2020版高中化学 第1章 原子结构 第3节 原子结构与元素性质 第1课时学案 鲁科版选修3

2020版高中化学 第1章 原子结构 第3节 原子结构与元素性质 第1课时学案 鲁科版选修3

第1课时　电离能及其变化规律 ‎[学习目标定位]　1.知道原子结构与元素性质间的关系规律。2.正确理解元素电离能的含义及其变化规律，会用电离能的概念分析解释元素的某些性质。‎ 一、元素的电离能及其变化规律 ‎1．元素第一电离能的概念与意义 ‎(1)概念：‎ ‎①电离能：气态原子或气态离子失去一个电子所需的最小能量。符号：I，单位：kJ·mol－1。‎ ‎②逐级电离能：‎ 第一电离能：处于基态的气态原子失去一个电子转化为正一价气态离子所需要的能量叫做第一电离能。元素第一电离能符号：I1。‎ 第二电离能：气态正一价离子再失去一个电子成为气态正二价离子所需的能量叫做第二电离能；第三电离能和第四、第五电离能依此类推。‎ 通常情况下，第一电离能小于第二电离能小于第三电离能……‎ ‎(2)意义：可以衡量元素的原子失去一个电子的难易程度。第一电离能数值越小，原子越容易失去一个电子；第一电离能数值越大，原子越难失去一个电子。‎ ‎2．元素第一电离能变化规律 ‎(1)元素第一电离能的变化趋势如下图所示：‎ ‎(2)观察分析上图，回答下列问题：‎ ‎①对同一周期的元素而言，从左到右，元素的第一电离能在总体上呈现从小到大 14‎ 的变化趋势，表示元素原子越来越难失去电子。‎ ‎②同主族元素，自上而下第一电离能逐渐减小，表明自上而下原子越来越易失去电子。‎ ‎③具有全充满、半充满及全空的电子构型的元素稳定性较高，其电离能数值较大。如稀有气体的电离能在同周期元素中最大，N为半充满、Mg为全充满状态，其电离能均比同周期相邻元素大。‎ ‎1.电离能数值的大小主要取决于原子的核电荷数、原子半径及原子的核外电子排布。‎ ‎(1)核电荷数、原子半径对电离能的影响 ‎①同周期元素具有相同的电子层数，从左到右核电荷数增大，原子半径减小，I1总体上有增大的趋势。碱金属元素的I1最小，稀有气体元素的I1最大。‎ ‎②同主族元素从上到下，原子半径增大起主要作用，元素的I1逐渐减小。‎ ‎(2)核外电子排布对电离能的影响 某原子或离子具有全充满、半充满或全空时的电子排布时，电离能较大。如第ⅡA族元素、第ⅤA族元素比同周期左右相邻元素的I1都大，原因是第ⅡA族元素最外层ns2全充满，第ⅤA族元素最外层np3半充满，比较稳定。各周期稀有气体元素的I1最大，原因是稀有气体元素的原子各轨道具有全充满的稳定结构。Zn(3d104s2)比同周期相邻元素的电离能大。‎ ‎2．元素第一电离能的周期性递变规律是原子半径、核外电子排布周期性变化的结果。‎ 例1　下列有关电离能的说法，正确的是(　　)‎ A．第一电离能越大的原子失电子的能力越强 B．第一电离能是元素的原子失去核外第一个电子需要的能量 C．同一周期中，主族元素原子第一电离能从左到右越来越大 D．同主族元素，随原子序数的递增，第一电离能逐渐减小 答案　D 解析　①第一电离能是气态电中性原子失去核外第一个电子需要的能量；②元素原子的第一电离能越大，表示该元素的原子越难失去电子；③从总的变化趋势上看，同一周期中元素的第一电离能从左到右逐渐增大，但有反常，如I1(N)>I1(O)。‎ 例2　下列原子的价电子排布式中，对应的第一电离能最大的是(　　)‎ A．3s23p1 B．3s23p‎2 C．3s23p3 D．3s23p4‎ 14‎ 答案　C 解析　由于能量3p>3s，因而先失去3p轨道上的电子，而C项3s23p3中3p轨道半充满，是较稳定状态，因而更难失去第1个电子。‎ 方法规律 ‎(1)影响电离能大小的因素主要有核电荷数、原子半径和核外电子排布。‎ ‎(2)比较元素电离能大小时，要特别注意原子轨道在全充满、半充满和全空时元素的电离能较大。‎ 二、电离能的应用 ‎1．碱金属元素随核电荷数增大，元素的第一电离能减小，碱金属元素的金属性逐渐增强，一般来说，元素的第一电离能越小，元素的金属性越强。‎ ‎2．下表为Na、Mg、Al的电离能(kJ·mol－1)。‎ ‎　　　　　元素 电离能 Na Mg Al I1‎ ‎496‎ ‎738‎ ‎578‎ I2‎ ‎4 562‎ ‎1 451‎ ‎1 817‎ I3‎ ‎6 912‎ ‎7 733‎ ‎2 745‎ I4‎ ‎9 543‎ ‎10 540‎ ‎11 575‎ 分析上表中各元素电离能的变化，回答下列问题：‎ ‎(1)为什么同一元素的电离能逐级增大？‎ 答案　原子失电子时，首先失去的是能量最高的电子，故第一电离能较小，原子失去电子后变成阳离子，离子半径变小，原子核对电子的引力增强，从而使电离能逐级增大。‎ ‎(2)钠原子为什么容易失去1个电子成为＋1价的阳离子？‎ 答案　钠原子的I2≫I1，说明钠原子很容易失去1个电子成为＋1价阳离子，形成Na＋为1s22s22p6稳定结构后，原子核对外层电子的有效吸引作用变得更强。因此，钠元素常见价态为＋1价。‎ ‎(3)上表中能够说明镁、铝原子通常分别形成Mg2＋、Al3＋的依据是什么？‎ 答案　说明镁原子通常形成＋2价阳离子的依据是I3≫I2。说明铝原子通常形成＋3价阳离子的依据是I4≫I3。‎ 14‎ ‎3．根据锂元素逐级电离能数据可知，I1≪I2I1，I3突跃式变大，即失去2个电子后，再失去电子变为＋3价阳离子却非常困难，说明元素M失去2个电子后达到稳定结构。‎ ‎1．下列关于电离能的理解中错误的是(　　)‎ A．电离能可以表示原子或离子失去电子的难易程度 B．某原子的电离能越小，表示在气态时该原子越容易失去电子 C．第二电离能是气态＋1价阳离子失去一个电子所需要的最小能量 D．电离能跟金属活动性顺序是对应的 答案　D 解析　电离能小的元素原子易失电子，大的易得电子，所以A、B项正确；C项为第二电离能的定义，正确；D项，电离能有时并不和金属活动性顺序一一对应。‎ 14‎ ‎2．下列说法正确的是(　　)‎ A．第3周期所含的元素中钠的第一电离能最小 B．铝的第一电离能比镁的第一电离能大 C．在所有元素中，氟的第一电离能最大 D．钾的第一电离能比镁的第一电离能大 答案　A 解析　同周期中碱金属元素的第一电离能最小，稀有气体最大，A项正确，C项不正确；由于Mg价电子排布为3s2，而Al为3s23p1，故铝的第一电离能小于Mg的，B项不正确；D中钾比镁更易失电子，钾的第一电离能小于镁的，D项不正确。‎ ‎3．下图表示前18号元素的原子序数和气态原子失去核外第一个电子所需的能量(kJ·mol－1)的变化图像。其中A、B、C各点表示的元素是(　　)‎ A．N、S、P B．F、Cl、O C．He、Ne、Ar D．Si、C、B 答案　C 解析　A、B、C的第一电离能是各自周期中最大的，即最难失电子，故A、B、C是各自周期中的稀有气体元素He、Ne、Ar。‎ ‎4．元素周期表第3周期所含主族元素中，第一电离能最大和最小的两元素形成的化合物是(　　)‎ A．Na2S B．MgCl2‎ C．NaCl D．AlCl3‎ 答案　C 解析　第3周期主族元素中，第一电离能最大的元素为Cl，第一电离能最小的元素为Na，二者形成的化合物为NaCl。‎ 14‎ ‎5．请完成下列各题：‎ ‎(1)Mg元素的第一电离能比Al元素的________，第2周期元素中，元素的第一电离能比铍大的有________种。‎ ‎(2)碳原子的核外电子排布式为___________________________________________。‎ 与碳同周期的非金属元素N的第一电离能大于O的第一电离能，原因是______________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ ‎(3)A、B均为短周期金属元素。依据下表数据，写出B原子的电子排布式：________________________。‎ 电离能/kJ·mol－1‎ I1‎ I2‎ I3‎ I4‎ A ‎932‎ ‎1 821‎ ‎15 390‎ ‎21 771‎ B ‎738‎ ‎1 451‎ ‎7 733‎ ‎10 540‎ 答案　(1)大　5　(2)1s22s22p2　N原子的2p轨道达到半充满结构，比较稳定　(3)1s22s22p63s2‎ 解析　(1)Mg的价电子排布式为3s2,3s为全充满稳定结构；Al的价电子排布式为3s23p1,3p轨道不是稳定结构。元素第一电离能Mg＞Al。第2周期元素的第一电离能比Be元素第一电离能大的元素有C、N、O、F、Ne共5种。(2)O原子和N原子的价电子排布分别为2s22p4,2s22p3，N原子的2p轨道半充满，结构比较稳定，所以第一电离能大。(3)由A、B元素的各级电离能可看出，A、B两元素容易失去两个电子形成＋2价金属阳离子，故A、B元素属于ⅡA族的元素，由同主族元素电离能变化规律可知，B元素为镁元素，其原子的电子排布式为1s22s22p63s2。‎ ‎[对点训练]‎ 题组1　电离能及其变化规律 ‎1．下列说法中不正确的是(　　)‎ A．同主族元素，随着电子层数的增加，I1逐渐减小 B．同周期元素，随着核电荷数的增加，I1逐渐增大 14‎ C．通常情况下，电离能I1I1(硒)　②I1(砷)I1(硒) ④I1(溴)I1(硒)，I1(溴)>I1(硒)。‎ ‎(3)10号元素是稀有气体元素氖，已达到稳定结构，此时失去一个电子就需要很高的能量。‎ ‎(4)根据同主族、同周期元素第一电离能的变化规律可以推测：1 mol气态Ca原子失去最外层一个电子比同周期元素钾要难，比同主族元素Mg要容易，故其E值应在E(钾)与E(镁)之间。‎ 14‎