人教版選擇性必修2網科學【備課無憂】2021-2022學年高二化學同步優質課件人教版選擇性必修2網科學解題策略元素周期律第一章原子結構與性質第二節原子結構與元素的性質素養目標1.分析原子結構中原子核對核外電子作用力的變化,理解原子半徑、第一電離能和電負性的遞變規律及其原因,培養宏觀辨識與微觀探析的核心素養。2.通過原子半徑、第一電離能和電負性的數據和圖示,掌握相關規律,培養證據推理與模型認知的核心素養。【典例1】下列各組微粒半徑的比較正確的是(

)①Cl<Cl-<Br-

②F-<Mg2+<Al3+

③Ca2+<Ca<Ba

④S2-<Se2-<Br-

A.①和③ B.①和②

C.③和④ D.①和④【解題指南】解答本題需要理解以下兩個方面:(1)電子層數和核電荷數共同決定微粒半徑大小。(2)同周期元素的原子半徑遞變規律與簡單離子半徑的遞變規律不一致。【解析】選A。同種元素:陽離子半徑<原子半徑,原子半徑<陰離子半徑,則半徑:Cl<Cl-,Ca2+<Ca。①Cl-、Br-的最外層電子數相同,電子層數增多,所以離子半徑:Cl-<Br-,①正確;②Al3+、Mg2+、F-的核外電子排布相同,核電荷數依次減小,則離子半徑:Al3+<Mg2+<F-,②錯誤;③Ca、Ba的最外層電子數相同,電子層數依次增多,則半徑:Ca<Ba,③正確;半徑應為Se2->Br-,④錯誤。考向一粒子半徑的大小比較【典例2】四種元素基態原子的電子排布式如下:①1s22s22p63s23p4;②1s22s22p63s23p3;③1s22s22p3;④1s22s22p5。這四種原子按半徑由大到小的順序排列正確的是(

)A.①>②>③>④ B.②>①>③>④C.②>①>④>③ D.①>②>④>③解析由四種元素基態原子的電子排布式可知,①為S原子,②為P原子,③為N原子,④為F原子,其中P、S元素處于第三周期,P原子的核電荷數小于S,則P的原子半徑大于S;N和F元素處于第二周期,N原子的核電荷數小于F,則N的原子半徑大于F;S原子比N原子多一個電子層,則S的原子半徑大于N原子,綜上所述,原子半徑由大到小的順序為P>S>N>F。B【易錯提醒】

對微粒半徑的認識誤區(1)微粒半徑要受電子層數、核電荷數和核外電子數的綜合影響,并不是單獨地取決于某一方面的因素。(2)原子電子層數多的原子半徑不一定大,如鋰的原子半徑為0.152nm,而氯的原子半徑為0.099nm。(3)對于同一種元素,并不是原子半徑一定大于離子半徑。如Cl-的半徑大于Cl的半徑。【規律方法】

“三看”比較微粒半徑的大小“一看”電子層數:最外層電子數相同時,電子層數越多,粒子半徑越大。“二看”核電荷數:當電子層結構相同時,核電荷數越大,半徑越小。“三看”核外電子數:當核電荷數相同時,核外電子數越多,半徑越大。原子半徑(1)同周期元素,隨著原子序數遞增,其原子半徑逐漸減小(稀有氣體元素除外)。例:r(Na)>r(Mg)>r(Al)>r(Si)>r(P)>r(S)>r(Cl)(2)同主族元素,隨著電子層數遞增,其原子半徑逐漸增大。例:r(Li)<r(Na)<r(K)<r(Rb)<r(Cs)(3)不是同周期也不是同主族的元素原子可借助某種原子參照比較。例:r(K)>r(Na),r(Na)>r(Al),則r(K)>r(Al)離子半徑(1)同種元素的粒子半徑,陰離子大于原子,原子大于陽離子,低價陽離子大于高價陽離子。例:r(Cl-)>r(Cl),r(Fe)>r(Fe2+)>r(Fe3+)(2)電子層結構相同的微粒,核電荷數越大,半徑越小。例:r(O2-)>r(F-)>r(Na+)>r(Mg2+)>r(Al3+)(3)帶相同電荷的離子,電子層數越多,半徑越大。例:r(Li+)<r(Na+)<r(K+)<r(Rb+)<r(Cs+),r(O2-)<r(S2-)<r(Se2-)<r(Te2-)(4)核電荷數、電子層數均不同的離子可選一種離子參照比較。例:比較r(K+)與r(Mg2+)可選r(Na+)為參照:r(K+)>r(Na+)>r(Mg2+)【深化拓展】“四同”比較粒子的半徑大小【典例1】根據下列主族元素的電離能數據(單位:kJ·mol-1)回答下列問題:元素符號I1I2I3I4Q2080400061009400R500460069009500S7401500770010500T5801820275011600V420310044005900考向二電離能及其應用(1)在元素周期表中,最有可能處于同一族的是

(填字母,下同)。

A.Q和R

B.S和T

C.T和VD.R和T E.R和V(2)它們的氯化物的化學式,最有可能正確的是

。

A.QCl2

B.RCl

C.SCl3D.TCl

E.VCl4(3)下列元素,最有可能與Q元素位于同一族的是

。

A.硼 B.鈹 C.鋰D.氫 E.氦(4)在這五種元素中,最容易與氯元素形成離子化合物的是

。

A.Q B.R C.SD.T E.V【解題指南】

解答本題要注意以下三點:(1)若In→In+1的值出現突躍,說明最外層有n個電子。(2)同主族元素的最外層電子數相等。(3)活潑金屬和活潑非金屬易形成離子化合物。答案(1)E

(2)B

(3)E

(4)E解析各級電離能發生突躍的情況是R:I2?I1,S:I3?I2,T:I4?I3,V:I2?I1,它們的化合價分別為+1、+2、+3、+1。Q的第一電離能比其他元素的第一電離能明顯高得多,最有可能是稀有氣體元素。(1)五種元素中,只有R和V的電離能發生突躍的情況相同,故R和V為同一族。(2)Q可能是稀有氣體元素,其他元素的氯化物的化學式可能是RCl、SCl2、TCl3、VCl。(3)Q可能是稀有氣體元素,與氦都位于0族。(4)第一電離能越小,元素的金屬性越強,越易形成離子化合物,由題表可知,V的第一電離能最小。【典例2】下列敘述正確的是(

)A.第三周期所含元素中,鈉的第一電離能最小B.鋁的第一電離能比鎂的第一電離能大C.在所有元素中,氟的第一電離能最大D.鉀的第一電離能比鎂的第一電離能大答案A解析同周期元素中堿金屬的第一電離能最小,稀有氣體的第一電離能最大,A項正確,C項不正確。由于鎂的3s能級全充滿,3p能級全空,而鋁的3s能級全充滿,3p能級中有一個電子,故鋁的第一電離能小于鎂,B項不正確。鉀比鎂電子層數多,原子半徑大,更易失去電子,故鉀的第一電離能小于鎂,D項不正確。【典例3】元素X的各級電離能數據如下:I1I2I3I4I5I6I/kJ·mol-157818172745115781483118378則元素X的常見化合價是 (

)

A.+1 B.+2 C.+3 D.+6【解析】選C。由表中電離能數據可知,I1、I2、I3數值相對較小,I4數值突然增大,說明元素X的原子中有3個電子容易失去,因此該元素的常見化合價為+3。【解題指南】確定元素的化合價。如果

,即電離能在In與In+1之間發生突變,則元素的原子易形成+n價離子,并且主族元素的最高化合價為+n價(或只有+n價、0價)。某元素的逐級電離能,若I2?I1,則該元素通常顯+1價;若I3?I2,則該元素通常顯+2價;若I4?I3,則該元素通常顯+3價。【易錯提醒】(1)第一電離能與元素的金屬性有本質的區別。(2)由電離能的遞變規律可知:同周期主族元素從左到右,元素的第一電離能呈增大趨勢,但ⅡA族的Be、Mg、Ca的第一電離能較同周期ⅢA族的B、Al、Ga的第一電離能要大;ⅤA族的N、P、As的第一電離能較同周期ⅥA族的O、S、Se的第一電離能要大。這是由于ⅡA族元素的最外層電子排布為ns2,p軌道為全空狀態,較穩定;而ⅤA族元素的最外層電子排布為ns2np3,p軌道為半充滿狀態,比ⅥA族的ns2np4狀態穩定。【深化拓展】1.元素第一電離能與原子核外電子排布的關系(1)第一電離能的變化與元素原子的核外電子排布有關。通常情況下,當原子核外電子排布在能量相等的軌道上形成全空(p0、d0、f0)、半充滿(p3、d5、f7)和全充滿(p6、d10、f14)結構時,原子的能量較低,該元素具有較大的第一電離能。例如P的第一電離能比硫的大,Mg的第一電離能比Al的大。2.電離能的應用(1)比較元素金屬性的強弱一般情況下,元素的第一電離能越小,元素的金屬性越強。(2)確定元素原子的核外電子層排布由于電子是分層排布的,內層電子比外層電子難失去,因此當元素原子失去不同能層的電子時電離能會發生突變。(3)確定元素的化合價如果電離能在In與

之間發生突變,則元素的原子易形成+n價離子,或主族元素(O、F除外)的最高化合價為+n價。若某元素的逐級電離能I2?I1,則該元素通常顯+1價;若I3?I2>I1,則該元素通常顯+2價;若I4?I3>I2>I1,則該元素通常顯+3價。(2)第三周期元素第一電離能的大小關系為I1(Ar)>I1(Cl)>I1(P)>I1(S)>I1(Si)>I1(Mg)>I1(Al)>I1(Na)。

P、Mg元素的第一電離能大于同周期相鄰元素【典例1】不同元素的原子在分子內吸引電子的能力大小可用一定數值X來表示,X值越大,其原子吸引電子能力越強,在所形成的分子中為帶負電荷的一方。下表是某些元素的X值:元素符號LiBeBCOFX值0.981.572.042.553.443.98元素符號NaAlSiPSClX值0.931.601.902.192.553.16考向三電負性及其應用(1)通過分析X值的變化規律,確定N、Mg的X值范圍:______<X(Mg)<______;_______<X(N)<_______。

(2)推測X值與原子半徑的關系為____________。

(3)某有機化合物的分子中含有S—N鍵中,你認為共用電子對偏向________(填元素符號)。

(4)如果X值為電負性的數值,試推斷AlBr3中化學鍵的類型為________。

(5)預測元素周期表中X值最小的元素是________(放射性元素除外)。

【解題指南】解答本題需要注意以下兩點:(1)X值可以理解為電負性。(2)同一周期元素從左到右電負性增大,同一主元素,從上到下電負性減小。【解析】

(1)通過表中數據分析可知同周期從左到右,X值依次增大,同主族從上到下,X值依次減小,可判斷X(Na)<X(Mg)<X(Al),且X(Be)>X(Mg),故0.93<X(Mg)<1.57;同理,2.55<X(N)<3.44。(2)通過思考同周期、同主族元素原子半徑的變化與X值的變化可得結論。(3)根據信息:“X值越大,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”,由X(S)=2.55,X(C)<X(N)<X(O),即2.55<X(N)<3.44,得共用電子對偏向氮原子。(4)根據表中數據的變化規律可得X(Br)<X(Cl),因此X(Br)與X(Al)的差值要小于X(Cl)與X(Al)的差值,故AlBr3中的化學鍵為共價鍵。(5)根據X值的變化規律,X的最小值應在元素周期表的左下角,但要注意放射性元素除外,故填Cs(銫)。答案:(1)0.93

1.57

2.55

3.44(2)原子半徑越大,X值越小(3)N

(4)共價鍵(5)Cs變式設問已知NCl3易發生水解反應:NCl3+3H2O===NH3+3HClO,試寫出C、N、O、H四種元素的電負性由小到大的順序為

。

提示C、N、O、H四種元素的電負性由小到大的順序為H<C<N<O。【特別警示】電負性應用的局限性(1)電負性描述的是原子核對電子吸引能力的強弱,并不是把電負性1.8作為劃分金屬和非金屬的絕對標準。(2)元素電負性的值是相對量,沒有單位。(3)并不是所有電負性差值大于1.7的兩元素間形成的化學鍵一定為離子鍵,電負性差值小于1.7的兩元素間一定形成共價鍵,應注意一些特殊情況。【典例2】已知X、Y元素同周期,且電負性X>Y,下列說法錯誤的是(

)A.X與Y形成化合物時,X可以顯負價,Y顯正價B.第一電離能可能Y大于XC.X的最高價含氧酸的酸性弱于Y的最高價含氧酸的酸性D.氣態氫化物的穩定性:HmY小于HnX【解析】選C。電負性大的元素在化合物中顯負價,所以X和Y形成化合物時,X顯負價,Y顯正價,A正確;第一電離能可能Y大于X,如N>O,也可能小于X,B正確;電負性X>Y則非金屬性X>Y,非金屬性越強,其最高價氧化物的水化物的酸性越強,則X對應的最高價含氧酸的酸性強于Y對應的最高價含氧酸的酸性,C錯誤;電負性X>Y則非金屬性X>Y,非金屬性越強,氣態氫化物越穩定,則氣態氫化物的穩定性:HmY小于HnX,D正確。【深化拓展】

素養脈絡【素養訓練】1.具有下列核外電子排布式的原子,其半徑最大的是

(

)A.1s22s22p3

B.1s22s22p1

C.1s22s22p63s23p1

D.1s22s22p63s23p4【解析】選C。根據原子的核外電子排布式可知,A項中原子為氮(N),B項中原子為硼(B),C項中原子為鋁(Al),D項中原子為硫(S)。根據原子半徑變化規律可知,r(B)>r(N)、r(Al)>r(S)、r(Al)>r(B),故Al原子半徑最大。2.具有下列價層電子排布的原子中,第一電離能最小的是(

)A.2s22p4 B.3s23p4C.4s24p4 D.5s25p4答案D解析A、B、C、D所對應的元素依次是O、S、Se、Te元素,最外層電子結構相同,原子半徑越大,原子核吸引電子的能力越弱,其第一電離能越小,故第一電離能大小順序是O>S>Se>Te,故選D。3.下列關于微觀粒子半徑的說法正確的是 (

)A.電子層數少的元素的原子半徑一定小于電子層數多的元素的原子半徑B.核外電子層結構相同的單核粒子,半徑相同C.質子數相同的不同單核粒子,電子數越多半徑越大D.原子序數越大,原子半徑越大【解析】選C。由于同周期主族元素原子半徑逐漸減小,故第3周期ⅦA族元素原子半徑不一定比上一周期ⅠA族元素原子半徑大,如r(Li)>r(Cl),故A項錯誤;對于核外電子層結構相同的單核離子和原子,半徑是不同的,故B項錯誤;質子數相同的不同單核粒子,陰離子半徑>原子半徑>陽離子半徑,故C項正確;原子序數增大,原子半徑不是一直增大,而是呈周期性變化的,故D項錯誤。4.X、Y為兩種元素的原子,X的陰離子與Y的陽離子具有相同的電子層結構,由此可知 (

)A.X的原子半徑大于Y的原子半徑B.X的電負性大于Y的電負性C.X的陰離子半徑小于Y的陽離子半徑D.X的第一電離能小于Y的第一電離能【解析】選B。X的陰離子與Y的陽離子具有相同的電子層結構,則Y在周期表中位于X的下一周期,Y比X多一個電子層,故原子半徑:Y>X,電負性:X>Y,A項錯誤,B項正確;電子層結構相同,核電荷數越大,微粒半徑越小,故X的陰離子半徑大于Y的陽離子半徑,C項錯誤;X易得電子形成陰離子,而Y易失電子形成陽離子,故第一電離能:X>Y,D項錯誤。5.不能根據元素的電負性判斷下列性質中的(

)A.化合物的溶解度B.化合物中元素化合價的正負C.化學鍵類型D.一種元素是金屬元素還是非金屬元素答案A解析不能根據電負性判斷化合物的溶解度,A項符合題意;電負性小的元素在化合物中吸引電子的能力弱,元素顯正化合價,電負性大的元素在化合物中吸引電子的能力強,元素顯負化合價,B項不符合題意;根據電負性能判斷化學鍵類型,電負性相同的非金屬元素(同種元素)形成的化學鍵是非極性共價鍵,電負性差值小于1.7的兩種元素的原子之間一般形成極性共價鍵,相應的化合物是共價化合物,電負性差值大于1.7的兩種元素化合時,一般形成離子鍵,相應的化合物為離子化合物,C項不符合題意;電負性也可以作為判斷元素金屬性和非金屬性強弱的尺度,一般來說,電負性大于1.8的是非金屬元素,小于1.8的是金屬元素,而位于非金屬與金屬交界處的“類金屬”(如鍺、銻等)的電負性則在1.8左右,它們既有金屬性又有非金屬性,D項不符合題意。6.下列說法正確的是 (

)A.Na、Mg、Al的第一電離能逐漸增大B.V、Cr、Mn的最外層電子數逐漸增大C.S2-、Cl-、K+的半徑逐漸減小D.O、F、Ne的電負性逐漸增大【解析】選C。Mg的最外層3s軌道全滿,3p軌道全空,為穩定結構,難以失去電子,第一電離能最大,Na的最小,A錯誤;V、Mn的最外層電子排布遵循電子排布能量規律,最外層電子數均為2,而Cr的3d、4s軌道處于半充滿的穩定狀態,最外層電子數只有1個,B錯誤;由于S2-、Cl-、K+的核外電子排布相同,且原子序數越小,半徑越大,C正確;O、F位于同一周期,同周期元素從左到右元素的電負性依次增大,Ne為稀有氣體元素,電負性小于F,D錯誤。7.下列有關電離能的說法正確的是(

)A.第一電離能越大的原子失電子的能力越強B.第一電離能是元素的原子失去核外第一個電子需要的能量C.同一周期中,主族元素原子第一電離能從左到右越來越大D.同主族元素,隨原子序數的遞增,第一電離能逐漸減小答案D解析①第一電離能是氣態電中性基態原子失去核外第一個電子轉化為氣態基態正離子所需要的最低能量;②元素原子的第一電離能越大,表示該元素的原子越難失去電子;③從總的變化趨勢上看,同一周期從左到右,元素的第一電離能逐漸增大,但有反常情況,如第一電離能N>O。8.已知X、Y元素同周期,且電負性X>Y,下列說法錯誤的是(

)A.X與Y形成的化合物,X顯負價,Y顯正價B.最高價含氧酸的酸性:X對應的酸性強于Y對應的酸性C.簡單氣態氫化物的穩定性:HmY小于HnXD.第一電離能Y一定小于X答案D解析X、Y元素同周期,且電負性:X>Y,則非金屬性:X>Y。電負性大的元素在化合物中顯負價,所以X和Y形成化合物時,X顯負價,Y顯正價,A正確;非金屬性越強,其最高價氧化物的水化物的酸性越強,非金屬性:X>Y,則X對應的最高價含氧酸的酸性強于Y對應的最高價含氧酸的酸性,B正確;非金屬性越強,簡單氣態氫化物越穩定,則氣態氫化物的穩定性:HmY小于HnX,C正確;一般非金屬性強的元素的第一電離能大,但O的非金屬性比N大,第一電離能:N>O,D錯誤。9.如圖是第三周期11~17號元素某些性質變化趨勢的柱形圖,下列有關說法中正確的是(

)A.y軸表示的可能是基態的原子失去一個電子所需要的最小能量B.y軸表示的可能是原子在化合物中吸引電子的能力C.y軸表示的可能是原子半徑D.y軸表示的可能是形成基態離子轉移的電子數答案B解析第三周期Mg(或P)的3p能級為全空(或半充滿)狀態,較為穩定,Mg(或P)的第一電離能大于Al(或S),A錯誤;同周期主族元素從左到右,電負性逐漸增大,B正確;同周期元素從左到右,原子序數逐漸增大,原子半徑逐漸減小,C錯誤;同周期金屬元素形成基態離子轉移的電子數逐漸增多,非金屬元素形成基態離子所需要的電子數逐漸減少,D錯誤。10.(1)比較下列微粒半徑的大小(填“>”“=”或“<”)。①F-

。②Na

Mg

Cl;

③F-

Cl-

Br-;④

S。

(2)C、H、O三種元素的電負性由小到大的順序為

。

(3)第三周期所有元素的第一電離能由小到大的順序為

。

(4)F、Cl、Br、I的第一電離能大小順序為

,電負性大小順序為

。

答案(1)①<

②>

>

③<

<

④>(2)H<C<O

(3)Na<Al<Mg<Si<S<P<Cl<Ar

(4)F>Cl>Br>I

F>Cl>Br>I11.Q、R、X、Y、Z五種元素的原子序數依次遞增。已知:①Z的原子序數為29,其余的均為短周期主族元素;②Y原子價電子(外圍電子)排布式為msnmpn;③R原子核外L層電子數為奇數;④Q、X原子p軌道的電子數分別為2和4。請回答下列問題:(1)Z2+的核外電子排布式是_________。

(2)Q、R、Y三種元素的第一電離能數值由小到大的順序為________(用元素符號作答)。

(3)五種元素中,非金屬元素的電負性由小到大的順序是__________,電負性最大與最小的兩種非金屬元素形成的化合物是________(填化學式)。

【解析】先由題給信息推斷元素:由①知Z為Cu,由Y為短周期主族元素且原子序數大于X推測,msnmpn中m=3,n=2,價電子排布式為3s23p2的是Si。由④,因原子序數按Q、R、X、Y、Z遞增,Q、X原子p軌道的電子數分別為2和4,只能為L層的p軌道,二者分別為C、O,則R只能為第ⅤA族元素氮,正好滿足③。即Q、R、X、Y、Z五種元素依次為C、N、O、Si、Cu。(1)Z2+是Cu2+。由銅原子的電子排布式1s22s22p63s23p63d104s1可寫出Cu2+的電子排布式。(2)根據電離能的變化規律,C、N、Si三種元素中,第一電離能N最大,Si最小。(3)五種元素中電負性最大的非金屬元素是氧,電負性最小的非金屬元素是硅,二者形成的化合物是SiO2。答案:(1)1s22s22p63s23p63d9

(2)Si<C<N

(3)