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2019-2020年新人教版化學(xué)選修3高中《原子結(jié)構(gòu)與元素的性質(zhì)》word學(xué)案一
第二節(jié) 原子結(jié)構(gòu)與元素的性質(zhì)
學(xué)案2 元素周期律
1.具有相同電子層結(jié)構(gòu)的三種微粒An＋、Bn－、C，下列分析正確的是( )
A.原子序數(shù)的關(guān)系是C>B>A B.微粒半徑的關(guān)系是Bn－
C>B；因A的質(zhì)子數(shù)大于B，且An＋、Bn－具有相同的電子層結(jié)構(gòu)，故微粒半徑Bn－>An＋；因為Bn－與C具有相同的電子層結(jié)構(gòu)，且具有稀有氣體元素的電子層結(jié)構(gòu)，C只能為稀有氣體元素的原子。
2.美國化學(xué)家鮑林(L.Pauling)首先提出了電負性的概念。電負性也是元素的一種重要性質(zhì)，電負性越大，其原子吸引電子的能力越強，在所形成的分子中成為帶負電荷的一方。下表給出的是原子序數(shù)小于20的16種元素的電負性數(shù)值：
元素
H
Li
Be
B
C
N
O
F
電負性
2.1
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
4.0
元素
Na
Mg
Al
Si
P
S
Cl
K
電負性
0.9
1.2
1.5
1.8
2.1
2.5
3.0
0.8
請仔細分析，試回答下列問題：
(1)根據(jù)表中所給數(shù)據(jù)分析推測：
同主族的不同元素的電負性變化的規(guī)律是：________；
同周期中，電負性與原子半徑的關(guān)系為：________。
(2)預(yù)測周期表中電負性最大的元素應(yīng)為________(填元素符號)；估計鈣元素的電負性的取值范圍：______Ca>Mg，所以Ca的電負性的取值范圍為0.8～1.2。
(3)電負性越小，元素的金屬性越強，周期表中金屬性最強的元素為Cs，它位于周期表中第六周期的ⅠA族。其基態(tài)原子核外電子排布為：
1s22s22p63s23p63d104s24p64d105s25p66s1。
3.第一電離能I1是指氣態(tài)原子X(g)處于基態(tài)時，失去一個電子成為氣態(tài)陽離子X＋(g)所需的能量。下圖是部分元素原子的第一電離能I1隨原子序數(shù)變化的曲線圖。
請回答以下問題：
(1)認真分析圖中同周期元素第一電離能的變化規(guī)律，將Na—Ar 8種元素用短線連接起來，構(gòu)成完整的圖像。
(2)從圖分析可知，同一主族元素原子的第一電離能I1的變化規(guī)律是
________________________________________________________________________。
(3)圖中5號元素在周期表中的位置是________。
(4)氣態(tài)鋰原子失去核外不同電子所需的能量分別為：失去第一個電子為519 kJ/mol，失去第二個電子為7296 kJ/mol，失去第三個電子為11799 kJ/mol，據(jù)此數(shù)據(jù)分析為何鋰原子失去核外第二個電子時所需的能量要遠遠大于失去第一個電子所需的能量________________________________________________________________________。
答案 (1)如圖所示
(2)從上到下依次減小
(3)第三周期ⅤA族
(4)鋰原子失去一個電子后，Li＋已形成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，此時再失去一個電子很困難。
解析 (1)由題中圖示可知，同周期元素第ⅡA族元素第一電離能高于第ⅢA族元素的第一電離能，第ⅤA族元素的第一電離能高于第ⅥA族元素的第一電離能，其原因是，當原子核外電子排布的能量相等的軌道上形成全空(p0、d0、f0、)、半滿(p3、d5、f7)和全滿(p6、d10、f14)結(jié)構(gòu)時，原子的能量最低，該元素具有較高的第一電離能，故2號元素為Mg，1號元素為Al,5號元素為P,4號元素為S，據(jù)此連接可得完整圖像。
(2)比較圖中同主族元素第一電離能大小可知，同主族元素原子的第一電離能從上到下隨電子層數(shù)的增加而依次減小。
(4)從題中氣態(tài)鋰原子失去核外不同電子所需的能量數(shù)據(jù)不難看出，失去第一個電子所需的能量遠小于失去第二、三個電子所需的能量，說明鋰原子核外電子共有兩層，第一個電子處于L層(電子離核相對較遠)，第二、三個電子處于K層(電子離核相對較近)。當鋰原子失去第一個電子變成Li＋后，只剩下K層的兩個電子(屬于穩(wěn)定結(jié)構(gòu))，此時要想再失去電子已變得很困難。
1.下列元素原子半徑依次增大的是( )
A.C、N、O、F B．Mg、Al、Si、S
C.B、Be、Mg、Na D．Mg、Na、K、Ca
答案 C
解析 在周期表中，同一周期從左至右原子半徑逐漸減小，同一主族從上而下原子半徑逐漸增大。A、B均依次減小，D中半徑增大順序Mg、Na、Ca、K。
2.下列外圍電子排布式(或外圍軌道表示式)的原子中，第一電離能最小的是( )
A.
↓↑
2s
↓↑
↓↑
↑
2p
B.
↓↑
2s
↑
↑
2p
C.3d64s2
D．6s1
答案 D
解析 A為F，B為C，C為Fe，D為Cs，由電離能變化規(guī)律知Cs的第一電離能最小。
3.下列敘述中正確的是( )
A.同周期元素中，ⅦA族元素的原子半徑最大
B.ⅥA族元素的原子，其半徑越大，越容易得到電子
C.室溫時，零族元素的單質(zhì)都是氣體
D.同一周期中，堿金屬元素的第一電離能最大
答案 C
解析 本題主要考查元素周期表中，同周期、同主族元素性質(zhì)的一些遞變規(guī)律。A項錯，在同周期元素中ⅦA族元素的原子半徑最??；B項不正確，因為在同主族元素中，原子半徑越大，越難得電子；C項正確；D項錯誤，同周期中，堿金屬元素的第一電離能最小。
4.下列敘述中錯誤的是( )
A.所有的非金屬元素都在p區(qū)
B.P區(qū)的外圍電子排布方式為3s23p3
C.堿金屬元素具有較大的電負性
D.當各軌道處于全滿、半滿、全空時原子較穩(wěn)定
答案 AC
解析 A中氫在s區(qū)，A錯誤；C項堿金屬極易失去電子，元素的電負性很小。
5.根據(jù)中學(xué)化學(xué)教材所附元素周期表判斷，下列敘述中不正確的是( )
A.K層電子為奇數(shù)的所有元素所在族的序數(shù)與該元素原子的K層電子數(shù)相等
B.L層電子為奇數(shù)的所有元素所在族的序數(shù)與該元素原子的L層電子數(shù)相等
C.L層電子為偶數(shù)的所有主族元素所在族的序數(shù)與該元素原子的L層電子數(shù)相等
D.M層電子為奇數(shù)的所有主族元素所在族的序數(shù)與該元素原子的M層電子數(shù)相等
答案 C
解析 K層為奇數(shù)的元素，只能是H元素，符合題意；L層為奇數(shù)的元素，說明該層還沒有排滿，符合要求；L層為偶數(shù)的元素，該層可能達到8個，已經(jīng)排滿，不是最外層，也可能沒有排滿，為2、4、6等情況，是最外層，故不正確；D選項與B項類似，正確。故選擇C。
6.下列各組元素性質(zhì)的遞變情況錯誤的是( )
A.Li、Be、B原子最外層電子數(shù)依次增多 B.P、C、Cl元素最高正價依次升高
C.N、O、F電負性依次增大 D.Na、K、Rb第一電離能逐漸增大
答案 BD
解析 根據(jù)元素周期律可知，隨原子序數(shù)的遞增，原子結(jié)構(gòu)、原子半徑、元素的化合價、元素的金屬性和非金屬性、電負性、元素的第一電離能呈周期性變化，故A、C正確，B、D錯誤。
7.已知短周期元素的離子aA2＋、bB＋、cC3－、dD－都具有相同的電子層結(jié)構(gòu)，則下列敘述中正確的是( )
A.原子半徑：A>B>D>C B.原子序數(shù)：d>c>b>a
C.離子半徑：C>D>B>A D.元素的第一電離能：A>B>D>C
答案 C
解析 aA2＋、bB＋、cC3－、dD－都是短周期元素，其原子序數(shù)不會超過18，因而它們都是主族元素。由于它們離子的電子層結(jié)構(gòu)相同，因而C、D位于A、B的上一周期，為非金屬元素，且原子序數(shù)d>c。A、B為金屬元素，原子序數(shù)a>b，因而四種元素的原子序數(shù)由大到小的順序為a>b>d>c；A、B由于在C、D的下一周期，又是原子半徑較大的金屬元素，因而A、B的原子半徑肯定比C、D的原子半徑大，由同周期元素原子半徑的遞變規(guī)律知：B>A>C>D；電子層結(jié)構(gòu)相同的離子，陰離子半徑必大于陽離子半徑，且?guī)ж撾姾稍蕉喟霃皆酱?，陽離子帶正電荷越多半徑越小，故離子半徑由大到小的順序為C>D>B>A；單質(zhì)中同周期的A、B為金屬，A原子序數(shù)大于B，故第一電離能A>B，同一周期非金屬元素C、D，C的原子序數(shù)小于D，第一電離能D>C，但金屬元素的第一電離能比非金屬元素小，故D>C>A>B。
8.判斷半徑大小并說明原因：
(1)Sr與Ba (2)Ca與Sc (3)Ni與Cu (4)S2－與S
(5)Na＋與Al3＋ (6)Sn2＋與Pb2＋ (7)Fe2＋與Fe3＋
答案 (1)Ba>Sr 同族元素，Ba比Sr多一個電子層；
(2)Ca>Sc 同周期元素，Sc核電荷數(shù)多；
(3)Cu>Ni 同周期元素，Cu次外層為18電子，屏蔽作用大，有效核電荷數(shù)小，外層電子受到的引力??；
(4)S2－>S 同一元素，電子數(shù)越多，半徑越大；
(5)Na＋>Al3＋ 同一周期元素，Al3＋正電荷數(shù)高；
(6)Pb2＋>Sn2＋ 同一族元素的離子，正電荷數(shù)相同，但Pb2＋比Sn2＋多一電子層；
(7)Fe2＋>Fe3＋ 同一元素離子，電子越少，正電荷數(shù)越高，則半徑越小。
解析 比較微粒半徑大小應(yīng)依據(jù)以下規(guī)律：
(1)同種元素，原子半徑大于陽離子半徑，如r(Na)>r(Na＋)，原子半徑小于陰離子半徑，如r(Cl)r(Li)，r(Cl)>r(F)。
(3)同周期元素，電子層數(shù)相同，從左到右隨核電荷數(shù)的遞增，半徑逐漸減小。
(4)具有相同電子層結(jié)構(gòu)的微粒，可以是帶負電荷的陰離子，也可以是帶正電荷的陽離子，都是隨著核電荷數(shù)遞增微粒的半徑減小。
9.A、B、C、D、E、F為原子序數(shù)依次增大的短周期的主族元素。已知A、C、F三種元素原子的最外層共有11個電子，且這三種元素的最高價氧化物的水化物之間兩兩皆能反應(yīng)，均生成鹽和水；D元素原子的最外層電子數(shù)比次外層電子數(shù)少4；E元素原子次外層電子數(shù)比最外層電子數(shù)多3。
(1)寫出下列元素的符號：A________，D________，E________。
(2)B的單質(zhì)在F的單質(zhì)中反應(yīng)的現(xiàn)象是
________________________________________________________________________，
化學(xué)方程式是
________________________________________________________________________。
(3)A、C兩種元素最高價氧化物的水化物反應(yīng)的離子方程式是
________________________________________________________________________。
答案 (1)Na Si P
(2)產(chǎn)生白色的煙 Mg＋Cl2MgCl2
(3)OH－＋Al(OH)3===AlO＋2H2O
解析 根據(jù)各種元素均為短周期的主族元素，A、C、F三種元素的最高價氧化物的水化物之間兩兩皆能反應(yīng)生成鹽和水，可推知其中有一種元素為鋁。因A、B、C、D、E、F原子序數(shù)依次增大，故只能是C為鋁元素，A為鈉元素，B為鎂元素。再據(jù)A、C、F三種元素的最外層共有11個電子，可求得F的最外層電子數(shù)為7，F(xiàn)為氯元素。D和E的原子序數(shù)應(yīng)介于13和17之間，依據(jù)D元素原子的最外層電子數(shù)比次外層電子數(shù)少4，E元素原子次外層電子數(shù)比最外層電子數(shù)多3，可推知D為硅元素，E為磷元素。
10.在周期表中，同一主族元素化學(xué)性質(zhì)相似。目前也發(fā)現(xiàn)有些元素的化學(xué)性質(zhì)和它在周期表中左上方或右下方的另一主族元素性質(zhì)相似，這稱為對角線規(guī)則。據(jù)此請回答：
(1)鋰在空氣中燃燒，除生成_____外，也生成微量的______。
(2)鈹?shù)淖罡邇r氧化物對應(yīng)的水化物的化學(xué)式是
________________________________________________________________________，
屬兩性化合物，證明這一結(jié)論的有關(guān)離子方程式為
________________________________________________________________________
_、________________________________________________________________________。
(1) 若已知反應(yīng)Be2C＋4H2O===2Be(OH)2＋CH4↑，則Al4C3遇強堿溶液反應(yīng)的離子方程式為________________________________________________________________________。
(2) 科學(xué)家證實，BeCl2屬共價化合物，設(shè)計一個簡單實驗證明，其方法是
________________________________________________________________________。
用電子式表示BeCl2的形成過程：
________________________________________________________________________。
答案 (1)Li2O Li3N
(2)Be(OH)2
Be(OH)2＋2H＋===Be2＋＋2H2O
Be(OH)2＋2OH－===BeO＋2H2O
(3)Al4C3＋4OH－＋4H2O===4AlO＋3CH4↑
(4)將BeCl2加熱到熔融狀態(tài)不能導(dǎo)電證明BeCl2是共價化合物
2 ―→Be
解析 (1)根據(jù)對角線規(guī)則，鋰與鎂的化學(xué)性質(zhì)相似，在空氣中除與O2作用生成Li2O外，還可與N2作用生成Li3N。
(2)鈹為第二周期第ⅡA族元素，與Al處于對角線位置，對照Al(OH)3的兩性反應(yīng)有：
Be(OH)2＋2H＋===Be2＋＋2H2O，
Be(OH)2＋2OH－===BeO＋2H2O。
(3)由于Be、Al元素性質(zhì)相似，依據(jù)所給信息有：
Al4C3＋12H2O===4Al(OH)3↓＋3CH4↑，當強堿過量時有Al(OH)3＋OH－===AlO＋2H2O，合并為：Al4C3＋4OH－＋4H2O===4AlO＋3CH4↑。
(1) 根據(jù)共價化合物與離子化合物的結(jié)構(gòu)特點可知離子化合物在溶于水或熔化時導(dǎo)電，而共價化合物熔化時不導(dǎo)電，因此可將BeCl2加熱至熔融狀態(tài)，若不導(dǎo)電則可證明之。
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