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第2课时 元素周期律
一、原子半径
微思考1元素周期表中同周期主族元素从左到右,原子半径的变化趋势如何 如何解释这种趋势 元素周期表中同主族元素从上到下,原子半径的变化趋势如何 如何解释这种趋势
提示:同周期主族元素从左到右,原子半径逐渐减小,其主要原因是同周期主族元素的能层数相同,核电荷数越大,原子核对核外电子的吸引作用也就越大,使原子半径逐渐减小。同主族元素从上到下,原子半径逐渐增大,其原因是电子能层数增加,电子间的排斥作用使原子半径增大的趋势大于核电荷数增加使原子半径减小的趋势。
微训练1下列元素的原子半径如表所示。根据表中数据,推测磷原子的半径(10-10 m)可能是( )。
元素 N S O Si
原子半径/10-10 m 0.75 1.02 0.74 1.17
A.0.80 B.1.15 C.1.19 D.0.70
答案:B
解析:磷在元素周期表中位于硅和硫之间,因此半径也介于二者之间(1.02~1.17),选项中符合要求的只有1.15。
二、电离能
1.电离能的概念。
气态基态原子 失去一个电子转化为 气态基态正离子 所需要的 最低能量 叫做第一电离能。
2.元素第一电离能的变化规律。
(1)每个周期的第一种元素(氢和碱金属)的第一电离能最小,最后一种元素(稀有气体)的第一电离能最大。从左到右,元素的第一电离能总体呈现升高的变化趋势,因此元素原子失去电子越来越困难。
(2)同族元素从上到下第一电离能变小,表明从上到下元素原子失去电子越来越容易。
(3)同种原子各级电离能逐渐增大。
3.电离能的应用。
(2)可以衡量元素的原子失去一个电子的难易程度。一般来说,第一电离能数值越 小 ,原子越容易失去一个电子,元素的金属性越 强 。
(2)根据同种元素的各级电离能的变化程度可以预测该元素的化合价。
微判断(1)在所有元素中,氟元素的第一电离能最大。( )
(2)铝元素的第一电离能比镁元素的第一电离能大。( )
×
×
微训练2下列表示的不同状态的N元素原子中,第一电离能最小的是( )。
答案:B
解析:不同状态的N元素原子中,第一电离能最小,说明处于激发态且能量较高,A为基态的氮原子,B、C、D均为激发态的氮原子,其中B表示一个电子在3p能级,能量最高,失去该电子需要的能量最小,则第一电离能最小,故B项正确。
三、电负性
1.键合电子和电负性的含义。
(1)键合电子:元素相互化合时,原子中用于形成 化学键 的电子。
(2)电负性:用来描述不同元素的原子对键合电子 吸引力 的大小。电负性越大的原子,对 键合电子 的吸引力 越大 。
2.衡量标准:以氟的电负性为 4.0 和锂的电负性为 1.0 作为相对标准,得出了各元素的电负性(稀有气体未计)。
3.递变规律(一般情况)。
(1)同周期元素从左到右,元素的电负性逐渐 变大 。
(2)同族元素从上到下,元素的电负性逐渐 变小 。
4.应用:判断金属性、非金属性强弱的依据。
微思考2根据电负性的变化规律分析预测,元素周期表中电负性最大和最小的元素分别是哪种元素(放射性元素除外) 分别位于元素周期表的什么位置
提示:电负性最大的元素为F,位于元素周期表的右上方;电负性最小的元素为Cs,位于元素周期表的左下方。
问题探究
下面是前四周期元素的第一电离能示意图及钠、镁、铝的逐级电离能数据。
(1)为什么第ⅢA族Al的第一电离能比同周期第ⅡA族Mg的第一电离能小 第ⅥA族O的第一电离能比同周期第ⅤA族N的第一电离能小
提示:第ⅢA族Al的价层电子排布式为3s23p1,第ⅡA族Mg的价层电子排布式为3s2,3p能级的能量比3s能级的能量高,更容易失去1个电子,且Mg的3s能级为全满结构,故Al的第一电离能比Mg的小。第ⅥA族O的价层电子排布式为2s22p4,第ⅤA族N的价层电子排布式为2s22p3,N的2p能级是半充满状态,比较稳定,第一电离能较高;O失去的是2p能级已经配对的1个电子,配对电子相互排斥,因而第一电离能较小。
(2)为什么同一元素的逐级电离能越来越大
提示:同一元素的逐级电离能是逐渐增大的,即I1
I2、I4>I3、……、In+1>In。
(3)为什么化合物中Na、Mg、Al的化合价分别为+1价、+2价、+3价
提示:Na的I2比I1大很多,电离能差值很大,说明失去第二个电子比失去第一个电子困难得多,所以Na容易失去一个电子形成+1价离子;Mg的I1和I2相差不多,而I3比I2大很多,所以Mg容易失去两个电子形成+2价离子;Al的I1、I2、I3相差不多,而I4比I3大很多,所以Al容易失去三个电子形成+3价离子。
归纳总结
1.认识电离能。
(1)电离能数值的大小主要取决于核电荷数、原子半径及原子的核外电子排布。
(2)第一电离能的变化规律。
①一般规律:
同周期元素的第一电离能随核电荷数的递增呈增大趋势;同主族元素的第一电离能随核电荷数的递增而减小。
②特例:同周期中元素的第一电离能,ⅡA>ⅢA,ⅤA>ⅥA。
(2)第一电离能的变化规律。
(3)金属活动性顺序与相应的电离能的大小顺序并不完全一致。
金属活动性顺序表示自左向右,在水溶液中金属原子失去电子越来越困难。金属元素的第一电离能是指气态基态金属原子失去一个电子转化为气态基态正离子所需要的最低能量,它是金属基态原子在气态时活泼性的量度。金属活动性顺序与第一电离能所对应的条件不同,所以两者不完全一致。
2.电离能的应用。
(1)比较元素金属性的强弱:一般情况下,元素的第一电离能越小,元素的金属性越强。
(2)确定元素原子的核外电子排布:电子是分层排布的,内层电子比外层电子难失去,因此元素的电离能会发生突变。
(3)确定元素的化合价:如果In+1 In,即电离能在In与In+1之间发生突变,通常在3倍以上,则元素的原子易形成+n价离子。例如,某元素的逐级电离能,若I2 I1,则该元素在化合物中通常显+1价;若I3 I2,则该元素在化合物中通常显+2价;若I4 I3,则该元素在化合物中通常显+3价。
典例剖析
【例1】 某短周期元素M的各级电离能数据(用I1、I2……表示,单位为kJ·mol-1)如表所示。有关元素M的说法正确的是( )。
A.M的最高正化合价为+4价
B.M元素位于元素周期表中第ⅡA族
C.M元素可能属于非金属元素
D.M元素基态原子的价层电子排布式为np2
I1 I2 I3 I4 ……
740 1 500 7 700 10 500 ……
答案:B
解析:M元素的第三电离能与第二电离能差距最大,故最外层有2个电子,位于第ⅡA族,所以最高正化合价为+2价,故A项错误,B项正确;M元素位于第ⅡA族,可能是Be或者Mg,都是金属元素,故C项错误;Be或者Mg价层电子排布式分别为2s2和3s2,则M元素基态原子的价层电子排布式为ns2,故D项错误。
规律总结
元素的各级电离能逐渐增大并且会有突跃,一般第一次突跃前的电离能所对应的电子是最外层电子,对于金属元素来说,该类电子的个数就是该元素的最高正化合价。
学以致用
1.某元素的第一电离能至第七电离能(单位:kJ·mol-1)如下表。该元素最有可能位于元素周期表中( )。
A.第ⅠA族 B.第ⅡA族
C.第ⅢA族 D.第ⅣA族
答案:C
解析:对比表中电离能数据可知,I1、I2、I3数值相对较小,I4数值突然增大,说明X元素原子中,有3个电子容易失去,因此,该元素的常见化合价为+3价,最有可能位于第ⅢA族。
2.根据下列五种元素的电离能数据(单位:kJ·mol-1),下列说法不正确的是( )。
元素代号 I1 I2 I3 I4
Q 2 080 4 000 6 100 9 400
R 500 4 600 6 900 9 500
S 740 1 500 7 700 10 500
T 580 1 800 2 700 11 600
U 420 3 100 4 400 5 900
A.Q元素可能是其所在周期元素中第一电离能最大的元素
B.这五种元素中最容易与氯元素形成离子化合物的是R
C.T元素可能在元素周期表的p区
D.U元素可能是第ⅠA族的钾元素
答案:B
解析:由元素的电离能可以看出,Q的电离能很大,为0族元素,可能是其所在周期元素中第一电离能最大的元素,故A项正确;根据元素的电离能可以看出,这五种元素中最容易与氯元素形成离子化合物的是U,故B项错误;T的第一、第二、第三电离能较小,最外层电子数为3,位于第ⅢA族,在元素周期表的p区,故C项正确;根据R和U的第一电离能可知,二者位于第ⅠA族,故R可能是Na元素,U可能是K元素,故D项正确。
问题探究
电负性是用于解释化学反应发生的最著名模型之一,用来描述不同原子吸引键合电子的强度。利用电负性,可以预测不同分子和材料中电荷的近似分布,而不需要复杂的量子力学计算或光谱研究。
化学键可以看作是两个原子为争夺电子而进行的“拔河比赛”,用电负性描述不同原子对键合电子的吸引能力的大小。
(1)在化合物中,如何根据电负性的相对大小判断元素化合价的正、负 请分析HClO中各元素的价态。
提示:在化合物中,电负性大的元素呈现负价,电负性小的元素呈现正价。HClO中H、O、Cl的电负性分别为2.1、3.5、3.0,根据电负性数据并结合HClO的结构式H—O—Cl可知,O对键合电子的吸引力最大,键合电子偏向O,则HClO中O为-2价,H为+1价,Cl为+1价。
(2)在元素周期表中,某些位于左上和右下位置的两种元素,其单质和化合物的性质相似,如Li和Mg、Be和Al,请从电负性的角度分析其中的原因。
提示:元素周期表中位于左上和右下位置的两种元素,电负性数值相近,如Li、Mg的电负性分别为1.0和1.2,Be、Al的电负性均为1.5,说明它们吸引键合电子的能力相当,所以它们的单质和化合物的性质也相似。
(3)电负性是以氟元素的电负性为4.0和锂元素的电负性为1.0作为相对标准计算出来的,下图是部分元素的电负性变化图,请问电负性大约为2.0的元素应该在元素周期表的什么位置
提示:氟元素的非金属性最强,电负性为4.0,则电负性大约为2.0的元素应该既具有金属性又具有非金属性,应该在金属和非金属的分界线处。
(4)有人说,电负性越大的元素,其非金属性越强,第一电离能也越大。请对上述观点进行评价。
提示:元素的电负性越大,非金属性越强,但第一电离能不一定越大,例如电负性NO。
归纳总结
1.判断元素的金属性和非金属性。
(1)金属元素的电负性一般小于1.8,非金属元素的电负性一般大于1.8,而位于非金属三角区边界的“类金属”(如锗、锑等)元素的电负性则在1.8左右,它们既有金属性,又有非金属性。
(2)一般来说,金属元素的电负性越小,金属元素越活泼;非金属元素的电负性越大,非金属元素越活泼。
2.判断元素的化合价。
(1)电负性小的元素在化合物中对键合电子的吸引力小,元素的化合价易呈现正值。
(2)电负性大的元素在化合物中对键合电子的吸引力大,元素的化合价易呈现负值。
3.判断化学键的类型。
(1)如果两种成键元素的电负性差值大(一般大于1.7),它们之间主要形成离子键。
(2)如果两种成键元素的电负性差值小(一般小于1.7),它们之间主要形成共价键。
典例剖析
【例2】 下列不能说明X的电负性比Y的大的是( )。
A.X原子的最外层电子数比Y原子最外层电子数多
B.与H2化合时X单质比Y单质容易
C.X单质可以把Y从其氢化物中置换出来
D.X的最高价氧化物对应的水化物的酸性比Y的最高价氧化物对应的水化物的酸性强
答案:A
解析:元素电负性大小与其吸引电子的能力有关,与最外层电子数和原子半径都有关,不能仅从一个方面决定,例如第二周期C、N、O、F,电负性依次增大,氧元素的电负性比碘元素的电负性大,但氧原子最外层电子数小于碘原子最外层电子数,所以X原子的最外层电子数比Y原子的最外层电子数多不能说明X比Y的电负性大,故A项错误;电负性越大的元素其单质得电子能力越强即氧化性越强,与氢气化合越容易,所以与H2化合时X单质比Y单质容易能说明X比Y的电负性大,故B项正确;电负性越大的元素其吸引电子的能力越强,其单质的
氧化性越强,X单质可以把Y从其氢化物中置换出来能说明X比Y的电负性大,故C项正确;电负性越大的元素其单质得电子能力越强,其最高价含氧酸的酸性越强,X的最高价氧化物对应的水化物的酸性比Y的最高价氧化物对应的水化物的酸性强能说明X比Y的电负性大,故D项正确。
【例3】 一般认为如果两种成键元素的电负性差值大于1.7,它们通常形成离子键;如果两种成键元素的电负性差值小于1.7,它们通常形成共价键。已知下列元素的电负性数值。
判断下列化合物①NaF,②AlCl3,③NO,④MgO,⑤BeCl2,⑥CO2中:
元素 Al B Be C Cl F Li
电负性 1.5 2.0 1.5 2.5 3.0 4.0 1.0
元素 Mg N Na O P S Si
电负性 1.2 3.0 0.9 3.5 2.1 2.5 1.8
典例剖析
一般认为如果两种成键元素的电负性差值大于1.7,它们通常形成离子键;如果两种成键元素的电负性差值小于1.7,它们通常形成共价键。已知下列元素的电负性数值。
判断下列化合物①NaF、②AlCl3、③NO、④MgO、
⑤BeCl2、⑥CO2中:
(1)属于共价化合物的是 。
(2)属于离子化合物的是 。
(3)根据题中的电负性数值可知B和F的电负性之差为2.0,而BF3为共价化合物,怎样解释
答案:(1)②③⑤⑥ (2)①④
(3)题中根据电负性之差判断化学键类型属于经验方法,适用于大多数情况,但并非绝对判据。
解析:根据表格中的数据分别分析题述各化合物中两种元素的电负性的差值与1.7比较,得出结论。
易错警示
根据电负性差值判断化合物类型只是一般规律,并不是所有电负性差值大于1.7的都形成离子化合物,如例2中的BF3,另外还有HF、SiF4等。
学以致用
3.下列各组元素按电负性大小排列正确的是( )。
A.F>N>O B.O>Cl>F
C.As>P>N D.Cl>S>As
答案:D
解析:电负性的变化规律一般是:同一周期从左到右,元素的电负性逐渐变大;同一主族,自上而下,元素的电负性逐渐变小。电负性大小顺序为F>O>N、F>O>Cl、N>P>As、Cl>S>As。
4.下列说法不正确的是( )。
A.第ⅠA族元素的电负性从上到下逐渐减小,而第ⅦA族元素的电负性从上到下逐渐增大
B.电负性的大小可以作为衡量元素的金属性和非金属性强弱的尺度
C.元素的电负性越大,表示其原子在化合物中吸引电子的能力越强
D.NaH的存在能支持可将氢元素放在第ⅦA族的观点
答案:A
解析:同一主族中,从上到下,元素的电负性逐渐减小,故A项错误;电负性的大小可以作为衡量元素的金属性和非金属性强弱的尺度,电负性越小,元素的金属性越强,电负性越大,元素的非金属性越强,故B项正确;元素的电负性越大,原子吸引电子的能力越强,故C项正确;NaH中氢元素的化合价为-1价,说明H与第ⅦA族元素相同易得到电子,所以可支持将氢元素放在第ⅦA族的观点,故D项正确。
1.具有下列核外电子排布式的基态原子,其半径最大的是( )。
A.1s22s22p3 B.1s22s22p1
C.1s22s22p63s23p1 D.1s22s22p63s23p4
答案:C
解析:根据原子的核外电子排布式可知,A项中为氮原子,B项中为硼原子,C项中为铝原子,D项中为硫原子。根据原子半径变化规律可知,r(B)>r(N)、r(Al)>r(S)、r(Al)>r(B),故Al原子半径最大。
2.核动力潜艇上的核反应堆内使用液体铝钠合金作载热介质,下列关于Al、Na的分析中正确的是( )。
A.原子半径:Al>Na
B.第一电离能:Al>Na
C.电负性:Na>Al
D.基态原子未成对电子数:Na>Al
答案:B
解析:同周期自左向右,主族元素的原子半径逐渐减小,故原子半径:AlNa,B项正确。一般来说,同周期自左向右,元素的电负性逐渐增大,故电负性: Na3.某主族元素的第一、二、三、四电离能依次为899 kJ·mol-1、1 757 kJ·mol-1、14 840 kJ·mol-1、18 025 kJ·mol-1,则该元素在元素周期表中位于( )。
A.第ⅠA族 B.第ⅡA族
C.第ⅢA族 D.第ⅣA族
答案:B
解析:分析该主族元素的各级电离能可知,第一、二电离能较小,第三电离能剧增,说明该主族元素原子易失去2个电子,则该主族元素原子的最外层电子数为2,该元素位于第ⅡA族。
4.下列各元素,最易形成离子化合物的是( )。
①第三周期第一电离能最小的元素
②价层电子排布式为2s22p6的元素
③2p能级为半充满的元素
④电负性最大的元素
A.①② B.③④
C.②③ D.①④
答案:D
解析:第三周期第一电离能最小的元素是钠,易失去电子;价层电子排布式为2s22p6的元素是氖,化学性质不活泼;2p能级为半充满的元素是氮,是非金属元素;电负性最大的元素是氟,非金属性最强,故最易形成离子化合物的是钠和氟。
5.玉兔二号月球车通过砷化镓(GaAs)太阳能电池提供能量进行工作,下列有关说法不正确的是( )。
A.镓的单质可作半导体材料
B.砷化镓太阳能电池能将化学能转化为电能
C.砷元素的电负性小于磷元素的电负性
D.砷的第一电离能比镓的第一电离能大
答案:B
解析:镓位于金属和非金属分界线处,单质可作半导体材料,故A项正确;砷化镓太阳能电池,能将太阳能转化为电能,提供能量,故B项错误;非金属性P>As,砷元素的电负性小于磷元素的电负性,故C项正确;As和Ga位于同一周期,一般同周期元素从左到右第一电离能呈增大趋势,砷的第一电离能比镓的第一电离能大,故D项正确。
6.有A、B、C、D、E五种元素,它们的核电荷数依次增大,且都小于20。其中C、E是金属元素;A和E位于同一族,它们基态原子的最外层电子排布式为ns1。B和D也属于同一族,它们基态原子最外层的p能级电子数是s能级电子数的2倍,C原子最外层电子数等于D原子最外层电子数的一半。A、B、C、D、E五种元素的电负性分别为2.1、3.5、1.5、2.5、0.8,请回答下列问题。
(1)A是 ,B是 ,C是 ,D是 , E是 。(填元素符号,下同)
(2)由电负性判断,以上五种元素中金属性最强的是 ,非金属性最强的是 。
(3)当B与A、C、D分别形成化合物时,B显 价,其他元素显 价。
(4)当B与A、C、D、E(与E形成E2B)分别形成化合物时,化合物中有离子键的是 ,有共价键的是 。
答案:(1)H O Al S K
(2)K O
(3)负 正
(4)Al2O3、K2O H2O、H2O2、SO2、SO3
解析:由题意可知A、E均为第ⅠA族元素且E为金属元素,A为H;由于B、D为同族元素且它们基态原子的最外层的p能级电子数为s能级电子数的2倍,则B、D元素原子的价层电子排布式为ns2np4,为第ⅥA族元素,则B为O,D为S,E为K;C元素原子的最外层电子排布为3s23p1,C为Al。五种元素中,属于金属元素的是Al、K,且活泼性:K>Al,则K的电负性为0.8,Al的电负性为1.5;属于非金属元素的是H、S、O,非金属性: O>S>H,则电负性:O为3.5,S为2.5,H为2.1。当O与H、S、Al形成化合物时,O的电负性大,所以O为负价,其他元素为正价。一般来说,当形成化合物时,电负性差值大于1.7时形成离子键,电负性差值小于1.7时形成共价键。第2课时 元素周期律
课后·训练提升
基础巩固
1.下列原子半径最大的是( )。
A.1s22s22p4
B.1s22s22p63s23p4
C.1s22s22p5
D.1s22s22p63s23p5
答案B
解析由核外电子排布式可知, A、B、C、D项中的四种原子分别是O、S、F、Cl,结合原子半径的递变规律可知,S原子半径最大。
2.下列四种粒子中,半径按由大到小顺序排列正确的是 ( )。
①基态X的原子结构示意图: ;
②基态Y原子的价层电子排布式:3s23p5;
③基态Z2-的轨道表示式:;
④基态W原子有2个能层,电子式为·。
A.①>②>③>④
B.③>④>①>②
C.③>①>②>④
D.①>②>④>③
答案C
解析由题意可知:X、Y、Z2-、W分别为S、Cl、S2-、F。S、Cl、S2-、F的粒子半径大小顺序为r(S2-)>r(S)>r(Cl)>r(F),故C项正确。
3.在第二周期元素中,第一电离能介于B、N之间的元素种类数为( )。
A.1 B.2
C.3 D.4
答案C
解析一般来说,同一周期元素,从左到右,元素的第一电离能呈增大趋势,但第ⅡA族、第ⅤA族元素的第一电离能大于其相邻元素的第一电离能。第二周期中,第一电离能介于B、N之间的元素有Be、C、O,共3种元素。
4.下列有关粒子性质的排列顺序中,错误的是( )。
A.元素的电负性:PB.元素的第一电离能:CC.离子半径:O2->Na+>Mg2+
D.原子的未成对电子数:Mn>Si>Cl
答案B
解析得电子能力:PNa+>Mg2+,故C项正确;Mn、Si、Cl原子的未成对电子数分别为5、2、1,即原子的未成对电子数:Mn>Si>Cl,故D项正确。
5.下列叙述中正确的是( )。
A.通常,同周期元素中第ⅦA族元素的第一电离能最大
B.在同一主族中,自上而下元素的第一电离能逐渐减小
C.第ⅠA、ⅡA族元素的原子,其原子半径越大,第一电离能越大
D.主族元素的原子形成单核离子时的最高化合价数值都和它的族序数相等
答案B
解析通常,同周期元素中第ⅠA族元素的第一电离能最小,0族元素的(稀有气体元素)最大,故A项错误。同主族元素自上而下,元素原子半径逐渐增大,失电子能力逐渐增强,第一电离能逐渐减小,B项正确,C项错误。主族元素的原子形成单核离子时的最高化合价数值不一定和它的族序数相等,如F、O,D项错误。
6.某主族元素X的逐级电离能如图所示,下列说法正确的是( )。
A.X元素的最高价态可能为+3价
B.X可能为第ⅤA族元素
C.X为第五周期元素
D.X与氯气反应时最可能生成的阳离子为X+
答案A
解析结合题图知,主族元素X的第三电离能和第四电离能之间的差距最大,所以X元素原子的最外层有3个电子,X元素应属于第ⅢA族元素,但不能确定其所在周期序数,X元素在化合物中通常显+3价,A项正确,B、C项错误;X元素原子最外层有3个电子,在反应中容易失去电子,所以与氯气反应时最可能生成的阳离子为X3+,D项错误。
7.Zn2GeO4是一种具有高催化活性的新型光催化剂,下列相关说法错误的是( )。
A.Zn位于元素周期表中的ds区
B.基态Ge存在8种不同能量的电子
C.基态O原子中含有3个未成对电子
D.电负性大小顺序:O>Ge>Zn
答案C
解析Zn价层电子排布式为3d104s2,位于元素周期表ds区,故A项正确;基态Ge原子的电子排布式为
[Ar]3d104s24p2,电子占据1s、2s、2p、3s、3p、3d、4s、4p 8个能级,存在8种不同能量的电子,故B项正确;基态O原子的轨道表示式为,含有2个未成对电子,故C项错误;非金属性越大,元素电负性越大,同周期元素从左到右非金属性依次增强,所以三种元素电负性由大到小的顺序是O>Ge>Zn,故D项正确。
8.如图所示是第三周期11~17号元素某种性质变化趋势的柱形图,y轴表示的可能是( )。
A.第一电离能
B.电负性
C.原子半径
D.元素的金属性
答案B
解析第三周期元素的第一电离能从左到右有增大趋势,但Mg、P反常,A项错误。11~17号元素的原子半径逐渐减小,电负性逐渐增大,金属性逐渐减弱,B项正确,C、D项错误。
9.(1)光催化还原CO2制备CH4反应中,带状纳米Zn2GeO4是该反应的良好催化剂。Zn、Ge、O的电负性由大至小的顺序是 。
(2)A、B、C、D为原子序数依次增大的四种元素,A2-和B+具有相同的电子排布;C、D为同周期元素,C元素基态原子的核外电子总数是最外层电子数的3倍;D元素基态原子最外层有一个未成对电子。四种元素中电负性最大的是 (填元素符号)。
(3)CH4和CO2所含的三种元素的电负性从小到大的顺序为 。
(4)Ni是元素周期表中第28号元素,第二周期元素基态原子未成对电子数与基态Ni原子相同且电负性最小的元素是 。
答案(1)O>Ge>Zn (2)O
(3)H解析(1)Zn和Ge为同周期元素,Ge在Zn的右边,因此Ge的电负性比Zn的大;O为活泼的非金属元素,电负性强于Ge和Zn,因此三者的电负性由大到小的顺序为O、Ge、Zn。(2)A、B、C、D为原子序数依次增大的四种元素,C、D为同周期元素,C元素基态原子的核外电子总数是最外层电子数的3倍,则C为P元素,D为Cl元素;A2-和B+具有相同的电子排布,则A为O元素,B为Na元素。一般来说,元素的非金属性越强,元素的电负性越大,则四种元素中电负性最大的是O元素。(3)一般来说,元素的非金属性越强,则电负性越大,故H、C、O三种元素的电负性依次增大。(4)基态Ni原子的价层电子排布为3d84s2,3d能级上有2个未成对电子。第二周期元素基态原子中未成对电子数为2的有C、O,其中C的电负性小。
10.已知A、B、C、D、E、F是原子序数依次增大的前四周期元素。其中A是宇宙中含量最多的元素;B元素原子最高能级的不同轨道都有电子,并且自旋方向相同;C元素原子的价层电子排布式是nsnnp2n;D元素原子中只有两种形状的电子云,最外层只有一种自旋方向的电子;E和D的最高能层数相同,其价层电子数等于其电子层数。F元素原子的最外层只有一个电子,其次外层内的所有轨道的电子均成对。
(1)请用元素符号完成下列空白:
①C元素基态原子核外有 种运动状态不同的电子,其核外电子的空间运动状态有 种。
②A、B、C三种元素的电负性由大到小的顺序是 。
③B、C、D、E四种元素的第一电离能由大到小的顺序是 。
(2)下表是A~F元素中某种元素的部分电离能,由此可判断该元素是 (填元素符号)。
符号 I1 I2 I3 I4 I5
578 1 817 2 745 11 575 14 830
(3)F元素位于周期表的 区,该元素的价层电子排布图为 。
答案(1)①8 5 ②O>N>H ③N>O>Al>Na(或N>O>Ti>K)
(2)Al
(3)ds
解析由分析可知,A为H、B为N、C为O、D为Na(或K)、E为Al(或Ti)、F为Cu。
(1)①由分析可知,C为O,其核外电子排布式为1s22s22p4,核外没有运动状态相同的电子,则其核外有8种运动状态不同的电子,空间运动状态由原子轨道决定,其核外电子的空间运动状态有5种。
②N、O在它们的氢化物中都表现负价,说明它们的电负性都比H元素大,同周期主族元素自左而右电负性增大,故电负性O>N>H。
③同主族自上而下第一电离能减小,同周期随原子序数增大第一电离能呈增大趋势,但第ⅡA族大于第ⅢA族,第ⅤA族大于第ⅥA族,某些过渡元素也反常,第一电离能N>O>Al>Na(或N>O>Ti>K)。
(2)该元素第四电离能剧增,说明该元素最外层电子数为3,应是Al。
(3)F为Cu,其价层电子排布式为3d104s1,位于元素周期表的ds区,该元素的价层电子排布图为。
能力提升
1.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.因同周期主族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(若只有K层时为1s2)的原子,第一电离能较大
D.对于同一元素而言,原子的逐级电离能越来越大
答案B
解析A项正确,钾元素与钠元素位于同主族,元素的第一电离能越小,金属性越强。B项错误,同一周期元素中,第ⅡA族的第一电离能大于第ⅢA族的,第ⅤA族的第一电离能大于第ⅥA族的。C项正确,最外层电子排布为ns2np6和1s2的原子是稀有气体元素的原子,本身已达稳定结构,第一电离能较大。D项正确,因为原子失电子后带正电荷,电子越来越难失去,尤其是达到稳定结构以后。
2.具有下列电子层结构的基态原子,其第一电离能由大到小排列正确的是( )。
①3p轨道上只有一对成对电子的基态原子;②价层电子排布式为3s23p6的基态原子;③其3p轨道为半充满的基态原子;④正三价的阳离子结构与氖相同的基态原子。
A.①②③④
B.③①②④
C.②③①④
D.②④①③
答案C
解析①3p轨道上只有一对成对电子的基态原子为S;②价层电子排布为3s23p6的基态原子为Ar;③3p轨道半充满的基态原子为P;④正三价的阳离子结构与氖相同的基态原子为Al。已知同周期从左到右,元素的第一电离能呈增大趋势,第ⅢA族和第ⅥA族反常,同周期稀有气体元素的第一电离能最大;所以第一电离能由大到小排列为Ar>P>S>Al,即第一电离能由大到小排列为②③①④。
3.同周期两种主族元素X、Y的逐级电离能(I)数据如下表所示。下列有关说法正确的是( )。
元 素 电离能/(kJ·mol-1)
I1 I2 I3 I4 I5 ……
X 738 1 451 7 733 10 540 13 630 ……
Y 578 1 817 2 745 11 575 14 830 ……
A.电负性:XB.单质与水反应剧烈程度:XC.X基态原子的最外层电子数为1
D.Y的最高化合价为+2价
答案A
解析根据元素的逐级电离能数据可以看出,X元素的第三电离能数据明显增大,说明X元素基态原子最外层有两个电子,X属于第ⅡA族元素;Y元素的第四电离能数据明显增大,说明Y元素基态原子最外层有三个电子,Y属于第ⅢA族元素,又因为两者属于同周期元素,故Y在X的右边。一般来说,同周期元素从左向右,元素的电负性逐渐增大,故电负性:XY,B项错误。X属于第ⅡA族元素,其原子的最外层电子数为2,C项错误。Y属于第ⅢA族元素,故Y的最高化合价为+3价,D项错误。
4.下面关于四种粒子的比较正确的是( )。
①基态原子的电子排布式:1s22s22p63s23p4;
②价层电子排布式:3s23p3;
③2p轨道为半充满的原子;
④原子的2p轨道上只有1个未成对电子
A.原子半径:②>①>③>④
B.最高正化合价:④>①>③=②
C.电负性:④>③>②>①
D.第一电离能:④>③>①>②
答案A
解析由分析知,①为S,②为P,③为N,④为F。一般而言,电子层越多,原子半径越大,同周期从左向右,原子半径逐渐减小,则原子半径:②>①>③>④,故A项正确;N、P最外层电子数相同,最高正化合价相同,都为+5价,S最外层电子数为6,最高正化合价为+6价,F没有正价,最高正化合价:①>③=②,故B项错误;非金属性越强,元素的电负性越大,则电负性:④>③>①>②,故C项错误;同一周期,从左到右,元素的第一电离能呈增大趋势,但第ⅡA族、第ⅤA族元素的第一电离能大于相邻元素,P的3p电子为半满稳定结构,第一电离能大于S,同一主族,从上到下,第一电离能逐渐减小,因此第一电离能:④>③>②>①,故D项错误。
5.下表是元素周期表的一部分,表中的字母分别代表一种化学元素。
(1)上表第三周期元素中第一电离能(I1)最大的是 (填字母,下同),c和f的I1大小关系是 > 。
(2)上表13种元素中,原子中未成对电子数最多的是 ,写出该元素基态原子的核外电子排布式: 。
(3)根据下表所提供的电离能数据(单位:kJ·mol-1),回答下列问题。
元素 锂 X Y
I1 519 502 580
I2 7 296 4 570 1 820
I3 11 799 6 920 2 750
I4 — 9 550 11 600
①表中X可能为上述13种元素中的 元素。用元素符号表示X和j形成的化合物的化学式: 。
②Y是元素周期表中第 族的元素。
③上述13种元素中, 元素基态原子失去核外第一个电子需要的能量最多。
答案(1)m c f (2)i 1s22s22p63s23p3 (3)①a
Na2O、Na2O2 ②ⅢA ③m
解析(1)题给周期表中所列13种元素a~m分别是Na、H、Mg、Sr、Sc、Al、Ge、C、P、O、Te、Cl、Ar,其中Na、Mg、Al、P、Cl、Ar位于第三周期,原子结构最稳定的是Ar,故其I1最大;Mg的I1比Al的I1大。(2)i元素基态原子的最外层电子排布为3s23p3,有3个未成对电子,未成对电子数最多。(3)①由表中数据可以看出,锂和X的I1均比I2小很多,说明X与Li同主族,且X的I1比Li的I1更小,说明X的金属性比锂的强,则X为Na(即a)。②由Y的电离能数据可以看出,它的I3比I4小得多,故Y属于第ⅢA族元素。③稀有气体元素m的基态原子最外层已达到稳定结构,失去核外第一个电子所需能量最多。
6.按要求回答下列问题。
(1)半夹心结构催化剂M能催化乙烯、丙烯、苯乙烯的聚合,其结构如图所示。组成M的元素中,电负性最大的是 (填名称)。
(2)钛元素基态原子未成对电子数为 ,能量最高的电子占据的能级符号为 。
(3)①写出基态Fe原子的价层电子排布图: 。从结构上分析Fe3+比Fe2+稳定的原因: 。
②SCN-常用来检测Fe3+的存在,三种元素电负性由大到小的顺序为 。
(4)元素Mn与O中,第一电离能较大的是 ,基态原子核外未成对电子数较多的是 。
(5)基态铜原子核外电子占有的空间运动状态有 种。
答案(1)氧
(2)2 3d
(3)① Fe3+的价层电子排布式为3d5,为半满结构较稳定,Fe2+的价层电子排布式为3d6,所以Fe3+比Fe2+稳定
②N>S>C
(4)O Mn
(5)15
解析(1)组成M的元素为Ti、C、H、O、Cl,其中氧的电负性最大。
(2)钛元素基态原子核外价层电子排布式为3d24s2,则3d能级含有2个未成对电子;能量最高的电子占据的能级符号为3d。
(3)①Fe原子核外有26个电子,根据构造原理,基态Fe原子的核外电子排布式为[Ar]3d64s2,基态Fe原子的价层电子排布式为3d64s2,基态Fe原子的价层电子排布图为,Fe3+的价层电子排布式为3d5,为半满结构较稳定,Fe2+的价层电子排布式为3d6,所以Fe3+比Fe2+稳定。
②电负性越大元素的非金属性越强,非金属性:N>S>C,S、C、N三种元素电负性由大到小的顺序是N>S>C。
(4)同周期元素从左到右,元素的第一电离能呈增大趋势,故Mn的第一电离能小于Se,同主族元素从上到下,元素的第一电离能逐渐减小,故Se的第一电离能小于O,则第一电离能较大的是O;O基态原子的价层电子排布式为2s22p4,所以其核外未成对电子数是2,而Mn基态原子的价层电子排布式为3d54s2,所以其核外未成对电子数是5,故核外未成对电子数较多的是Mn。
(5)基态铜原子核外电子排布式为
1s22s22p63s23p63d104s1,不同能级上的电子其空间运动状态不同,则空间运动状态有15种。
7.合成氨反应解决了地球上因粮食不足而导致的饥饿问题,是化学和技术对社会发展与进步的巨大贡献。
(1)空气中的氮气是合成氨的主要来源。
①基态氮原子的轨道表示式为 ,占据最高能级电子的电子云轮廓图为 形。
②NH3分子中,键合电子偏离H原子。N、H电负性大小顺序为 。
(2)合成氨反应中的催化剂是以铁为主体的多成分催化剂,含有Al2O3、K2O、CaO、MgO、Cr2O3等。
①上述氧化物所涉及的元素中,处于元素周期表中p区的元素是 。
②比较Mg、Ca第一电离能的大小: 。O的第一电离能小于N,原因是 。
③结合下表中钠、镁、铝的逐级电离能数据,说明Mg元素的常见化合价为+2价的原因: 。
元素 Na Mg Al
496 738 578
4 562 1 451 1 817
6 912 7 733 2 745
9 543 10 540 11 575
(3)我国科研人员还研制出了“Fe-LiH”催化剂,有效降低了合成氨反应的温度和压强,是一个重要突破。
①基态Fe原子的简化核外电子排布式为 ,铁在元素周期表中的位置是 。
②比较Li+与H-的半径大小关系:r(Li+) (填“>”或“<”)r(H-)。
答案(1)① 哑铃 ②N>H
(2)①Al、O ②Mg>Ca O的价电子层2s22p4,失去一个电子后,2p能级达到半满的结构,相对稳定;N的价电子层2s22p3,半满的结构,相对稳定,不易失去电子 ③镁的第三电离能比第一、二电离能大很多,因而易失去两个电子形成+2价镁离子
(3)①[Ar]3d64s2 第四周期第Ⅷ族 ②<
解析(1)①基态氮原子的电子排布式为1s22s22p3,其轨道表示式为;最高能级为2p,其电子云轮廓图为哑铃形。②NH3分子中,元素电负性大的原子吸引键合电子的能力强,则N、H电负性大小顺序为N>H。(2)①处于元素周期表中p区的元素是Al、O。②同一主族从上到下,第一电离能逐渐减小,则Mg、Ca第一电离能的大小为Mg>Ca;O的价层电子排布式为2s22p4,失去一个电子后,2p能级达到半满的结构,相对稳定;N的价层电子排布式为2s22p3,半满的结构,相对稳定,不易失去电子,故第一电离能O