秋鲁教版高中化学选修三导学案第1章 第3节 原子Word格式文档下载.docx
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反之,电离能越大,表示在气态时该原子越难失去电子。
因此,运用电离能数值可以判断金属原子在气态时失去电子的难易程度。
3.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同一周期,从左到右,元素的第一电离能总体上逐渐增大,表示元素原子越来越难失去电子。
原因:
随着核电荷数增大,原子半径逐渐减小,核对外层电子的有效吸引作用依次增强。
②同一主族,自上而下,元素的第一电离能逐渐减小,表明元素原子越来越容易失去电子。
同主族元素原子的价电子数相同,原子半径逐渐增大,原子核对核外电子的有效吸引作用逐渐减弱。
③过渡元素的第一电离能变化不太规则,同一周期,从左到右,第一电离能略有增加。
对这些元素的原子来说,增加的电子大部分排布在(n-1)d或(n-2)f轨道上,原子核对外层电子的有效吸引作用变化不是太大。
④同周期ⅡA族和ⅤA族元素的第一电离能的变化出现反常的原因是:
ⅡA族的元素原子的最外层原子轨道为ns2全充满稳定状态;
ⅤA族元素原子的最外层原子轨道为np3半充满的稳定状态。
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)核外电子层排布对电离能的影响
某原子或离子具有全充满、半充满的电子排布时,电离能较大。
如ⅡA族元素、ⅤA族元素比同周期左右相邻元素的I1都大,原因是第ⅡA族最外层ns2全充满,ⅤA族最外层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。
1.请回答下列问题:
(1)元素的第一电离能:
Al________(填“>
”或“<
”,下同)Si,Si________S。
(2)第一电离能介于B、N之间的第2周期元素有______种。
(3)依据第2周期元素第一电离能的变化规律,参照右图B、F元素的位置,用小黑点标出C、N、O三种元素的相对位置。
(4)S、N、O三种元素第一电离能由大到小的顺序为________。
(5)根据元素周期律,原子半径Ga________(填“大于”或“小于”,下同)As,第一电离能Ga________As。
答案
(1)<
<
(2)3
(3)
(4)N>
O>
S
(5)大于 小于
解析
(1)同一周期主族元素的第一电离能自左向右有增大趋势,故元素的第一电离能Al<
Si<
S。
(2)同周期元素的第一电离能从左到右呈增大的趋势,但由于氮原子的2p轨道处于半充满状态,较稳定,氮元素的第一电离能比氧的大,铍原子的2s轨道处于全充满状态,其电离能比硼的大,所以符合要求的元素有Be、C、O。
(3)和(4)同周期元素的第一电离能从左到右呈增大趋势,但基态N原子2p轨道容纳3个电子,处于半满稳定状态,N元素的第一电离能大于O元素的第一电离能。
故第一电离能B<
C<
O<
N<
F。
O、S属于同一主族,且S元素的原子序数大于O元素,S元素的第一电离能小于O元素的第一电离能,所以第一电离能大小顺序是N>
(5)同周期从左到右原子半径逐渐减小,第一电离能总体呈增大趋势。
Ga的原子半径大于As的,故Ga的第一电离能小于As的。
易错提醒 同周期主族元素从左到右,元素的第一电离能呈增大趋势,但ⅡA族元素和ⅤA族元素的第一电离能比同周期相邻元素的第一电离能大。
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.3s23p1B.3s23p2
C.3s23p3D.3s23p4
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
577
I2
4562
1451
1817
I3
6912
7733
2745
I4
9543
10540
11575
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,核电荷对电子的引力增强,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,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。
3.根据锂元素逐级电离能数据可知,I1≪I2<
I3,表明锂原子核外的三个电子排布在两个电子层上,且最外层上只有1个电子。
电离能的应用
(1)判断元素金属性、非金属性的强弱
(2)确定元素核外电子的排布
当相邻逐级电离能突然变大时,说明其电子层发生了变化,即同一电子层中电离能相近,不同电子层中电离能有很大的差距。
(3)确定元素的化合价
如果≫,即电离能在In与In+1之间发生突变,则元素的原子易形成+n价离子,并且主族元素的最高化合价为+n价。
某元素的逐级电离能,若I2≫I1,则该元素通常显+1价;
若I3≫I2,则该元素通常显+2价,若I4≫I3,则该元素通常显+3价。
关键提醒 稀有气体的各级电离能都比较大。
3.分析下列图表,回答问题。
(1)N、Al、Si、Ge四种元素中,有一种元素的电离能数据如下:
电离能
…
In/kJ·
mol-1
578
11578
则该元素是________(填写元素符号)。
(2)短周期某主族元素M的电离能情况如图所示。
则M元素位于周期表的第________族。
答案
(1)Al
(2)ⅡA
解析
(1)因为I4≫I3,所以该元素原子最外层有3个电子,为铝元素。
(2)元素M的各级电离能逐渐增大,I1和I2差别较小,但I3≫I2>
I1,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。
根据元素逐级电离能确定元素最高化合价的方法,若In+1≫In>
In-1,则该元素最高化合价为+n价;
若各级电离能都较大,则为稀有气体元素。
4.
(1)元素铜和镍的第二电离能如下表
元素
Cu
Ni
第二电离能I2(kJ·
mol-1)
1958
1753
I2(Cu)>
I2(Ni)的原因是___________________________________________________。
(2)Mn、Fe均为第4周期过渡金属元素,两元素的部分电离能数据列于下表:
Mn
Fe
电离能/kJ·
717
759
1509
1561
3248
2957
锰元素位于第4周期第ⅦB族。
请写出基态Mn2+的价电子排布式_________,比较两元素的I2、I3可知,气态Mn2+再失去1个电子比气态Fe2+再失去1个电子难,对此你的解释是
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
答案
(1)Cu+失去的是全充满稳定的3d10电子,Ni+失去的是4s1电子
(2)3d5 由Mn2+转化为Mn3+时,3d能级由较稳定的3d5半充满状态转变为不稳定的3d4状态需要的能量较多;
而Fe2+转化为Fe3+时,3d能级由不稳定的3d6状态转变为较稳定的3d5半充满状态需要的能量相对要少
解析
(1)Cu的原子序数为29,Cu的价电子排布式为3d104s1,Cu+的价电子排布式为3d10,3d轨道全充满,属于稳定状态;
Ni的原子序数为28,Ni的价电子排布式为3d84s2,Ni+的价电子排布式为3d84s1,4s轨道只有1个电子,故Ni的第二电离能相对较小。
(2)ⅦB元素的族序数=价电子数,周期序数=电子层数,所以基态Mn原子价电子排布式为3d54s2,Mn2+的价电子排布式为3d5。
Mn2+为3d5的半充满状态,很难失去电子,而Fe2+为3d6,失去一个电子,即变为半充满的3d5状态,所以气态Mn2+再失去一个电子比气态Fe2+再失去一个电子难。
方法规律 根据核外电子排布可以解释:
Fe3+比Fe2+稳定,Cu2O比CuO稳定等。
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。
2.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.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
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