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第1章原子结构第3节原子结构与元素性质第1课时电离能及其变化规律目标与素养：1.理解电离能的概念及第一电离能的周期性变化规律。(宏观辨识与微观探析)2.能运用电离能解释元素的性质及第一电离能与原子半径、核外电子排布周期性变化的关系。(科学探究)自主预习探新知一、电离能及其意义1．电离能(1)概念：或失去一个电子所需要的最小能量。(2)符号：，单位：。2．电离能的分类M(g)――――――――――→失去1个e－M＋(g)―――――――――→第二电离能（I2）失去1个e－――――――――――→第三电离能（I3）失去1个e－…且I1I2I3。气态原子气态离子IkJ·mol－1第一电离能（I1）M2＋(g)M3＋(g)＜＜3．电离能的意义(1)电离能越小，该气态原子越失去电子。(2)电离能越大，该气态原子越失去电子。(3)运用电离能数值可以判断原子在气态时电子的难易程度。一、电离能及其意义容易难金属失去二、电离能变化规律及其影响因素1．递变规律(1)(2)同种元素的原子，电离能逐级。增大减小增大2．影响因素二、电离能变化规律及其影响因素核电荷数电子层1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)(1)氮原子的原子半径及第一电离能都比氧原子的大。()(2)M(g)―→M2＋(g)＋2e－所需能量不是第二电离能。()(3)因同周期元素的原子半径从左到右逐渐减小，故第一电离能依次增大。()(4)同周期元素，碱金属元素的第一电离能最小，稀有气体元素的最大。()√√×√A[B项镁的电离能I3≫I2，则镁常显＋2价；C项Na原子在基态和激发态时失去1个电子所需能量不相同；D项对同一原子的电离能来说I1I2I3，故选A。]2．下列关于电离能的说法正确的是()A．同主族元素，自上而下第一电离能逐渐减小，金属性逐渐增强B．钠的电离能I2≫I1，说明钠元素常显＋1价，镁的电离能I3≫I2，则镁常显＋1和＋2价C．Na原子在不同状态失去1个电子所需能量相同D．同一原子的电离能大小I1＞I2＞I3D[元素原子的第一电离能越大，表示该元素的原子越难失去电子，A不正确；电离能是气态原子或离子失去核外一个电子需要的最低能量，B不正确；从总的变化趋势上看，同一周期中第一电离能从左到右逐渐增大，但有反常，如N＞O，C不正确。]3．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核心突破攻重难1.元素第一电离能的变化趋势图元素的第一电离能的周期性变化影响电离能的因素2．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，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，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。(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ⅡA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，ⅤA族N、P等元素原子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，所以它们比左右相邻的元素的第一电离能大。3．逐级电离能(1)定义：原子的＋1价气态基态离子再失去1个电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：M(g)===M＋(g)＋e－I1(第一电离能)；M＋(g)===M2＋(g)＋e－I2(第二电离能)；M2＋(g)===M3＋(g)＋e－I3(第三电离能)。(2)变化规律①同一元素的逐级电离能是逐渐增大的，即I1I2I3……，这是由于原子失去一个电子变成＋1价阳离子后，半径变小，核电荷数未变而电子数目变少，核对电子的吸引作用增强，因而第二个电子比第一个电子难于失去，失去第二个电子比失去第一个电子需要更多的能量。同理，I3I2、I4I3、……、In＋1In。②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的值分别是(单位为kJ·mol－1)496、4562、6912，在I1和I2之间发生突变。【典例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)。(1)认真分析图中同周期元素第一电离能的变化规律，推断Na～Ar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ⅠA族元素的第一电离能最小，而ⅢA族元素的第一电离能小于ⅡA族元素的第一电离能，故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ⅠA族。[答案](1)NaMg(2)从上到下依次减小(3)5ⅠA解答此类问题的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。A[同周期中碱金属元素的第一电离能最小，稀有气体最大，故A正确，C不正确。由于Mg的价电子构型为3s2，而Al为3s23p1，故铝的第一电离能小于镁的，B不正确。钾比镁更易失电子，钾的第一电离能小于镁的，D不正确。]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。电离能的应用(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于失去，因此会发生突变)，如Mg原子的I1、I2、I3的值分别是(单位为kJ·mol－1)738、1451、7733，在I2和I3之间发生突变。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496kJ·mol－1，钙的第一电离能和第二电离能分别为590kJ·mol－1、1145kJ·mol－1，表明钠原子比钙原子在气态更易失去电子，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。B[该元素原子电离能数据突跃发生在第二、第三电离能上，故其最外层有2个电子，可形成＋2价阳离子。]【典例2】某元素的各级电离能(kJ·mol－1)分别为740、1500、7700、10500、13600、18000、21700，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＋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。2．(2019·全国Ⅰ卷)下列状态的镁中，电离最外层一个电子所需能量最大的是________(填标号)。[答案]AC[第一电离能仅表示失去一个电子时所需要的能量，所以看不出化合价、核外电子的排布情况。]3．从元素原子的第一电离能数据的大小可以判断出()A．元素原子得电子的难易B．元素的主要化合价C．元素原子失电子的难易D．核外电子是分层排布的当堂达标提素养A[第一电离能呈周期性变化，特别是主族元素规律性相当强。同周期主族元素从左到右第一电离能呈增大趋势，同主族元素从上而下第一电离能减小。但ⅡA族与ⅢA族、ⅤA族与ⅥA族的第一电离能大小呈现特殊情况，同周期中第一电离能关系ⅡA族ⅢA族、ⅤA族ⅥA族。]1．下列元素第一电离能大小顺序中，正确的是()A．BeBMgB．BMgBeC．BAlMgD．AlBeMgB[由元素原子各级电离能递增数据分析：I3≫I2，所以这种元素最外层应有2个电子，族序数为ⅡA族。]2．某主族元素原子的第一、二、三、四各级电离能依次为899kJ·mol－1、1757kJ·mol－1、14840kJ·mol－1、18025kJ·mol－1，试分析该元素所在的族序数为()A．ⅠA族B．ⅡA族C．ⅢA族D．ⅣA族3．如表所示是第3周期部分元素的电离能(单位：kJ·mol－1)：电离能元素I1I2I3甲49645626912乙73814517733丙125122983822丁152026663931下列说法正确的是()A．甲的金属性比乙强B．乙的常见化合价为＋1C．丙不可能为非金属元素D．丁一定为金属元素A[甲、乙、丙、丁为第3周期元素，由题给表格数据可知，甲的I1≪I2，说明甲最外层有1个电子，易失去1个电子达到稳定结构，所以甲为Na，乙的I2≪I3，说明乙易失去2个电子达到稳定结构，所以乙为Mg，故甲的金属性比乙强，A项正确；乙的常见化合价应为＋2，B项不正确；丙的I1、I2、I3相差不大且丙失去电子较难，所以可能是非金属元素，C项不正确；丁失去电子比丙还难，而第3周期只有3种金属元素，可知丁一定是非金属元素，D项不正确。]4．A、B、C、D四种元素，已知A元素是地壳中含量最多的元素；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ACD．C元素的第二电离能远大于第一电离能C[地壳中含量最多的元素为氧；由题意知B元素K层和L层电子数之和为10，则M层为8个，N层为2个，故B元素为钙；C是第3周期第一电离能最小的元素，为钠；第3周期中第一电离能最大的元素为氩。C项中，A的简单离子O2－和C的简单离子Na＋具有相同的电子层结构，根据“序大径小”的规律知r(O2－)r(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，I2≫I1。]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224.9266.0327.9367.41761…(1)电子离核越远，能量越高，电离能越________(填“大”或“小”