1、121.主族元素原子得失电子能力的规律人们可以定性地从原子半径和价电子数来分析周期表中元素原子得、失电子能力所呈现的递变规律。(1)同周期元素原子的电子层数相同,从左到右原子半径逐渐减小,有效核电荷数依次增大,原子核对电子的吸引作用逐渐增强,因而原子失去电子的能力越来越弱,获得电子的能力越来越强。(2)同主族元素原子的价电子数相同,但自上而下原子半径逐渐增大,原子核对最外层电子吸引作用逐渐减弱。所以金属元素原子失去电子的能力越来越强,非金属元素原子获得电子的能力越来越弱。位于元素周期表中金属元素与非金属元素分界线附近的元素的原子获得或失去电子的能力都居中。122.电离能(1)电离能的定义:气态
2、原子或气态离子失去一个电子所需要的最小能量叫做电离能,常用符号I 表示,单位为kJmol-1。电离能越小,表示在气态时该原子越容易失去电子;反之,电离能越大,表明在气态时该原子越难失去电子。12(2)规律:通过观察可以发现,对同一周期的元素而言,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,元素的第一电离能在总体上呈现从小到大的变化趋势,表示元素原子越来越难失去电子。短周期元素的这种递变更为明显,这是同周期元素原子电子层数相同,但随着核电荷数增大和原子半径减小,核对外层电子的有效吸引作用依次增强的必然结果。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容易
3、失去电子。这是因为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。过渡元素的第一电离能的变化不太规则,随元素原子序数的增加第一电离能从左到右略有增加。这是因为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。12(3)元素的化合价与价电子排布的关系:除族的某些元素和0族元素外,元素的最高化合价等于它所在族的序数。非金属元素的最高化合价和它的负化合价的绝对值之和等于8(氢元素除外);稀有气体元素原子的电子层结构是全充满的稳定结构,其原子既不易失去电子也不易得到电子,因此稀有气体元素的化
4、合价在通常情况下为0;过渡金属元素的价电子较多,但所具有的能量相差不大,因此具有多种价态,如锰元素的化合价为+2+7。探究一探究二问题引导名师精讲即时检测探究一 影响电离能的因素1.观察分析下表电离能数据回答问题:为什么锂元素易形成Li+,而不易形成Li2+;镁元素易形成Mg2+,而不易形成Mg3+?提示：从表中数据可知,Li元素的I2远大于I1,因此Li容易失去第一个电子,而不易失去第二个电子,即Li易形成Li+,而不易形成 。镁元素的I1、I2相差不大,I3远大于I1、I2,说明镁容易失去两个电子,而不易失去第三个电子,因此镁易形成Mg2+,而不易形成Mg3+。探究一探究二问题引导名师精讲
5、即时检测2.观察分析下图元素第一电离能的变化情况,回答下列问题:探究一探究二问题引导名师精讲即时检测(1)总体上金属元素的第一电离能都较小,非金属元素和稀有气体元素的第一电离能都较大。为什么?提示：因为金属元素原子的最外层电子数都比较少,容易失去电子,所以金属元素的第一电离能都比较小;而非金属元素原子的最外层电子比较多,不容易失去电子,稀有气体元素原子的价电子排布式为ns2np6(He为1s2),是稳定结构,更难失去电子,因此它们的第一电离能都比较大。探究一探究二问题引导名师精讲即时检测(2)为什么在第2周期中Be和N元素及第3周期中Mg和P的第一电离能大于相邻的元素的第一电离能?提示：当原子
6、核外电子排布在能量相等的轨道上形成全空(如p0、d0、f0)或半充满(如p3、d5、f7)或全充满(如p6、d10、f14)结构时原子处于能量较低状态(即洪特规则特例),所以失电子所需能量较大,即I1较大。而Be、N、Mg、P元素的原子结构恰好满足这一点,所以导致它们的第一电离能大于它们各自的相邻元素。探究一探究二问题引导名师精讲即时检测1.影响电离能的因素电离能的数值大小主要取决于原子的核电荷数、原子半径以及原子的电子构型。(1)一般来说,同一周期的元素具有相同的电子层数,从左到右核电荷数逐渐增大,原子的半径逐渐减小,原子核对最外层电子的引力逐渐加大,因此,越靠右的元素越不易失去电子,电离能
7、也就越大。(2)同一主族元素电子层数不同,最外层电子数相同,原子半径逐渐增大起主要作用,因此半径越大,原子核对最外层电子的引力越小,越易失去电子,电离能也就越小。探究一探究二问题引导名师精讲即时检测(3)电子构型是影响电离能的第三个因素某些元素具有全充满或半充满的电子构型,稳定性也较高,如A族Be、Mg等元素原子的最外层s原子轨道全满,p原子轨道全空,A族N、P等元素原子最外层p原子轨道为半充满状态,0族元素(He除外)原子p原子轨道为全满状态,均稳定,所以它们比各自左右相邻的元素的第一电离能大。探究一探究二问题引导名师精讲即时检测2.逐级电离能(1)定义:由+1价气态阳离子再失去1个电子形成
8、+2价气态阳离子所需要的最低能量叫做第二电离能,依次类推。可以表示为:探究一探究二问题引导名师精讲即时检测(2)变化规律:同一元素的逐级电离能是逐渐增大的,即I1I2I3I2、I4I3、In+1In。元素的逐级电离能逐渐增大并且会发生一个突变即突然增大多倍,这是由于电子是分层排布的,主族元素几乎不能失去内层电子的缘故。如Na原子的I1、I2、I3分别是(单位为kJmol-1,下同)496、4 562、6 912,在I1和I2之间发生突变。探究一探究二问题引导名师精讲即时检测【例题1】第一电离能I1是指气态原子X(g)处于基态时,失去一个电子成为气态阳离子X+(g)所需的能量。下图是部分元素原子
9、的第一电离能I1随原子序数变化的曲线图(其中12号至17号元素的有关数据缺失)。(导学号52720009)探究一探究二问题引导名师精讲即时检测(1)认真分析图中同周期元素第一电离能的变化规律,推断NaAr元素中,Al的第一电离能的大小范围为Al(填元素符号);(2)从图中分析可知,同一主族元素原子的第一电离能I1变化规律是;(3)图中第一电离能最小的元素在周期表中的位置是第周期族。解析：(1)由图可以看出,同周期的A族元素的第一电离能最小,而A族元素的第一电离能小于A族元素的第一电离能,故第一电离能:NaAlMg。(2)从图中可看出同主族元素第一电离能从上到下逐渐减小。(3)根据第一电离能的递
10、变规律可以看出,图中所给元素中Rb的第一电离能最小,其位置为第5周期A族。探究一探究二问题引导名师精讲即时检测答案：(1)NaMg(2)从上到下依次减小(3)5A方法技巧关键是从图中获取数据信息,找出变化规律,对元素的电离能进行横向(同周期)和纵向(同主族)的比较和分析。探究一探究二问题引导名师精讲即时检测变式训练1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解析：同周期中碱金属元素的第一电离能最小,稀有气体元素最大,故A正确,C不正确,由于Mg的价电子排布为3s2,而
11、Al的价电子排布为3s23p1,故铝的第一电离能小于镁的。D中钾比镁更易失电子,钾的第一电离能小于镁的,D不正确。答案：A探究一探究二问题引导名师精讲即时检测探究二 电离能的应用1.观察思考:为什么钠元素的常见价态为+1价,镁元素的为+2价,铝元素的为+3价?化合价与原子结构有什么关系?提示：钠原子的第一电离能较低,而第二电离能突跃式变高,也就是说,I2I1。这说明钠原子很容易失去一个电子成为+1价阳离子,形成稳定状态后,原子核对外层电子的有效吸引作用变得更强,不易再失去第2个电子。因此,钠元素的常见化合价为+1价;同理分析镁和铝。探究一探究二问题引导名师精讲即时检测2.Mg的第一电离能比Al
12、的大,所以Al比Mg易失去电子,但我们以前学习的金属失电子顺序中,Mg比Al易失电子,与酸反应时更剧烈,这又是为什么?提示：条件不一致。在气态时,Mg的第一电离能大于Al的;在溶液中反应时,Mg的金属活动性大于Al的。探究一探究二问题引导名师精讲即时检测1.元素的电离能的应用(1)用来衡量原子失去电子的难易,比较金属的活泼性和元素的金属性。一般地,元素的第一电离能越小,金属性越强;碱金属元素的第一电离能越小,碱金属越活泼。(2)判断原子易失去电子的数目和元素的化合价元素的各级电离能逐渐增大并且会发生一个突变(由于电子是分层排布的,内层电子比外层电子难失去,因此会发生突变),如Mg原子的I1、I
13、2、I3分别是738 kJmol-1、1 451 kJmol-1、7 733 kJmol-1,在I2和I3之间发生突变。探究一探究二问题引导名师精讲即时检测2.金属活动性顺序与相应的电离能的大小顺序不一致的原因金属活动性按K、Ca、Na、Mg、Al、Zn、Fe、Sn、Pb、(H)Cu、Hg、Ag、Pt、Au的顺序减弱,该顺序表示自左向右,在水溶液中金属单质中的原子失去电子越来越困难。电离能是指金属原子在气态时失去电子成为气态阳离子的能力,它是金属原子在气态时活泼性的量度。由于金属活动性顺序与电离能所对应的条件不同,所以二者不可能完全一致。如:钠的第一电离能为496 kJmol-1,钙的第一电离
14、能和第二电离能分别为590 kJmol-1、1 145 kJmol-1,表明钠原子比钙原子在气态时更易失去电子,更加活泼。但是,由于Ca2+形成水合离子时放出的能量远比Na+形成水合离子时放出的能量多,所以在水溶液里钙原子比钠原子更易失去电子,即在金属活动性顺序中钙排在钠的前面。探究一探究二问题引导名师精讲即时检测【例题2】某元素的各级电离能(单位:kJmol-1)分别为740、1 500、7 700、10 500、13 600、18 000、21 700,当它与氯气反应时最可能形成的阳离子是()A.X+B.X2+C.X3+D.X4+解析：该元素原子电离能数据突跃发生在第二、第三电离能之间,故
15、其最易失去2个电子,形成+2价阳离子。答案：B方法技巧由电离能判断元素化合价时,关键看电离能数据的变化趋势。相邻两电子层能量相差较大时,电离能发生突跃,说明再失去一个电子的难度增加很多,由此可判断最外层上的电子数,进而判断其可能化合价并由此推断出其阳离子所带的正电荷。探究一探究二问题引导名师精讲即时检测变式训练2能够证明电子在原子核外是分层排布的事实是()A.化合价B.电离能C.第一电离能D.原子半径解析：原子核外电子是分层排布的,同一电子层的电子具有的能量相近,而不同电子层的电子具有的能量差别较大。电离能反映了原子或离子失去一个电子所消耗的能量,故失去同一电子层上的电子消耗的能量差别较小,而
16、失去不同电子层上的电子消耗的能量差别较大。故根据失去某个电子消耗的能量发生突跃可确定原子核外电子是分层排布的。答案：B探究一探究二即时检测1.下列元素中各基态原子的第一电离能最大的是()A.BeB.BC.CD.N解析：各基态原子的核外电子排布式分别为Be:1s22s2;B:1s22s22p1;C:1s22s22p2;N:1s22s22p3。从核外电子排布看,最高能级为2p能级,又因为N的2p轨道处于半充满状态,由洪特规则可知是相对较稳定的,故最难失去第一个电子。答案：D探究一探究二即时检测2.按照第一电离能由大到小的顺序排列错误的是()A.Be、Mg、CaB.Be、C、NC.P、As、SiD.
17、He、Ne、Ar解析：同周期从左到右,元素第一电离能总的变化趋势为逐渐增大,但有些元素(如Be、Mg、N、P等)的第一电离能比其相邻元素的第一电离能高些,是因为它们的外层电子构型达到了全充满或半充满的稳定结构。同主族元素自上而下第一电离能依次减小。答案：B探究一探究二即时检测3.元素A的各级电离能数据如下:则元素A的常见价态是()A.+1B.+2C.+3 D.+6解析：对比表中电离能数据可知,I1、I2、I3电离能数值相对较小,至I4数值突然增大,说明元素A的原子中,有3个电子容易失去,因此,该元素的常见化合价为+3。答案：C探究一探究二即时检测4.A、B、C、D四种元素,已知A元素是自然界中
18、含量最多的元素;B元素为金属元素,它的原子核外K、L层上电子数之和等于M、N层电子数之和;C元素是第3周期第一电离能最小的元素;D元素在第3周期中第一电离能最大。下列有关叙述错误的是()A.四种元素A、B、C、D分别为O、Ca、Na、ArB.元素A、B、C两两组成的化合物可为CaO、CaO2、Na2O、Na2O2等C.元素A、C简单离子的半径大小关系为Ar(Na+)。D项中,Na元素失去一个电子后形成1s22s22p6的稳定结构、不易失第二个电子,I2I1。答案：C探究一探究二即时检测5.根据下列5种元素的电离能数据(单位:kJmol-1),回答下列问题。(导学号52720010)(1)在元素
19、周期表中,最有可能处于同一族的是(填序号,下同)。A.Q和RB.S和TC.T和VD.R和TE.R和V(2)它们的氯化物的化学式,最有可能正确的是。A.QCl2B.RClC.SCl3D.TClE.VCl4探究一探究二即时检测(3)下列元素中,最有可能与Q元素处于同一族的是。A.硼B.铍C.锂 D.氢 E.氦(4)在这5种元素中,最容易与氯元素形成离子化合物的是。A.QB.RC.SD.TE.V(5)利用表中的数据判断,V元素最有可能是下列元素中的。A.HB.LiC.Na D.K理论依据是 。解析：各级电离能中发生突跃式增高的情况是R:I2I1、S:I3I2、T:I4I3、V:I2I1,常见化合价分
20、别为+1、+2、+3、+1;Q的第一电离能比其他元素的第一电离能明显高得多,最有可能为稀有气体元素。探究一探究二即时检测(1)周期表中同一族元素的最外层电子排布一般相同,所以它们的常见化合价是相同的(电离能发生突跃式增高情况应相同),只有选项E符合要求,R和V的常见化合价均为+1价。(2)各元素价态与相应氯化物中氯原子数相同的只有选项B。(3)最有可能与Q元素处于同一族的元素的第一电离能应该特别高或者性质很不活泼,只有选项E符合要求。(4)最容易与氯元素形成离子化合物的元素应该第一电离能最小,选项E符合要求。(5)R和V都显+1价,应为A族元素,都有第四电离能,核外电子数应该不少于4,R和V的目标锁定在Na、K,V的第一电离能较小,应为K,所以选项D正确。探究一探究二即时检测答案：(1)E(2)B(3)E(4)E(5)DR和V都是I2I1,应该属于A族元素,因为R和V都存在第四电离能,核外电子数应该不少于4,故应该是Na、K,并且V的第一电离能小于R的,所以V的金属性更强,应该是K
