高中化学物质结构与性质课件131电离能及其变化规律课件（47张）

第1课时电离能及其变化规律第1章

第3节原子结构与元素性质学习目标定位1.知道原子结构与元素性质间的关系规律。2.正确理解元素电离能的含义及其变化规律，会用电离能的概念分析解释元素的某些性质。内容索引新知导学——新知探究

点点落实达标检测——当堂检测

巩固反馈新知导学1.元素的电离能(1)电离能的概念：气态原子或气态离子失去一个电子所需要的________叫做电离能，常用符号

表示，单位为

。(2)第一电离能是指处于

原子失去

电子，生成

价气态阳离子所需要的能量，符号为I1。M(g)===M＋(g)＋e－

I1一、元素的电离能及其变化规律最小能量kJ·mol－1I基态的气态一个＋1(3)第二电离能是指由

阳离子再失去

电子形成

价气态阳离子所需要的能量，符号为I2。依次还有第三电离能I3，第四电离能I4等。M＋(g)===M2＋(g)＋e－

I2M2＋(g)===M3＋(g)＋e－

I3同一元素的电离能按I1、I2、I3……顺序，变化规律是

。2.电离能的意义电离能越小，表示在气态时该原子越

失去电子；反之，电离能越大，表示在气态时该原子

失去电子。因此，运用电离能数值可以判断金属原子在气态时

的难易程度。＋1价气态一个＋2依次增大容易越难失去电子3.元素第一电离能变化规律(1)元素第一电离能的变化趋势如下图所示：相关视频(2)观察分析上图，回答下列问题：①同一周期，从左到右，元素的第一电离能总体上逐渐

，表示元素原子越来越

失去电子。原因：随着核电荷数增大，_______________________________________

。②同一主族，自上而下，元素的第一电离能逐渐

，表明元素原子越来越

失去电子。原因：_________________________________________________________________________________________。增大难原子半径逐渐减小，核对外层电子的有效吸引作用依次增强减小容易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③过渡元素的第一电离能变化

，同一周期，从左到右，第一电离能略有

。原因：对这些元素的原子来说，增加的电子大部分排布在_______________轨道上，原子核对外层电子的有效吸引作用变化不是太大。④同周期ⅡA族和ⅤA族元素的第一电离能的变化出现反常的原因是：____

。不太规则增加(n－1)d或(n－2)fⅡA族的元素原子的最外层原子轨道为ns2全充满稳定状态；ⅤA族元素原子的最外层原子轨道为np3半充满的稳定状态归纳总结1.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排布。(1)核电荷数、原子半径对电离能的影响①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。碱金属元素的I1最小，稀有气体元素的I1最大。②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ⅡA族元素、ⅤA族元素比同周期左右相邻元素的I1都大，原因是第ⅡA族最外层ns2全充满，ⅤA族最外层np3半充满，比较稳定。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。Zn(3d104s2)比同周期相邻元素的电离能大。2.元素第一电离能的周期性递变规律是原子半径、核外电子排布周期性变化的结果。1.请回答下列问题：(1)元素的第一电离能：Al_____(填“>”或“<”，下同)Si，Si_____S。答案解析活学活用<<解析同一周期主族元素的第一电离能自左向右有增大趋势，故元素的第一电离能Al<Si<S。(2)第一电离能介于B、N之间的第2周期元素有___种。答案解析解析同周期元素的第一电离能从左到右呈增大的趋势，但由于氮原子的2p轨道处于半充满状态，较稳定，氮元素的第一电离能比氧的大，铍原子的2s轨道处于全充满状态，其电离能比硼的大，所以符合要求的元素有Be、C、O。3(3)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。答案解析答案N>O>S(4)S、N、O三种元素第一电离能由大到小的顺序为________。解析(3)和(4)同周期元素的第一电离能从左到右呈增大趋势，但基态N原子2p轨道容纳3个电子，处于半满稳定状态，N元素的第一电离能大于O元素的第一电离能。故第一电离能B<C<O<N<F。O、S属于同一主族，且S元素的原子序数大于O元素，S元素的第一电离能小于O元素的第一电离能，所以第一电离能大小顺序是N>O>S。(5)根据元素周期律，原子半径Ga_____(填“大于”或“小于”，下同)As，第一电离能Ga______As。答案解析解析同周期从左到右原子半径逐渐减小，第一电离能总体呈增大趋势。Ga的原子半径大于As的，故Ga的第一电离能小于As的。大于小于易错提醒易错提醒同周期主族元素从左到右，元素的第一电离能呈增大趋势，但ⅡA族元素和ⅤA族元素的第一电离能比同周期相邻元素的第一电离能大。2.下列原子的价电子排布式中，对应的第一电离能最大的是A.3s23p1

B.3s23p2C.3s23p3

D.3s23p4√答案解析方法规律解析由于能量3p>3s，因而先失去3p轨道上的电子，而C项3s23p3中3p轨道半充满，是较稳定状态，因而更难失去第1个电子。方法规律

(1)影响电离能大小的因素主要有核电荷数、原子半径和核外电子排布。(2)比较元素电离能大小时，要特别注意原子轨道在全充满、半充满和全空时元素的电离能较大。1.碱金属元素随核电荷数增大，元素的第一电离能

，碱金属元素的金属性逐渐

，一般来说，元素的第一电离能越小，元素的金属性

。2.下表为Na、Mg、Al的电离能(kJ·mol－1)。二、电离能的应用元素电离能NaMgAlI1496738577I2456214511817I3691277332745I495431054011575减小增强越强分析上表中各元素电离能的变化，回答下列问题：(1)为什么同一元素的电离能逐级增大？答案原子失电子时，首先失去的是能量最高的电子，故第一电离能较小，原子失去电子后变成阳离子，离子半径变小，核电荷对电子的引力增强，从而使电离能逐级增大。(2)钠原子为什么容易失去1个电子成为＋1价的阳离子？答案钠原子的I2≫I1，说明钠原子很容易失去1个电子成为＋1价阳离子，形成Na＋为1s22s22p6稳定结构后，核对外层电子的有效吸引作用变得更强。因此，钠元素常见价态为＋1价。答案(3)上表中能够说明镁、铝原子通常分别形成Mg2＋、Al3＋的依据是什么？答案说明镁原子通常形成＋2价阳离子的依据是I3≫I2。说明铝原子通常形成＋3价阳离子的依据是I4≫I3。答案3.根据锂元素逐级电离能数据可知，I1≪I2<I3，表明锂原子核外的三个电子排布在

个电子层上，且最外层上只有

个电子。两1电离能的应用(1)判断元素金属性、非金属性的强弱(2)确定元素核外电子的排布当相邻逐级电离能突然变大时，说明其电子层发生了变化，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。(3)确定元素的化合价如果

，即电离能在In与In＋1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。某元素的逐级电离能，若I2≫I1，则该元素通常显＋1价；若I3≫I2，则该元素通常显＋2价，若I4≫I3，则该元素通常显＋3价。关键提醒稀有气体的各级电离能都比较大。归纳总结3.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：活学活用答案解析电离能I1I2I3I4…In/kJ·mol－15781817274511578…则该元素是___(填写元素符号)。Al解析因为I4≫I3，所以该元素原子最外层有3个电子，为铝元素。(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。答案解析ⅡA解析元素M的各级电离能逐渐增大，I1和I2差别较小，但I3≫I2>I1，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。根据元素逐级电离能确定元素最高化合价的方法,若In＋1≫In>In－1，则该元素最高化合价为＋n价；若各级电离能都较大，则为稀有气体元素。归纳总结4.(1)元素铜和镍的第二电离能如下表元素CuNi第二电离能I2(kJ·mol－1)19581753I2(Cu)>I2(Ni)的原因是_____________________________________________________。Cu＋失去的是全充满稳定的3d10电子，Ni＋失去的是4s1电子解析Cu的原子序数为29，Cu的价电子排布式为3d104s1，Cu＋的价电子排布式为3d10,3d轨道全充满，属于稳定状态；Ni的原子序数为28，Ni的价电子排布式为3d84s2，Ni＋的价电子排布式为3d84s1,4s轨道只有1个电子，故Ni的第二电离能相对较小。答案解析(2)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：锰元素位于第4周期第ⅦB族。请写出基态Mn2＋的价电子排布式_____，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_________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。答案解析元素MnFe电离能/kJ·mol－1I1717759I215091561I3324829573d5

由Mn2＋转化为Mn3＋时，3d能级由较稳定的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能级由不稳定的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方法规律解析ⅦB元素的族序数＝价电子数，周期序数＝电子层数，所以基态Mn原子价电子排布式为3d54s2，Mn2＋的价电子排布式为3d5。Mn2＋为3d5的半充满状态，很难失去电子，而Fe2＋为3d6，失去一个电子，即变为半充满的3d5状态，所以气态Mn2＋再失去一个电子比气态Fe2＋再失去一个电子难。方法规律方法规律根据核外电子排布可以解释：Fe3＋比Fe2＋稳定，Cu2O比CuO稳定等。学习小结达标检测1.下列关于电离能的理解中错误的是A.电离能可以表示原子或离子失去电子的难易程度B.某原子的电离能越小，表示在气态时该原子越容易失去电子C.第二电离能是气态＋1价阳离子失去一个电子所需要的最小能量D.电离能跟金属活动性顺序是对应的12345解析电离能小的元素原子易失电子，大的易得电子，所以A、B项正确；C项为第二电离能的定义，正确；D项，电离能有时并不和金属活动性顺序一一对应。√答案解析62.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解析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项不正确；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项不正确；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项不正确。√123456答案解析3.下列说法正确的是A.第3周期所含的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12345√答案解析6解析同周期中碱金属元素的第一电离能最小，稀有气体最大，A项正确，C项不正确；由于Mg价电子排布为3s2，而Al为3s23p1，故铝的第一电离能小于Mg的，B项不正确；D中钾比镁更易失电子，钾的第一电离能小于镁的，D项不正确。4.下列关于元素第一电离能的说法不正确的是A.钾元素的第一电离能小于钠元素的第一电离能，故钾的活泼性强于钠B.因同周期元素的原子半径从左到右逐渐减小，故第一电离能必依次增大C.最外层电子排布为ns2np6(当只有K层时为1s2)的原子，第一电离能较大D.对于同一元素而言，原子的电离能I1<I2<I3…12345√答案解析6123456解析第一电离能越小，表明该元素原子越易失去电子，活泼性越强，A项正确；同周期元素的原子半径从左到右逐渐减小，第一电离能一般来说依次增大，但有反常，如第一电离能：N>O、Mg>Al，B项错误；C项所述元素为零族元素，性质稳定，第一电离能都较大。A.N、S、P B.F、Cl、OC.He、Ne、Ar D.Si、C、B12345√答案解析65.下图表示前18号元素的原子序数和气态原子失去核外第一个电子所需的能量(kJ·mol－1)的变化图像。其中A、B、C各点表示的元素是123456解析A、B、C的第一电离能是各自周期中最大的，即最难失电子，故A、B、C是各自周期中的稀有气体元素He、Ne、Ar。答案解析1234566.请完成下列各题：(1)Mg元素的第一电离能比Al元素的_____，第2周期元素中，元素的第一电离能比铍大的有___种。解析Mg的价电子排布式为3s2,3s为全充满稳定结构；Al的价电子排布式为3s23p1,3p轨道不是稳定结构。元素第一电离能Mg＞Al。第2周期元素的第一电离能比Be元素第一电离能大的元素有C、N、O、F、Ne共5种。大5答案解析123456(2)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________________________________________。解析O原子和N原子的价电子排布分别为2s22p4,