學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精第3節(jié)原子結(jié)構(gòu)與元素性質(zhì)第1課時電離能及其變化規(guī)律［學(xué)習(xí)目標(biāo)定位］1.知道原子結(jié)構(gòu)與元素性質(zhì)間的關(guān)系規(guī)律。2。正確理解元素電離能的含義及其變化規(guī)律，會用電離能的概念分析解釋元素的某些性質(zhì)。一、元素的電離能及其變化規(guī)律1．元素第一電離能的概念與意義（1）概念:①電離能：氣態(tài)原子或氣態(tài)離子失去一個電子所需的最小能量。符號:I，單位:kJ·mol－1。②逐級電離能：第一電離能:處于基態(tài)的氣態(tài)原子失去一個電子轉(zhuǎn)化為正一價氣態(tài)離子所需要的能量叫做第一電離能.元素第一電離能符號：I1.第二電離能：氣態(tài)正一價離子再失去一個電子成為氣態(tài)正二價離子所需的能量叫做第二電離能；第三電離能和第四、第五電離能依此類推.通常情況下，第一電離能小于第二電離能小于第三電離能……（2)意義：可以衡量元素的原子失去一個電子的難易程度。第一電離能數(shù)值越小，原子越容易失去一個電子；第一電離能數(shù)值越大,原子越難失去一個電子。2．元素第一電離能變化規(guī)律（1)元素第一電離能的變化趨勢如下圖所示：(2）觀察分析上圖，回答下列問題：①對同一周期的元素而言，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。②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易失去電子。③具有全充滿、半充滿及全空的電子構(gòu)型的元素穩(wěn)定性較高,其電離能數(shù)值較大。如稀有氣體的電離能在同周期元素中最大，N為半充滿、Mg為全充滿狀態(tài)，其電離能均比同周期相鄰元素大。1.電離能數(shù)值的大小主要取決于原子的核電荷數(shù)、原子半徑及原子的核外電子排布。（1）核電荷數(shù)、原子半徑對電離能的影響①同周期元素具有相同的電子層數(shù)，從左到右核電荷數(shù)增大，原子半徑減小，I1總體上有增大的趨勢.堿金屬元素的I1最小，稀有氣體元素的I1最大.②同主族元素從上到下，原子半徑增大起主要作用，元素的I1逐漸減小.（2）核外電子排布對電離能的影響某原子或離子具有全充滿、半充滿或全空時的電子排布時，電離能較大。如第ⅡA族元素、第ⅤA族元素比同周期左右相鄰元素的I1都大，原因是第ⅡA族元素最外層ns2全充滿，第ⅤA族元素最外層np3半充滿，比較穩(wěn)定。各周期稀有氣體元素的I1最大，原因是稀有氣體元素的原子各軌道具有全充滿的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。Zn（3d104s2）比同周期相鄰元素的電離能大。2．元素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。例1下列有關(guān)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(qiáng)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(shù)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(tài)電中性原子失去核外第一個電子需要的能量;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，同一周期中元素的第一電離能從左到右逐漸增大，但有反常，如I1（N）〉I1（O)。例2下列原子的價電子排布式中,對應(yīng)的第一電離能最大的是（）A．3s23p1B．3s23p2C．3s23p3D．3s23p4答案C解析由于能量3p〉3s,因而先失去3p軌道上的電子，而C項3s23p3中3p軌道半充滿,是較穩(wěn)定狀態(tài)，因而更難失去第1個電子。方法規(guī)律（1）影響電離能大小的因素主要有核電荷數(shù)、原子半徑和核外電子排布。(2）比較元素電離能大小時，要特別注意原子軌道在全充滿、半充滿和全空時元素的電離能較大.二、電離能的應(yīng)用1．堿金屬元素隨核電荷數(shù)增大，元素的第一電離能減小，堿金屬元素的金屬性逐漸增強(qiáng)，一般來說，元素的第一電離能越小，元素的金屬性越強(qiáng)。2．下表為Na、Mg、Al的電離能（kJ·mol－1）。元素電離能NaMgAlI1496738578I2456214511817I3691277332745I495431054011575分析上表中各元素電離能的變化，回答下列問題：（1）為什么同一元素的電離能逐級增大?答案原子失電子時，首先失去的是能量最高的電子，故第一電離能較小，原子失去電子后變成陽離子，離子半徑變小，原子核對電子的引力增強(qiáng)，從而使電離能逐級增大。（2）鈉原子為什么容易失去1個電子成為＋1價的陽離子？答案鈉原子的I2?I1,說明鈉原子很容易失去1個電子成為＋1價陽離子，形成Na＋為1s22s22p6穩(wěn)定結(jié)構(gòu)后，原子核對外層電子的有效吸引作用變得更強(qiáng)。因此，鈉元素常見價態(tài)為＋1價.（3）上表中能夠說明鎂、鋁原子通常分別形成Mg2＋、Al3＋的依據(jù)是什么？答案說明鎂原子通常形成＋2價陽離子的依據(jù)是I3?I2。說明鋁原子通常形成＋3價陽離子的依據(jù)是I4?I3。3．根據(jù)鋰元素逐級電離能數(shù)據(jù)可知，I1?I2〈I3，表明鋰原子核外的三個電子排布在兩個電子層上,且最外層上只有1個電子。電離能的應(yīng)用(1)判斷元素金屬性、非金屬性的強(qiáng)弱(2）確定元素核外電子的排布當(dāng)相鄰逐級電離能突然變大時，說明其電子層發(fā)生了變化，即同一電子層中電離能相近,不同電子層中電離能有很大的差距。(3)確定元素的化合價如果eq\f（In＋1,In)?eq\f(In，In－1），即電離能在In與In＋1之間發(fā)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.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。關(guān)鍵提醒稀有氣體的各級電離能都比較大。例3Li、Be、B原子失去一個電子，所需的能量相差并不大，但最難失去第二個電子的原子是（)A．LiB．BeC．BD．相差不大答案A解析Li、Be、B原子失去一個電子后的電子排布式分別為1s2、1s22s1、1s22s2,Li原子再失去一個電子時，將要失去第一電子層上的電子，失電子較難；而Be、B原子再失去一個電子時，失去同電子層上的電子,相對容易些，故Li失去第二個電子時要更難些。例4分析下列圖表，回答問題。（1)N、Al、Si、Ge四種元素中,有一種元素的電離能數(shù)據(jù)如下:電離能I1I2I3I4…In/kJ·mol－15781817274511575…則該元素是________（填寫元素符號)。(2)短周期某主族元素M的電離能情況如圖所示。則M元素位于周期表的第________族。答案（1）Al(2)ⅡA解析(1)因為I4?I3，所以該元素原子最外層有3個電子，為鋁元素。(2)元素M的各級電離能逐漸增大,I1和I2差別較小，但I(xiàn)3?I2〉I1，I3突躍式變大，即失去2個電子后，再失去電子變?yōu)椋?價陽離子卻非常困難，說明元素M失去2個電子后達(dá)到穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。1．下列關(guān)于電離能的理解中錯誤的是（）A．電離能可以表示原子或離子失去電子的難易程度B．某原子的電離能越小，表示在氣態(tài)時該原子越容易失去電子C．第二電離能是氣態(tài)＋1價陽離子失去一個電子所需要的最小能量D．電離能跟金屬活動性順序是對應(yīng)的答案D解析電離能小的元素原子易失電子，大的易得電子，所以A、B項正確；C項為第二電離能的定義,正確；D項，電離能有時并不和金屬活動性順序一一對應(yīng).2．下列說法正確的是（)A．第3周期所含的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解析同周期中堿金屬元素的第一電離能最小,稀有氣體最大，A項正確，C項不正確;由于Mg價電子排布為3s2,而Al為3s23p1,故鋁的第一電離能小于Mg的，B項不正確；D中鉀比鎂更易失電子，鉀的第一電離能小于鎂的，D項不正確。3．下圖表示前18號元素的原子序數(shù)和氣態(tài)原子失去核外第一個電子所需的能量（kJ·mol－1)的變化圖像.其中A、B、C各點(diǎn)表示的元素是()A．N、S、P B．F、Cl、OC．He、Ne、Ar D．Si、C、B答案C解析A、B、C的第一電離能是各自周期中最大的，即最難失電子，故A、B、C是各自周期中的稀有氣體元素He、Ne、Ar.4．元素周期表第3周期所含主族元素中，第一電離能最大和最小的兩元素形成的化合物是(）A．Na2S B．MgCl2C．NaCl D．AlCl3答案C解析第3周期主族元素中，第一電離能最大的元素為Cl，第一電離能最小的元素為Na，二者形成的化合物為NaCl.5．請完成下列各題:(1)Mg元素的第一電離能比Al元素的________,第2周期元素中，元素的第一電離能比鈹大的有________種。(2)碳原子的核外電子排布式為___________________________________________.與碳同周期的非金屬元素N的第一電離能大于O的第一電離能,原因是______________________________________________________________________________________.(3)A、B均為短周期金屬元素。依據(jù)下表數(shù)據(jù)，寫出B原子的電子排布式：________________________。電離能/kJ·mol－1I1I2I3I4A93218211539021771B7381451773310540答案(1)大5（2)1s22s22p2N原子的2p軌道達(dá)到半充滿結(jié)構(gòu)，比較穩(wěn)定(3）1s22s22p63s2解析（1)Mg的價電子排布式為3s2,3s為全充滿穩(wěn)定結(jié)構(gòu)；Al的價電子排布式為3s23p1,3p軌道不是穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。元素第一電離能Mg＞Al。第2周期元素的第一電離能比Be元素第一電離能大的元素有C、N、O、F、Ne共5種。(2)O原子和N原子的價電子排布分別為2s22p4，2s22p3，N原子的2p軌道半充滿，結(jié)構(gòu)比較穩(wěn)定，所以第一電離能大。(3)由A、B元素的各級電離能可看出，A、B兩元素容易失去兩個電子形成＋2價金屬陽離子，故A、B元素屬于ⅡA族的元素，由同主族元素電離能變化規(guī)律可知，B元素為鎂元素，其原子的電子排布式為1s22s22p63s2。[對點(diǎn)訓(xùn)練]題組1電離能及其變化規(guī)律1．下列說法中不正確的是（）A．同主族元素，隨著電子層數(shù)的增加，I1逐漸減小B．同周期元素,隨著核電荷數(shù)的增加，I1逐漸增大C．通常情況下，電離能I1〈I2〈I3D．電離能越小，元素的金屬性越強(qiáng)答案B解析同周期元素，I1呈增大趨勢，但不是逐漸增大。ⅡA族元素原子最外層為ns2全充滿穩(wěn)定結(jié)構(gòu)和ⅤA族元素原子最外層為np3半充滿穩(wěn)定結(jié)構(gòu),因此出現(xiàn)反常現(xiàn)象。2．下列各組元素，按原子半徑依次減小、元素第一電離能逐漸升高的順序排列的是（)A．K、Na、Li B．Al、Mg、NaC．N、O、C D．Cl、S、P答案A解析同周期中，從左到右，元素的第一電離能總體逐漸增大；同主族中，從上到下，第一電離能逐漸減小。ⅡA族中的Be、Mg、Ca及ⅤA族的N、P、As第一電離能出現(xiàn)反?，F(xiàn)象。3．下列敘述正確的是()A．通常，同周期元素中ⅦA族元素的第一電離能最大B．同一主族元素的原子半徑越大，第一電離能逐漸減小C．同一元素的第一電離能一定遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其第二電離能D．主族元素的原子形成單原子離子時的最高化合價數(shù)都和它的族序數(shù)相等答案B解析通常，同周期元素中堿金屬元素第一電離能最小，稀有氣體元素最大，故A錯；同一主族，自上而下第一電離能逐漸減小，而同主族元素隨著原子序數(shù)的增加，原子半徑增大，失電子能力增強(qiáng),第一電離能逐漸減小,故B正確；同一元素不同能層上的電子的電離能往往相差較大,同一能層上的電離能相差不是很大，C錯；主族元素的原子形成單原子離子時的最高化合價數(shù)不一定和它的族序數(shù)相等，如F、O，故D錯。4．在下列各組元素中,有一組原子的第一電離能分別是1086kJ·mol－1、1402kJ·mol－1、1313kJ·mol－1。那么這組元素是（）A．C、N、O B．F、Ne、NaC．Be、B、C D．S、Cl、Ar答案A解析通過數(shù)據(jù)分析，第一電離能先增大后減小，N原子的核外電子排布式為1s22s22p3，由于處于半充滿的穩(wěn)定狀態(tài)，失去電子較難，因此其第一電離能大于O。5．氣態(tài)電中性基態(tài)原子的原子核外電子排布發(fā)生如下變化，吸收能量最多的是()A．1s22s22p63s23p2→1s22s22p63s23p1B．1s22s22p63s23p3→1s22s22p63s23p2C．1s22s22p63s23p4→1s22s22p63s23p3D．1s22s22p63s23p64s24p2→1s22s22p63s23p64s24p1答案B解析氣態(tài)電中性基態(tài)原子的第一電離能越大,失去一個電子吸收的能量越多。B項中3p3為p軌道半充滿狀態(tài)，故第一電離能最大。6．同周期元素具有下列價電子排布的原子中，第一電離能最小的是()A．ns2np3 B．ns2np4C．ns2np5 D．ns2np6答案B解析ns2np3處于半充滿狀態(tài)，ns2np6處于全充滿狀態(tài)，均是能量較低的狀態(tài)，不易失去電子，而ns2np4和ns2np5比較，ns2np4容易失去一個電子變成ns2np3半充滿的較穩(wěn)定狀態(tài)，因此更容易失去電子,第一電離能最小,故B項正確.7．具有下列電子層結(jié)構(gòu)的原子,其第一電離能由大到小排列正確的是（）①3p軌道上只有一對成對電子的原子；②價電子構(gòu)型為3s23p6的原子；③3p軌道為半充滿的原子;④正三價的陽離子結(jié)構(gòu)與氖相同的原子A．①②③④ B．③①②④C．②③①④ D．②④①③答案C解析①為S元素,②為Ar元素,③為P元素，④為Al元素，第一電離能由大到小的順序為②③①④。題組2電離能的應(yīng)用8．某元素的各級電離能（kJ·mol－1）分別為740、1500、7700、10500、13600、18000、21700，當(dāng)它與氯氣反應(yīng)時最可能形成的陽離子是（）A．X＋ B．X2＋C．X3＋ D．X4＋答案B解析相鄰兩電子層能量相差較大，電離能產(chǎn)生突躍,說明再失一個電子的難度增大很多，由此可判斷最外層上的電子數(shù),進(jìn)而判斷其可能化合價并由此推出其陽離子所帶的正電荷數(shù)。該元素原子電離能數(shù)據(jù)突躍發(fā)生在第二、第三電離能上，故其最外層有2個電子,可形成＋2價陽離子.9．某主族元素X的逐級電離能如圖所示，下列說法正確的是（)A．X元素顯＋4價B．X為非金屬元素C．X為第5周期元素D．X與氯氣反應(yīng)時最可能生成的陽離子為X3＋答案D解析A項，X元素最外層有3個電子，所以在化合物中通常顯＋3價，錯誤;B項,第ⅢA族元素中有金屬元素也有非金屬元素,根據(jù)已知條件無法確定是否為非金屬元素,錯誤；C項，第ⅢA族元素，根據(jù)已知條件無法確定是哪個周期的元素，錯誤；D項，該主族元素最外層有3個電子，在反應(yīng)中容易失去電子，所以與氯氣反應(yīng)時最可能生成的陽離子為X3＋，正確。10．已知：X為同周期元素中第一電離能最小的元素，Z元素原子最外層電子排布為2s22p4，Y是第3周期離子半徑最小的元素，則X、Y、Z三種元素組成的化合物的化學(xué)式可能是（)A．X3YZ3 B．X2YZ3C．X2YZ2 D．XYZ3答案A解析在同周期中第一電離能最小的是H或ⅠA族金屬元素，其在化合物中的化合價為＋1價;Y為Al，Z為O，根據(jù)化合物中化合價代數(shù)和為零知A正確。11．已知短周期元素X、Y、Z在周期表中的相對位置如圖所示，則下列說法正確的是()XYZA.Y元素原子的價電子排布為2s22p4B．原子半徑：Z＜YC．X是周期表中第一電離能最大的元素D．第一電離能Z＞Y答案C解析因X、Y、Z為短周期元素，結(jié)合位置關(guān)系知X為He，Y為F,Z為S。F(Y)元素價電子排布為2s22p5；原子半徑S＞F(Z＞Y)；結(jié)合第一電離能在同周期和同主族間的變化規(guī)律知，He是第一電離能最大的元素；第一電離能F＞S。12．根據(jù)下表所列元素的各級電離能I/kJ·mol－1的數(shù)據(jù),下列判斷中錯誤的是()元素I1I2I3I4X500460069009500Y5801800270011600A.元素X的常見化合價為＋1價B．元素Y可能為ⅢA族元素C．元素X與氯形成化合物時，化學(xué)式可能是XClD．元素Y在化學(xué)性質(zhì)上與錫相似答案D解析根據(jù)數(shù)據(jù)分析：X中I2?I1，可知X最外層只有1個電子,X常見化合價為＋1價，與Cl元素形成XCl，位于ⅠA族，A、C項正確；Y中I4?I3，Y易呈＋3價，故Y最外層有3個電子，位于ⅢA族，B項正確；因為錫在ⅣA族，所以Y的化學(xué)性質(zhì)不與錫相似，D項不正確.[綜合強(qiáng)化]13．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）上述第3周期元素中第一電離能（I1）最大的是__________________（用字母表示，下同)，c和f的I1大小關(guān)系是__________________。（2）概括下表所提供的電離能數(shù)據(jù)，回答下列問題。鋰XYI1519502580I2729645701820I31179969202750I4955011600①鋰的元素符號是__________,通過上述信息和表中的數(shù)據(jù)分析為什么該元素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可能為以上13種元素中的____________(填字母)元素，用元素符號表示X和j所能形成的化合物的化學(xué)式是____________(寫一種即可)。③Y是周期表中的____________族的元素。答案（1）mc＞f(2)①Li鋰原子失去核外第一個電子后即達(dá)到穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，所以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②aNa2O(或Na2O2)③ⅢA解析（1)周期表中所列13種元素按字母順序分別是Na、H、Mg、Sr、Sc、Al、Ge、C、P、O、I、Cl、Ar,其中Na、Mg、Al、P、Cl、Ar屬于第3周期,原子最穩(wěn)定的是Ar，故其I1最大,Mg、Al的核外電子排布分別為1s22s22p63s2、1s22s22p63s23p1，Mg中3s2為全充滿狀態(tài)，故其I1比Al的I1大.(2)①鋰原子失去1個電子后即達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，因此很難再失去一個電子.②由表中數(shù)據(jù)可以看出,鋰和X的I1均比I2、I3小很多，說明X與Li同主族，且X的I1比Li的I1更小，說明X的金屬性比鋰更強(qiáng)，則X為Na(即a)。③由Y的電離能數(shù)據(jù)可以看出,它的I1、I2、I3比I4小得多，故Y原子屬于ⅢA族元素.14．A、B都是短周期元素，原子最外層電子排布式分別為(n＋1)sx、nsx＋1npx＋3，A與B可形成化合物D，D溶于水時有氣體逸出,該氣體能使帶火星的木條復(fù)燃.請回答下列問題:（1）比較電離能：I1(A)______I1（B)(填“＞”“＜”或“＝")。(2)通常A元素的化合價是________，對A元素呈現(xiàn)這種價態(tài)進(jìn)行解釋。①用原子結(jié)構(gòu)的觀點(diǎn)進(jìn)行解釋:_________________________________________________________________________________________________________________________。②用電離能的觀點(diǎn)進(jìn)行解釋：_________________________________________________________________________________________________________________________.③寫出D跟水反應(yīng)的離子方程式：_______________________________________________。答案(1）＜（2）＋1價①鈉原子失去一個電子后的電子排布式為1s22s22p6,為原子軌道全充滿的＋1價陽離子，該離子結(jié)構(gòu)體系能量低,極難再失去電子②Na原子的第一電離能相對較小,第二電離能比第一電離能大很多倍。通常Na原子只能失去一個電子③2Na2O2＋2H2O=4Na＋＋4OH－＋O2↑解析A、B都是短周期元素,原子最外層電子排布式分別為（n＋1）sx、nsx＋1npx＋3,則x＋1＝2,解得x＝1，故A原子的最外層電子排布式為(n＋1)s1,位于第ⅠA族，B原子的最外層電子排布式為ns2np4，位于第ⅥA族,A與B可形成化合物D，D溶于水時有氣體逸出，該氣體能使帶火星的木條復(fù)燃，則該氣體為O2，故化合物D為Na2O2，A為Na,B為O。（1)同周期元素自左而右，第一電離能呈增大趨勢，同主族元素自上而下第一電離能逐漸減小,故電離能I1（A)＜I1（B)。（2）Na元素的化合價是＋1價.③過氧化鈉跟水反應(yīng)生成氫氧化鈉與氧氣，反應(yīng)的離子方程式為2Na2O2＋2H2O=4Na＋＋4OH－＋O2↑.15．不同元素的氣態(tài)原子失去最外層一個電子所需要的最低能量I1如下圖所示.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)不同元素原子的I1變化的