苏教选修3 专题2 第二单元 第2课时 元素第一电离能和电负性的周期性变化 学案.docx

第2课时元素第一电离能和电负性的周期性变化目标导航1.能表述元素第一电离能、电负性的含义。2.熟知元素原子半径、元素的第一电离能及元素电负性的周期性变化规律。3.能用元素的第一电离能、电负性说明元素的某些性质。一、元素第一电离能的周期性变化1元素第一电离能的概念与意义(1)概念：气态原子失去一个电子形成1价气态阳离子所需要的最低能量叫做该元素的第一电离能。元素第一电离能符号：i1。(2)元素第一电离能的意义：可以衡量元素的气态原子失去一个电子的难易程度。第一电离能数值越小，原子越容易失去一个电子；第一电离能数值越大，原子越难失去一个电子。2元素第一电离能的变化规律(1)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。(2)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失去电子。(3)具有全充满、半充满及全空的电子构型的元素稳定性较高，其电离能数值较大。如稀有气体的电离能在同周期元素中最大，n为半充满、mg为全充满状态，其电离能均比同周期相邻元素大。议一议1为什么钠易形成na，而不易形成na2，mg易形成mg2，而不易形成mg3？答案因为na、mg2都达到了稳定结构，其电子排布式都为1s22s22p6，再失电子需要吸收的能量突然增大。2为什么原子的逐级电离能越来越大？这些数据跟na、mg、al的化合价有什么联系？答案因为首先失去的电子是能量最高的电子，故第一电离能较小，以后再失去电子都是能量较低的电子，所需要的能量多；同时，失去电子后离子所带正电荷对电子吸引更强，从而电离能越来越大。从na、mg、al的电离能数值可知，na的第一电离能较小，第二电离能突然增大(相当于第一电离能的10倍)，故na的化合价为1。而mg的第三电离能、al的第四电离能发生突变，故mg、al的化合价分别为2、3。3为什么镁的第一电离能比铝大，磷的第一电离能比硫的大？答案镁的电子排布式为1s22s22p63s2，铝的电子排布式为1s22s22p63s23p1，镁的3s轨道上的电子为全充满状态，属于相对稳定结构，难失电子，所以它的第一电离能比铝的大。磷的电子排布式为1s22s22p63s23p3，硫的电子排布式为1s22s22p63s23p4，磷的3p轨道上的电子为半充满，属于相对稳定结构，难失电子，所以它的第一电离能比硫的大。二、元素电负性的周期性变化1电负性的意义电负性是用来衡量元素在化合物中吸引电子的能力。元素的电负性越大，表明元素原子在化合物中吸引电子的能力越大；反之，电负性越小，相应原子在化合物中吸引电子的能力越小。2电负性的标准指定氟元素的电负性为4.0，li的电负性为1.0，并以此为标准确定其他元素的电负性。3元素电负性的周期性变化规律(1)同一周期从左到右，元素的电负性逐渐增大。(2)同一主族，自上而下，元素的电负性减小。因此电负性大的元素集中在周期表的右上角，电负性小的元素集中在周期表的左下角。4电负性的应用(1)元素的电负性可用于判断一种元素是金属还是非金属，以及其活泼性强弱。一般认为，电负性大于1.8的元素为非金属元素，电负性小于1.8的元素为金属元素。(2)利用电负性还可以判断化合物中元素化合价的正负：电负性大的元素呈现负价，电负性小的呈现正价。(3)利用电负性判断化合物中化学键的类型：一般认为：如果两个成键元素间的电负性差值大于1.7，它们之间通常形成离子键；如果两个成键元素间的电负性的差值小于1.7，它们之间通常形成共价键。议一议1试比较下列两组元素的(1)第一电离能(2)电负性(3)金属性或非金属性。第一组：na、mg、al；第二组：si、p、s、cl。答案第一组：(1)mgalna，(2)almgna，(3)namgal；第二组：(1)clpssi，(2)clspsi，(3)clspsi。2元素周期表中“对角线规则”内容是什么？答案在元素周期表中，处于左上至右下对角线上的两种元素的电负性的数值近似相等，两者的化学性质比较相似。如铍和铝(电负性均为1.5)、锂和镁等。be(oh)2和al(oh)3均具有两性，lioh和mg(oh)2均难溶于水、受热易分解。一、电离能规律及其应用1影响电离能的因素及变化规律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的排布。(1)核电荷数、原子半径对电离能的影响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(而非逐渐增大，因a、a族元素出现特殊情况)。碱金属元素的i1最小，稀有气体元素的i1最大。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a族元素、a族元素比同周期左右相邻元素的i1都大，这是因为a族的元素原子的最外层原子轨道为ns2全充满稳定状态，a族的元素原子的最外层原子轨道为np3半充满的稳定状态。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。当相邻逐级电离能突然变大时，说明电子的电子层发生了变化，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。2电离能的应用(1)比较元素金属性的强弱一般情况下，元素的第一电离能越小，元素的金属性越强。(2)确定元素原子的核外电子层排布由于电子是分层排布的，内层电子比外层电子难失去，因此元素的电离能会发生突变。(3)确定元素的化合价如果，即电离能在in与in1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(或只有n价、0价)。某元素的逐级电离能，若i2i1，则该元素通常显1价；若i3i2，则该元素通常显2价；若i4i3，则该元素通常显3价。例1请回答下列问题：(1)依据第2周期元素第一电离能的变化规律，参照下图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。(2)元素的第一电离能：al_(填“”或“”)si。(3)第一电离能介于b、n之间的第2周期元素有_种。(4)s、n、o三种元素第一电离能由大到小的顺序为_。解析(1)同周期自左向右元素的第一电离能呈增大趋势，但基态n原子的2p轨道容纳3个电子，处于半满稳定状态，比较稳定，氮元素的第一电离能高于同周期相邻元素，故可标出c、n、o三种元素的相对位置。(2)同一周期元素自左向右第一电离能有增大趋势，第一电离能alos。答案(1)(2)os解题反思a族元素和a族元素的第一电离能只比同周期相邻元素的第一电离能大。变式训练1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i1i2i3i4in/kjmol15781 8172 74511 578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)a解析(1)因为i4i3，所以该元素原子最外层有3个电子，为铝元素。(2)元素m的各级电离能逐级增大，i1和i2差别较小，但i3i2i1，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。解题反思根据元素逐级电离能判断元素化合价的方法：若i(n1)in，则该元素的常见化合价为n价。二、电负性规律及其应用1元素电负性的周期性变化随原子序数的递增，元素的电负性呈周期性的变化。同周期从左到右，主族元素电负性逐渐增大；同主族从上到下，元素电负性呈现减小的趋势。2元素电负性的应用(1)判断元素的金属性和非金属性及其强弱金属的电负性一般小于1.8，非金属的电负性一般大于1.8，而位于非金属三角区边界的“类金属”(如锗、锑等)的电负性则在1.8左右，它们既有金属性，又有非金属性。金属元素的电负性越小，元素的金属性越强；非金属元素的电负性越大，元素的非金属性越强。(2)判断元素的化合价电负性数值小的元素在化合物中吸引电子的能力弱，元素的化合价为正值；电负性数值大的元素在化合物中吸引电子的能力强，元素的化合价为负值。(3)判断化学键的类型一般认为：如果两个成键元素间的电负性差值大于1.7，它们之间通常形成离子键。如果两个成键元素间的电负性差值小于1.7，它们之间通常形成共价键。(4)解释元素“对角线”规则在元素周期表中，某些主族元素与其右下方的主族元素(如图)的有些性质是相似的，被称为“对角线规则”。这可以由元素的电负性得到解释：li、mg的电负性分别为1.0、1.2；be、al的电负性分别为1.5、1.5；b、si的电负性分别为2.0、1.8。它们的电负性接近，说明它们对键合电子的吸引力相当，表现出它们的性质相似性，如li、mg在空气中燃烧的产物分别为li2o、li3n和mgo、mg3n2；be(oh)2、al(oh)3均属于难溶的两性氢氧化物；b、si的含氧酸都是弱酸等。例2下表是某些短周期元素的电负性(x)值：元素符号libebcofx值1.01.52.02.53.54.0元素符号naalsipsclx值0.91.51.82.12.53.0(1)根据表中数据归纳元素的电负性与原子吸引电子的能力的关系是_。(2)通过分析x值变化规律，确定n、mg最接近的x值范围：_x(mg)_，_x(n)1.7时，它们之间通常形成离子键；x1.7时，通常形成共价键。结合以上问题分析albr3中的化学键类型是_。解析(1)由表中数据可知，电负性越大的元素，其非金属性越强，在反应中越易得到电子。(2)确定x值的范围应注意取同周期递变和同主族递变的交集。(3)分析同周期和同主族元素x值的递变，均可得出x值随原子半径的增大而减小。(4)对比c、n的x值，应用题干中的信息，即可得出共用电子对偏向于n一方。(5)cl与al的x为3.01.51.51.7，br的x值小于cl的x值，故albr3中成键的两原子相应元素的xcsi(3)chsi(4)1s22s22p63s23p63d104s24p2gecl4c(5)共价brbrclh2o=hclhbro解析(1)基态ni原子的外围电子排布式为3d84s2，原子中含有2个未成对电子，第2周期中基态元素原子中含有2个未成对电子的外围电子排布式为2s22p2和2s22p4，分别为c和o元素，而o元素的电负性大于c元素。(2)根据同周期从左到右元素的电负性增大，同主族从上到下元素的电负性减小可知：电负性由强到弱顺序为ocsi。(3)由于元素电负性越大，吸引电子能力越强，根据电子对偏向情况可得电负性大小为chsi。(4)锗是32号元素，核外有32个电子，基态锗(ge)原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p2。ge的外围电子数为4，所以其最高价为4价，氯化物分子式是gecl4。ge是一种金属元素，但最外层电子数为4，金属性不强，故a错误；硫的电负性大于硅，硅的电负性大于锗，所以锗的电负性小于硫，故b错误；锗单质是一种半导体材料，故c正确；d锗的电负性低于碳，锗的第一电离能也低于碳，故d错误。(5)br与cl的电负性差别不大，所以brcl分子中化学键为共价键，由于电负性bry，下列说法错误的是()a第一电离能y可能小于xb气态氢化物的稳定性：hmy大于hnxc最高价含氧酸的酸性：x对应的酸的酸性强于y对应的酸的酸性dx和y形成化合物时，x显负价，y显正价答案b解析据电负性xy，可知原子序数xy，由于同周期元素，所以第一电离能y可能小于x，a正确；氢化物稳定性hmy小于hnx，b错误；最高价含氧酸的酸性x强于y，c正确；电负性值大的吸引电子能力强，化合物中显负价，电负性值小的吸引电子能力弱，化合物中显正价。5回答下列问题：(1)碳原子的核外电子排布式为_。与碳同周期的非金属元素n的第一电离能大于o的第一电离能，原因是_。(2)a、b均为短周期金属元素。依据下表数据，写出b原子的电子排布式：_。电离能/kjmol1i1i2i3i4a9321 82115 39021 771b7381 4517 73310 540(3)下表是第3周期部分元素的电离能单位：ev(电子伏特)数据。元素i1/evi2/evi3/ev甲5.747.471.8乙7.715.180.3丙13.023.940.0丁15.727.640.7下列说法正确的是_(填字母)。a甲的金属性比乙强b乙的化合价为1价c丙不可能为非金属元素d丁一定为金属元素(4)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：元素mnfe电离能/kjmol1i1717759i21 5091 561i33 2482 957锰元素位于第4周期第b族。请写出基态mn2的外围电子排布式_，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_。(5)卤族元素f、cl、br、i的电负性由小到大的顺序是_。(6)基态b原子的电子排布式为_，b和n相比，电负性较大的是_，bn中b元素的化合价为_价。答案(1)1s22s22p2n原子的2p轨道达到半充满结构，比较稳定(2)1s22s22p63s2(3)a(4)3d5由mn2转化为mn3时，3d轨道由较稳定的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轨道由不稳定的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(5)ibrclo。2元素x的各级电离能数据(单位：kjmol1)如下：i1i2i3i4i5i65781 8172 74511 57814 83118 378则元素x的常见价态是()a1 b2 c3 d6答案c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时数值突然增大，说明元素x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。3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kjmol1)：i1i2i3i4r7401 5007 70010 500下列关于元素r的判断中一定正确的是()ar的最高正价为3价br元素位于元素周期表中第a族cr元素的原子最外层共有4个电子dr元素基态原子的电子排布式为1s22s2答案b解析由表中数据i3i2知其最高正价为2价，r元素位于a族，最外层有2个电子，r不一定是be元素。4下列四种元素中，第一电离能由大到小的顺序正确的是()原子含有未成对电子最多的第2周期元素电子排布为1s2的元素周期表中电负性最强的元素原子最外层电子排布为3s23p4的元素abcd无法比较答案a解析根据原子的核外电子排布及元素周期律可知，、分别表示氮、氦、氟和硫，第一电离能由大到小的顺序是hefns，a项正确。二、电负性变化规律及其应用5下列有关电负性的说法中正确的是()a主族元素的电负性大，元素原子的第一电离能一定越大b在元素周期表中，元素电负性从左到右越来越小c金属元素的电负性一定小于非金属元素的电负性d在形成化合物时，电负性越小的元素越容易显示正价答案d解析主族元素原子的电离能、电负性变化趋势基本相同，但电离能有特例，如电负性：on，但第一电离能：no，a项错误；一般来说，在元素周期表中，元素电负性从左到右越来越大，b项错误；一部分过渡元素的电负性大于某些非金属的电负性，c项错误。6下列不是元素电负性应用的是()a判断一种元素是金属还是非金属b判断化合物中元素化合价正负c判断化学键的类型d判断化合物的溶解度答案d解析通常电负性大于1.8的为非金属，小于1.8的为金属，两元素形成化合物时，当其电负性差大于1.7时，形成离子键，小于1.7时形成共价键。7在以离子键为主的化学键中常含有共价键的成分。下列各对原子形成的化学键中共价键成分最少的是()ali，f bna，fcna，cl dmg，o答案b解析所给元素中na的电负性最小，故na的金属性最强，f的电负性最大，故f的非金属性也最强，所以na和f形成的化学键中共价键的成分最少。三、电离能、电负性与元素其它性质的关系8o、s、as 三种元素比较，正确的是() a电负性o s as，原子半径o s as b电负性o s as，原子半径o s asc电负性o s s asd电负性o s as，原子半径o s as答案a9下列说法正确的是( )a氦是电负性最大、非金属性最强的元素b铯是电负性最小、金属性最强的元素c元素的第一电离能no，单质的活泼性n2o2d元素的第一电离能mgal，单质的金属活泼性mgal答案d解析a项电负性最大、非金属性最强的为氟元素；b项中，在现已知的元素中，电负性比铯(a族、第6周期)小的还有钫(a族、第7周期)；c项中，单质的活泼性o2n2。能力提升10请完成下列各题。(1)在第3周期中：第一电离能最小的元素是_(填元素符号，下同)，第一电离能最大的元素是_，电负性最大的元素是_。(2)在第2周期中，元素第一电离能比硼元素第一电离能小的元素有_种，第3周期中，元素第一电离能比硫元素第一电离能大的元素有_种。(3)第3周期元素的基态原子与基态cu原子未成对电子数相同，且电负性最大的元素是_。(4)硒为第4周期元素，相邻的元素有as和br，则三种元素的第一电离能从大到小的顺序为_。as和br元素第一电离能大小不同的理由是_。as和se元素第一电离能大小不同的理由是_。答案(1)naarcl(2)13(3)cl(4)brasseas和br位于同一周期，br的原子半径小于as的原子半径，br的核电荷数多于as的核电荷数，br原子吸引电子的能力强于asse原子最外层电子排布为4s24p4，而as原子最外层电子排布为4s24p3,4p轨道处于半充满稳定状态11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周期元素中第一电离能(i1)最大的是_(用字母表示，下同)，c和f的i1大小关系是_。(2)上述元素中，原子中未成对电子数最多的是_，写出该元素的电子排布式：_。(3)概括下表所提供的电离能数据(单位：kjmol1)，回答下列问题：锂xyi1519502580i27 2964 5701 820i311 7996 9202 750i49 55011 600通过上述信息和表中的数据分析为什么锂原子失去核外第二个电子时所需的能量要远远大于失去第一个电子所需的能量：_。表中x可能为以上13种元素中的_元素，用元素符号表示x和j所能形成的化合物的化学式是_。y是周期表中的_族的元素。答案(1)mcf(2)i1s22s22p63s23p3(3)锂原子失去核外第一个电子后即达到稳定结构，所以锂原子失去核外第二个电子时所需的能量要远远大于失去第一个电子所需的能量ana2o和na2o2a解析(1)周期表中所列13种元素分别是na、h、mg、sr、sc、al、ge、c、p、o、te、cl、ar，其中na、mg、al、p、cl、ar属于第3周期，原子最稳定的是ar，故其i1最大，mg、al的核外电子排布分别为1s22s22p63s2、1s22s22p63s23p1，mg中3s2为全满状态，故其i1比al的i1大。(2)i元素最外层电子排布为3s23p3，有3个未成对电子，是最多的。(3)锂原子失去1个电子后即达到稳定状态，因此很难再失去一个电子；由表中数据可以看出，锂和x的i1均比i2、i3小很多，说明x与li同主族，且x的i1比li的i1更小，说明x的金属性比锂更强，则x为na(即a)；由y的电离能数据可以看出，它的i1、i2、i3比i4小得多，故y原子属于a族元素。12根据下列五种元素的电离能数据(单位：kjmol1)，回答下面问题：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，最可能处于同一族的是_(填字母，下同)。aq和r bs和tct和u dr和ter和u(2)电解它们的熔融氯化物，阴极电极反应式最可能正确的是_。aq22eq br22ercs33es dt33eteu22eu(3)它们的氯化物的化学式，最可能正确的是_。aqcl2brclcscl3dtcleucl4(4)下列元素中，化学性质和物理性质最像q元素的是_。a硼(1s22s22p1) b铍(1s22s2)c锂(1s22s1) d氢(1s1)e氦(1s2)答案(1)e(2)d(3)b(4)e解析五种元素的各级电离能中发生突跃式增大的情况是：r有i2i1、s有i3i2、t有i4i3、u有i2i1，化合价分别为1、2、3、1价。q的第一电离能比其他元素的第一电离能明显高很多，最有可能为稀有气体。(1)只有r和u电离能发生突变的情况相同，r和u均为1价，原子最外层均为一个电子，位于a族。(2)电解它们的熔融氯化物，阴极电极反应式为相应价态的阳离子得电子被还原，q不能形成q2，r和u形成r和u，s形成s2，t可形成t3，只有选项d正确。(3)q是稀有气体，不能形成qcl2，r、s、t、u的最高正价分别为1、2、3、1价，只有b正确。(4)q的第一电离能比其他元素的第一电离能明显高很多，最有可能为稀有气体。13回答下列问题：(1)已知元素的电负性和元素的化合价一样，也是元素的一种基本性质，下面给出14种元素的电负性。元素albbecclfli电负性1.52.01.52.53.04.01.0元素mgnnaopssi电负性1.23.00.93.52.12.51.8判断下列化合物中属于离子化合物的是_(填字母)。amg3n2 bbecl2 calcl3 dsic已知pcl3、ncl3均能发生水解反应。pcl3水解反应的化学方程式为_；ncl3水解产物为_。(2)观察li、be、mg、al在元素周期表中的位置回答：铍的最高价氧化物的水化物是_(填“酸性”、“碱性”或“两性”)化合物，证明这一结论的有关离子方程式是_。根据mg在空气中的燃烧情况，li在空气中燃烧生成产物为_(用化学式表示)。(3)现有核电荷数小于20的元素a，其电离能数据如下：(i1表示原子失去第1个电子的电离能；in表示原子失去第n个电子的电离能，单位：102 kjmol1)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外层电子离核越远，能量越高，电离能越_(填“大”或“小”)；阳离子电荷数越高，失去电子时，电离能越_(填“大”或“小”)。上述11个电子分属_个电子层。失去了11个电子后，该元素还有_个电子。该元素最高价氧化物对应水化物的化学式是_。答案(1)apcl33h2o=h3po33hclhclo、nh3h2o(2)两性be(oh)22oh=beo2h2o，be(oh)22h=be22h2oli2o、li3n(3)小大31mg(oh)2解析(1)据已知条件及表中数值：mg3n2中电负性差值为1.8，大于1.7，形成离子键，为离子化合物；becl2、alcl3、sic电负性差值分别为1.5、1.5、0.7，均小于1.7，形成共价键，为共价化合物。水解反应前后各元素的化合价不变，cl的电负性大于p，所以在pcl3中p为3价，cl为1价，则在pcl3水解的产物中p的化合价是3价，cl的化合价是1价，pcl3水解反应的化学方程式为pcl33h2o=h3po33hcl。水解反应前后各元素的化合价不变，由题意知ncl3中n的化合价为3价，cl的化合价为1价，则在ncl3水解的产物中n的化合价是3价，cl的化合价是1价，其水解产物是hclo和nh3h2o。(2)利用“对