归纳与整理教学内容

第一章

第二节

元素周期律（二）

一、

教学目标

1、

能描述电离能的含义；

2、

熟知元素第一电离能的周期性变化；

3、

能用电离能说明元素的某些性质。

二、

教学重难点：电离能的变化规律和应用。

三、

学情分析：

本节课位于人教版化学选修3《物质结构和性质》第一章原子结构和性质第二节元素周期律第二课时，选修3整体把握先学结构后学性质，结构决定性质，第一章第一节通过能层、能级、电子云、原子轨道、基态、激发态等方面，对原子结构有一定的认识，第二章开始又对结构进行整合形成元素周期系，说明核外电子排布的周期性变化是元素性质周期性变化的原因，并对原子半径金属性非金属性元素化合价的周期性变化，逐一复习和补充，在此基础上，学习第一电离能不再陌生，并与已学内容建立联系，如：和金属性的关系，核外电子分层排布等联系，加以合适的练习，利于学生的认知，有利于学生形成体系。

四、

教学方法：多媒体辅助和微课

五、

教学过程：

【引入】我们已经知道元素原子的核外电子排布的周期性变化，导致元素性质的周期性变化，如：元素化合价、金属、非金属、原子半径等的周期性变化，今天我们呢接着学习元素周期律——电离能

一、提出问题

1、科学史话：

在布瓦博德朗发现元素镓之前，门捷列夫就准确地预言了在锌与砷之间存在着类铝元素和类硅元素。在

19 世纪科技水平并不发达的时代，门捷列夫就能准确地预言，让人非常钦佩。你知道门捷列夫成功预言的依据是什么吗？

2、合理推断：结合元素周期律，比较下列元素原子的失电子能力。

Li

Be、Be

Mg、

Li

Mg 而锂和镁元素的失去电子能力无法比较。

二、探究问题

为探究这一问题，引入电离能概念，是描述气态基态原子或离子失去一个电子所需的能量，阅读课本第17页第一段。

【多媒体展示】气态电中性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。

用符号I1表示，单位：kJ/mol 【思考交流】1、原子失去电子是吸收能量还是释放能量？

2、第一电离能大小与失去电子难以有何关系？

学生总结：吸收能量，越难失去电子，第一电离能越大，越易失去电子第一电离能越小。

（过渡）因此，电离能是衡量气态基态原子失去电子能力的强弱。

1、从从一价气态基态正离子中再失去一个电子所需要的能量叫做第二电离能。符号I2

M(g)

- e- = M+ (g)

I1（第一电离能）

M+(g) - e- = M2+ (g)

I2（第二电离能）

M2+(g) - e- = M3+ (g)

I3（第三电离能）

.

.

.

.

.

. 以钠元素逐级电离能为例：

I1

496

I2

4562

I3

6912

I4

9543

I5

13353

I6

16610

……

……

学生探究：①同一元素逐级电离能大小有何变化规律？

②以钠元素为例，试着从原子结构的角度解释？

总结：同一元素逐级电离能依次增大；因为首先失去的电子是能量最高的电子，故第一电离能较小，以后再失去电子都是能级较低的电子，所需要的能量多；同时失去电子后，阳离子所带的正电荷对电子的引力更强，从而电离能越来越大。

2、观察图1-21，总结第一电离能的变化规律：

学生探究：原子的第一电离能随核电荷数递增同主族有什么规律？

试从原子结构角度解释。

学生讨论总结：同主族I1依次减小，随着核电荷数增大，电子层数增多，原子核对最外层电子的吸引能力减弱，越容易失去电子，I1依次减小。

3、再观察图1-21，总结第一电离能的变化规律：

学生探究：原子的第一电离能随核电荷数递增同周期有什么规律？

试从原子结构角度解释。

学生讨论总结：同周期I1增大趋势，电子层数相同，随着核电荷数增大，原子核对最外层电子的吸引能力增强，越难失去电子，I1大致增大。

【思考交流】

①第二周期中第一电离能最大和最小的分别是哪种元素，

②整个周期表中，哪种元素第一电离能最大？哪种元素第一电离能最小？（过渡元素与放射性元素除外）

学生回答：Ne，Li，He，Cs。

4、

再观察图1-21，第一电离能有哪些反常？第ⅡA元素和第ⅤA元素的反常现象如何解释？

试用价电子排布解释第一电离能：Be>B，N>O。

学生总结：第ⅡA元素>ⅢA的元素，第ⅤA元素>ⅥA元素；半满、全满相对稳定，不易失去电子，所以第一电离能出现反常。

【教师讲述】当原子核外电子排布在能量相等的原子轨道上形成全空（p0、d0、f0）、半满（p3、d5、f7）和全满（p6、d10、f14）结构时，原子能量最低，该元素具有较大的第一电离能。如：

I 1 (P )> I 1 (S)

I 1 (N )> I 1 (O)

ns2np3

ns2np4

三、探究问题

1、判断元素原子失电子的能力即金属性强弱。

结合课本图1-21，

判断Li 和

Mg失电子能力的强弱，金属性：Li 〉Mg 2、判断元素的最高化合价

I1

I2

I3

电离能（kJ/mol）

I4

I5

I6

I7

学生讨论：

Na

496

4562

6912

9543

13353

16610

20114

Mg

738

1451

7733

10540

13630

17995

21703

Al

578

1817

2745

11575

14830

18376

23293

①

从表中数据你能解释

Na2、Mg3为什么不易形成吗？请从原子结构的角度解释其原因。

＋＋②

这些数据跟钠、镁、铝的化合价有什么联系? 学生总结：Na的第二电离能远大于第一电离能，Mg的第三电离能远大于第二电离能，钠失去一个电子达到稳定结构，镁失去两个电子已达到稳定结构；在逐级电离能的第一次突变，就能得到钠、镁、铝的常见化合价：+1、+2、+3。

3、说明原子核外电子的分层排布，尤其是最外层电子数

以某元素所有逐级电离能为例：

I1

I2

I3

I4

I5

I6

I7

I8

I9

28932 I10

141362 I11

159076

496

4562

6910

9543

学生讨论：

①

此元素最外层有几个电子？是什么元素？

②

电离能的突变现象与电子的分层排布有什么关系? 学生总结：1，是钠元素，第一层突变为最外层，第二次突变为次外层……

4、金属活动性与电离能的大小顺序不完全一致

金属活泼性表示的是水溶液中金属单质原子失去电子的能力，而电离能是指金属原子在气态是失去电子成为气态阳离子的能力，二者条件不同，所以排列顺序不完全一致。

例如：钠的第一电离能比钙的第一电离能要小:

Na → Na+

I1= 495.8 kJ·mol-1

Ca → Ca+

I1 = 589.7 kJ·mol-1

所以钠比钙容易失去最外层的一个电子，钠的金属性比钙强。

但是在金属活动性顺序表中，钙比钠活泼。

因此，不能根据金属活泼顺序表判断电离能大小。

【科学视野】

1862年一位英国化学家巴特列特根据O2和Xe的第一电离能非常接近，利用类比思想合成第一种稀有气体化合物，大大推动了对稀有气体的研究，为开拓稀有气体化学作出了历史性的贡献。

O2＋PtF6＝

O2PtF6

I1 =1171.5kJ·mol-1

Xe＋PtF6＝

XePtF6

I1 =1175.7 kJ·mol-1

此反应是电离能一个应用，巴特列特因此获得诺贝尔奖，本实验的完成也是一个理论指导实践的先例，拓展合成物质的新思路，同时惰性气体氙气参与反应，惰性气体不惰，从此而改成为稀有气体。

13354

16613

20117

25496

六、课堂板书

电离能：描述气态基态原子或离子失去一个电子所需的能量

I1

kJ/mol 一

规律：

1、同一元素逐级电离能依次增大

2、同主族I1依次减小

3、同周期I1增大趋势

4、I1反常：第ⅡA元素>ⅢA的元素，第ⅤA元素>ⅥA元素

二、应用：1、判断元素原子失电子的能力即金属性强弱

2、说明原子核外电子的分层排布，尤其是最外层电子数

3、判断元素的最高化合价

4、金属活动性与电离能的大小顺序不完全一致

七、当堂检测

1.下列原子的外围电子排布中，对应的第一电离能最大的是(

)

A.3s23p1

B.3s23p2

C.3s23p3

D.3s23p4

2.有一种元素的逐级电离能数据如下：

电离能

kJ·mol-1

I1

578

I2

1817

I3

2745

I4

11578

……

……

当它与氯气反应时最可能生成的阳离子是（

）

A.X+

B.X2+

C.X3+

D.X4+

3.已知X、Y是主族元素，I为电离能，单位是kJ·mol1。请根据下表数据判断，错误的是

(

)

－元素

X

Y

I1

500

580

I2

4 600

1 800

I3

6 900

2 700

I4

9 500

11 600

A.元素X的常见化合价是＋1价

B.元素Y是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，它可与冷水剧烈反应

答案：1、C

2、C

3、D 八、课堂小结

本节课以Li和Mg的失电子能力即金属性无法比较而提出问题，为解决问题，提出电离能，是衡量气态基态原子或是离子失去一个电子的能力，第一电离能是气态基态电中性原子失去一个电子所需要的能量，同一元素逐级电离能依次增大,I1也呈现着周期性变化：同主族依次减小，同周期有增大的趋势，但是出现反常：I1反常：第ⅡA元素>ⅢA的元素，第ⅤA元素>ⅥA元素。最后应用电离能解决问题：可以判断元素金属性、常见化合价、核外电子排布等问题。

九、反思提高

本节课为解决问题提出电离能，但是没有概述完全电离能的意义：衡量气态基态原子或是离子失去一个电子的能力，再讲第一电离能顺理成章，在此详述的两个问题非常好：一失去电子是吸收能量还是释放能量，二是第一电离能和失去电子能力多的关系是什么，利于学生理解。

在探究第一电离能的规律时，由学生分析、综合、归纳规律和原因，学生说出问题的本质，练习写出Be和B、N和O的价层电子式，引导学生分析，总结第一电离能反常原因。利于调动学生的主动性，参与问题解决中。

科学视野是本节课的一个升华，利用第一电离能解决实际问题，最终不断发现而获得诺贝尔奖，从而惰性气体不是一点儿都不反应，遇见合适的物质和条件就参与反应了，而改成为稀有气体，增加学生的好

奇心和求知欲，培养化学学科素养。