2018届一轮复习鲁科版 电离能及其变化规律学案
第3节 原子结构与元素性质
第1课时 电离能及其变化规律
1．理解电离能的概念及第一电离能的周期性变化规律。(重点)
2．能运用电离能解释元素的性质及第一电离能与原子半径、核外电子排布周期性变化的关系。(难点)
电 离 能
[基础·初探]
教材整理1 电离能及其分类
1．电离能
(1)概念：气态原子或气态离子失去一个电子所需要的最小能量。
(2)符号：I，单位：kJ·mol－1。
2．电离能的分类
M(g)M＋(g)M2＋(g)M3＋(g)…且I1＜I2＜I3。
(1)氮原子的原子半径及第一电离能都比氧原子的大。(√)
(2)M(g)→M2＋(g)＋2e－所需能量不是第二电离能。(√)
(3)Na原子在不同状态失去1个电子所需能量相同。(×)
(4)原子的电离能大小I1＞I2＞I3。(×)
教材整理2 电离能的意义
1．电离能越小，该气态原子越容易失去电子。
2．电离能越大，该气态原子越难失去电子。
3．运用电离能可以判断金属原子在气态时失去电子的难易程度。
“第一电离能大的元素的金属性一定比第一电离能小的元素的金属性弱。”这种说法对吗？
【提示】 不对。
[核心·突破]
1．理解电离能的定义时要把握两点：一是气态(原子或离子)；二是最小能量。
2．对于同一元素：I3＞I2＞I1。
3．运用电离能的数值可以判断金属原子在气态时失去电子的难易程度。
[题组·冲关]
1．下列有关电离能的说法中，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—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．可通过一种元素各级电离能的数值，判断元素可能的化合价
【解析】 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，A不正确；电离能是气态原子或离子失去核外一个电子需要的最低能量，B不正确；从总的变化趋势上看，同一周期中第一电离能从左到右逐渐增大，但有反常，如N＞O，C不正确。
【答案】 D
2．具有下列电子构型的原子中，第一电离能最大的是( )
A．1s22s22p5 B．1s22s22p6
C．1s22s22p63s1 D．1s22s22p63s2
【解析】 A、B、C、D四项对应元素分别是F、Ne、Na、Mg，稀有气体最不易失电子。
【答案】 B
3．元素原子得失电子的能力与元素在元素周期表中的位置存在着一定的联系。在元素周期表中，最容易失电子的元素的位置在 ( )
A．右下角 B．左上角
C．右上角 D．左下角
【解析】 同周期主族元素，从左向右原子失电子能力逐渐减弱；同主族元素，从上到下原子失电子能力逐渐增强。
【答案】 D
4．从元素原子的第一电离能数据的大小可以判断出( )
【导学号：66240007】
A．元素原子得电子的难易
B．元素的主要化合价
C．元素原子失电子的难易
D．核外电子是分层排布的
【解析】 第一电离能仅表示失去一个电子时的能量，所以看不出化合价、核外电子的排布情况。
【答案】 C
电 离 能 变 化 规 律 及 其 影 响 因 素
[基础·初探]
1．递变规律
(1)
(2)同种元素的原子，电离能逐级增大。
2．影响因素
(1)同周期元素，碱金属元素的第一电离能最小，稀有气体元素的最大。(√)
(2)同主族元素，自上而下第一电离能逐渐减小，金属性逐渐增强。(√)
(3)钠的电离能I2≫I1，说明钠元素常显＋1价，镁的电离能I3≫I2，则镁常显＋1和＋2价。(×)
(4)因同周期元素的原子半径从左到右逐渐减小，故第一电离能依次增大。(×)
[合作·探究]
[探究背景]
电离能数值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的排布。
[探究问题]
1．同周期主族元素自左而右，第一电离能渐变情况如何？
【提示】 逐渐增大的趋势。
2．Mg与Na、Al，P与Si、S第一电离能大小关系如何？
【提示】 I1(Mg)＞I1(Na)，I1(Mg)＞I1(Al)，I1(P)＞I1(Si)，I1(P)＞I1(S)。
3．ⅡA族和ⅤA族元素的第一电离能比同周期相邻元素的第一电离能高的原因是什么？
【提示】 在同一周期元素第一电离能的递变过程中，ⅡA族和ⅤA族元素作为特例出现，第一电离能分别比同周期相邻元素的第一电离能都高，这主要是因为ⅡA族元素原子最外电子层的s轨道处于全充满状态，ⅤA族元素原子最外电子层的p轨道处于半充满状态，根据洪特规则均属于相对稳定的状态，故这两个主族的元素原子相对较难失去第1个电子，第一电离能相对较大，属于电离能周期性变化的特例，例如：I1(Na)＜I1(Mg)、I1(Mg)＞I1(Al)；I1(Si)＜I1(P)、I1(P)＞I1(S)。
[核心·突破]
1．元素第一电离能的变化趋势图
元素的第一电离能的周期性变化
2．变化规律
(1)同族元素
随着原子序数的增加，第一电离能减小，自上而下原子越来越容易失去电子。
(2)同周期元素
随着原子序数的增加，第一电离能总体增大，自左到右元素原子越来越难失去电子。
(3)过渡元素
第一电离能的变化不太规则，随着原子序数的增加从左到右略有增加。
3．影响电离能的因素
(1)核电荷数、原子半径对电离能的影响
①同一周期的元素具有相同的电子层数，从左到右核电荷数增大，原子的半径减小，核对外层电子的引力加大，因此，越靠右的元素，越不易失去电子，电离能也就越大，即同周期元素从左到右，元素的第一电离能总体有增大的趋势。
②同一族元素电子层数不同，最外层电子数相同，原子半径增大起主要作用，因此原子半径越大，核对电子引力越小，越易失去电子，电离能也就越小。
(2)核外电子排布对电离能的影响
各周期中稀有气体元素的电离能最大，原因是稀有气体元素的原子具有相对稳定的8电子(He为2电子)最外层构型。ⅡA族元素原子最外电子层的s轨道处于全充满状态，p轨道处于全空状态，ⅤA族元素原子最外电子层的p轨道处于半充满状态，故这两个主族的元素原子的第一电离能分别比同周期相邻元素的第一电离能都高，属于电离能周期性变化的特例。例如I1(Na)＜I1(Mg)、I1(Mg)＞I1(Al)；I1(Si)＜I1(P)、I1(P)＞I1(S)。
4．电离能的应用
(1)根据电离能数据，确定元素核外电子的排布。如Li：I1≤I2＜I3，表明Li原子核外的三个电子排布在两个电子层上(K、L电子层)，且最外层上只有一个电子。
(2)根据电离能数据，确定元素在化合物中的化合价。如K：I1≤I2
B>Mg B．B>Mg>Be
C．B>Al>Mg D．AlⅢA族、ⅤA族>ⅥA族。
【答案】 A
2．某主族元素原子的第一、二、三、四各级电离能依次为：899 kJ·mol－1、1 757 kJ·mol－1、14 840 kJ·mol－1、18 025 kJ·mol－1，试分析该元素所在的族序数为( )
A．ⅠA族 B．ⅡA族
C．ⅢA族 D．ⅣA族
【解析】 由元素原子各级电离能递增数据分析：I3≫I2，所以这种元素最外层应有2个电子，族序数为ⅡA族。
【答案】 B
3．下列说法中正确的是( )
A．第3周期所含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．在所有的元素中，F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
【解析】 B项，I1(Mg)>I1(Al)；C项，在所有元素中，He的第一电离能最大；D项 ，I1(Na)>I1(K)，I1(Mg)>I1(Na)，故I1(Mg)>I1(K)。
【答案】 A
4．原子的第一电离能是指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，O、S、Se原子的第一电离能由大到小的顺序为________。
【解析】 在周期表中，同主族元素从上到下失电子能力增强，第一电离能依次减小。
【答案】 O>S>Se
5．已知某原子的各级电离能数值如下：I1＝577 kJ·mol－1，I2＝1 817 kJ·mol－1，I3＝2 745 kJ·mol－1，I4＝11 578 kJ·mol－1，则该元素的化合价为( )
A．＋1价 B．＋2价
C．＋3价 D．＋4价
【解析】 第三电离能到第四电离能发生突跃，所以元素呈现＋3价。
【答案】 C
6．具有下列电子层结构的原子，其第一电离能由大到小排列正确的是( )
①3p轨道上只有一对成对电子的原子 ②外围电子排布为3s23p6的电子 ③其3p轨道为半充满的原子 ④正三价的阳离子的电子层结构与氖原子结构相同
A．①②③④ B．③①②④
C．②③①④ D．②④①③
【解析】 本题考查同周期元素第一电离能的递变规律，题中所述结构的原子都是第三周期元素。②是稀有气体Ar，其第一电离能最大。①是硫原子，③是磷原子，④是铝原子。根据规律I1(Al)最小，S虽然在P的右边，但磷原子3p轨道是3p3半充满结构，较稳定，故I1(P)>I1(S)。
【答案】 C
7．现有核电荷数小于18的元素A，其电离能数据如表所示(I1表示失去第1个电子的电离能，In表示失去第n个电子的电离能，单位为eV)
序号
I1
I2
I3
I4
I5
I6
电离能
7.644
15.03
80.12
109.3
141.2
186.5
序号
I7
I8
I9
I10
I11
…
电离能
224.9
266.0
327.9
367.4
1 761
…
(1)电子离核越远，能量越高，电离能越________(填“大”或“小”)；阳离子核电荷数越高，再失去电子时，电离能越_______________________(填“大”或“小”)。
(2)上述11个电子分属________个电子层。
(3)去掉11个电子后，该元素还有________个电子。
(4)该元素的最高价氧化物对应的水化物的化学式是________。
(5)该元素的最高价氧化物对应水化物的碱性比核外电子排布式为1s22s22p63s1的元素的最高价氧化物对应水化物的碱性________(填“强”、“弱”)。
【解析】 (1)电子离核越远，能量越高，受原子核的引力越小，失去电子越容易，则电离能越小。阳离子核电荷数越高，离子半径越小，原子核对核外电子的引力越大，失电子越难，则电离能越大。
(2)据题目数据，I1、I2较小，I3突然增大，说明最外层有2个电子，I3到I10变化较小，但I11突然增大，说明次外层有8个电子，又由于核电荷数小于18，所以A为Mg。
(3)Mg原子去掉11个电子后，还有1个电子。
(4)Mg元素的最高价氧化物对应水化物的化学式为Mg(OH)2。
(5)电子排布为1s22s22p63s1的元素为钠，与Mg同周期且在Mg的左边，所以碱性NaOH＞Mg(OH)2。
【答案】 (1)小 大 (2)3 (3)1 (4)Mg(OH)2 (5)弱
【规律方法】 通常用电离能来表示原子或离子失去电子的难易程度。电离能也是原子核外电子排布的实验佐证，根据电离能的数值可以判断核外电子的分层排布，层与层之间电离能相差较大，电离能数值呈突跃性变化，同层内电离能差别较小。还可以利用电离能来判断金属元素的化合价。
学业分层测评(四) 电离能及其变化规律
(建议用时：45分钟)
[学业达标]
1．下列说法中不正确的是( )
A．电离能最小的电子能量最高
B．同主族元素，随着核电荷数的增加，I1逐渐增大
C．通常情况下，电离能I1＜I2＜I3
D．通常情况下，电离能越小，元素的金属性越强
【解析】 同主族元素，随核电荷数的增大，I1逐渐减小，B错误。
【答案】 B
2．下列原子中，第一电离能最大的是( )
A．B B．C
C．Al D．Si
【解析】 B、C属于同周期元素，故I1(C)>I1(B)，Al、Si属于同周期元素，故I1(Si)>I1(Al)；C、Si属于同主族元素，故I1(C)>I1(Si)，B、Al属于同主族元素，故I1(B)>I1(Al)。综上所述知I1(C)最大。
【答案】 B
3．在第2周期中，B、C、N、O四种元素的第一电离能由大到小的排列顺序是( )
A．I1(N)>I1(C)>I1(O)>I1(B)
B．I1(N)>I1(O)>I1(B)>I1(C)
C．I1(N)>I1(O)>I1(C)>I1(B)
D．I1(O)>I1(N)>I1(C)>I1(B)
【解析】 B、C、N、O属于同周期元素，同一周期元素随原子序数递增，第一电离能有增大的变化趋势，但ⅡA族元素大于ⅢA族元素，VA族元素大于ⅥA族元素。
【答案】 C
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
【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。
【答案】 C
5．下列四种元素中，第一电离能由大到小顺序正确的是( )
①原子含有未成对电子最多的第2周期元素
②电子排布为1s2的元素
③周期表中电负性最强的元素
④原子最外层电子排布为3s23p4的元素
A．②③①④ B．③①④②
C．①③④② D．无法比较
【解析】 根据原子的核外电子排布及元素周期律可知，①、②、③、④分别表示氮、氦、氟和硫，第一电离能由大到小的顺序是He＞F＞N＞S，A项正确。
【答案】 A
6．下列选项中，第二电离能最大的元素所具有的电子层结构为( )
A．1s2 B．1s22s1
C．1s22s2 D．1s22s22p2
【解析】 I2最大的元素应失去的是内层上已达稳定结构的电子层上的电子。
【答案】 B
7．已知X、Y是主族元素，I为电离能，单位是kJ/mol。根据下表所列数据判断错误的是( )
元素
I1
I2
I3
I4
X
500
4 600
6 900
9 500
Y
580
1 800
2 700
11 600
A.元素X的常见化合价是＋1价
B．元素X与氯形成化合物时，化学式可能是XCl
C．元素Y是ⅢA族的元素
D．若元素Y处于第3周期，它可与冷水剧烈反应
【解析】 对元素X，I2开始突跃，说明X最容易失去1个e－，对于元素Y，I4开始突跃，说明Y容易失去3个e－，由此可知X的常见化合价为＋1价，元素Y是ⅢA族元素，若Y处于第3周期，Y是Al，Al与冷水不反应。
【答案】 D
8．下表列出了某短周期元素R的各级电离能数据(用I1、I2……表示，单位为kJ·mol－1)
I1
I2
I3
I4
……
R
740
1 500
7 700
10 500
……
下列关于元素R的判断中一定正确的是( )
A．R的最高正价为＋3价
B．R元素位于元素周期表中第ⅡA族
C．R元素的原子最外层共有4个电子
D．R元素基态原子的电子排布式为1s22s2
【解析】 由表中数据I3≫I2知其最高正价为＋2价，R元素位于ⅡA族，最外层有2个电子，R不一定是Be元素。
【答案】 B
9．下列各组元素，按原子半径依次减小，第一电离能逐渐增大的顺序排列的是( )
A．K、Na、Li B．Al、Mg、Na
C．N、O、C D．Cl、S、P
【解析】 同周期元素，从左到右，原子半径逐渐减小(除稀有气体元素)，第一电离能在总体上呈现从小到大的变化趋势。同主族元素，从上到下，原子半径递增，第一电离能递减。
【答案】 A
10．不同元素的气态原子失去最外层一个电子所需要的最低能量I1如下图所示。试根据元素在周期表中的位置，分析图中曲线的变化特点，并回答下列问题。
(1)同主族内不同元素原子的I1变化的特点是______________________，各主族中I1的这种变化特点体现了元素性质的________变化规律。
(2)同周期内，随原子序数增大，I1增大。但个别元素的I1出现反常，试预测下列关系中正确的是________(填序号)。
①I1(砷)>I1(硒) ②I1(砷)I1(硒) ④I1(溴)
查看更多
