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2019-2020年高中化學(xué)《原子結(jié)構(gòu)與元素的性質(zhì)》第一課時 教案3 新人教版選修3 授課班級 課 時 教 學(xué) 目 的 知識 與 技能 1、掌握原子半徑的變化規(guī)律 2、能說出元素電離能的涵義，能應(yīng)用元素的電離能說明元素的某些性質(zhì) 3、進(jìn)一步形成有關(guān)物質(zhì)結(jié)構(gòu)的基本觀念，初步認(rèn)識物質(zhì)的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)之間的關(guān)系 4、認(rèn)識主族元素電離能的變化與核外電子排布的關(guān)系 5、認(rèn)識原子結(jié)構(gòu)與元素周期系的關(guān)系，了解元素周期系的應(yīng)用價值 過程 與 方法 情感 態(tài)度 價值觀 重 點(diǎn) 電離能得定義及與原子結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系 難 點(diǎn) 電離能得定義及與原子結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系 知 識 結(jié) 構(gòu) 與 板 書 設(shè) 計(jì) 二、元素周期律 1、原子半徑 2、電離能 （1）定義：氣態(tài)原子或氣態(tài)離子失去一個電子所需要的最小能量叫做電離能. ①常用符號I表示，單位為KJ?mol－1 ②意義：通常用電離能來表示原子或離子失去電子的難易程度。 （2）元素的第一電離能：處于基態(tài)的氣態(tài)原子失去1個電子，生成+1價氣態(tài)陽離子所需要的能量稱為第一電離能，常用符號I1表示。 (5) 電離能的應(yīng)用 、根據(jù)電離能數(shù)據(jù)，確定元素核外電子的排布 根據(jù)電離能數(shù)據(jù)，確定元素在化合物中的化合價。 判斷元素的金屬性、非金屬性強(qiáng)弱 教學(xué)過程 教學(xué)步驟、內(nèi)容 教學(xué)方法、手段、 師生活動 ［引入］我們知道元素性質(zhì)是由元素原子結(jié)構(gòu)決定的，那具體影響哪些性質(zhì)呢？ ［講］元素的性質(zhì)指元素的金屬性和非金屬性、元素的主要化合價、原子半徑、元素的第一電離能和電負(fù)性。 ［學(xué)與問］元素周期表中，同周期的主族元素從左到右，最高化合價和最低化合價、金屬性和非金屬性的變化規(guī)律是什么？ ［投影小結(jié)］同周期主族元素從左到右，元素最高化合價和最低化合價逐漸升高，金屬性逐漸減弱，非金屬性逐漸增強(qiáng)。 ［講］元素的性質(zhì)隨核電荷數(shù)遞增發(fā)生周期性的遞變，稱為元素周期律。元素周期律的內(nèi)涵豐富多樣，下面，我們來討論原子半徑、電離能和電負(fù)性的周期性變化。 ［板書］二、元素周期律 1、原子半徑 ［投影］觀察圖1—20分析： ［學(xué)與問］1．元素周期表中同周期主族元素從左到右，原子半徑的變化趨勢如何？應(yīng)如何理解這種趨勢？ 2．元素周期表中，同主族元素從上到下，原子半徑的變化趨勢如何？應(yīng)如何理解這種趨勢？ ［小結(jié)］同周期主族元素從左到右，原子半徑逐漸減小。其主要原因是由于核電荷數(shù)的增加使核對電子的引力增加而帶來原子半徑減小的趨勢大于增加電子后電子間斥力增大帶來原子半徑增大的趨勢。 同主族元素從上到下，原子半徑逐漸增大。其主要原因是由于電子能層增加，電子間的斥力使原子的半徑增大。 ［講］原子半徑的大小取決于兩個相反的因素：一是電子的能層數(shù)，另一個是核電荷數(shù)。顯然電子的能層數(shù)越大，電子間的負(fù)電排斥將使原子半徑增大，所以同主族元素隨著原子序數(shù)的增加，電子層數(shù)逐漸增多，原子半徑逐漸增大。而當(dāng)電子能層相同時，核電荷數(shù)越大，核對電子的吸引力也越大，將使原子半徑縮小，所以同周期元素，從左往右，原子半徑逐漸減小。 ［問］那么，粒子半徑大小的比較有什么規(guī)律呢？ ［投影小結(jié)］1、原子半徑大小比較：電子層數(shù)越多，其原子半徑越大。當(dāng)電子層數(shù)相同時，隨著核電荷數(shù)增加，原子半徑逐漸減小。最外層電子數(shù)目相同的原子，原子半徑隨核電荷數(shù)的增大而增大 2、核外電子排布相同的離子，隨核電荷數(shù)的增大，半徑減小。 3、同種元素的不同粒子半徑關(guān)系為：陽離子<原子<陰離子，并且價態(tài)越高的粒子半徑越小。 ［過渡］那么，什么叫電離能呢，電離能與元素的金屬性間有什么樣的關(guān)系呢？ ［板書］2、電離能 （1）定義：氣態(tài)原子或氣態(tài)離子失去一個電子所需要的最小能量叫做電離能. ①常用符號I表示，單位為KJ?mol－1 ②意義：通常用電離能來表示原子或離子失去電子的難易程度。 ［講］原子為基態(tài)原子，保證失去電子時消耗能量最低。電離能用來表示原子或分子失去電子的難易程度。電離能越大，表示原子或離子越難失電子；電離能越小，表示原子或離子易失電子， ［點(diǎn)擊試題］已知Na元素的I1=496 KJmol-1,則Na (g) -e- →Na +(g) 時所需最低能量為 . ［板書］（2）元素的第一電離能：處于基態(tài)的氣態(tài)原子失去1個電子，生成+1價氣態(tài)陽離子所需要的能量稱為第一電離能，常用符號I1表示。 ［講］氣態(tài)電中性基態(tài)原子失去一個電子轉(zhuǎn)化為氣態(tài)基態(tài)正離子所需要的最低能量叫做第一電離能。上述表述中的“氣態(tài)”“基態(tài)”“電中性”“失去一個電子”等都是保證“最低能量”的條件。 ［投影］ ［問］讀圖l—21。堿金屬原子的第一電離能隨核電荷數(shù)遞增有什么規(guī)律呢? ［講］從圖l—2l可見，每個周期的第一個元素(氫和堿金屬)第一電離能最小，最后一個元素(稀有氣體)的第一電離能最大；同族元素從上到下第一電離能變小(如He、Ne、Ar、Kr、Xe、Rn的第一電離能依次下降，H、Li、Na、K、Rb、Cs的第一電離能也依次下降)。 ［學(xué)與問］1、金屬的電離能與堿金屬的活潑性存在什么聯(lián)系? ［講］第一電離能越小，越易失去電子，金屬的活潑性就越強(qiáng)。因此堿金屬元素的第一電離能越小，金屬的活潑性就越強(qiáng)。 ［講］同周期元素：堿金屬元素的第一電離能最小，稀有氣體元素的第一電離能最大；從左到右，元素的第一電離能在總體上呈現(xiàn)從小到大的變化趨勢，表示元素原子越來越難失去電子。短周期元素的這種遞變更為明顯，這是同周期元素原子電子層數(shù)相同，但隨著核電荷數(shù)增大和原子半徑減小，核對外層電子的有效吸引作用依次增強(qiáng)的必然結(jié)果。 同主族元素：自上而下第一電離能逐漸減小，表明自上而下原子越來越容易失去電子電子。這是因?yàn)橥髯逶卦拥膬r電子數(shù)相同，原子半徑逐漸增大，原子核對核外電子的有效吸引作用逐漸減弱。過渡元素的第一電離能的變化不太規(guī)則，隨元素原子序數(shù)的增加從左到右略有增加。這是因?yàn)閷@些元素的原子來說，增加的電子大部分排布在(n-1)d軌道上，核對外層電子的有效吸引作用變化不是太大。 ［板書］(3)電離能的變化規(guī)律： 同周期元素：從左到右，元素的第一電離能在總體上呈現(xiàn)從小到大的變化趨勢，表示元素原子越來越難失去電子。 同主族元素：自上而下第一電離能逐漸減小，表明自上而下原子越來越容易失去電子電子。 ［講］總之，第一電離能的周期性遞變規(guī)律是原子半徑、核外電子排布周期性變化的結(jié)果 ［思考與交流］ Be的第一電離能大于B，N的第一電離能大于O，Mg的第一電離能大于Al，Zn的第一電離能大于Ga？ Be有價電子排布為2s2，是全充滿結(jié)構(gòu)，比較穩(wěn)定，而B的價電子排布為2s22p1，、比Be不穩(wěn)定，因此失去第一個電子B比Be容易，第一電離能小 ［講］但值得我們注意的是：元素第一電離能的周期性變化規(guī)律中的一些反常：同一周期，隨元素核電荷數(shù)的增加，元素第一電離能呈增大的趨勢。主族元素：左-右：第一電離能依次明顯增大（但其中有些曲折）。反常的原因：多數(shù)與全空（p0、d0）、全滿（p6、d10）和半滿（p3、d5）構(gòu)型是比較穩(wěn)定的構(gòu)型有關(guān)。當(dāng)原子核外電子排布在能量相等的軌道上形成全空、半充滿和全充滿結(jié)構(gòu)時，原子的能量較低，該元素具有較大的第一電離能。故磷的第一電離能比硫的大，Mg的第一電離能比Al的第一電離能大。 ［講］在同周期元素中，稀有氣體的第一電離能最大。金屬越活潑，金屬元素的第一電離能越小，非金屬越活潑，非金屬元素的第一電離能越大。 ［點(diǎn)擊試題］不同元素的氣態(tài)原子失去最外層一個電子所需要的能量（設(shè)其為E）如圖所示，試根據(jù)元素在周期表中的位置，分析圖中曲線的變化特點(diǎn)，并回答下列問題。 （1）同主族內(nèi)不同元素的E值的變化特點(diǎn)是 。各主族中E值的這種變化特點(diǎn)體現(xiàn)了元素性質(zhì)的 變化規(guī)律。 （2）同周期內(nèi)，隨原子序數(shù)的增大，E值增大。但個別元素的E值出現(xiàn)反?，F(xiàn)象，試預(yù)測下列關(guān)系中正確的是 （填寫編號）。 ①E（砷）＞E（硒） ②E（砷）＜E（硒） ③E（溴）＞E（硒） ④E（溴）＞E（硒） （3）估計(jì)1mol氣態(tài)Ca原子失去最外層一個電子所需能量E值的范圍： ＜E＜ 。 （4）10號元素E值較大的原因是 解析：此題考查了元素第一電離能的變化規(guī)律和學(xué)生的歸納總結(jié)能力。 （1）同主族元素最外層電子數(shù)相同，隨著原子核電荷數(shù)逐漸增大，原子核對最外層電子的吸引力逐漸減小，所以失去最外層電子所需能量逐漸減小。 （2）根據(jù)圖像可知，同周期元素E（氮）＞E（氧），E（磷）＞E（硫），E值出現(xiàn)反?，F(xiàn)象。故可推知第四周期E（砷）＞E（硒）。但ⅥA族元素和ⅦA族元素的E值未出現(xiàn)反常。所以E（溴）＞E（硒）。此處應(yīng)填①、③。 （3）1mol 氣態(tài)Ca原子失去最外層一個電子比同周期元素鉀要難，比同主族元素Mg要容易，故其E值應(yīng)在419～738之間。 （4）10號元素是Ne，它的原子最外層已經(jīng)成為8電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，故其E值較大。 答案：（1）隨著原子序數(shù)的增大，E值變小　周期性。（2）①、③（3）419、438或填E（鉀）、E（鎂）（4）10號元素是氖，該元素原子的最外層電子排布已達(dá)到8個電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。 ［學(xué)與問］2、下表的數(shù)據(jù)從上到下是鈉、鎂、鋁逐級失去電子的電離能。為什么原子的逐級電離能越來越大?這些數(shù)據(jù)跟鈉、鎂、鋁的化合價有什么聯(lián)系? ［講］氣態(tài)電中性基態(tài)原子失去一個電子轉(zhuǎn)化為氣態(tài)基態(tài)正離子所需要的最低能量叫做第一電離能(用I1表示)，從一價氣態(tài)基態(tài)正離子中再失去一個電子所需消耗的能量叫做第二電離能(用I2表示)，依次類推，可得到I3、I4、I5……同一種元素的逐級電離能的大小關(guān)系：I1I1，因此說電離能是核外電子分層排布的實(shí)驗(yàn)佐證。答案：B 4、下表是元素周期表的一部分，表中所列的字母分別代表某一化學(xué)元素 （1）下列 （填寫編號）組元素的單質(zhì)可能都是電的良導(dǎo)體。 ①a、c、h ②b、g、k ③c、h、l ④d、e、f （2）如果給核外電子足夠的能量，這些電子便會擺脫原子核的束縛而離去。核外電子離開該原子或離子所需要的能量主要受兩大因素的影響。 原子核失去核外不同電子所需的能量（KJmol-1） 鋰 X Y 失去第一個電子 519 502 580 失去第二個電子 7 296 4 570 1 820 失去第三個電子 11 799 6 920 2 750 失去第四個電子 9 550 11 600 ①通過上述信息和表中的數(shù)據(jù)分析，為什么鋰原子失去核外第二個電子時所需的能量要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于失去第一個電子所需的能量 。 ②表中X可能為13種元素中的 （填寫字母）元素。用元素符號表示X和j形成的化合物的化學(xué)式 　　　　　 。 ③Y是周期表中 族的元素的增加，I1逐漸增大。 ④以上13種元素中， （填寫字母）元素原子失去核外第一個電子需要的能量最多。 解析：（1）從所給元素在周期表中的位置不難知道a、c、d、f分別為Na、Mg、Sr和Al，e處于過渡元素區(qū)也一定為金屬，它們都是電的良導(dǎo)體；h為碳元素，其單質(zhì)中的石墨也是電的良導(dǎo)體，故應(yīng)選①、④兩組。 （2）①鋰原子核外共有3個電子，其中兩個在K層，1個在L層，當(dāng)失去最外層的一個電子后，鋰離子達(dá)到穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，根據(jù)題給信息可知，鋰離子再失去電子便會形成不穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，因此鋰原子失去第二個電子時所需能量遠(yuǎn)大于失去第一個電子所需的能量。②由表中數(shù)據(jù)可知：X失去第二個電子所需能量遠(yuǎn)大于失去第一個電子所需的能量（9倍多），而失去第三個、第四個電子所需能量皆不足前者的兩倍，故第一個電子為最外層的1個電子，而其他幾個電子應(yīng)處于內(nèi)層。結(jié)合所給的周期表知，X應(yīng)為a，即鈉元素，和j即氧元素所形成的化合物化學(xué)式分別為：Na2O和 Na2O2。③由表中所給Y的數(shù)據(jù)可知，Y失去第一、二、三個電子所需能量差別不大，而失去第四個電子所需能量遠(yuǎn)大于失去第三個電子所需的能量，因此，Y元素的最外層有3個電子，即為第ⅢA族的元素Al。④從題目所給信息知道，原子失電子所需能量不僅與原子核對核外電子的吸引力有關(guān)，還與形成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的傾向有關(guān)。結(jié)構(gòu)越穩(wěn)定失電子所需能量越高，在所給13種元素中，處于零族的m元素已達(dá)8e-穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，因此失去核外第一個電子需要的能量最多。 答案：（1）①④ （2）①Li原子失去1個電子后形成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，再失去1個電子很困難 ②a；Na2O 或Na2O2 ③ⅢA ④ m 教學(xué)回顧： 表現(xiàn)性評價反映了學(xué)生學(xué)習(xí)本節(jié)知識的過程情況如何，是否達(dá)到情感態(tài)度與價值觀目標(biāo)。表現(xiàn)性評價的依據(jù)是學(xué)生在問題探究的過程中表現(xiàn)出來的情感態(tài)度和對知識的整合能力，能否把自己融入科學(xué)活動和科學(xué)思維中，體驗(yàn)科學(xué)研究的過程和認(rèn)知的規(guī)律性。如果說紙筆評價是對學(xué)生學(xué)業(yè)的量化評價的話，表現(xiàn)性評價則是對學(xué)生學(xué)業(yè)的質(zhì)性評價。 在本節(jié)課的教學(xué)過程當(dāng)中，由淺入深不斷地設(shè)置問題，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行討論探究，讓學(xué)生主動參與知識探究的全過程。從學(xué)生的表現(xiàn)和反饋情況來看，基本上能達(dá)到預(yù)定的教學(xué)目標(biāo)要求。