2-2-1-原子核外电子排布的周期性-元素第一电离能的周期性变化(教师版).docx

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第1课时原子核外电子排布的周期性元素第一电离能的周期性变化
9目标导航
.能从电子排布的角度解释元素的分区、周期和族的划分。
.能从电子排布的角度解释主族元素第一电离能变化的一般规律。
视知识精讲
知识点01原子核外电子排布的周期性
.最外层电子数目的变化
除第1周期外，每隔一定数目的元素，元素原子的最外层电子数重复出现从1逐渐增加到8的周期性 变化。
.核外电子排布的周期性变化规律
每隔一定数目的元素，元素原子的外围电子排布重复出现从〃S1到〃s2即6的周期性变化(第1周期除外)。
.外围电子排布的变化
(1)第2、3周期从左到右，元素原子的外围电子排布呈现从〃si到〃s2〃p6的变化。
(2)第4周期，从左到右，元素原子的外围电子排布呈现从4sl经过3dE。4sL2逐渐过渡到4s24P6。
(3)第5周期元素原子的外围电子排布与第4周期元素外围电子排布有相似的变化规律。
.元素周期表中区的划分
根据元素原子的外围电子排布特征，可将元素周期表分成五个区域：S区、p区、d区、ds区和f区。
(l)s区：包含I A和HA两族元素，除氢元素外，其余都是活泼的金属元素。
(2)p区：包含IIIA〜VHA族及0族元素，除氢元素外，所有的非金属元素都在p区。
(3)d区：包含IIIB〜VDB、VW族的元素。
(4)ds区:包含IB和HB族的元素。
(5)f区：镯系和钢系元素。
【即学即练1】某元素原子的外围电子排布式为3s23P5,则下列对其在周期表中的位置叙述正确的是()


答案：B
(3)估计1 mol气态Ca原子失去最外层一个电子所需能量石值的范围：<E<
(4) 10号元素£值较大的原因是
答案：(1)从上到下，逐渐减小 周期性 (2) AC (3) 419 738
(4) Ne的外围电子排布为2s22P6, 2s、2P轨道为全充满结构，不易失去电子。
富、知识点02元素第一电离能的周期性变化
.第一电离能的含义
某元素的气态原子失去一个电子形成+1价气态阳离子所需要的最低能量。
符号：I\ O
M(g) - e - M+(g)
.第一电离能的意义
(1)第一电离能可以衡量元素的气态原子失去一个电子的难易程度。
(2)第一电离能数值越小，该气态原子越容易失去一个电子；第一电离能越大，该气态原子越难失去一 个电子。
.元素的第一电离能变化规律
(1)同主族元素的原子最外层电子数相同，随着核电荷数的增大，原子半径逐渐增大，失电子能力逐渐 增强，第一电离能逐渐减小。
(2)同一周期的主族元素具有相同的电子层数，随着核电荷数的递增，最外层电子数增加，原子半径逐 渐减小，失电子能力逐渐减弱，第一电离能呈现增大的趋势。
对同周期元素来说，碱金属的第一电离能最小，稀有气体的第一电离能最大。
.元素的电离能与原子结构的关系
(1)第一电离能与原子核外电子排布的关系
当原子核外电子排布在能量相等的轨道上形成全空、半充满和全充满结构时，原子的能量较低，该元素 具有较大的第一电离能。例如，Mg的外围电子排布为3s2, s轨道处于全充满状态，P的外围电子排布为 3s23P3, p轨道处于半充满状态，因此二者电离能相对较高。
(2)元素的电离能与原子核外电子排布的关系
①同一元素的各级电离能逐级变大，即人</2</3……o
②电离能突然变大，说明原子的电子层发生了变化，由此可以判断该元素原子的电子层结构和主要化合 价。
【即学即练2】比较下列元素的第一电离能大小：
⑴ N、0、F (2) He、Ne、Ar
(3) Na、Mg、Al (4) F、Ck Br
答案：(1) F>N>0 (2) He>Ne>Ar (3) Mg>Al>Na (4) F>Cl>Br
【即学即练3】元素铜与银的第二电离能分别为:/c〃=1959kJ・mo「i,，M=1753kJ・mo「i,心>无的原因是
答案：Cu+电子排布呈全充满状态，比较稳定，失电子需要能量高，第二电离能数值大。
考法01电离能
.电离能的变化规律
（1）第一电离能
①每个周期的第一种元素（氢元素或碱金属元素）第一电离能最小，稀有气体元素原子的第一电离能最大, 同周期中从左至右元素的第一电离能呈增大的趋势，但是HA>niA、VA>VlAo
②同主族元素原子的第一电离能从上到下逐渐减小。
（2）逐级电离能
①原子的逐级电离能越来越大。首先失去的电子是能量最高的电子，故第一电离能较小，以后再失去的 电子都是原子轨道较低的电子，所需要的能量较多。
②当电离能突然变大时说明电子的电子层发生了变化，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。如A1: /1<；2</3«/4</5……
.第一电离能与原子核外电子排布
（1）通常情况下，当原子核外电子排布在能量相等的轨道上形成全空（p°、d°、f0）、半充满（p3、d\ f?）和全 充满（p6、d2 P，的结构时，原子的能量较低，该元素具有较大的第一电离能。
（2）在同周期元素中，稀有气体的第一电离能最大。一般情况下，金属越活泼，金属元素的第一电离能越 小；非金属越活泼，非金属元素的第一电离能越大。
【典例1］具有下列外围电子排布的元素中，第一电离能最小的是（）
A. ns2np3 B. HS2z?p4 C. ns2np5 D. ns2np6
答案：B
解析：叩3的p轨道为半充满稳定结构，第一电离能为〃s2叩3>小2理4,对于题给四个选项，其第一电离 能由小到大顺序为ns2np4<ns2np3<ns2np5<ns2np6,即第一电离能最小的外围电子排布为ns2np4的元素。
考法02电离能的应用
.确定元素原子核外电子的排布
根据核外电子排布，一个电子层的所有电子均失去之后，换新的电子层再失去电子时，由于内层是饱和 结构，难失去，故电离能数值在层与层之间呈现突跃性变化，而层内电离能数值差别相对较小。如A1的第 一到第四级电离能分别为（单位:「）577、1817、2745、11 575。从中明显看出在第三、第四电离能之 间有突跃，故可判断A1最外层只有3个电子。
.判断主族元素的外围电子数或最高化合价
通常用电离能来表示原子或离子失去电子的难易程度。如K的比/2小很多，电离能差值很大，说明 失去第一个电子比失去第二个电子容易得多，所以
K容易失去一个电子形成+1价离子；Mg的/］和/2相差 不多，而，2比/3小很多，所以Mg容易失去两个电子形成+ 2价离子。一般来说，如果某元素的电离能在/〃
与/〃+1之间发生突变，则该元素的原子易形成+〃价离子而不易形成+（〃+1）价离子。
.判断元素的金属性与非金属性强弱
一般地，除稀有气体外，人越大，元素的非金属性越强；/i越小，元素的金属性越强。
【典例2】（l）Mg元素的第一电离能比A1元素的第一电离能 ,第2周期元素中，元素的第一电离
能比镀大的元素有 种。
⑵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0的第一电离 能，原因是 O
（3）A、B均为短周期金属元素。依据下表数据，写出B原子的电子排布式：o
电离能/kJ,moL
/i
h
h
A
A
932
1 821
15 390
21 771
B
738
1 451
7 733
10 540
（4）根据下表所列元素的各级电离能〃kJ・moL的数据，下列判断中错误的是 （填字母）。
元素
/i
，2
h
；4
X
500
4 600
6 900
9 500
Y
580
1 800
2 700
11 600
+1价

，化学式可能是XC1

答案：⑴大5 （2）ls22s22P2 N原子的2P轨道达到半充满结构，比较稳定（3）Is22s22P63s2 （4）D
解析：（l）Mg的外围电子排布式为3s2, 3s为全充满稳定结构；Al的外围电子排布式为3s23Pl 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、 0、F、Ne共5种。（2）0原子和N原子的外围电子排布分别为2s22P4与2s22P3, N原子的2P轨道半充满， 结构比较稳定，所以第一电离能大。（3）由A、B元素的各级电离能可看出，A、B两元素容易失去两个电子 形成+ 2价金属阳离子，故A、B元素属于H A族的元素，由同主族元素电离能变化规律可知，B元素为镁 元素，其原子的电子排布式为Is22s22P63s2。（4）根据数据分析：X中/2»九，可知X最外层只有1个电子，X 常见化合价为+1价，与C1元素形成XC1,位于I A族，A、C项正确；Y中/4>>/3, 丫易呈+ 3价，故Y最 外层有3个电子，位于IHA族，B项正确；因为锡在IVA族，所以Y的化学性质不与锡相似，D项不正确。
羔分层提分
题组A基础过关练
.已知某元素+ 2价离子的电子排布式为Is22s22P63s23P6,该元素在周期表中属于（ ）
A. VB 族 B. HB 族 C. Vin 族 D. HA 族 答案：D
.按电子排布，可把周期表里的元素划分成5个区，以下元素属于p区的是（）
A. Fe B. Mg C. P D. Zn
答案：C
.下列元素一定是主族元素的是（）

.原子核外M层电子数为偶数的元素


答案：C
.下列说法中正确的是（）

，其绝对值等于该元素原子的最外层电子数


答案：A
下列说法中正确的是（）


、p、d、ds、f五个区

答案：C
具有下列电子层结构的原子，其对应元素一定属于同一周期的是（）

3p上只有一个空轨道的原子和3p上只有一个未成对电子的原子

，而d轨道上尚未有电子的两种原子
答案：B
，其半径最大的是（）
A. Is22s22P3 B. Is22s22Pl
1S22s22P63s23Pl D . 1S22s22P63s23P4
答案：c
解析：根据原子的核外电子排布式可知，A项中原子为氮（N）, B项中原子为硼（B）, C项中原子为铝（Al）, D 项中原子为硫
（S）。根据原子半径变化规律可知，A1原子半径最大。
.下列说法正确的是（）


，氟的第一电离能最大

答案：A
解析：同周期元素从左到右第一电离能呈逐渐增大的趋势，碱金属第一电离能最小，稀有气体元素的第一电 离能最大，A正确，C错误；镁的外围电子排布为3s2,铝的外围电子排布式为3s23pl镁为全充满状态， 较难失去电子，故其第一电离能要大于铝的第一电离能，B错误；根据同主族、同周期主族元素第一电离能 的递变规律可以推测，第一电离能K〈Ca<Mg, D错误。
.将下列元素的第一电离能按由小到大的顺序排列：
Ca> Mg、Be：
Na、Mg、Al：
C、N、O：
P、S> F：
.根据元素周期表1〜18号元素的性质和递变规律，回答下列问题。
(1)属于金属元素的有一种，金属性最强的元素与氧气反应生成的化合物有、(填两 种化合物的化学式)；
(2)原子半径最大的元素是(稀有气体除外),第一电离能最小的元素是,第一电离能最大的 元素是，最强的含氧酸是，最稳定的气态氢化物是;
(3)原子中p轨道半充满的元素是；
(4)推测Si、N最简单氢化物的稳定性：大于(填化学式)。
答案：(1) 5 Na2O> Na2O2 (2) Na Na He HC104 HF
N、P (4) NH3 SiH4
.指出下列元素是主族元素还是副族元素，在周期表中的位置是什么？
Is22s22P63s2是 族元素，位于周期表中第 周期第 族,属于 区元素；
[Kr]44°5s25P2是 族元素，位于周期表中第 周期第 族，属于—区元素；
[Ar]3dzs2是 族元素，位于周期表中第 周期第 族，属于 区元素；
[Ar]3dl04sl是一族元素，位于周期表中第一周期第 族，属于 区元素。
答案：(1)主三 HA s (2)主五 WA p
(3)副叫 IHB d (4)副国 IB ds
题组B能力提升练
.已知短周期元素X、Y、Z在周期表中的相对位置如图所示，则下列说法正确的是()
A. Y元素原子的外围电子排布为2s22P4
：Z<Y
c. X是周期表中第一电离能最大的元素
：Z>Y
答案：C
解析：因X、Y、Z为短周期元素，结合位置关系知X为He, Y为F, Z为S。F（Y）元素外围电子排布为 2s22P5；原子半径S>F（Z>Y）；结合第一电离能在同周期和同主族间的变化规律知，He是第一电离能最大 的元素；第一电离能F>S。
.关于元素周期表中元素的分区，下列说法正确的是（）


、f区、ds区的元素
D. ds区元素不都是副族元素
答案：C
解析：d区包括IIIB〜VHB族（镯系和轲系除外）元素和VIII族元素，ds区包括1 B族和HB族元素，过渡元素包 括所有的副族元素和VIII族元素，即包括了 d区、f区、ds区的元素，故B项错误，C项正确。
/i
h
h
/4
k
k
//(kJ-mol1)
578
1 817
2 745
11 578
14 831
18 378
的常见化合价是（）
B. +2 C. +3 D. +6
.元素X的部分电离能数据如下：
则元素X
A. +1
答案：C
解析：对比表中电离能数据可知，小，2、，3数值相对较小，，4数值突然增大，说明元素X的原子中，有3个 电子容易失去，因此该元素的常见化合价为+ 3。
.电离能是指由蒸气状态的孤立原子移去电子形成阳离子需要的能量。从中性原子中移去第一个电子所需 的能量为第一电离能G）,移去第二个电子所需要的能量为第二电离能（，2），依次类推。
现有5种元素A、B、C、D、E,其中/]〜/3分列下表。
元素
Zi/eV
Z2/eV
/3/eV
A



B



C



D



E



根据表中数据判断其中的金属元素有，稀有气体元素有，最活泼的金属是 ，显二价的金属是 o
答案：BCD E B D
.已知X、Y、Z、Q、R、E六种元素中，原子序数X<Y<ZvQ<RvE,其结构或性质信息如下表:
元素
结构或性质信息
X
原子的L层上s电子数等于p电子数
Y
原子核外的L层有3个未成对电子
Z
原子核外只有两个电子层，s电子数等于p电子数
Q
单质常温、常压下是气体，原子的M层上有1个未成对的p电子
R
核电荷数是Y与Q的核电荷数之和
E
原子序数比R大3
请根据信息回答有关问题：
(1)元素Y的原子核外共有 种不同运动状态的电子。
(2)基态X原子的核外电子轨道表示式为； X、Y、Z三种元素的非金属性由强到弱的排列 次序依次为(写元素符号)O
(3)基态Q原子的核外电子排布式是 o
R的元素符号是,基态R原子的M电子层的电子排布式为 o
E有多种化合价，基态E2+的外围电子排布式是 o
回 E MM I
答案：(1) 7 (2) 1s 2s 2p 0>N>C (3) Is22s22P63s23P5
Cr 3s23P63d5 (5) 3d7
题组c培优拔尖练
.气态中性原子失去一个电子转化为+1价气态正离子所需要的最低能量叫做第一电离能⑺)，气态正离子 继续失去电子所需最低能量依次称为第二电离能(，2)、第三电离能(〃)……下表是第3周期部分元素的电 离能［单位：eV(电子伏特)］数据。
元素
/i/eV
；2/eV
/3/eV
甲



乙



丙



丁



下列说法正确的是()
+1价
D. 丁一定是金属元素
答案：A
解析：根据表中/卜/2、，3电离能的数据可知甲为Na元素，乙为Mg元素，丙、丁应为A1以后的元素，且