高中化學(xué)-131-電離能及其變化規(guī)律課件-魯科版選修3

121.主族元素原子得失電子能力的規(guī)律人們可以定性地從原子半徑和價電子數(shù)來分析周期表中元素原子得、失電子能力所呈現(xiàn)的遞變規(guī)律。(1)同周期元素原子的電子層數(shù)相同,從左到右原子半徑逐漸減小,有效核電荷數(shù)依次增大,原子核對電子的吸引作用逐漸增強,因而原子失去電子的能力越來越弱,獲得電子的能力越來越強。(2)同主族元素原子的價電子數(shù)相同,但自上而下原子半徑逐漸增大,原子核對最外層電子吸引作用逐漸減弱。所以金屬元素原子失去電子的能力越來越強,非金屬元素原子獲得電子的能力越來越弱。位于元素周期表中金屬元素與非金屬元素分界線附近的元素的原子獲得或失去電子的能力都居中。122.電離能(1)電離能的定義:氣態(tài)原子或氣態(tài)離子失去一個電子所需要的最小能量叫做電離能,常用符號I表示,單位為kJ·mol-1。電離能越小,表示在氣態(tài)時該原子越容易失去電子;反之,電離能越大,表明在氣態(tài)時該原子越難失去電子。12(2)規(guī)律:通過觀察可以發(fā)現(xiàn),對同一周期的元素而言,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;從左到右,元素的第一電離能在總體上呈現(xiàn)從小到大的變化趨勢,表示元素原子越來越難失去電子。短周期元素的這種遞變更為明顯,這是同周期元素原子電子層數(shù)相同,但隨著核電荷數(shù)增大和原子半徑減小,核對外層電子的有效吸引作用依次增強的必然結(jié)果。同主族元素,自上而下第一電離能逐漸減小,表明自上而下原子越來越容易失去電子。這是因為同主族元素原子的價電子數(shù)相同,原子半徑逐漸增大,原子核對核外電子的有效吸引作用逐漸減弱。過渡元素的第一電離能的變化不太規(guī)則,隨元素原子序數(shù)的增加第一電離能從左到右略有增加。這是因為對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,原子核對外層電子的有效吸引作用變化不是太大。12(3)元素的化合價與價電子排布的關(guān)系:除Ⅷ族的某些元素和0族元素外,元素的最高化合價等于它所在族的序數(shù)。非金屬元素的最高化合價和它的負(fù)化合價的絕對值之和等于8(氫元素除外);稀有氣體元素原子的電子層結(jié)構(gòu)是全充滿的穩(wěn)定結(jié)構(gòu),其原子既不易失去電子也不易得到電子,因此稀有氣體元素的化合價在通常情況下為0;過渡金屬元素的價電子較多,但所具有的能量相差不大,因此具有多種價態(tài),如錳元素的化合價為+2~+7。探究一探究二問題引導(dǎo)名師精講即時檢測探究一

影響電離能的因素1.觀察分析下表電離能數(shù)據(jù)回答問題:為什么鋰元素易形成Li+,而不易形成Li2+;鎂元素易形成Mg2+,而不易形成Mg3+?提示：從表中數(shù)據(jù)可知,Li元素的I2遠(yuǎn)大于I1,因此Li容易失去第一個電子,而不易失去第二個電子,即Li易形成Li+,而不易形成

。鎂元素的I1、I2相差不大,I3遠(yuǎn)大于I1、I2,說明鎂容易失去兩個電子,而不易失去第三個電子,因此鎂易形成Mg2+,而不易形成Mg3+。探究一探究二問題引導(dǎo)名師精講即時檢測2.觀察分析下圖元素第一電離能的變化情況,回答下列問題:探究一探究二問題引導(dǎo)名師精講即時檢測(1)總體上金屬元素的第一電離能都較小,非金屬元素和稀有氣體元素的第一電離能都較大。為什么?提示：因為金屬元素原子的最外層電子數(shù)都比較少,容易失去電子,所以金屬元素的第一電離能都比較小;而非金屬元素原子的最外層電子比較多,不容易失去電子,稀有氣體元素原子的價電子排布式為ns2np6(He為1s2),是穩(wěn)定結(jié)構(gòu),更難失去電子,因此它們的第一電離能都比較大。探究一探究二問題引導(dǎo)名師精講即時檢測(2)為什么在第2周期中Be和N元素及第3周期中Mg和P的第一電離能大于相鄰的元素的第一電離能?提示：當(dāng)原子核外電子排布在能量相等的軌道上形成全空(如p0、d0、f0)或半充滿(如p3、d5、f7)或全充滿(如p6、d10、f14)結(jié)構(gòu)時原子處于能量較低狀態(tài)(即洪特規(guī)則特例),所以失電子所需能量較大,即I1較大。而Be、N、Mg、P元素的原子結(jié)構(gòu)恰好滿足這一點,所以導(dǎo)致它們的第一電離能大于它們各自的相鄰元素。探究一探究二問題引導(dǎo)名師精講即時檢測1.影響電離能的因素電離能的數(shù)值大小主要取決于原子的核電荷數(shù)、原子半徑以及原子的電子構(gòu)型。(1)一般來說,同一周期的元素具有相同的電子層數(shù),從左到右核電荷數(shù)逐漸增大,原子的半徑逐漸減小,原子核對最外層電子的引力逐漸加大,因此,越靠右的元素越不易失去電子,電離能也就越大。(2)同一主族元素電子層數(shù)不同,最外層電子數(shù)相同,原子半徑逐漸增大起主要作用,因此半徑越大,原子核對最外層電子的引力越小,越易失去電子,電離能也就越小。探究一探究二問題引導(dǎo)名師精講即時檢測(3)電子構(gòu)型是影響電離能的第三個因素某些元素具有全充滿或半充滿的電子構(gòu)型,穩(wěn)定性也較高,如ⅡA族Be、Mg等元素原子的最外層s原子軌道全滿,p原子軌道全空,ⅤA族N、P等元素原子最外層p原子軌道為半充滿狀態(tài),0族元素(He除外)原子p原子軌道為全滿狀態(tài),均穩(wěn)定,所以它們比各自左右相鄰的元素的第一電離能大。探究一探究二問題引導(dǎo)名師精講即時檢測2.逐級電離能(1)定義:由+1價氣態(tài)陽離子再失去1個電子形成+2價氣態(tài)陽離子所需要的最低能量叫做第二電離能,依次類推?？梢员硎緸?探究一探究二問題引導(dǎo)名師精講即時檢測(2)變化規(guī)律:①同一元素的逐級電離能是逐漸增大的,即I1<I2<I3<…,這是由于原子失去一個電子變成+1價陽離子后,半徑變小,核電荷數(shù)未變而電子數(shù)目變少,核對電子的吸引作用增強,因而第二個電子比第一個電子難于失去,失去第二個電子比失去第一個電子需要更多的能量。同理,I3>I2、I4>I3、…、In+1>In。②元素的逐級電離能逐漸增大并且會發(fā)生一個突變即突然增大多倍,這是由于電子是分層排布的,主族元素幾乎不能失去內(nèi)層電子的緣故。如Na原子的I1、I2、I3分別是(單位為kJ·mol-1,下同)496、4562、6912,在I1和I2之間發(fā)生突變。探究一探究二問題引導(dǎo)名師精講即時檢測【例題1】

第一電離能I1是指氣態(tài)原子X(g)處于基態(tài)時,失去一個電子成為氣態(tài)陽離子X+(g)所需的能量。下圖是部分元素原子的第一電離能I1隨原子序數(shù)變化的曲線圖(其中12號至17號元素的有關(guān)數(shù)據(jù)缺失)。

(導(dǎo)學(xué)號52720009)探究一探究二問題引導(dǎo)名師精講即時檢測(1)認(rèn)真分析圖中同周期元素第一電離能的變化規(guī)律,推斷Na~Ar元素中,Al的第一電離能的大小范圍為

<Al<

(填元素符號);

(2)從圖中分析可知,同一主族元素原子的第一電離能I1變化規(guī)律是

;

(3)圖中第一電離能最小的元素在周期表中的位置是第

周期

族。

解析：(1)由圖可以看出,同周期的ⅠA族元素的第一電離能最小,而ⅢA族元素的第一電離能小于ⅡA族元素的第一電離能,故第一電離能:Na<Al<Mg。(2)從圖中可看出同主族元素第一電離能從上到下逐漸減小。(3)根據(jù)第一電離能的遞變規(guī)律可以看出,圖中所給元素中Rb的第一電離能最小,其位置為第5周期ⅠA族。探究一探究二問題引導(dǎo)名師精講即時檢測答案：(1)Na

Mg(2)從上到下依次減小(3)5

ⅠA方法技巧關(guān)鍵是從圖中獲取數(shù)據(jù)信息,找出變化規(guī)律,對元素的電離能進(jìn)行橫向(同周期)和縱向(同主族)的比較和分析。探究一探究二問題引導(dǎo)名師精講即時檢測變式訓(xùn)練1下列說法中正確的是(

)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.在所有元素中,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解析：同周期中堿金屬元素的第一電離能最小,稀有氣體元素最大,故A正確,C不正確,由于Mg的價電子排布為3s2,而Al的價電子排布為3s23p1,故鋁的第一電離能小于鎂的。D中鉀比鎂更易失電子,鉀的第一電離能小于鎂的,D不正確。答案：A探究一探究二問題引導(dǎo)名師精講即時檢測探究二

電離能的應(yīng)用1.觀察思考:為什么鈉元素的常見價態(tài)為+1價,鎂元素的為+2價,鋁元素的為+3價?化合價與原子結(jié)構(gòu)有什么關(guān)系?提示：鈉原子的第一電離能較低,而第二電離能突躍式變高,也就是說,I2?I1。這說明鈉原子很容易失去一個電子成為+1價陽離子,形成穩(wěn)定狀態(tài)后,原子核對外層電子的有效吸引作用變得更強,不易再失去第2個電子。因此,鈉元素的常見化合價為+1價;同理分析鎂和鋁。探究一探究二問題引導(dǎo)名師精講即時檢測2.Mg的第一電離能比Al的大,所以Al比Mg易失去電子,但我們以前學(xué)習(xí)的金屬失電子順序中,Mg比Al易失電子,與酸反應(yīng)時更劇烈,這又是為什么?提示：條件不一致。在氣態(tài)時,Mg的第一電離能大于Al的;在溶液中反應(yīng)時,Mg的金屬活動性大于Al的。探究一探究二問題引導(dǎo)名師精講即時檢測1.元素的電離能的應(yīng)用(1)用來衡量原子失去電子的難易,比較金屬的活潑性和元素的金屬性。一般地,元素的第一電離能越小,金屬性越強;堿金屬元素的第一電離能越小,堿金屬越活潑。(2)判斷原子易失去電子的數(shù)目和元素的化合價元素的各級電離能逐漸增大并且會發(fā)生一個突變(由于電子是分層排布的,內(nèi)層電子比外層電子難失去,因此會發(fā)生突變),如Mg原子的I1、I2、I3分別是738kJ·mol-1、1451kJ·mol-1、7733kJ·mol-1,在I2和I3之間發(fā)生突變。探究一探究二問題引導(dǎo)名師精講即時檢測2.金屬活動性順序與相應(yīng)的電離能的大小順序不一致的原因金屬活動性按K、Ca、Na、Mg、Al、Zn、Fe、Sn、Pb、(H)Cu、Hg、Ag、Pt、Au的順序減弱,該順序表示自左向右,在水溶液中金屬單質(zhì)中的原子失去電子越來越困難。電離能是指金屬原子在氣態(tài)時失去電子成為氣態(tài)陽離子的能力,它是金屬原子在氣態(tài)時活潑性的量度。由于金屬活動性順序與電離能所對應(yīng)的條件不同,所以二者不可能完全一致。如:鈉的第一電離能為496kJ·mol-1,鈣的第一電離能和第二電離能分別為590kJ·mol-1、1145kJ·mol-1,表明鈉原子比鈣原子在氣態(tài)時更易失去電子,更加活潑。但是,由于Ca2+形成水合離子時放出的能量遠(yuǎn)比Na+形成水合離子時放出的能量多,所以在水溶液里鈣原子比鈉原子更易失去電子,即在金屬活動性順序中鈣排在鈉的前面。探究一探究二問題引導(dǎo)名師精講即時檢測【例題2】

某元素的各級電離能(單位:kJ·mol-1)分別為740、1500、7700、10500、13600、18000、21700,當(dāng)它與氯氣反應(yīng)時最可能形成的陽離子是(

)A.X+ B.X2+ C.X3+ D.X4+解析：該元素原子電離能數(shù)據(jù)突躍發(fā)生在第二、第三電離能之間,故其最易失去2個電子,形成+2價陽離子。答案：B方法技巧由電離能判斷元素化合價時,關(guān)鍵看電離能數(shù)據(jù)的變化趨勢。相鄰兩電子層能量相差較大時,電離能發(fā)生突躍,說明再失去一個電子的難度增加很多,由此可判斷最外層上的電子數(shù),進(jìn)而判斷其可能化合價并由此推斷出其陽離子所帶的正電荷。探究一探究二問題引導(dǎo)名師精講即時檢測變式訓(xùn)練2能夠證明電子在原子核外是分層排布的事實是(

)A.化合價

B.電離能C.第一電離能

D.原子半徑解析：原子核外電子是分層排布的,同一電子層的電子具有的能量相近,而不同電子層的電子具有的能量差別較大。電離能反映了原子或離子失去一個電子所消耗的能量,故失去同一電子層上的電子消耗的能量差別較小,而失去不同電子層上的電子消耗的能量差別較大。故根據(jù)失去某個電子消耗的能量發(fā)生突躍可確定原子核外電子是分層排布的。答案：B探究一探究二即時檢測1.下列元素中各基態(tài)原子的第一電離能最大的是(

)A.Be B.B C.C D.N解析：各基態(tài)原子的核外電子排布式分別為Be:1s22s2;B:1s22s22p1;C:1s22s22p2;N:1s22s22p3。從核外電子排布看,最高能級為2p能級,又因為N的2p軌道處于半充滿狀態(tài),由洪特規(guī)則可知是相對較穩(wěn)定的,故最難失去第一個電子。答案：D探究一探究二即時檢測2.按照第一電離能由大到小的順序排列錯誤的是(

)A.Be、Mg、Ca B.Be、C、

NC.P、As、Si

D.He、Ne、Ar解析：同周期從左到右,元素第一電離能總的變化趨勢為逐漸增大,但有些元素(如Be、Mg、N、P等)的第一電離能比其相鄰元素的第一電離能高些,是因為它們的外層電子構(gòu)型達(dá)到了全充滿或半充滿的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。同主族元素自上而下第一電離能依次減小。答案：B探究一探究二即時檢測3.元素A的各級電離能數(shù)據(jù)如下:則元素A的常見價態(tài)是(

)A.+1 B.+2 C.+3 D.+6解析：對比表中電離能數(shù)據(jù)可知,I1

、I2

、I3電離能數(shù)值相對較小,至I4數(shù)值突然增大,說明元素A的原子中,有3個電子容易失去,因此,該元素的常見化合價為+3。答案：C探究一探究二即時檢測4.A、B、C、D四種元素,已知A元素是自然界中含量最多的元素;B元素為金屬元素,它的原子核外K、L層上電子數(shù)之和等于M、N層電子數(shù)之和;C元素是第3周期第一電離能最小的元素;D元素在第3周期中第一電離能最大。下列有關(guān)敘述錯誤的是(

)A.四種元素A、B、C、D分別為O、Ca、Na、ArB.元素A、B、C兩兩組成的化合物可為CaO、CaO2、Na2O、Na2O2等C.元素A、C簡單離子的半徑大小關(guān)系為A<CD.C元素的第二電離能遠(yuǎn)大于第一電離能探究一探究二即時檢測解析：自然界中含量最多的元素為氧;由題意知B元素K層和L層電子數(shù)之和為10,則M層電子數(shù)為8,N層為2,故B元素為鈣;C是第3周期第一電離能最小的元素,為鈉;第3周期中第一電離能最大的元素為氬。選項C中,A的簡單離子O2-和C的簡單離子Na+具有相同的電子層結(jié)構(gòu),根據(jù)“序大徑小”的規(guī)律知r(O2-)>r(Na+)。D項中,Na元素失去一個電子后形成1s22s22p6的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)、不易失第二個電子,I2?I1。答案：C探究一探究二即時檢測5.根據(jù)下列5種元素的電離能數(shù)據(jù)(單位:kJ·mol-1),回答下列問題。

(導(dǎo)學(xué)號52720010)(1)在元素周期表中,最有可能處于同一族的是

(填序號,下同)。

A.Q和R

B.S和T

C.T和V

D.R和T

E.R和V(2)它們的氯化物的化學(xué)式,最有可能正確的是

。

A.QCl2

B.RCl

C.SCl3

D.TCl

E.VCl4探究一探究二即時檢測(3)下列元素中,最有可能與Q元素處于同一族的是

。

A.硼