資源簡介

1.3 第1課時　元素的電離能及其變化規律
【學習目標】
1.認識元素的第一電離能等元素性質的周期性變化。
2.知道原子核外電子排布呈現周期性變化是導致第一電離能周期性變化的原因。
3.了解元素周期律的應用價值。　
【自主預習】
1.概念
氣態基態原子或氣態基態離子失去　　　　電子所需要的　　　　稱為電離能。表示符號為　　　　,單位為　　　　。
2.分類
M(g)M+(g)M2+(g)M3+(g)
3.影響因素
4.電離能的變化規律及應用
(1)規律
同周期 　　　　　　　元素的第一電離能最小,　　　　　　元素的第一電離能最大,從左到右,元素的第一電離能總體呈現　　　　的變化趨勢
同主族 從上到下第一電離能逐漸　　　
同種元素 的原子 電離能逐級　　　　(例如:某種元素的第二電離能大于第一電離能)
(2)應用
a.可以用來判斷金屬原子在氣態時　　　　　　的難易程度。電離能越小,表明在氣態時該原子越　　　　失電子。
b.可以根據同一原子的逐級電離能的突躍,判斷元素的主要　　　　。例如:如果I2 I1,元素易呈現　　　　價。
【參考答案】1.一個　最小能量　I　kJ·mol-1
3.核電荷數　原子半徑　電子層結構
4.堿金屬　稀有氣體　由小到大　減小　增大　失電子　易　化合價　+1
【效果檢測】
1.判斷正誤(正確的打“√”,錯誤的打“×”)。
(1)第一電離能小的元素的金屬性一定強。 (　　)
(2)M(g)M2+(g)+2e-所需能量是第二電離能。(　　)
(3)電離能的大小表示氣態原子或氣態離子失電子的難易程度。 (　　)
(4)可由原子的各級電離能的數值大小判斷元素的化合價。 (　　)
(5)原子或離子失去一個電子所需的最小能量叫作電離能。 (　　)
(6)原子的+1價氣態基態離子再失去1個電子所需要的最低能量叫作第二電離能。 (　　)
(7)同一元素的逐級電離能是逐漸增大的,即I1【答案】(1)×　(2)×　(3)√　(4)√　(5)×　(6)√　(7)√
2.為什么一種元素的各級電離能是逐漸增大的
【答案】氣態陽離子所帶正電荷越多對電子的吸引力越大。
3.同一原子中當電子逐級電離時,電離能突然變大很多,這個突躍點意味著什么
【答案】核外電子分層排布。
4.M(g)M2+(g)所需的能量是否是其第一電離能的2倍
【答案】不是,應遠大于其第一電離能的2倍。因為首先失去的電子是能量最高的電子,故第一電離能最小,再失去的電子是能量較低的電子,且失去電子后離子所帶正電荷對電子吸引力更強,從而使電離能越來越大。
【合作探究】
任務1：電離能
情境導入　
部分元素第一電離能變化情況如圖所示。
問題生成
1.總體上:金屬元素的第一電離能都較小,非金屬元素和稀有氣體元素的第一電離能都較大。為什么
【答案】因為金屬元素原子的最外層電子數都比較少,容易失去電子,所以金屬元素的第一電離能都比較小;而非金屬元素原子的最外層電子數比較多,不容易失去電子,稀有氣體元素原子價電子排布為ns2np6(He為1s2),是穩定結構,更難失去電子,因此它們的第一電離能都比較大。
2.為什么在同一周期中,從左到右隨著原子序數的增大,元素第一電離能的變化有些曲折 如ⅡA族元素的I1大于ⅢA族元素,ⅤA族元素的I1大于ⅥA族元素,如I1(Be)>I1(B)、I1(Mg)>I1(Al)、I1(N)>I1(O)、I1(P)>I1(S)。
【答案】這與原子的外層電子排布有著密切關系。ⅡA族的Be(或Mg)有著比較穩定的ns2np0(s能級全充滿,p能級全空)結構,ⅤA族的N(或P)有著比較穩定的ns2np3(s能級全充滿,p能級半充滿)結構,因而其原子穩定,第一電離能較高。
3.根據鈉、鎂、鋁電離能的變化分析:
(1)為什么原子的逐級電離能越來越大
(2)為什么鈉元素的常見價態為+1價,鎂元素的為+2價,鋁元素的為+3價
【答案】(1)因為最先失去的電子是能量最高的電子,故第一電離能較小,以后再失去的電子都是能量較低的電子,所需要的能量多;同時失去電子后,陽離子所帶的正電荷對電子的引力更強,從而使電離能越來越大。
(2)鈉原子的第一電離能較低,而第二電離能突躍式變高,即鈉的第一電離能遠遠小于它的第二電離能。這說明鈉原子很容易失去一個電子成為+1價的陽離子,從而形成稀有氣體元素原子的穩定狀態,此時原子核對外層電子的吸引作用變得更強,不再失去第2個電子,因此鈉元素的常見化合價為+1價。同理可分析鎂和鋁。
【核心歸納】
電離能及其變化規律
1.電離能
同一種元素的逐級電離能大小關系:I12.第一電離能異常
一般地,同周期元素從左到右,第一電離能逐漸增大,但ⅡA族元素第一電離能大于同周期ⅢA族元素,ⅤA族元素第一電離能大于同周期ⅥA族元素。因為同周期ⅡA族元素的價電子排布式為ns2、同周期ⅢA族元素的價電子排布式為ns2np1、同周期ⅤA族元素的價電子排布式為ns2np3、同周期ⅥA族元素的價電子排布式為ns2np4,所以ⅡA族元素的最外層p軌道是全空結構,ⅤA族元素的最外層p軌道是半充滿結構,它們都比較穩定。
3.一般地,第一電離能越大,金屬活動性越弱,第一電離能異常元素除外。
4.電離能的突躍
原子失去電子形成穩定結構后,不容易再失去電子,因而再失去電子時的電離能就特別大。電離能的突躍可說明核外電子是分能層排布的。
【典型例題】
【例1】下列說法中正確的是(　　)。
A.第3周期所含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.在所有的元素中,F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】B項,I1(Mg)>I1(Al);C項,在所有元素中,He的第一電離能最大;D項,I1(Na)>I1(K),I1(Mg)>I1(Na),故I1(Mg)>I1(K)。
【例2】 下列關于元素第一電離能的說法不正確的是(　　)。
A.鉀元素的第一電離能小于鈉元素的第一電離能,故鉀的活潑性強于鈉
B.因同周期元素的原子半徑從左到右逐漸減小,故第一電離能必依次增大
C.最外層電子排布式為ns2np6(若只有K層時為1s2)的原子,第一電離能較大
D.對于同一元素而言,原子的電離能I1【答案】B
【解析】A項,同一主族,從上到下元素的第一電離能越來越小,金屬活潑性越來越強;B項,同周期的ⅡA族與ⅢA族,ⅤA族與ⅥA族,第一電離能大小關系出現了反常;C項,最外層電子排布式為ns2np6的原子為稀有氣體原子, 第一電離能較大;D項,同一元素的原子,I1任務2：電離能的應用
情境導入　以下是同周期三種主族元素R、W、T的電離能數據(單位:kJ·mol-1)。
元素代號 I1 I2 I3 I4
R 496 4562 6912 9543
W 578 1817 2745 11575
T 738 1451 7733 10540
問題生成
1.能否根據電離能數據判斷元素R位于哪個族 并說明理由。
【答案】是ⅠA族元素。元素R第二電離能遠大于第一電離能,可以判斷是ⅠA族元素。
2.判斷元素T位于元素周期表哪個分區 并闡釋理由。
【答案】s區。元素T第三電離能遠大于第二電離能,可以判斷是ⅡA族元素,位于元素周期表s區。
3.試寫出元素W價電子排布式,并闡釋理由。
【答案】ns2np1。元素W第四電離能遠大于第三電離能,可以判斷是ⅢA族元素。
4.能夠根據I1(T)>I1(W),就做出判斷金屬性:W>T,這個觀點對嗎 請闡釋理由。
【答案】不對。金屬性強弱不能只看第一電離能,同一周期中元素金屬性從左向右依次減弱,故金屬性:T>W。
【核心歸納】
電離能的應用
(1)比較元素金屬性的強弱
一般情況下,元素的第一電離能越小,元素的金屬性越強。
(2)確定元素原子的核外電子層排布
由于電子是分層排布的,內層電子比外層電子難失去,因此元素的電離能會發生突變。
(3)確定元素的化合價
如果 ,即電離能在In與In+1之間發生突變,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(或只有+n價、0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。
過渡元素的價電子數較多,且各級電離能之間相差不大,所以常表現多種化合價。如錳元素通常有+2~+7多種化合價。
【典型例題】
【例3】下表為某短周期元素R的各級電離能數據(用I1、I2、I3……表示,單位 kJ·mol-1)。下列關于元素R的判斷正確的是(　　)。
元素 I1 I2 I3 I4 I5 ……
R 738 1451 7733 10540 13630 ……
A.R元素同周期相鄰元素的第一電離能均大于738 kJ·mol-1
B.R元素位于元素周期表的ⅡA族
C.R元素位于元素周期表的p區
D.R元素基態原子的軌道表示式:
【答案】B
【解析】根據短周期元素R的各級電離能數據可知,I3發生了突變,故R的價電子數為2,即為ⅡA族元素,又由于其核外電子數多于5個,故R為Mg而不是Be。同周期元素的第一電離能:ⅡA族>ⅢA族>ⅠA族,故R元素同周期相鄰元素的第一電離能均小于738 kJ·mol-1,A項錯誤;R元素位于元素周期表的ⅡA族,為Mg元素,B項正確;R元素位于元素周期表的ⅡA族,屬于s區,C項錯誤;R元素基態原子的電子排布式為1s22s22p63s2,軌道表示式為,D項錯誤。
【例4】某元素X的逐級電離能如圖所示,下列說法正確的是(　　)。
A.X元素為+4價
B.X為非金屬元素
C.X為第5周期元素
D.X與氯氣反應時最可能生成的陽離子為X3+
【答案】D
【隨堂檢測】
1.下列元素中按第一電離能遞增的順序排列的是(　　)。
A.Li、Na、K B.Na、Al、S
C.P、Si、Al D.Cl、Br、I
【答案】B
【解析】同周期元素從左到右,第一電離能在總體上呈現從小到大的變化趨勢,同主族元素從上到下,第一電離能逐漸減小。
2.具有下列電子排布的元素中,第一電離能最小的是(　　)。
A.ns2np3 B.ns2np4 C.ns2np5 D.ns2np6
【答案】B
【解析】ns2np3為半充滿穩定結構,第一電離能為ns2np3>ns2np4,對于題給四個選項,其第一電離能由小到大的順序為ns2np43.(2021·江蘇卷)前四周期主族元素X、Y、Z、W的原子序數依次增大,X是空氣中含量最多的元素,Y的周期序數與族序數相等,基態時Z原子3p原子軌道上有5個電子,W與Z處于同一主族。下列說法正確的是(　　)。
A.原子半徑:r(X)B.X的第一電離能比同周期相鄰元素的大
C.Y的最高價氧化物對應水化物的酸性比Z的強
D.Z的最簡單氫化物的熱穩定性比W的弱
【答案】B
【解析】前四周期主族元素X、Y、Z、W的原子序數依次增大,X是空氣中含量最多的元素,則X為N;Y的周期序數與族序數相等,其原子序數大于N,則Y位于第3周期ⅢA族,為Al;基態時Z原子3p原子軌道上有5個電子,其核外電子排布式為1s22s22p63s23p5,則Z為Cl;W與Z處于同主族,W的原子序數大于Cl,則W為Br。主族元素同周期從左向右原子半徑逐漸減小,同主族從上到下原子半徑逐漸增大,則原子半徑:r(X)Br,則最簡單氫化物的熱穩定性Z>W,D項錯誤。
4.N、O、S的第一電離能(I1)大小為I1(N)>I1(O)>I1(S),原因是 　。
【答案】N原子2p軌道半充滿,比相鄰的O原子更穩定,更難失電子;O、S同主族,S原子半徑大于O原子,更易失電子
5.(2020·全國Ⅰ卷,節選)Goodenough等人因在鋰離子電池及鈷酸鋰、磷酸鐵鋰等正極材料研究方面的卓越貢獻而獲得2019年諾貝爾化學獎。I1(Li)>I1(Na),原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。I1(Be)>I1(B)>I1(Li),原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
【答案】Na與Li同主族,Na電子層數多,原子半徑大,易失電子　Li、Be、B同周期,核電荷數依次增加,Be為1s22s2全充滿穩定結構,第一電離能最大,與Li相比,B核電荷數大,原子半徑小,較難失電子,第一電離能較大
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