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1、1,2,1.主族元素原子得失电子能力的规律 人们可以定性地从原子半径和价电子数来分析周期表中元素原子得、失电子能力所呈现的递变规律。 (1)同周期元素原子的电子层数相同,从左到右原子半径逐渐减小,有效核电荷数依次增大,原子核对电子的吸引作用逐渐增强,因而原子失去电子的能力越来越弱,获得电子的能力越来越强。 (2)同主族元素原子的价电子数相同,但自上而下原子半径逐渐增大,原子核对最外层电子吸引作用逐渐减弱。所以金属元素原子失去电子的能力越来越强,非金属元素原子获得电子的能力越来越弱。位于元素周期表中金属元素与非金属元素分界线附近的元素的原子获得或失去电子的能力都居中。,1,2,2.电离能 (1)
2、电离能的定义:气态原子或气态离子失去一个电子所需要的最小能量叫做电离能,常用符号I 表示,单位为kJmol-1。电离能越小,表示在气态时该原子越容易失去电子;反之,电离能越大,表明在气态时该原子越难失去电子。,1,2,(2)规律:通过观察可以发现,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。短周期元素的这种递变更为明显,这是同周期元素原子电子层数相同,但随着核电荷数增大和原子半径减小,核对外层电子的有效吸引作用依次增强的必然结果。同主族元素,自上而下第一电离能逐渐减小,表
3、明自上而下原子越来越容易失去电子。这是因为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。过渡元素的第一电离能的变化不太规则,随元素原子序数的增加第一电离能从左到右略有增加。这是因为对这些元素的原子来说,增加的电子大部分排布在(n-1)d或(n-2)f轨道上,原子核对外层电子的有效吸引作用变化不是太大。,1,2,(3)元素的化合价与价电子排布的关系:除族的某些元素和0族元素外,元素的最高化合价等于它所在族的序数。非金属元素的最高化合价和它的负化合价的绝对值之和等于8(氢元素除外);稀有气体元素原子的电子层结构是全充满的稳定结构,其原子既不易失去电子也不易
4、得到电子,因此稀有气体元素的化合价在通常情况下为0;过渡金属元素的价电子较多,但所具有的能量相差不大,因此具有多种价态,如锰元素的化合价为+2+7。,探究一,探究二,问题引导,名师精讲,即时检测,探究一 影响电离能的因素 1.观察分析下表电离能数据回答问题: 为什么锂元素易形成Li+,而不易形成Li2+;镁元素易形成Mg2+,而不易形成Mg3+? 提示：从表中数据可知,Li元素的I2远大于I1,因此Li容易失去第一个电子,而不易失去第二个电子,即Li易形成Li+,而不易形成 。镁元素的I1、I2相差不大,I3远大于I1、I2,说明镁容易失去两个电子,而不易失去第三个电子,因此镁易形成Mg2+,
5、而不易形成Mg3+。,探究一,探究二,问题引导,名师精讲,即时检测,2.观察分析下图元素第一电离能的变化情况,回答下列问题:,探究一,探究二,问题引导,名师精讲,即时检测,(1)总体上金属元素的第一电离能都较小,非金属元素和稀有气体元素的第一电离能都较大。为什么? 提示：因为金属元素原子的最外层电子数都比较少,容易失去电子,所以金属元素的第一电离能都比较小;而非金属元素原子的最外层电子比较多,不容易失去电子,稀有气体元素原子的价电子排布式为ns2np6(He为1s2),是稳定结构,更难失去电子,因此它们的第一电离能都比较大。,探究一,探究二,问题引导,名师精讲,即时检测,(2)为什么在第2周期
6、中Be和N元素及第3周期中Mg和P的第一电离能大于相邻的元素的第一电离能? 提示：当原子核外电子排布在能量相等的轨道上形成全空(如p0、d0、f0)或半充满(如p3、d5、f7)或全充满(如p6、d10、f14)结构时原子处于能量较低状态(即洪特规则特例),所以失电子所需能量较大,即I1较大。而Be、N、Mg、P元素的原子结构恰好满足这一点,所以导致它们的第一电离能大于它们各自的相邻元素。,探究一,探究二,问题引导,名师精讲,即时检测,1.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
7、逐渐增大,原子的半径逐渐减小,原子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,原子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。,探究一,探究二,问题引导,名师精讲,即时检测,(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A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,A族N、P等元素原子最外层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,所以它们比各自左右相邻
8、的元素的第一电离能大。,探究一,探究二,问题引导,名师精讲,即时检测,2.逐级电离能 (1)定义:由+1价气态阳离子再失去1个电子形成+2价气态阳离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:,探究一,探究二,问题引导,名师精讲,即时检测,(2)变化规律: 同一元素的逐级电离能是逐渐增大的,即I1I2、I4I3、In+1In。 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分别是(单位为kJmol-1,下同)496、4 562、6 912,在I1和I2之间发生突变。,探究一,探究二
9、,问题引导,名师精讲,即时检测,【例题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)。 (导学号52720009),探究一,探究二,问题引导,名师精讲,即时检测,(1)认真分析图中同周期元素第一电离能的变化规律,推断NaAr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
10、期的A族元素的第一电离能最小,而A族元素的第一电离能小于A族元素的第一电离能,故第一电离能: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A族。,探究一,探究二,问题引导,名师精讲,即时检测,答案：(1)Na Mg (2)从上到下依次减小 (3)5 A 方法技巧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。,探究一,探究二,问题引导,名师精讲,即时检测,变式训练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
11、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 解析：同周期中碱金属元素的第一电离能最小,稀有气体元素最大,故A正确,C不正确,由于Mg的价电子排布为3s2,而Al的价电子排布为3s23p1,故铝的第一电离能小于镁的。D中钾比镁更易失电子,钾的第一电离能小于镁的,D不正确。 答案：A,探究一,探究二,问题引导,名师精讲,即时检测,探究二 电离能的应用 1.观察思考:为什么钠元素的常见价态为+1价,镁元素的为+2价,铝元素的为+3价?化合价与原子结构有什么关系?,提示：钠原子的第一电离能较低,而第二电离能突跃式变高,也就是说
12、,I2I1。这说明钠原子很容易失去一个电子成为+1价阳离子,形成稳定状态后,原子核对外层电子的有效吸引作用变得更强,不易再失去第2个电子。因此,钠元素的常见化合价为+1价;同理分析镁和铝。,探究一,探究二,问题引导,名师精讲,即时检测,2.Mg的第一电离能比Al的大,所以Al比Mg易失去电子,但我们以前学习的金属失电子顺序中,Mg比Al易失电子,与酸反应时更剧烈,这又是为什么? 提示：条件不一致。在气态时,Mg的第一电离能大于Al的;在溶液中反应时,Mg的金属活动性大于Al的。,探究一,探究二,问题引导,名师精讲,即时检测,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
13、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。 (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失去,因此会发生突变),如Mg原子的I1、I2、I3分别是738 kJmol-1、1 451 kJmol-1、7 733 kJmol-1,在I2和I3之间发生突变。,探究一,探究二,问题引导,名师精讲,即时检测,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、
14、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496 kJmol-1,钙的第一电离能和第二电离能分别为590 kJmol-1、1 145 kJmol-1,表明钠原子比钙原子在气态时更易失去电子,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。,探究一,探究二,问题
15、引导,名师精讲,即时检测,【例题2】 某元素的各级电离能(单位:kJmol-1)分别为740、1 500、7 700、10 500、13 600、18 000、21 700,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+ 解析：该元素原子电离能数据突跃发生在第二、第三电离能之间,故其最易失去2个电子,形成+2价阳离子。 答案：B 方法技巧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。,探
16、究一,探究二,问题引导,名师精讲,即时检测,变式训练2能够证明电子在原子核外是分层排布的事实是( ) A.化合价 B.电离能 C.第一电离能 D.原子半径 解析：原子核外电子是分层排布的,同一电子层的电子具有的能量相近,而不同电子层的电子具有的能量差别较大。电离能反映了原子或离子失去一个电子所消耗的能量,故失去同一电子层上的电子消耗的能量差别较小,而失去不同电子层上的电子消耗的能量差别较大。故根据失去某个电子消耗的能量发生突跃可确定原子核外电子是分层排布的。 答案：B,探究一,探究二,即时检测,1.下列元素中各基态原子的第一电离能最大的是( ) A.Be B.B C.C D.N 解析：各基态原子的核外电子排布式分别为Be:1s22s2;B:1s22s22p1;C:1s22s22p2;N:1s22s22p3。从核外电子排布看,最高能级为2p能级,又因为N的2p轨道处于半充满状态,由洪特规则可知是相对较稳定的,故最难失去第一个电子。 答案：D
