考感悟 3 按照电负电负 性的递变规递变规 律可推测测 元素周期 表中电负电负 性最大的元素和电负电负 性最小的元素 位于周期表中的哪个位置 提示 根据电负电负 性的递变规递变规 律 在周期 表中 越往右 电负电负 性越大 越往下 电负电负 性越小 由此可知 电负电负 性最强的元素位于周 期表的右上方 最弱的元素位于周期表的左下 方 三 元素的化合价 1 元素的化合价与原子的核外电电子排布尤其是 排布有着密切的关系 2 除 族的某些元素和0族外 元素的最高化合 价等于它所在 3 非金属元素的最高化合价和它的负负化合价的 绝对值绝对值 之和等于 氢氢元素 氟元素 氧元 素除外 4 稀有气体元素的化合价通常为为0 过过渡金属 元素的价电电子较较多 并且各级电级电 离能相差不大 因此过过渡元素具有多种价态态 价电电子 族的序数 8 思考感悟 4 元素的性质质通常指的是什么 提示 元素的原子半径 元素的化合价 元素的金属性 非金属性 元素的电电离能 电电 负负性 元素的最高价氧化物的水化物的酸 碱 性 气态氢态氢 化物的稳稳定性等 自主体验验 1 能够证够证 明电电子在原子核外是分层层排布的事实实是 A 电负电负 性 B 电电离能 C 电电子亲亲和能 D 原子半径 解析 选选B 原子核外的电电子是分层层排布的 同一 能层层的电电子具有的能量相近 而不同能层层的电电子具 有的能量差别较别较 大 电电离能反应应了原子或离子失去 一个电电子所消耗的能量 故失去同一能层层上的电电子 消耗的能量差别较别较 小 而失去不同能层层上的电电子消 耗的能量差别较别较 大 故可根据失去一个电电子消耗的 能量发发生突变变而确定原子核外电电子是分层层排布的 2 下列说说法不正确的是 A 第一电电离能的周期性递变规递变规 律是原子半径 化 合价 电电子排布周期性变变化的结结果 B 通常元素的第一电电子亲亲和能为为正值值 第二电电子 亲亲和能为负值为负值 C 电负电负 性是相对对的 所以没有单单位 D 分析元素电负电负 性数值值可以看出 金属元素的电电 负负性较较小 非金属元素的电负电负 性较较大 解析 选选A 原子核外电电子排布的周期性变变化导导致 元素性质质周期性变变化 B是由数据分析得出的结论结论 C中电负电负 性规规定F元素为为4 0 其他与之比较较的结结 果 所以没单单位 D是金属易失电电子 电负电负 性小 非金属相反 3 2011年山东胜东胜 利油田第一中学高二质检质检 X Y为为两种元素的原子 X的阴离子与Y的阳 离子具有相同的电电子层结层结 构 由此可知 A X的原子半径大于Y的原子半径 B X的电负电负 性大于Y的电负电负 性 C X阴离子的半径小于Y阳离子的半径 D X的第一电电离能小于Y的第一电电离能 课堂互动讲练 电离能的有关规律及其应用 1 电电离能的有关规规律 1 第一电电离能 每个周期的第一种元素 氢氢和碱金属 第一电电离 能最小 稀有气体元素原子的第一电电离能最大 同周期中自左至右元素的第一电电离能呈增大的趋趋 势势 同主族元素原子的第一电电离能从上到下逐渐渐减 小 2 逐级电级电 离能 原子的逐级电级电 离能逐渐渐增大 并有突跃现跃现 象 首先失去的电电子是能量最高的电电子 故第一电电离 能较较小 以后再失去的电电子都是能量较较低的电电子 所需要吸收的能量多 同时时 失去电电子后离子 所带带正电电荷对电对电 子的吸引更强 从而电电离能越来 越大 当电电离能突然变变大时说时说 明电电子的主量子数发发生 了变变化 即同一电电子层层中电电离能相近 不同电电子 层层中电电离能有很大的差距 如表所示 钠钠 镁镁 铝铝的电电离能 kJ mol 1 元素 电电离能 NaMgAl I1496738578 I2456214511817 I3691277332745 I495431054011575 3 金属活动动性顺顺序与相应应的电电离能的大小顺顺序不 一致 金属活动动性顺顺序表表示自左向右 在水溶液中金属 原子失去电电子越来越困难难 电电离能是指金属原子在 气态时态时 失去电电子成为为气态态阳离子的能力 它是金 属原子在气态时态时 活泼泼性的量度 由于金属活动动性 顺顺序与电电离能所对应对应 的条件不同 所以二者不可 能完全一致 例如 碱金属元素Li Na K Rb Cs的第一电电离能分别为别为 520 kJ mol 1 496 kJ mol 1 419 kJ mol 1 403 kJ mol 1 376 kJ mol 1 由此可知 气态锂态锂 原子最不易失去电电 子 但在溶液中锂锂原子的金属活动动性却最强 其主 要原因是锂锂原子形成水合离子时时放出的能量最多 2 电电离能的应应用 1 判断元素原子核外电电子的分层层排布 这这是由 于层层与层层之间电间电 离能相差很大 电电离能数值值在 层层与层电层电 子之间间呈突跃跃性变变化 而同层层内电电离 能数值值差别别相对较对较 小 如Na的第一到第七级电级电 离能分别为别为 单单位kJ mol 1 496 4562 6912 9543 13353 16610 20114 从中明 显显看出在第一 第二电电离能之间间有突跃跃 故可 判断Na最外层层只有1个电电子 2 判断金属原子在气态时态时 失去电电子的难难易 3 判断主族元素在元素周期表中的族序数 价电电 子数 进进而确定其最高化合价 特别别提醒 由电电离能的递变规递变规 律可知 同周 期主族元素从左到右 元素的第一电电离能呈增 大趋势趋势 但 A族的Be Mg Ca的第一电电离 能较较同周期 A族的B Al Ga的第一电电离能 要大 A族的N P As的第一电电离能较较同 周期 A族的O S Se的第一电电离能要大 这这是由于 A族元素的最外层电层电 子排布为为ns2 为为全充满较稳满较稳 定状态态 而 A族元素的最外 层电层电 子排布为为ns2np3 为为半充满满状态态 比 A族的ns2np4状态稳态稳 定 不同元素的气态态原子失去最外层层一个电电子所 需要的能量 设设其为为E 如图图所示 例例1 1 试试根据元素在周期表中的位置 分析图图中曲线线 的变变化特点 并回答下列问题问题 1 同主族内不同元素的E值变值变 化的特点是 各周期中E值值的这这种变变化特点 体现现了元素性质质的 变变化规规律 2 同周期内 随原子序数增大 E值值增大 但 个别别元素的E值值出现现反常现现象 试预测试预测 下列 关系式中正确的是 填写编编号 E 砷 E 硒 E 砷 E 硒 E 溴 E 硒 3 估计计1 mol气态态Ca原子失去最外层层一个电电子 所需能量E值值的范围围 EE 硒 E 溴 E 硒 3 根据同主族 同周期规规律可以推测测 E K E Ca Al 则则K的电负电负 性为为0 8 Al 的电负电负 性为为1 5 属于非金属的是H S O 非金 属性 O S H 则电负则电负 性O为为3 5 S为为2 5 H为为 2 1 当O与H S Al形成化合物时时 由于O的电电 负负性大 所以O为负为负 价 其他元素为为正价 当形成 化合物时时 两元素电负电负 性差值值小于1 7的形成的为为 共价键键 两元素电负电负 性差值值大于1 7的形成的为为离 子键键 答案 1 H O Al S K 2 2 1 3 5 1 5 2 5 0 8 3 K O 4 负负 正 5 Al2O3 K2O H2O SO2 SO3 H2O2 规规律方法 1 金属元素越容易失电电子 电电 负负性越小 其金属性越强 非金属元素越容易得 电电子 电负电负 性越大 其非金属性越强 故可以用 电负电负 性来度量金属性与非金属性的强弱 2 并不是所有电负电负 性差大于1 7的都形成离子化 合物 如H的电负电负 性为为2 1 F的电负电负 性为为4 0 电负电负 性差为为1 9 但HF为为共价化合物 应应注意这这 些特殊情况 变变式训练训练 2 2010年高考山东东卷改编题编题 C和 Si元素在化学中占有极其重要的地位 1 写出Si的基态态原子核外电电子排布式 从电负电负 性角度分析 C Si和O元素的非金属 活泼泼性由强至弱的顺顺序为为 2 CH4中共用电电子对对偏向C SiH4中共用电电子 对对偏向H 则则C Si H的电负电负 性由大到小的 顺顺序为为 解析 1 依据C Si O在元素周期表中的位 置 可知三者的电负电负 性大小顺顺序为为O C Si 故三者的非金属性强弱顺顺序为为 O C Si 2 由于元素电负电负 性越大 吸引电电子能力越强 根据电电子对对偏向情况得C Si H的电负电负 性 大小为为 C H Si 答案 1 1s22s22p63s23p2 O C Si 2 C H Si 元素性质递变规律 项项目同周期 从左 右 同主族 从上 下 原子核外电电 子排布 电电子层层数相同 最外 层电层电 子数逐渐渐增多 1 7 第1周期1 2 最外层电层电 子数相同 电电子层层数递递增 原子半径逐渐渐减小 0族除外 逐渐渐增大 元素主要化 合价 最高正价由 1 7 最低负负价由 4 1 最高正价 主族序 数 氟 氧除外 非 金属最低负负价 主 族序数 8 氢氢除外 项项目同周期 从左 右 同主族 从上 下 原子得 失电电子 能力 得电电子能力逐 渐渐增强 失电电 子能力逐渐渐减弱 得电电子能力逐 渐渐减弱 失电电 子能力逐渐渐增强 元素的第一电电离 能 增大的趋势趋势逐渐渐减小 元素的电负电负 性逐渐渐增大逐渐渐减小 元素金属性 非 金属性 金属性逐渐渐减弱 非金属性逐渐渐增 强 金属性逐渐渐增强 非金属性逐渐渐减 弱 处处于相邻邻两个周期的主族元素A B C D 它们们的原子半径依次变变小 A离子和B离 子的电电子层层相差两层层 且能形成BA2型的离子 化合物 C的离子带带3个单单位正电电荷 D的气 态氢态氢 化物通式为为H2R D在它的最高价氧化物 中的质质量分数是40 原子核中有16个中子 试试回答 1 写出A B C D的元素符号 A B C D 例例3 3 2 B C D的第一电电离能从大到小的顺顺序 3 A B C的电负电负 性从大到小的顺顺序 4 向D的氢氢化物的水溶液中滴入少量A的单质单质 发发生了什么现现象 写出有关反应应的化学方程式 解析 由BA2为为离子化合物可以推知 B 为为 2价 原子最外层层有2个电电子 A为为 1价 原子最外层层有7个电电子 C最外层层有3个电电子 D在氢氢化物中呈 2价 最高价氧化物为为DO3 由其中D占40 可求出D相对对原子质质量为为32 质质子数为为16 即S 综综合上述信息可以推出 各元素 答案 1 Br Mg Al S 2 S Mg Al 3 Br Al Mg 4 溶液变浑浊变浑浊 Br2的深红红棕色退去 H2S Br2 S 2HBr 规规律方法 Mg Al为为同周期元素 Mg为为 A族 Al为为 A族 同周期元素的第一电电离 能从左到右变变化趋势趋势 是逐渐渐增大的 但第 A 族和第 A族元素由于结结构上的稳稳定性比相邻邻 元素大 故I1 Mg I1 Al 变变式训练训练 3 2010年高考上海卷 几种短周期 元素的原子半径及主要化合价如下表 元素代号XYZW 原子半径 pm 1601437066 主要化合价 2 3 5 3 3 2 下列叙述正确的是 A X Y元素的金属性 XY A错误错误 W是O元素 Z是N元素 两 者的单质单质 反应应直接生成NO B错误错误 Y的最高价 氧化物的水化物是氢氢氧化铝铝 不溶于稀氨水 C 错误错误 一定条件下 氧气可以和氨气反应应生成水 和氮气 D正确 探究整合应用 如图图是部分元素原子的第一电电离能I1随原子序数 变变化的曲线图线图 请请回答以下问题问题 1 认认真分析图图中同周期元素第一电电离能的变变化 规规律 将Na Ar之间间六种元素用短线连线连 接起来 构成完整的图图象 2 图图中5号元素在周期表中的位置是 3 图图中出现现的元素中最活泼泼的金属元素为为 4 写出图图中6号元素的价电电子排布式 解析 1 参考第2周期Li Ne的图图象作图图 2 上图图中5号元素在周期表中的位置是第3周期 A族 3 因同主族元素随着原子序数的增加I1逐渐渐减小 而每一周期中 A族元素的电电离能最小 故图图中所 列的最活泼泼的金属为为Rb 4 图图中6号元素为为Cl 电电子排布式为为 1s22s22p63s23p5 故价电电子排布式为为3s23p5 2 第3周期 A族 3 Rb 4 3s23p5 答案 1
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