2024-2025學(xué)年高中化學(xué)第1章第3節(jié)第1課時(shí)電離能及其變化規(guī)律教案魯科版選修3

PAGEPAGE12第1課時(shí)電離能及其改變規(guī)律[學(xué)習(xí)目標(biāo)定位]1.知道原子結(jié)構(gòu)與元素性質(zhì)間的關(guān)系規(guī)律。2.正確理解元素電離能的含義及其改變規(guī)律，會(huì)用電離能的概念分析說明元素的某些性質(zhì)。一元素的電離能及其改變規(guī)律1．元素的電離能(1)電離能的概念：氣態(tài)原子或氣態(tài)離子失去一個(gè)電子所須要的最小能量叫做電離能，常用符號(hào)I表示，單位為kJ·mol－1。電離能越小，表示在氣態(tài)時(shí)該原子越簡(jiǎn)單失去電子；反之，電離能越大，表示在氣態(tài)時(shí)該原子越難失去電子。(2)第一電離能是處于基態(tài)的氣態(tài)原子失去一個(gè)電子，生成＋1價(jià)氣態(tài)陽離子所須要的能量，符號(hào)為I1。M(g)=M＋(g)＋e－I1原子為基態(tài)時(shí)，失去電子時(shí)消耗的能量最低。(3)其次電離能是由＋1價(jià)氣態(tài)陽離子再失去一個(gè)電子形成＋2價(jià)氣態(tài)陽離子所須要的能量，符號(hào)為I2。依次還有第三電離能I3，第四電離能I4等。M＋(g)=M2＋(g)＋e－I2M2＋(g)=M3＋(g)＋e－I3同一元素的電離能按I1、I2、I3……依次，改變規(guī)律是依次增大。2．元素第一電離能改變規(guī)律(1)元素第一電離能的改變趨勢(shì)如下圖所示：(2)視察分析上圖，回答下列問題：①同一周期元素的第一電離能有怎樣的改變規(guī)律？其緣由是什么？答案同一周期，從左到右，第一電離能總體上漸漸增大，表示元素原子越來越難失去電子。緣由：隨著核電荷數(shù)增大，原子半徑漸漸減小，核對(duì)外層電子的有效吸引作用依次增加。②同一主族元素的第一電離能有怎樣的改變規(guī)律？其緣由是什么？答案同一主族，自上而下，第一電離能漸漸減小，表明元素原子越來越簡(jiǎn)單失去電子。緣由：同主族元素原子的價(jià)電子數(shù)相同，原子半徑漸漸增大，原子核對(duì)核外電子的有效吸引作用漸漸減弱。③過渡元素的第一電離能改變有何特點(diǎn)？其緣由是什么？答案過渡元素的第一電離能改變不太規(guī)則，同一周期，從左到右，第一電離能略有增加。緣由：對(duì)這些元素的原子來說，增加的電子大部分排布在(n－1)d或(n－2)f軌道上，原子核對(duì)外層電子的有效吸引作用改變不是太大。④氮、磷、鎂、鋅等元素的第一電離能的改變出現(xiàn)反常的緣由是什么？答案能量相同的軌道具有全充溢、半充溢及全空的電子構(gòu)型的元素穩(wěn)定性較高，其第一電離能數(shù)值較大。如稀有氣體的電離能在同周期元素中最大，N、P的p軌道為半充溢，Mg的p軌道為全空狀態(tài)，Zn的d軌道為全充溢，其第一電離能均比同周期相鄰元素大。[歸納總結(jié)]1．電離能數(shù)值的大小主要取決于原子的核電荷數(shù)、原子半徑及原子的電子構(gòu)型。2．同周期元素，隨著Z增大，I1增大。堿金屬元素的第一電離能最小。稀有氣體元素的第一電離能最大。同主族元素，隨著n增大，I1減小。3．當(dāng)相鄰逐級(jí)電離能突然變大時(shí)說明電子的電子層發(fā)生了改變，即同一電子層中電離能相近，不同電子層中電離能有很大的差距。[活學(xué)活用]1．下列說法中不正確的是()A．同族元素，隨著電子層數(shù)的增加，I1漸漸增大B．同周期元素，隨著核電荷數(shù)的增加，I1漸漸增大C．通常狀況下，電離能I1<I2<I3D．電離能越小，元素的金屬性越強(qiáng)答案A解析同族元素，隨著電子層數(shù)增加，原子半徑增大，原子核對(duì)核外電子的有效吸引作用漸漸減弱，越來越簡(jiǎn)單失去電子，第一電離能漸漸減小，故A錯(cuò)。2．下列敘述中正確的是()A．第3周期所含元素中鈉的第一電離能最小B．鋁的第一電離能比鎂的第一電離能大C．在全部元素中，氟的第一電離能最大D．鉀的第一電離能比鎂的第一電離能大答案A解析同周期中堿金屬的第一電離能最小，稀有氣體的第一電離能最大，故A正確，C不正確；由于鎂的價(jià)電子排布為3s2(3p軌道全空)，而Al的價(jià)電子排布為3s23p1，故鋁的第一電離能小于鎂的，B不正確；鉀比鎂活潑更易失電子，鉀的第一電離能小于鎂，D錯(cuò)誤。二電離能的應(yīng)用1．比較金屬的活潑性和元素的金屬性堿金屬元素的第一電離能越小，堿金屬元素的原子越簡(jiǎn)單失去電子，堿金屬的活潑性越強(qiáng)；一般狀況下，元素的第一電離能越小，元素的金屬性越強(qiáng)。2．推斷原子易失去電子的數(shù)目和元素的化合價(jià)下表為Na、Mg、Al的電離能(kJ·mol－1)。元素eq\x(電離能)NaMgAlI1496738577I2456214511817I3691277332745I495431054011575分析上表中各元素電離能的改變，回答下列問題：(1)鈉原子為什么簡(jiǎn)單失去1個(gè)電子成為＋1價(jià)的陽離子？答案鈉原子的I2?I1，說明鈉原子很簡(jiǎn)單失去1個(gè)電子成為＋1價(jià)陽離子，形成Na＋：1s22s22p6穩(wěn)定結(jié)構(gòu)后，核對(duì)外層電子的有效吸引作用變得更強(qiáng)。因此，鈉元素常見價(jià)態(tài)為＋1價(jià)。一般狀況下，鈉原子不能形成＋2價(jià)陽離子。(2)上表中能夠說明鎂、鋁原子通常分別形成Mg2＋、Al3＋的依據(jù)是什么？答案說明鎂原子通常形成＋2價(jià)陽離子的依據(jù)是I3?I2。說明鋁原子通常形成＋3價(jià)陽離子的依據(jù)是I4?I3。[歸納總結(jié)]1．通常狀況下：同一元素的電離能逐級(jí)增大。因?yàn)殡x子的電荷正值越來越大，離子半徑越來越小，所以失去這些電子漸漸變難，須要的能量越來越高。2．由于電子是分層排布的，內(nèi)層電子比外層電子難失去，因此元素的電離能會(huì)發(fā)生突變。[活學(xué)活用]3．元素的第一電離能是衡量元素金屬性強(qiáng)弱的一種尺度。下列有關(guān)說法正確的是()A．元素的第一電離能越大，其金屬性越強(qiáng)B．元素的第一電離能越小，其金屬性越強(qiáng)C．金屬單質(zhì)跟酸反應(yīng)的難易，只跟該金屬元素的第一電離能有關(guān)D．金屬單質(zhì)跟酸反應(yīng)的難易，只與金屬原子失去電子數(shù)目多少有關(guān)答案B4．下列原子的價(jià)電子排布式中，對(duì)應(yīng)的第一電離能最大的是()A．3s23p1 B．3s23p2C．3s23p3 D．3s23p4答案C解析由于能量3p>3s，因而先失去3p軌道上的電子，而C項(xiàng)3s23p3中3p軌道半充溢，是較穩(wěn)定狀態(tài)，因而更難失去第1個(gè)電子。當(dāng)堂檢測(cè)1．下列關(guān)于電離能的理解中錯(cuò)誤的是()A．電離能可以表示原子或離子失去電子的難易程度B．某原子的電離能越小，表示在氣態(tài)時(shí)該原子越簡(jiǎn)單失去電子C．其次電離能是氣態(tài)＋1價(jià)陽離子失去一個(gè)電子所須要的最小能量D．電離能跟金屬活動(dòng)性依次是對(duì)應(yīng)的答案D解析電離能小的元素原子易失電子，大的易得電子，所以A、B對(duì)；C為其次電離能的定義，C對(duì)；D中，電離能有時(shí)并不和金屬活動(dòng)性依次一一對(duì)應(yīng)，像Na和Ca，因?yàn)槎叩沫h(huán)境不一樣。2．下列各組元素，按原子半徑依次減小、元素第一電離能漸漸上升的依次排列的是()A．K、Na、Li B．Al、Mg、NaC．N、O、C D．Cl、S、P答案A解析本題考查了元素第一電離能的遞變規(guī)律。由同周期從左到右，元素的第一電離能漸漸增大知，B、C、D選項(xiàng)中均漸漸降低；同主族中，從上到下，第一電離能漸漸減小，故A漸漸上升。ⅡA族中的Be、Mg、Ca及ⅤA族的N、P、As第一電離能出現(xiàn)反?，F(xiàn)象。3．下列選項(xiàng)中，其次電離能最大的元素所具有的電子層結(jié)構(gòu)為()A．1s2 B．1s22s1C．1s22s2 D．1s22s22p1答案B解析I2最大的元素失去的應(yīng)是內(nèi)層上已達(dá)穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的電子層上的電子。4．下表列出了某短周期元素R的各級(jí)電離能數(shù)據(jù)(用I1、I2……表示，單位為kJ·mol－1)I1I2I3I4……R7401500770010500……下列關(guān)于元素R的推斷中肯定正確的是()A．R的最高正價(jià)為＋3價(jià)B．R元素位于元素周期表中第ⅡA族C．R元素的原子最外層共有4個(gè)電子D．R元素基態(tài)原子的電子排布式為1s22s2答案B解析由表中數(shù)據(jù)I3?I2知其最高正價(jià)為＋2價(jià)，R元素位于ⅡA族，最外層有2個(gè)電子，R不肯定是Be元素。5．短周期元素X和Y可形成離子化合物，X的陽離子與Y的陰離子相差一個(gè)電子層，下列敘述正確的是()A．X和Y肯定位于周期表中同一周期B．X肯定是金屬元素，Y肯定是非金屬元素C．X的最高價(jià)肯定比Y的最高價(jià)低D．X的原子半徑不肯定比Y的大答案B解析題意沒有詳細(xì)說出X的陽離子比Y的陰離子多一個(gè)電子層，還是少一個(gè)電子層。例如，H－和Na＋是相差一個(gè)電子層，但不位于同一周期；形成離子型化合物，且是兩種原子形成，則其中一種必需是金屬元素，另一種為非金屬元素；金屬的價(jià)態(tài)(短周期)最高為＋3價(jià)，而非金屬價(jià)態(tài)最低為－4價(jià)，最高為＋7價(jià)。40分鐘課時(shí)作業(yè)[基礎(chǔ)過關(guān)]一、電離能及其改變規(guī)律1．下列有關(guān)電離能的說法中，正確的是()A．第一電離能越大的原子失電子的實(shí)力越強(qiáng)B．第一電離能是元素的原子失去核外第一個(gè)電子須要的能量C．同一周期中，主族元素原子第一電離能從左到右越來越大D．可通過一種元素各級(jí)電離能的數(shù)值，推斷元素可能的化合價(jià)答案D解析A項(xiàng)元素原子的第一電離能越大，表示該元素的原子越難失去電子；B項(xiàng)電離能是氣態(tài)原子或離子失去核外一個(gè)電子須要的最低能量；C項(xiàng)從總的改變趨勢(shì)上看，同一周期中第一電離能從左到右漸漸增大，但有反常，如N>O。2．下列敘述中正確的是()A．同周期元素中，ⅦA族元素的原子半徑最大B．ⅥA族元素的原子，其半徑越大，越簡(jiǎn)單得到電子C．同一元素的電離能I1>I2>I3>I4…D．同一周期中，堿金屬元素的第一電離能最小答案D解析本題主要考查元素周期表中，同周期、同主族元素性質(zhì)的一些遞變規(guī)律。同周期，從左到右，原子半徑漸漸減小，得電子實(shí)力漸漸增加。A項(xiàng)錯(cuò)，在同周期元素中ⅦA族元素的原子半徑最小；B項(xiàng)不正確，因?yàn)樵谕髯逶刂校影霃皆酱螅诫y得電子；同一元素的電離能漸漸增大，I1<I2<I3<I4…，故選項(xiàng)C不正確；同周期中，堿金屬元素的第一電離能最小，D項(xiàng)正確。3．下列電子構(gòu)型的原子中，第一電離能最小的是()A．ns2np3 B．ns2np4 C．ns2np5 D．ns2np6答案B解析ns2np3處在半充溢狀態(tài)，ns2np6處在全充溢狀態(tài)，均是能量較低的狀態(tài)；而ns2np4和ns2np5中，ns2np4簡(jiǎn)單失去一個(gè)電子變成ns2np3半充溢的較穩(wěn)定狀態(tài)，因此第一電離能最小，故B正確。4．同周期的第ⅡA、ⅤA族的元素的第一電離能作為特例比相鄰兩元素的都高。在①P和S，②Mg和Al，③F和Ne三組原子中，分別找出第一電離能較高的原子，這三種原子的原子序數(shù)之和是()A．35 B．36 C．37 D．38答案C解析在三組原子中第一電離能較大的分別為P、Mg、Ne，其原子序數(shù)之和為37。二、電離能數(shù)據(jù)的分析及應(yīng)用5．元素X的各級(jí)電離能數(shù)據(jù)如下：I1I2I3I4I5I6I/(kJ·mol－1)57818172745115781483118378則元素X的常見價(jià)態(tài)是()A．＋1 B．＋2 C．＋3 D．＋6答案C解析對(duì)比表中電離能數(shù)據(jù)可知，I1、I2、I3電離能數(shù)值相對(duì)較小，至I4數(shù)值突然增大，說明元素X的原子中，有3個(gè)電子簡(jiǎn)單失去，因此，該元素的常見化合價(jià)為＋3。6．某元素的逐級(jí)電離能(kJ·mol－1)分別為740、1500、7700、10500、13600、18000、21700，當(dāng)它與氯反應(yīng)時(shí)最可能生成的陽離子是()A．X＋ B．X2＋ C．X3＋ D．X4＋答案B解析可以依據(jù)電離能數(shù)據(jù)推斷其最高正價(jià)。I3?I2，說明易失去2個(gè)電子達(dá)穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，為＋2價(jià)，離子符號(hào)為X2＋。7．在下列各組元素中，有一組原子的第一電離能分別是1086kJ·mol－1、1402kJ·mol－1、1313kJ·mol－1。那么這組元素是()A．C、N、O B．F、Ne、NaC．Be、B、C D．S、Cl、Ar答案A解析通過數(shù)據(jù)分析，第一電離能先增大后減小，N原子的核外電子排布式為1s22s22p3，由于處于半充溢的穩(wěn)定狀態(tài)，失去電子較難，因此其第一電離能大于O。三、電離能圖像題例析8．下圖表示前18號(hào)元素的原子序數(shù)和氣態(tài)原子失去核外第一個(gè)電子所需的能量(kJ·mol－1)的改變圖像。其中A、B、C各點(diǎn)表示的元素是()A．N、S、P B．F、Cl、OC．He、Ne、Ar D．Si、C、B答案C解析A、B、C的第一電離能是各自周期中最大的，即最難失電子，故A、B、C是各自周期中的稀有氣體元素He、Ne、Ar。9．分析下列圖或表，回答問題(1)短周期某主族元素M的電離能狀況如圖所示。則M元素位于周期表的第________族。(2)第4周期中鐵、錳兩元素的部分電離能數(shù)據(jù)列于下表：元素MnFe電離能/kJ·mol－1I1717759I215091561I332482957由表中數(shù)據(jù)可知，Mn元素價(jià)電子層的電子排布式為__________，比較兩元素的I2、I3可知，氣態(tài)Mn2＋再失去一個(gè)電子比氣態(tài)Fe2＋再失去一個(gè)電子難，對(duì)此，你的說明是__________________________。答案(1)ⅡA(2)3d54s2由Mn2＋轉(zhuǎn)化為Mn3＋時(shí)，3d能級(jí)由較穩(wěn)定的3d5半充溢狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)椴环€(wěn)定的3d4狀態(tài)(或Fe2＋轉(zhuǎn)化為Fe3＋時(shí)，3d能級(jí)由不穩(wěn)定的3d6狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)檩^穩(wěn)定的3d5半充溢狀態(tài))解析(1)元素M的各級(jí)電離能逐級(jí)增大，I1和I2差別較小，但I(xiàn)3?I2>I1，I3突躍式變大，即失去2個(gè)電子后，再失去電子變?yōu)椋?價(jià)陽離子卻特別困難，說明元素M失去2個(gè)電子后達(dá)到穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。(2)Mn2＋為3d5的半充溢狀態(tài)，很難失去電子，而Fe2＋為3d6，失去一個(gè)電子，即變?yōu)榘氤湟绲?d5狀態(tài)，所以Fe2＋比Mn2＋易失去電子。[實(shí)力提升]10．如圖是部分元素原子的第一電離能I1隨原子序數(shù)改變的曲線圖。請(qǐng)回答以下問題：(1)細(xì)致分析圖中同周期元素第一電離能的改變規(guī)律，將Na～Ar之間六種元素用短線連接起來，構(gòu)成完整的圖像。(2)由圖分析可知，同一主族元素原子的第一電離能I1改變規(guī)律是_______________。(3)圖中5號(hào)元素在周期表中的位置是_____________________________________。(4)圖中出現(xiàn)的元素中最活潑的金屬元素為________。(5)寫出圖中6號(hào)元素的價(jià)電子排布式________。答案(1)(2)從上到下依次減小(3)第3周期第ⅤA族(4)Rb(5)3s23p5解析(1)參考第2周期Li～Ne的圖像作圖。(2)同主族元素第一電離能I1改變規(guī)律是從上到下依次減小。(3)圖中5號(hào)元素在周期表中的位置是第3周期第ⅤA族。(4)因同主族元素隨著原子序數(shù)的增加I1漸漸減小，而1個(gè)周期中第ⅠA族元素的電離能最小，故圖中所列的最活潑的金屬為Rb。(5)圖中6號(hào)元素為Cl，電子排布式為1s22s22p63s23p5，故價(jià)電子排布式為3s23p5。11．不同元素的氣態(tài)原子失去最外層一個(gè)電子所須要的能量I1如下圖所示。試依據(jù)元素在周期表中的位置，分析圖中曲線的改變特點(diǎn)，并回答下列問題。(1)同主族內(nèi)不同元素原子的I1改變的特點(diǎn)是______，各主族中I1的這種改變特點(diǎn)體現(xiàn)了元素性質(zhì)的______改變規(guī)律。(2)同周期內(nèi)，隨原子序數(shù)增大，I1增大。但個(gè)別元素的I1出現(xiàn)反常，試預(yù)料下列關(guān)系中正確的是________(填序號(hào))。①I1(砷)>I1(硒)②I1(砷)<I1(硒)③I1(溴)>I1(硒)④I1(溴)<I1(硒)(3)10號(hào)元素I1較大的緣由是____________________________________________。答案(1)隨著原子序數(shù)增大，I1變小周期性(2)①③(3)10號(hào)元素是氖，該元素的原子最外層電子排布已達(dá)到8電子的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)解析(1)從Li、Na、K等可以看出，同主族元素隨原子序數(shù)的增大，I1變?。籋到He、Li到Ne、Na到Ar呈現(xiàn)明顯的周期性改變。(2)考查第一電離能與洪特規(guī)則的關(guān)系。同一周期元素的第一電離能存在一些反常，這與它們的原子價(jià)電子排布的特征有關(guān)。如鎂的第一電離能比鋁的大，磷的第一電離能比硫的大?；疽?guī)律：當(dāng)原子核外電子排布在能量相等的軌道上形成全空(p0、d0、f0)、半滿(p3、d5、f7)和全滿(p6、d10、f14)狀態(tài)時(shí)，原子的能量較低，該元素具有較大的第一電離能。從第2、3周期可以看出第ⅢA、第ⅥA族元素比同周期相鄰兩種元素的I1都低，由此可以推想：I1(砷)>I1(硒)，I1(溴)>I1(硒)。(3)10號(hào)元素是稀有氣體元素氖，已達(dá)到穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，此時(shí)失去一個(gè)電子就須要很高的能量。12．下表是幾種短周期金屬元素原子的逐級(jí)電離能：元素XYZ電離能(kJ·mol－1)I1519502580I2729645701820I31179969202750I4955011600請(qǐng)細(xì)致閱讀表中信息，回答下列問題：(1)由表中數(shù)據(jù)可知，從第一電離能到第四電離能，原子的逐級(jí)電離能越來越大，緣由是________________________________________________________________________。(2)X的元素符號(hào)是________，Z元素常見的最高正化合價(jià)是________。答案(1)隨著電子的漸漸失去，陽離子所帶的正電荷數(shù)越來越