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第2课时　元素周期律
课前 基础认知
一、原子半径
微思考1 元素周期表中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
提示:同周期主族元素从左到右,原子半径逐渐减小,其主要原因是同周期主族元素的能层数相同,核电荷数越大,原子核对核外电子的吸引作用也就越大,使原子半径逐渐减小。同主族元素从上到下,原子半径逐渐增大,其原因是电子层数增加,电子间的排斥作用使原子半径增大的趋势大于核电荷数增加使原子半径减小的趋势。
微训练1 下列元素的原子半径如表所示。根据表中数据,推测磷原子的半径(10-10 m)可能是(　　)。
元素 N S O Si
原子半径/10-10 m 0.75 1.02 0.74 1.17
A.0.80 B.1.15
C.1.19 D.0.70
答案:B
二、电离能
1.电离能的概念。
　气态基态原子　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.元素第一电离能的变化规律。
(1)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。从左到右,元素的第一电离能总体呈现升高的变化趋势,因此元素原子失去电子越来越困难。
(2)同族元素从上到下第一电离能变小,表明从上到下元素原子失去电子越来越容易。
(3)同种原子的各级电离能逐渐增大。
3.电离能的应用。
(1)可以衡量元素的原子失去一个电子的难易程度。一般来说,第一电离能数值越　小　,原子越容易失去一个电子,元素的金属性越　强　。
(2)根据同种元素的各级电离能的变化程度可以预测该元素的化合价。
微判断1(1)在所有元素中,氟元素的第一电离能最大。(　　)
(2)铝元素的第一电离能比镁元素的第一电离能大。(　　)
×
×
微训练2 下列是基态原子的价层电子排布式其对应元素的第一电离能最小的是(　　)。
A.3s23p3 B.3s23p5
C.3s23p4 D.3s23p6
答案:C
三、电负性
1.键合电子和电负性的含义。
(1)键合电子:元素相互化合时,原子中用于形成　化学键　的电子。
(2)电负性:用来描述不同元素的原子对键合电子　吸引力　的大小。电负性越大的原子,对 键合电子 的吸引力 越大 。
2.衡量标准:以氟的电负性为　4.0　和锂的电负性为　1.0　作为相对标准,得出各元素的电负性(稀有气体未计)。
3.递变规律(一般情况)。
(1)同周期元素从左到右,元素的电负性逐渐　变大　。
(2)同族元素从上到下,元素的电负性逐渐　变小　。
4.应用:判断金属性、非金属性强弱的依据。
微思考2 根据电负性的变化规律分析预测,元素周期表中电负性最大和最小的元素分别是哪种元素(放射性元素除外) 它们分别位于元素周期表的什么位置
提示:电负性最大的元素为F,位于元素周期表的右上方;电负性最小的元素为Cs,位于元素周期表的左下方。
微判断2(1)元素电负性的大小反映了元素原子对键合电子吸引力的大小。(　　)
(2)一般元素的电负性越大,则元素的非金属性越强。(　　)
(3)同一周期电负性最大的元素为稀有气体元素。(　　)
(4)第ⅠA族元素的电负性从上到下逐渐减小,而第ⅦA族元素的电负性从上到下逐渐增大。(　　)
√
√
×
×
微训练3 下列元素按电负性由大到小顺序排列的是(　　)。
A.K、Na、Li B.N、O、F
C.As、P、N D.F、Cl、S
答案:D
课堂 重难突破
问题探究
如图是前四周期元素的第一电离能,下表是钠、镁、铝的逐级电离能。
元素 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
(1)为什么第ⅢA族Al的第一电离能比同周期第ⅡA族Mg的第一电离能小 第ⅥA族O的第一电离能比同周期第ⅤA族N的第一电离能小
提示:第ⅢA族Al的价层电子排布式为3s23p1,第ⅡA族Mg的价层电子排布式为3s2,3p能级的能量比3s能级的能量高,更容易失去1个电子,且Mg的3s能级为全充满结构,故Al的第一电离能比Mg的小。第ⅥA族O的价层电子排布式为2s22p4,第ⅤA族N的价层电子排布式为2s22p3,N的2p轨道是半充满状态,比较稳定,第一电离能较高;O失去的是2p能级已经配对的1个电子,配对电子相互排斥,因而第一电离能较小。
(2)为什么同一元素的逐级电离能越来越大
提示:同一元素的逐级电离能是逐渐增大的,即I1I2、I4>I3、……、In+1>In。
(3)为什么化合物中Na、Mg、Al的化合价分别为+1价、+2价、+3价
提示:Na的I2比I1大很多,电离能差值很大,说明失去第二个电子比失去第一个电子困难得多,所以Na容易失去一个电子形成+1价离子;Mg的I1和I2相差不多,而I3比I2大很多,所以Mg容易失去两个电子形成+2价离子;Al的I1、I2、I3相差不多,而I4比I3大很多,所以Al容易失去三个电子形成+3价离子。
归纳总结
1.认识电离能。
(1)电离能数值的大小主要取决于核电荷数、原子半径及原子的核外电子排布。
(2)第一电离能的变化规律。
①一般规律:
同周期元素的第一电离能随核电荷数的递增呈增大趋势;同主族元素的第一电离能随核电荷数的递增而减小。
②特例:同周期中元素的第一电离能,ⅡA>ⅢA,ⅤA>ⅥA。
(3)金属活动性顺序与相应的电离能的大小顺序并不完全一致。
金属活动性顺序表示自左向右,在水溶液中金属原子失去电子越来越困难。金属元素的电离能是指气态基态金属原子失去一个电子成为气态基态正离子所需要的最低能量,它是金属基态原子在气态时活泼性的量度。由于金属活动性顺序与电离能所对应的条件不同,所以两者不完全一致。
2.电离能的应用。
(1)比较元素金属性的强弱:一般情况下,元素的第一电离能越小,元素的金属性越强。
(2)确定元素原子的核外电子排布:电子是分层排布的,内层电子比外层电子难失去,因此元素的电离能会发生突变。
(3)确定元素的化合价:如果In+1 In,即电离能在In与In+1之间发生突变,通常在3倍以上,则元素的原子易形成+n价离子。例如,某元素的逐级电离能,若I2 I1,则该元素在化合物中通常显+1价;若I3 I2,则该元素在化合物中通常显+2价;若I4 I3,则该元素在化合物中通常显+3价。
典型例题
【例1】 下列说法正确的是(　　)。
A.第三周期中钠元素的第一电离能最小
B.因同周期主族元素的原子半径从左到右逐渐减小,故其第一电离能逐渐增大
C.在所有元素中,氟元素的第一电离能最大
D.钾的第一电离能比镁的第一电离能大
答案:A
解析:同周期元素从左到右,第一电离能总体呈增大趋势,但由于核外电子排布处于全充满、半充满状态时比较稳定,导致第ⅡA族、第ⅤA族元素的第一电离能比它同周期相邻的两种元素的第一电离能都大,A项正确,B项错误。氟是最活泼的非金属元素,但其第一电离能比部分稀有气体元素的小,C项错误。钾的第一电离能比镁的小,D项错误。
【例2】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下列说法中错误的是(　　)。
答案:D
A.元素X的常见化合价是+1价,可能是Li
B.元素Y是第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处于第三周期,则它可与NaOH溶液反应
规律总结
元素的各级电离能逐渐增大并且会有突跃,一般第一次突跃前的电离能所对应的电子是最外层电子,对于金属元素来说,该类电子的个数就是该元素的最高正化合价。
解析:根据表中数据可判断X为第ⅠA族元素,Y为第ⅢA族元素;若元素Y处于第三周期,则Y为Al,Al可与NaOH溶液反应。但元素X有I4,而Li只有3个电子,故X不可能是Li。
问题探究
电负性是元素的原子在化合物中吸引电子能力的标度,用来描述不同原子吸引键合电子的强度。利用电负性,可以预测不同分子和材料中电荷的近似分布,而不需要复杂的量子力学计算或光谱研究。
化学键可以看作是两个原子为争夺电子而进行的“拔河比赛”,用电负性描述不同原子对键合电子的吸引能力的大小。
(1)在化合物中,如何根据电负性的相对大小判断元素化合价的正、负 请分析HClO中各元素的价态。
提示:在化合物中,电负性大的元素呈现负价,电负性小的元素呈现正价。HClO中H、O、Cl的电负性分别为2.1、3.5、3.0,根据电负性数据并结合HClO的结构式H—O—Cl可知,O对键合电子的吸引力最大,键合电子偏向O,则HClO中O为-2价,H为+1价,Cl为+1价。
(2)在元素周期表中,某些位于左上和右下位置的两种元素,其单质和化合物的性质相似,如Li和Mg、Be和Al,请从电负性的角度分析其中的原因。
提示:元素周期表中位于左上和右下位置的两种元素,电负性数值相近,如Li、Mg的电负性分别为1.0和1.2,Be、Al的电负性均为1.5,说明它们吸引键合电子的能力相当,所以它们的单质和化合物的性质也相似。
(3)电负性是以氟元素的电负性为4.0和锂元素的电负性为1.0作为相对标准计算出来的,下图是部分元素的电负性变化图,请问电负性大约为2.0的元素应该在元素周期表的什么位置
提示:氟元素的非金属性最强,电负性为4.0,则电负性大约为2.0的元素应该既具有金属性又具有非金属性,应该在金属和非金属的分界线处。
(4)有人说,电负性越大的元素,其非金属性越强,第一电离能也越大。请对上述观点进行评价。
提示:元素的电负性越大,非金属性越强,但第一电离能不一定越大,例如电负性NO。
归纳总结
1.电负性的变化规律
(1)金属元素的电负性较小,非金属元素的电负性较大。
(2)同一周期,从左到右,元素的电负性递增。
(3)同一主族,自上而下,元素的电负性递减。
(4)电负性大的元素集中在元素周期表的右上角,电负性小的元素集中在元素周期表的左下角。
2.电负性的应用
特别提醒
(1)不能把电负性1.8作为划分金属元素和非金属元素的绝对标准,如Pb(铅)的电负性为1.9,大于1.8,是金属而不是非金属。 (2)并不是所有电负性差大于1.7的元素原子都形成离子化合物,如H的电负性为2.1,F的电负性为4.0,两者电负性差为1.9,但HF形成的是共价键;Na的电负性为0.9,与H的电负性之差为1.2,但NaH形成的是离子键。
3.解释元素“对角线”规则
在元素周期表中,某些主族元素与其右下方的主族元素(如图所示)的有些性质是相似的,被称为“对角线规则”。这可以由元素的电负性得到解释:Li、Mg的电负性分别为1.0、1.2;Be、Al的电负性分别为1.5、1.5;B、Si的电负性分别为2.0、1.8。它们的电负性接近,说明它们对键合电子的吸引力相当,它们表现出的性质相似,如Li、Mg在空气中燃烧的产物分别为Li2O和MgO;Be(OH)2、Al(OH)3均属于难溶的两性氢氧化物;B、Si的含氧酸都是弱酸等。
典型例题
【例3】 已知下列元素的电负性数据,下列判断错误的是(　　)。
元素 Li Be X O Na Al Cl Ge
电负性 1.0 1.5 2.5 3.5 0.9 1.5 3.0 1.8
A.表中X为非金属元素
B.Ge既具有金属性,又具有非金属性
C.Mg元素电负性的范围为0.9~1.5
D.O和Cl形成的二元化合物中O显正价
答案:D
解析:非金属元素的电负性一般大于1.8,表中X元素的电负性为2.5,为非金属元素,A项正确。Ge的电负性为1.8,在元素周期表中位于金属元素和非金属元素交界处,既具有金属性,又具有非金属性,B项正确。一般同周期主族元素从左到右电负性逐渐变大,同主族元素从上至下电负性逐渐变小,Mg的电负性介于0.9~1.5,C项正确。O和Cl形成的二元化合物中氧元素的电负性大,显负价,氯元素显正价,D项错误。
【例4】一般认为如果两种成键元素的电负性差值大于1.7,它们通常形成离子键;如果两种成键元素的电负性差值小于1.7,它们通常形成共价键。已知下列元素的电负性数值。
判断下列化合物①NaF,②AlCl3,③NO,④MgO,⑤BeCl2,⑥CO2中:
元素 Al B Be C Cl F Li
电负性 1.5 2.0 1.5 2.5 3.0 4.0 1.0
元素 Mg N Na O P S Si
电负性 1.2 3.0 0.9 3.5 2.1 2.5 1.8
(1)属于共价化合物的是　 。
(2)属于离子化合物的是　 。
(3)根据题中的电负性数值可知B和F的电负性之差为2.0,而BF3为共价化合物,怎样解释
答案:(1)②③⑤⑥
(2)①④
(3)题中根据电负性之差判断化学键类型属于经验方法,适用于大多数情况,但并非绝对判据。
解析:根据表格中的数据,分别分析题述各化合物中两种元素的电负性的差值与1.7比较,得出结论。
易错警示
根据电负性差值判断化合物类型只是一般规律,并不是所有电负性差值大于1.7的都形成离子化合物,如例2中的BF3,另外还有HF、SiF4等。
成果验收站
1.具有下列核外电子排布式的基态原子,其半径最大的是(　　)。
A.1s22s22p3 B.1s22s22p1
C.1s22s22p63s23p1 D.1s22s22p63s23p4
答案:C
2.某短周期元素M的各级电离能数据(用I1、I2……表示,单位为kJ·mol-1)如表所示。有关元素M的说法正确的是(　　)。
I1 I2 I3 I4 ……
740 1 500 7 700 10 500 ……
A.M的最高正化合价为+4价
B.M元素位于元素周期表中第ⅡA族
C.M元素可能属于非金属元素
D.M元素基态原子的价层电子排布式为np2
答案:B
3.潜艇上的核反应堆内使用液体铝钠合金作载热介质,下列关于Al、Na的分析中正确的是(　　)。
A.原子半径:Al>Na
B.第一电离能:Al>Na
C.电负性:Na>Al
D.基态原子未成对电子数:Na>Al
答案:B
4.某主族元素的第一、二、三、四电离能依次为899 kJ·mol-1、1 757 kJ·mol-1、14 840 kJ·mol-1、18 025 kJ·mol-1,则该元素在元素周期表中位于(　　)。
A.第ⅠA族 B.第ⅡA族
C.第ⅢA族 D.第ⅣA族
答案:B
5.下列各组元素按电负性大小排列正确的是(　　)。
A.F>N>O B.O>Cl>F
C.As>P>N D.Cl>S>As
答案:D
6.已知X、Y元素位于同周期,且电负性X>Y,下列说法错误的是(　　)。
A.X与Y形成化合物时,X显负价,Y显正价
B.X的第一电离能可能小于Y的第一电离能
C.X对应的氧化物的水化物的酸性比Y对应的氧化物的水化物的酸性强
D.简单气态氢化物的稳定性:HmY答案:C
7.“玉兔二号”月球车通过砷化镓(GaAs)太阳能电池提供能量进行工作,下列有关说法不正确的是(　　)。
A.镓的单质可作半导体材料
B.砷化镓太阳能电池能将化学能转化为电能
C.砷元素的电负性小于磷元素的电负性
D.砷的第一电离能比镓的第一电离能大
答案:B
8.下列比较中错误的是(　　)。
A.原子半径:K>Ga>Se>S
B.第一电离能:Si>Al>Mg>Na
C.电负性:O>N>P>As
D.非金属性:P>Si>Ge>Ga
答案:B
9.如图所示是元素周期表前四周期的一部分,下列有关R、W、X、Y、Z五种元素的叙述中,正确的是(　　)。
A.W的基态原子的最外层p轨道上有2个未成对电子
B.Y、Z的阴离子电子层结构都与R原子的相同
C.W的电负性比X的电负性大
D.第一电离能:R>W>Y
答案:D
10.有A、B、C、D、E五种元素,它们的核电荷数依次增大,且都小于20。其中C、E是金属元素;A和E位于同一族,它们的基态原子的最外层电子排布式为ns1。B和D也属于同一族,它们基态原子最外层的p能级电子数是s能级电子数的2倍,C原子最外层电子数等于D原子最外层电子数的一半。A、B、C、D、E五种元素的电负性分别为2.1、3.5、1.5、2.5、0.8,请回答下列问题。
(1)A是　　　　,B是　　　　,C是　　　　,D是　　　　, E是　　　　　　。(填元素符号,下同)
(2)由电负性判断,以上五种元素中金属性最强的是　　　　,非金属性最强的是　　　　　。
(3)当B与A、C、D分别形成化合物时,B显　　　价,其他元素显　　　　价。
(4)当B与A、C、D、E(与E形成E2B)分别形成化合物时,化合物中有离子键的是　　　　　,有共价键的是　　　　　。
答案:(1)H　O　Al　S　K (2)K　O
(3)负　正 (4)Al2O3、K2O　H2O、H2O2、SO2、SO3

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