2019学年高中化学 第1章 原子结构 第3节 原子结构与元素性质教学案 鲁科版选修3.doc
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1、1第第 3 3 节节 原子结构与元素性质原子结构与元素性质第 1 课时 电离能及其变化规律课标要求1能说出元素电离能的涵义。2能应用元素的电离能说明元素的某些性质。1.电离能:气态原子或气态离子失去一个电子所需要的最小能量。符号:I,单位:kJmol1。2第一电离能:气态原子失去一个电子形成1 价气态阳离子所需最低能量。符号:I1。3同周期从左到右,元素的第一电离能有增大趋势,但A 族元素大于A 族元素,A族元素大于A 族元素;同主族从上而下,元素的第一电离能逐渐减小。4第一电离能越小,越易失去电子,金属性越强;第一电离能越大,越难失去电子,金属性越弱。电离能及其意义1电离能及其分类(1)电离
2、能概念:气态原子或气态离子失去一个电子所需要的最小能量。符号:I,单位:kJmol1。(2)电离能的分类M(g)M(g)第一电离能I1失去1个e第二电离能I2失去1个eM2g第三电离能I3失去1个eM3g2电离能的意义电离能越小,该气态原子越容易失去电子;电离能越大,该气态原子越难失去电子。特别提醒 (1)理解电离能的概念时要把握两点:一是气态(原子或离子);二是最小能量。(2)对于同一元素:I3I2I1。(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。21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
3、角 B左上角C右上角 D左下角解析:选 D 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。2在基态多电子原子中,关于核外电子能量的叙述错误的是( )A最易失去的电子能量最高B电离能最小的电子能量最高Cp 轨道电子能量一定高于 s 轨道电子能量D在离核最近区域内运动的电子能量最低解析:选 C 原子易失去的电子应是离核最远的外层电子,其能量最高,A 正确;B 项,电离能最小的电子离原子核最远,受原子核的吸引力最小,能量最高,B 正确;处于较高电子层中的 s 轨道电子的能量要比处于较低电子层中 p 轨道电子的能量高,C 错误;能量越低的电子尽量排布在离原
4、子核越近的轨道上,D 正确。元素第一电离能的变化规律及其影响因素1第一电离能原子序数图2元素第一电离能的变化规律同周期碱金属元素的第一电离能最小,稀有气体元素的第一电离能最大,从左到右,第一电离能总体呈现从小到大的变化趋势同主族从上到下第一电离能逐渐减小3影响因素31同一周期自左至右元素的第一电离能是否逐渐增大?提示:否。2为什么一种元素的各级电离能是逐渐增大的?提示:气态阳离子所带正电荷多,比不带电荷的气态原子或所带正电荷少的气态阳离子对电子的吸引力要大。1元素第一电离能周期性变化规律中的特例A 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,A 族元素原子最外电子层的
5、 p 轨道处于半充满状态,根据洪特规则的特例,二者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一个电子,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)。2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:I1I2I3,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:I1I2I3,表明 K 原子易失去一个电子形成1 价阳离子。(3)判断
6、元素的金属性、非金属性强弱:I1越大,元素的非金属性越强;I1越小,元素的金属性越强。1比较下列各元素第一电离能的大小。(1)N、O、F (2)Be、Mg、Ca(3)Na、Mg、Al (4)Li、Be、B答案:(1)FNO (2)BeMgCa(3)MgAlNa (4)BeBLi2按第一电离能递增的顺序排列的是( )ALi、Na、K BNa、Al、SCP、Si、Al DCl、Br、I4解析:选 B 同周期元素从左到右,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,第一电离能逐渐减小。3某主族元素原子的第一、二、三、四各级电离能依次为:899 kJmol1、1 757 kJmol
7、1、14 840 kJmol1、18 025 kJmol1,试分析该元素所在的族序数为( )AA 族 BA 族CA 族 DA 族解析:选 B 根据该元素的第一、二、三、四各级电离能数据大小可知,第二和第三电离能相差最大,发生突跃现象,说明该原子失去两个电子时较易,即最外层有 2 个电子,故为A 族元素。方法技巧元素原子的电离能逐级升高,并有突跃现象,如下表:钠、镁、铝的电离能(kJmol1)元素电离能 NaMgAlI1496738577I24 5621 4511 817I36 9127 7332 745I49 54310 54011 575当电离能发生突跃时,说明所失电子的电子层数发生变化,即
8、发生突跃之前所对应的电离能反映了元素原子的价电子和主要化合价。如 Na、Mg、Al 的电离能分别在I2、I3、I4发生突跃,说明 Na、Mg、Al 的价电子数分别为 1、2、3,主要化合价分别为1、2、3。三级训练节节过关 1下列原子中,第一电离能最大的是( )AB BCCAl DSi解析:选 B 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。2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
9、排列顺序是( )AI1(N)I1(C)I1(O)I1(B)5BI1(N)I1(O)I1(B)I1(C)CI1(N)I1(O)I1(C)I1(B)DI1(O)I1(N)I1(C)I1(B)解析:选 C 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A 族元素大于A 族元素,A 族元素大于A 族元素。3具有下列电子构型的元素中,第一电离能最小的是( )Ans2np3Bns2np4Cns2np5Dns2np6解析:选 B ns2np3的为半充满稳定结构,第一电离能为ns2np3ns2np4,对于题给四个选项,其第一电离能由小到大顺序为ns2np4ns2np
10、3ns2np5ns2np6,即第一电离能最小的电子构型为ns2np4的元素。4已知 X、Y 是主族元素,I为电离能,单位是 kJmol1。根据下表数据判断错误的是( )元素I1I2I3I4X5004 6006 9009 500Y5801 8002 70011 600A元素 X 的常见化合价是1 价B元素 Y 是A 族的元素C元素 X 与氯形成化合物时,化学式可能是 XClD若元素 Y 处于第 3 周期,它可与冷水剧烈反应解析:选 D 根据各级电离能的变化,知道元素 X 的I1、I2差别很大,常显1 价,A、C 正确;元素 Y 的I3、I4有较大变化,所以 Y 应是A 族的元素,B 正确;若 Y
11、 在第 3周期,则 Y 为 Al,不能与冷水剧烈反应,D 错误。5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I1I2I3I4I5I6电离能7.64415.0380.12109.3141.2186.5序号I7I8I9I10I11电离能224.9266.0327.9367.41 761(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。6(3)去掉 11 个电子后,该元素还有_个电子
12、。(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”或“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,
13、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NaOHMg(OH)2。答案:(1)小 大 (2)3 (3)1 (4)Mg(OH)2 (5)弱1下列元素中哪一个基态原子的第一电离能最大( )ABe BBCC DN解析:选 D 同一周期从左向右,元素的第一电离能呈增大的趋势,其中A 族与A族、A 族与A 族出现反常。2下列各组元素中,第一电离能依次减小的是( )AF O N C BNa Mg Al SiCI Br Cl F DH Li Na K解析:选 D A
14、项,I1(F)I1(N)I1(O)I1(C);B 项,I1(Si)I1(Mg)I1(Al)I1(Na);C 项,I1(F)I1(Cl)I1(Br)I1(I)。3下列原子的电子排布中,第二电离能最大的是( )A1s2B1s22s1C1s22s2D1s22s22p1解析:选 B 核外电子排布为 1s22s1的原子失去一个电子后变成 1s2(与 He 原子电子排布相同)为稳定结构,再失去一个电子更困难。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( )ANa2S BMgCl2CNaCl DAlCl37解析:选 C 第 3 周期主族元素中,第一电离能最大的元素为
15、Cl,第一电离能最小的元素为 Na,二者形成的化合物为 NaCl。5 下列原子的价电子排布中,对应于第一电离能最大的是( )A3s23p1B3s23p2C3s23p3D4s24p4解析:选 C 由上述各项元素原子的价电子排布式可知 C 项中 3p3处于半充满状态,电子能量低,原子较稳定,故第一电离能最大。6下列有关微粒性质的排列顺序中,错误的是( )A原子半径:NaSOB稳定性:PH3H2SH2OC离子半径:Al3Mg2NaD第一电离能:OFNe解析:选 C A 项,Na、S 位于同一周期,O、S 位于同一主族,原子半径 NaSO,正确;B 项 P、S 位于同一周期,O、S 位于同一主族,其氢
16、化物稳定性,PH3H2SH2O,正确;C 项应为 NaMg2Al3;D 项正确。7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:选 A 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)。8下列关于元素第一电离能的说法不正确的是( )A钾元素的第一电离能小于钠元素的第一电离能,故钾的活泼性强于钠B因同周期元素的原子半径从左到右逐渐减小,故第一电离能必依次增
17、大C最外层电子排布为ns2np6(若只有 K 层时为 1s2)的原子,第一电离能较大D对于同一元素而言,原子的电离能I1I2I3解析:选 B A 项,同一主族,从上到下元素的第一电离能越来越小,活泼性越来越强;B 项,同周期的第A 与第A 族,第A 与第A 族,第一电离能出现了反常;C 项,ns2np6的原子为稀有气体原子, 第一电离能较大;D 项,同一元素的原子,I1I2I3。9.(1)第一电离能介于 B、N 之间的第 2 周期元素有_种。(2)依据第 2 周期元素第一电离能的变化规律,参照图中 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。8(3)N、Al、Si、Zn
18、四种元素中,有一种元素的电离能数据如下:I1I2I3I4Im/kJmol15781 8172 74511 578则该元素是_(填元素符号)。(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:(1)第二周期元素的第一电离能从左到右呈增大趋势,但是由于氮原子的 2p 轨道处于半充满状态,较稳定,其第一电离能比氧的大,铍原子的 2s 轨道处于全充满状态,铍元素的第一电离能比硼的大,所以第一电离能介于硼和氮之间的元素有铍、碳、氧 3 种。(2)由(1)可标出 C、N、O 三种元素的相对位置。(3)从表中
19、原子的第一至第四电离能可以看出,元素的第一、第二、第三电离能都较小,而第四电离能远大于第三电离能,所以原子最外层有 3 个电子,应为铝元素。(4)同主族元素从上到下,元素的第一电离能逐渐减小,故第一电离能 OSSe。答案:(1)3 (2)如图所示(3)Al (4)OSSe10根据下表中五种元素的第一至第四电离能数据(单位:kJmol1),回答下面各题:元素代号I1I2I3I4Q2 0804 0006 1009 400R5004 6006 9009 500S7401 5007 70010 500T5801 8002 70011 600U4203 1004 4005 900(1)在周期表中,最可能
20、处于同一族的是_。AQ 和 R BS 和 TCT 和 U DR 和 TER 和 U9(2)下列离子的氧化性最弱的是_。AS2BR2CT3DU(3)下列元素中,化学性质和物理性质最像 Q 元素的是_。A硼 B铍C氦 D氢(4)如果 R、S、T 是同周期的三种主族元素,则它们的原子序数由小到大的顺序是_,其中元素_的第一电离能反常高的原因是_。解析:(1)在周期表中,最可能处于同一族的元素是电离能突变位置类似的元素,R 和U 的第二电离能突然增大,说明它们的最外层上只有一个电子,同属于第A 族。(2)电离能越大,越难失去电子,相应离子越易得到电子,氧化性越强,反之,电离能越小相应离子的氧化性越弱。
21、对于 S2,I21 500 kJmol1;对于 R2,I24 600 kJmol1;对于 T3,I32 700 kJmol1;对于 U,I1420 kJmol1,电离能最小的是 420 kJmol1,即 U的氧化性最弱。(3)Q 元素的各级电离能都很大,且各级电离能之间的差值非常接近,因此,可能是第A 族的元素或零族元素,化学性质和物理性质最像 Q 元素的是氦元素。(4)由电离能的数值分析可得,R 为第A 族,S 为第A 族,T 为第A 族,若R、S、T 是同周期的三种主族元素,则它们的原子序数由小到大的顺序必然是 RBCDB原子序数:dcbaC离子半径:C3DBA2D元素的第一电离能:ABD
22、C解析:选 C 本题既可以用相关规律判断,又可以用具体元素进行判断。方法一:A、B、C、D 四种元素在周期表中的相对位置关系为CDBA。由此得出 A、B、C、D 的原子半径大小为 BACD,A 选项错误;它们的原子序数关系为:abdc,B 选项错误;依据“电子层结构相同的离子,原子序数越大,半径越小”的规律来判断,C 选项正确;元素第一电离能的关系为 DCAB,D 选项错误。方法二:找出相应的元素符号,如12Mg2、11Na、7N3、9F,可迅速作出判断。129下表是元素周期表的一部分,表中所列的字母分别代表某一种化学元素。(1)上述第 3 周期中第一电离能(I1)最大的是_,c 和 f 的I
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