第3节 元素性质及其变化规律
第1课时 原子半径、元素的电离能及其变化规律
学习目标 1.了解核外电子排布与原子半径周期性变化的关系,能用原子结构的知识解释其周期性变化的原因。2.了解电离能的概念与内涵,认识主族元素第一电离能的变化规律。3.运用电离能解释元素的某些性质。
一、原子半径及其变化规律
1.原子半径的影响因素
2.原子半径的变化规律
(1)主族元素
(2)过渡元素
从总的变化趋势来看,与同一周期主族元素相比,从左到右原子半径的变化幅度 。
3.元素原子得失电子的能力
(1)利用原子半径和 数,可以定性解释元素周期表中元素原子得失电子能力所呈现的递变规律。
(2)除稀有气体元素外,从左到右,元素原子失去电子的能力越来越 ,获得电子的能力越来越 。
(3)同主族自上而下,金属元素原子失去电子的能力越来越 ,非金属元素原子获得电子的能力越来越 。
1.下列各组微粒不是按半径逐渐增大的顺序排列的是 ( )
A.Na、K、Rb B.F、Cl、Br
C.Mg2+、Al3+、Zn2+ D.Cl-、Br-、I-
2.A+、B2+、C-、D2-4种离子具有相同的电子层结构。现有以下排列顺序:
①B2+>A+>C->D2-
②C->D2->A+>B2+
③B2+>A+>D2->C-
④D2->C->A+>B2+
4种离子的半径由大到小以及4种元素原子序数由大到小的顺序分别是 ( )
A.①④ B.④①
C.②③ D.③②
3.下列四种粒子的半径按由大到小顺序排列正确的是 ( )
①基态X原子的结构示意图:
②基态Y原子的价电子排布式:3s23p5
③基态Z2－的轨道表示式：
④基态W原子有2个电子层，电子式为
A.①>②>③>④ B.③>④>①>②
C.③>①>②>④ D.①>②>④>③
【题后归纳】
1.微粒半径大小的比较规律
比较方法 微粒特点 变化规律 实例
依据元素周期表比较原子半径大小 同周期主族元素 从左到右,原子半径依次减小 r(Na)> r(Mg)>r(Al)
同主族元素 从上到下半径依次增大 r(F)
依据微粒结构特点比较微粒半径大小 电子层结构不同 一般电子层数越多,半径越大 r(S)>r(O)
电子层结构相同 随核电荷数增大,离子半径减小 r(O2-)> r(F-)> r(Na+)
同种元素的原子和离子 价态越高,半径越小 r(Fe)>r(Fe2+)>r(Fe3+); r(S)2.微粒半径大小比较的方法——“三看法”
“一看”电子层,一般电子层数越多,半径越大;
“二看”核电荷数,电子层数相同时,核电荷数越大,半径越小;
“三看”核外电子数,电子层数和质子数都相同时,核外电子数越多,半径越大。
二、元素的电离能及其变化规律
1.概念
气态基态原子或气态基态离子失去 所需要的最小能量叫作电离能,常用符号 表示,单位是 。
2.分类
元素原子失去一个电子的电离能称为第一电离能,常用符号 表示;在此基础上再失去一个电子的电离能称为第二电离能,常用符号 表示;以此类推,且I3 I2 I1。
3.意义
运用元素的电离能数据来判断金属元素的原子在气态时失去电子的 程度。
4.元素第一电离能变化规律
同周期 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,从左至右,元素的第一电离能总体上呈现 的变化趋势(ⅡA、ⅤA比相邻元素的第一电离能大)
同主族 总体上自上而下第一电离能逐渐
过渡 元素 第一电离能变化不太规则,同周期的过渡元素随原子序数的增加,从左到右第一电离能总体上略有
同种元 素原子 电离能逐级 (即I1 I2 I3……)
5.电离能的应用
4.下列元素第一电离能大小顺序中,正确的是 ( )
A.Be>B>Mg B.B>Mg>Be
C.B>Al>Mg D.Al>Be>Mg
5.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
6.(2023·重庆八中高二上月考)已知下列四组短周期元素的电离能数据(kJ·mol-1),下列判断错误的是 ( )
电离能 W X Y Z
I1 496 578 738 899
I2 4 562 1 817 1 451 1 751
I3 6 912 2 745 7 733 14 848
I4 9 543 11 575 10 540 21 006
A.还原性:W>Y>X
B.Y和Z可能位于同一族
C.W、X、Y、Z简单离子半径依次减小
D.X、Z的氢氧化物都具有两性
1.下面的价电子排布中,第一电离能最小的原子可能是 ( )
A.ns2np3 B.ns2np5
C.ns2np4 D.ns2np6
2.下列有关电离能的说法,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,主族元素的第一电离能从左到右越来越大
D.同主族元素,随原子序数的递增,第一电离能逐渐减小
3.下列关于粒子半径的比较不正确的是 ( )
①r(Li+)②r(F-)③r(Na+)④r(Fe3+)>r(Fe2+)>r(Fe)
A.②③④ B.①④
C.③④ D.①②③
4.如图表示X元素的基态原子失去电子数与对应电离能的对数值的关系,试推断X可能位于 ( )
A. ⅠA族 B.ⅡA族
C.ⅢA族 D.ⅣA族
5.请回答下列问题:
(1)依据第2周期元素第一电离能的变化规律,参照如图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。
(2)元素的第一电离能:Al Si(填“>”或“<”)。
(3)S、N、O三种元素第一电离能由大到小的顺序为 。
第1课时 原子半径、元素的电离能及其变化规律
一、2.(1)相同 增大 增多 增大 增大 (2)不大 3.(1)价电子 (2)弱 强 (3)强 弱
对点训练
1.C [同主族元素,从上到下,原子半径(或离子半径)逐渐增大,故A、B、D三项中的各微粒的半径逐渐增大;电子层数相同,核电荷数越大半径越小,Mg2+、Al3+电子层数相同但铝元素的核电荷数大,所以Al3+的半径小,故C项中微粒不是按半径逐渐增大的顺序排列的。]
2.B [A+、B2+、C-、D2-四种离子具有相同的电子层结构,核外电子数相等,令核外电子数为x,则A、B、C、D的原子序数分别为x+1、x+2、x-1、x-2,故原子序数(核电荷数)B2+>A+>C->D2-;电子层结构相同的离子,核电荷数越大离子半径越小,故离子半径D2->C->A+>B2+。]
3.C [由题意可知,X、Y、Z2-、W分别为S、Cl、S2-、F。S、Cl、S2-、F四种粒子半径由大到小排列顺序为r(S2-)>r(S)>r(Cl)>r(F),故C项正确。]
二、1.一个电子 I kJ·mol-1 2.I1 I2 高于 高于 3.难易 4.从小到大 减小 增加 增大 < <
对点训练
4.A [同周期主族元素从左到右第一电离能呈增大趋势,同主族元素自上而下第一电离能逐渐减小。但ⅡA族、ⅤA族元素的第一电离能分别大于同周期相邻元素,则第一电离能:Be>B>Mg,A正确,B错误;Mg的第一电离能比Al大,C、D错误。]
5.A [同周期中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,A正确;由于镁的价电子排布式为3s2,而铝的价电子排布式为3s23p1,故铝的第一电离能小于镁的,B不正确;在所有元素中,氦的第一电离能最大,C不正确;钾比镁更易失去电子,钾的第一电离能小于镁,D不正确。]
6.C [元素原子轨道中电子处于半满、全满、全空时最稳定,当稳定状态再失去电子时,其电离能发生突变,W 的I2电离能突然增大,说明最外层有1个电子,属于ⅠA 族,且W的第一电离能比X、Y、Z小,则W为Na元素;X的I4电离能突然增大,说明最外层有3个电子,属于ⅢA族,第一电离能比Y、Z小,则X为Al元素;Y 的I3电离能突然增大,说明最外层有2个电子,属于ⅡA族,Z的I3电离能突然增大,说明最外层有2个电子,属于ⅡA族,由Z的I1比Y的I1大,则Y为Mg元素;Z为Be元素;Na、Mg、Al为第3周期元素,金属性依次减弱,还原性减弱,所以还原性:Na>Mg>Al,故A正确;根据其电离能变化,可知Y为Mg元素,Z为Be元素,属于同一主族元素,故B正确;Na、Mg、Al简单离子均为10电子微粒,随着核电荷数增多,对电子吸引力增大,离子半径减小,铍离子为2个电子,半径最小,所以简单离子半径:Na+>Mg2+>Al3+>Be2+,故C错误;Al和Be在元素周期表中均位于金属和非金属交界处,具有一定的金属性和非金属性,其氢氧化物都具有两性,故D正确。]
课堂达标训练
1.C [同一周期元素的第一电离能随着原子序数的增大而呈增大趋势,但同一周期中ⅡA族元素比ⅢA族元素的第一电离能大,ⅤA族比ⅥA族第一电离能大,ns2np3、ns2np4、ns2np5、ns2np6属于同一周期且其原子序数依次增大,但ns2np3属于ⅤA元素,ns2np4属于ⅥA族,所以元素的第一电离能的大小顺序是ns2np6、ns2np5、ns2np3、ns2np4,所以最小的为ns2np4,故选C。]
2.D [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,故A错误;电离能是气态基态原子或气态基态离子失去一个电子所需要的最小能量,元素原子失去一个电子的电离能称为第一电离能,故B错误;从总的变化趋势上看,同一周期中主族元素的第一电离能从左到右逐渐增大,但有反常,如I1(N)>I1(O),故C错误;同主族元素,随原子序数的递增,第一电离能逐渐减小,故D正确。]
3.C [同主族元素,从上到下,同价态离子半径逐渐增大,所以①②正确;电子层结构相同的离子,随核电荷数增大,离子半径减小,③错误;不同价态的同种元素的离子,核外电子多的半径大,④错误。]
4.B [图中纵坐标表示X元素的各级电离能的对数值,由图可知X元素的第二电离能和第三电离能之间有突变,说明它容易失去两个电子,所以它可能是ⅡA族元素。]
5.(1) (2)<
(3)N>O>S
解析 (2)同一周期元素自左向右第一电离能有增大趋势,第一电离能AlO>S。(共66张PPT)
第 节 元素性质及其变化规律
第 章 原子结构与元素性质
第 课时 原子半径、元素的电离能及其变化规律
1
3
1
1.了解核外电子排布与原子半径周期性变化的关系，能用原子结构的知识解释其周期性变化的原因。
2.了解电离能的概念与内涵，认识主族元素第一电离能的变化规律。
3.运用电离能解释元素的某些性质。
学习目标
一、原子半径及其变化规律
二、元素的电离能及其变化规律
目
录
CONTENTS
课堂达标训练
课后巩固训练
一、原子半径及其变化规律
对点训练
1.原子半径的影响因素
2.原子半径的变化规律
(1)主族元素
相同
增大
增多
增大
增大
(2)过渡元素
从总的变化趋势来看，与同一周期主族元素相比，从左到右原子半径的变化幅度______。
不大
3.元素原子得失电子的能力
(1)利用原子半径和________数，可以定性解释元素周期表中元素原子得失电子能力所呈现的递变规律。
(2)除稀有气体元素外，从左到右，元素原子失去电子的能力越来越____，获得电子的能力越来越____。
(3)同主族自上而下，金属元素原子失去电子的能力越来越____，非金属元素原子获得电子的能力越来越____。
价电子
弱
强
强
弱
1.下列各组微粒不是按半径逐渐增大的顺序排列的是( )
A.Na、K、Rb B.F、Cl、Br
C.Mg2＋、Al3＋、Zn2＋ D.Cl－、Br－、I－
解析 同主族元素，从上到下，原子半径(或离子半径)逐渐增大，故A、B、D三项中的各微粒的半径逐渐增大；电子层数相同，核电荷数越大半径越小，Mg2＋、Al3＋电子层数相同但铝元素的核电荷数大，所以Al3＋的半径小，故C项中微粒不是按半径逐渐增大的顺序排列的。
C
2.A＋、B2＋、C－、D2－4种离子具有相同的电子层结构。现有以下排列顺序：
①B2＋＞A＋＞C－＞D2－ ②C－＞D2－＞A＋＞B2＋
③B2＋＞A＋＞D2－＞C－ ④D2－＞C－＞A＋＞B2＋
4种离子的半径由大到小以及4种元素原子序数由大到小的顺序分别是( )
A.①④ B.④① C.②③ D.③②
解析 A＋、B2＋、C－、D2－四种离子具有相同的电子层结构，核外电子数相等，令核外电子数为x，则A、B、C、D的原子序数分别为x＋1、x＋2、x－1、x－2，故原子序数(核电荷数)B2＋＞A＋＞C－＞D2－；电子层结构相同的离子，核电荷数越大离子半径越小，故离子半径D2－＞C－＞A＋＞B2＋。
B
C
解析 由题意可知，X、Y、Z2－、W分别为S、Cl、S2－、F。S、Cl、S2－、F四种粒子半径由大到小排列顺序为r(S2－)＞r(S)＞r(Cl)＞r(F)，故C项正确。
【题后归纳】
1.微粒半径大小的比较规律
2.微粒半径大小比较的方法——“三看法”
“一看”电子层，一般电子层数越多，半径越大；
“二看”核电荷数，电子层数相同时，核电荷数越大，半径越小；
“三看”核外电子数，电子层数和质子数都相同时，核外电子数越多，半径越大。
二、元素的电离能及其变化规律
对点训练
1.概念
气态基态原子或气态基态离子失去__________所需要的最小能量叫作电离能,常用符号I表示，单位是__________________。
2.分类
元素原子失去一个电子的电离能称为第一电离能，常用符号______表示；在此基础上再失去一个电子的电离能称为第二电离能，常用符号______表示；以此类推，且I3______I2______I1。
一个电子
kJ·mol－1
I1
I2
高于
高于
3.意义
运用元素的电离能数据来判断金属元素的原子在气态时失去电子的______程度。
难易
4.元素第一电离能变化规律
同周期 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，从左至右，元素的第一电离能总体上呈现__________的变化趋势(ⅡA、ⅤA比相邻元素的第一电离能大)
同主族 总体上自上而下第一电离能逐渐______
过渡元素 第一电离能变化不太规则，同周期的过渡元素随原子序数的增加，从左到右第一电离能总体上略有______
同种元素原子 电离能逐级______ (即I1____I2____I3……)
从小到大
减小
增加
增大
<
<
5.电离能的应用
4.下列元素第一电离能大小顺序中，正确的是( )
A.Be＞B＞Mg B.B＞Mg＞Be C.B＞Al＞Mg D.Al＞Be＞Mg
解析 同周期主族元素从左到右第一电离能呈增大趋势，同主族元素自上而下第一电离能逐渐减小。但ⅡA族、ⅤA族元素的第一电离能分别大于同周期相邻元素，则第一电离能：Be＞B＞Mg，A正确，B错误；Mg的第一电离能比Al大，C、D错误。
A
5.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
A
解析 同周期中碱金属元素的第一电离能最小，稀有气体元素的第一电离能最大，A正确；由于镁的价电子排布式为3s2，而铝的价电子排布式为3s23p1，故铝的第一电离能小于镁的，B不正确；在所有元素中，氦的第一电离能最大，C不正确；钾比镁更易失去电子，钾的第一电离能小于镁，D不正确。
6.(2023·重庆八中高二上月考)已知下列四组短周期元素的电离能数据(kJ·mol－1)，下列判断错误的是( )
C
A.还原性：W>Y>X
B.Y和Z可能位于同一族
C.W、X、Y、Z简单离子半径依次
减小
D.X、Z的氢氧化物都具有两性
电离能 W X Y Z
I1 496 578 738 899
I2 4 562 1 817 1 451 1 751
I3 6 912 2 745 7 733 14 848
I4 9 543 11 575 10 540 21 006
解析 元素原子轨道中电子处于半满、全满、全空时最稳定，当稳定状态再失去电子时，其电离能发生突变，W 的I2电离能突然增大，说明最外层有1个电子，属于ⅠA 族，且W的第一电离能比X、Y、Z小，则W为Na元素；X的I4电离能突然增大，说明最外层有3个电子，属于ⅢA族，第一电离能比Y、Z小，则X为Al元素；Y 的I3电离能突然增大，说明最外层有2个电子，属于ⅡA族，Z的I3电离能突然增大，说明最外层有2个电子，属于ⅡA族，由Z的I1比Y的I1大，则Y为Mg元素；Z为Be元素；Na、Mg、Al为第3周期元素，金属性依次减弱，还原性减弱，所以还原性：Na>Mg>Al，故A正确；根据其电离能变化，可知Y为Mg元素，Z为Be元素，属于同一主族元素，故B正确；Na、Mg、Al简单离子均为10电子微粒，随着核电荷数增多，对电子吸引力增大，离子半径减小，铍离子为2个电子，半径最小，所以简单离子半径：Na＋>Mg2＋>Al3＋>Be2＋，故C错误；Al和Be在元素周期表中均位于金属和非金属交界处，具有一定的金属性和非金属性，其氢氧化物都具有两性，故D正确。
课堂达标训练
1.下面的价电子排布中，第一电离能最小的原子可能是( )
A.ns2np3 B.ns2np5 C.ns2np4 D.ns2np6
解析 同一周期元素的第一电离能随着原子序数的增大而呈增大趋势，但同一周期中ⅡA族元素比ⅢA族元素的第一电离能大，ⅤA族比ⅥA族第一电离能大，ns2np3、ns2np4、ns2np5、ns2np6属于同一周期且其原子序数依次增大，但ns2np3属于ⅤA元素，ns2np4属于ⅥA族，所以元素的第一电离能的大小顺序是ns2np6、ns2np5、ns2np3、ns2np4，所以最小的为ns2np4，故选C。
C
2.下列有关电离能的说法，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，主族元素的第一电离能从左到右越来越大
D.同主族元素，随原子序数的递增，第一电离能逐渐减小
D
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，故A错误；电离能是气态基态原子或气态基态离子失去一个电子所需要的最小能量，元素原子失去一个电子的电离能称为第一电离能，故B错误；从总的变化趋势上看，同一周期中主族元素的第一电离能从左到右逐渐增大，但有反常，如I1(N)>I1(O)，故C错误；同主族元素，随原子序数的递增，第一电离能逐渐减小，故D正确。
3.下列关于粒子半径的比较不正确的是( )
①r(Li＋)③r(Na＋)r(Fe)
A.②③④ B.①④ C.③④ D.①②③
解析 同主族元素，从上到下，同价态离子半径逐渐增大，所以①②正确；电子层结构相同的离子，随核电荷数增大，离子半径减小，③错误；不同价态的同种元素的离子，核外电子多的半径大，④错误。
C
4.如图表示X元素的基态原子失去电子数与对应电离能
的对数值的关系，试推断X可能位于( )
A. ⅠA族 B.ⅡA族
C.ⅢA族 D.ⅣA族
解析 图中纵坐标表示X元素的各级电离能的对数值，由图可知X元素的第二电离能和第三电离能之间有突变，说明它容易失去两个电子，所以它可能是ⅡA族元素。
B
5.请回答下列问题：
(1)依据第2周期元素第一电离能的变化规律，参照如图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
(2)元素的第一电离能：Al______Si(填“>”或“<”)。
(3)S、N、O三种元素第一电离能由大到小的顺序为____________。
<
N>O>S
解析 (2)同一周期元素自左向右第一电离能有增大趋势，第一电离能AlO>S。
课后巩固训练
A级 合格过关练
选择题只有1个选项符合题意
1.下列化合物中阴离子半径和阳离子半径之比最大的是( )
A.LiI B.NaBr C.KCl D.CsF
解析 碱金属离子半径：r(Li＋)A
2.下列各组原子中，第一电离能前者大于后者的是( )
A.S和P B.Mg和Al
C.Na和Mg D.Ne和He
解析 S和P的价电子分别为3s23p4和3s23p3，由于P原子p轨道处于半充满状态，较稳定，所以S第一电离能小于P第一电离能。Na、Mg和Al的价电子分别为3s1、3s2、3s23p1，镁原子s轨道处于全充满状态，故其第一电离能最大；D项中He与Ne同族，He的第一电离能大于Ne第一电离能。
B
3.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，故第一电离能依次增大
C.最外层电子排布式为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，元素的电离能：I1＜I2＜I3＜……
解析 同一主族，从上到下元素的第一电离能越来越小，金属活泼性越来越强，故A正确；同周期ⅡA族与ⅤA族元素，第一电离能出现了反常，故B错误；最外层电子排布式为ns2np6(若只有K层时为1s2)的原子为稀有气体原子，第一电离能较大，故C正确；同一元素电离能：I1＜I2＜I3……，故D正确。
B
4.下列各组元素的第一电离能按递增的顺序排列的是( )
A.Li、Be、B B.Al、Si、P
C.N、O、F D.Li、Na、K
解析 元素的第一电离能：同周期元素从左到右呈增大的趋势，但ⅡA、ⅤA族反常，比同周期相邻主族元素的第一电离能大，故A、C不符合题意；同主族元素自上而下第一电离能逐渐减小，故D不符合题意。
B
5.下列各组元素中按微粒半径递增顺序排列的是( )
A.K Na Li B.N O F
C.Ca2＋ K＋ Cl－ D.Ba2＋ Ca2＋ Mg2＋
解析 同主族元素自上而下原子半径增大，则原子半径大小为LiO>F，B错误；离子电子层结构相同，核电荷数越大离子半径越小，则离子半径大小为Ca2＋Ca2＋>Mg2＋，D错误。
C
6.已知某原子的各级电离能数值如下：I1＝577 kJ·mol－1，I2＝1 817 kJ·mol－1，I3＝2 745 kJ·mol－1，I4＝11 578 kJ·mol－1，则该元素的化合价为( )
A.＋1价 B.＋2价
C.＋3价 D.＋4价
解析 第三电离能到第四电离能发生突跃，所以元素呈现＋3价。
C
7.如图表示前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( )
A.N、S、P B.F、Cl、O
C.He、Ne、Ar D.Si、C、B
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。
C
8.某元素X的逐级电离能如图所示，下列说法正确的是( )
A.X元素的常见价态为＋4价
B.X为非金属元素
C.X为第5周期元素
D.X的单质与氯气反应时最可能生成的阳离子为X3＋
D
解析 根据电离能图知，第三电离能和第四电离能之间的差距最大，所以X元素原子最外层有3个电子，在化学反应中容易失去3个电子，形成＋3价阳离子，故A错误、D正确；X元素可能位于ⅢA族，ⅢA族有金属元素也有非金属元素，根据已知条件无法确定X元素是否为非金属元素，也无法确定X元素所在的周期数，故B、C错误。
9.(2023·福州高二期中)某短周期元素R的各级电离能数据(用I1、I2……表示，单位为kJ·mol－1)如表所示。下列关于元素R的判断正确的是( )
D
I1 I2 I3 I4
R 740 1 500 7 700 10 500
A.R元素基态原子的价电子排布式为ns1
B.R的最高正价为＋4价
C.R元素可能属于非金属元素
D.R元素位于元素周期表中ⅡA族
解析 根据第一至第四电离能的数据可知，第三电离能突然增大，说明该元素容易失去2个电子，则该元素原子最外层含有2个电子，应为ⅡA族元素，基态原子的价电子排布式为ns2，最高正价为＋2价。
10.根据下列五种元素的电离能数据(单位：kJ·mol－1)，判断下列说法不正确的是( )
B
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0族元素
B.R和S均可能与U在同一主族
C.U元素不可能在元素周期表的p区
D.原子的价电子排布式为ns2np1的可能是T元素
解析 Q元素的I1数值很大，故Q可能是0族元素，A项正确；根据电离能数据可知，R的最外电子层应该有1个电子，S的最外电子层应该有2个电子，不属于同一主族的元素，B项错误；U的最外电子层有1个电子，不可能属于p区元素，C项正确；T元素最外层有3个电子，价电子排布式可能为ns2np1，D项正确。
11.具有下列电子层结构的原子，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原子
②价电子排布式为3s23p6的原子
③其3p轨道为半充满的原子
④正三价的阳离子的电子层结构与氖原子结构相同
A.①②③④ B.③①②④
C.②③①④ D.②④①③
C
解析 本题考查同周期元素第一电离能的递变规律，题中所述结构的原子都是第3周期元素。②是稀有气体Ar，其第一电离能最大。①是硫原子，③是磷原子，④是铝原子。根据规律I1(Al)最小，S虽然在P的右边，但磷原子3p轨道是3p3半充满结构，较稳定，故I1(P)>I1(S)。
12.在第2周期元素中，第一电离能介于B、N之间的元素种数为( )
A.1 B.2 C.3 D.4
解析 第2周期的Be为ⅡA族元素，其第一电离能比B大，比N小；C的原子序数介于B、N之间，其第一电离能也介于B、N之间；N为ⅤA族元素，其第一电离能比O大，故O的第一电离能介于B、N之间。综上可知，第2周期元素中，第一电离能介于B、N之间的有Be、C、O三种元素，C项符合题意。
C
13.(1)Li及其周期表中相邻元素的第一电离能(I1)如表所示。I1(Li)>I1(Na)，原因是________________________________________________________________。
I1(Be)>I1(B)>I1(Li)，原因是__________________________________________
_______________________________________________________________________________________________________________。
I1/(kJ·mol－1)
Li 520 Be 900 B
801
Na 496 Mg 738 Al
578
Na与Li同族，Na电子层数多，原子半径大，易失电子
Li、Be、B同周期，核电荷数依次增加，Be为1s22s2全充满稳定结构，第一电离能最大，与Li相比，B核电荷数大，原子半径小，较难失去电子，第一电离能较大
解析 Li和Na均为ⅠA族元素，由于Na电子层数多，原子半径大，故Na比Li容易失去最外层电子，即I1(Li)>I1(Na)；Li、Be、B均为第2周期元素，随原子序数递增，第一电离能有增大的趋势，而Be的2s能级处于全充满状态，较难失去电子，故第一电离能Be比B大；
(2)黄铜是人类最早使用的合金之一，主要由Zn和Cu组成。第一电离能I1(Zn)________I1(Cu)(填“大于”或“小于”)。原因是___________________________________________________________________。
大于
Zn原子的最外层电子排布为全充满稳定结构，较难失电子
解析 Cu的价电子排布式为3d104s1，4s轨道处于半充满状态，而Zn的4s轨道处于全充满状态，Zn更不易失去1个电子，所以Zn的第一电离能较大；
(3)元素Mn与O中，第一电离能较大的是____________。
(4)根据元素周期律，原子半径Ga________As，第一电离能Ga________As(填“大于”或“小于”)。
O
大于
小于
解析 (3)O是非金属元素，而Mn是金属元素，前者易得电子而不易失电子，后者则反之，所以O的第一电离能大于Mn；(4)同周期主族元素从左到右，原子半径逐渐减小，第一电离能呈增大趋势，Ga的原子半径大于As；Ga的第一电离能小于As。
14.如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。
请回答以下问题：
(1)认真分析图中同周期元素第一电离能的变化规律，将Na～Ar之间六种元素用短线连接起来，构成完整的图像。
答案
解析 依据第2周期第一电离能的递变规律，可以连出第3周期第一电离能的变化图像；
(2)由图分析可知，同一主族元素原子的第一电离能I1变化规律是_______________________。
(3)图中5号元素在周期表中的位置是第________周期________族。
从上到下依次减小
3
ⅤA
解析 (2)由图可以得出同一主族第一电离能的变化规律：从上到下依次减小；(3)图中5号元素是P，P在周期表中处于第3周期ⅤA族；
(4)图中出现的元素中最活泼的金属元素位于元素周期表的第________周期________族。
5
ⅠA
解析 依据同一周期元素的金属性从左到右逐渐减弱，同一主族从上到下逐渐增强，可以得出图中出现的元素中最活泼的金属元素是Rb，处于第5周期ⅠA族；
(5)写出图中6号元素的价电子排布式：____________________________。
(6)分析图中同周期元素第一电离能的变化规律，推断Na～Ar元素中，Al的第一电离能的大小范围________3s23p5
Na
Mg
解析 (5)图中6号元素是Cl，价电子排布式3s23p5；(6)依据第一电离能递变规律，可以得出Al的第一电离能的大小范围NaB级 素养培优练
15.已知X、Y是主族元素，I为电离能，单位是 kJ/mol。根据下表所列数据判断错误的是( )
D
元素 I1 I2 I3 I4
X 500 4 600 6 900 9 500
Y 580 1 800 2 700 11 600
A.元素X的常见化合价是＋1价
B.元素Y是Ⅲ A族的元素
C.元素X与氯元素组成化合物时，化学式可能是XCl
D.若元素Y处于第3周期，它可与冷水剧烈反应生成YOH和H2
解析 分析表中给出的数据，元素X的I1、I2差别很大，说明X易失去一个电子，而难失去更多的电子，因此X易形成＋1价阳离子，A、C正确；元素Y由I3到I4有很大变化，说明Y易失去3个电子，即Y原子的最外层上有3个电子，所以应位于ⅢA族，B项正确；若Y位于第3周期，则为Al，不能与冷水剧烈反应，D项错误。
16.(2023·长沙南雅中学高二限时训练)下表是元素周期表的一部分，表中所列的字母分别代表一种化学元素。试回答下列问题：
(1)元素p的原子结构示意图为__________________________。
(2)o、p两元素的部分电离能数据如下表：
元素 元素电离能/kJ·mol－1 o p
I1 717 759
I2 1 509 1 561
I3 3 248 2 957
比较两元素的I2、I3可知，气态o2＋再失去一个电子比气态p2＋再失去一个电子难。对此，你的解释是_____________________________________________________
____________________________________________________________________。
基态Mn2＋价电子排布为3d5，基态Fe2＋价电子排布为3d6，基态Mn2＋的价电子排布为半充满稳定状态，比Fe2＋更难再失去1个电子
解析 o、p两元素分别为锰、铁，基态Mn2＋价电子排布为3d5，基态Fe2＋价电子排布为3d6，基态Mn2＋的价电子排布为半充满稳定状态，比Fe2＋更难再失去1个电子，故其I3更大；
(3)第3周期8种元素单质熔点高低的顺序如图所示，其中电离能最大的是________(填下图中的序号)。
1
解析 第3周期8种元素单质，钠、镁、铝、硅、磷、硫常温下为固体，氯氩单质常温下为气体，熔点最低的为氩气，电离能最大的为Ar，应选1号；
(4)表中所列的某主族元素的电离能情况如图所示，则该元素是________(填元素符号)。
Al
解析 某主族元素的电离能图示可知，第三、四电离能差值特别大，则为ⅢA族元素，为Al；
(5)基态钒原子的价电子轨道表示式为___________________________________。
(6)写出前四周期单电子数最多的原子的电子排布式：______________________。
1s22s22p63s23p63d54s1作业5 原子半径、元素的电离能及其变化规律
(分值:80分)
A级 合格过关练
选择题只有1个选项符合题意(1~12题,每小题4分)
1.下列化合物中阴离子半径和阳离子半径之比最大的是 ( )
LiI NaBr
KCl CsF
2.下列各组原子中,第一电离能前者大于后者的是 ( )
S和P Mg和Al
Na和Mg Ne和He
3.下列关于元素第一电离能的说法不正确的是 ( )
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
因同周期元素的原子半径从左到右逐渐减小,故第一电离能依次增大
最外层电子排布式为ns2np6(若只有K层时为1s2)的原子,第一电离能较大
对于同一元素而言,元素的电离能:I14.下列各组元素的第一电离能按递增的顺序排列的是 ( )
Li、Be、B Al、Si、P
N、O、F Li、Na、K
5.下列各组元素中按微粒半径递增顺序排列的是 ( )
K Na Li N O F
Ca2+ K+ Cl- Ba2+ Ca2+ Mg2+
6.已知某原子的各级电离能数值如下:I1=577 kJ·mol-1,I2=1 817 kJ·mol-1,I3=2 745 kJ·mol-1,I4=11 578 kJ·mol-1,则该元素的化合价为 ( )
+1价 +2价
+3价 +4价
7.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 ( )
N、S、P F、Cl、O
He、Ne、Ar Si、C、B
8.某元素X的逐级电离能如图所示,下列说法正确的是 ( )
X元素的常见价态为+4价
X为非金属元素
X为第5周期元素
X的单质与氯气反应时最可能生成的阳离子为X3+
9.(2023·福州高二期中)某短周期元素R的各级电离能数据(用I1、I2……表示,单位为kJ·mol-1)如表所示。下列关于元素R的判断正确的是 ( )
I1 I2 I3 I4
R 740 1 500 7 700 10 500
R元素基态原子的价电子排布式为ns1
R的最高正价为+4价
R元素可能属于非金属元素
R元素位于元素周期表中ⅡA族
10.根据下列五种元素的电离能数据(单位:kJ·mol-1),判断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
Q元素可能是0族元素
R和S均可能与U在同一主族
U元素不可能在元素周期表的p区
原子的价电子排布式为ns2np1的可能是T元素
11.具有下列电子层结构的原子,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原子
②价电子排布式为3s23p6的原子
③其3p轨道为半充满的原子
④正三价的阳离子的电子层结构与氖原子结构相同
①②③④ ③①②④
②③①④ ②④①③
12.在第2周期元素中,第一电离能介于B、N之间的元素种数为 ( )
1 2
3 4
13.(10分)(1)(4分)Li及其周期表中相邻元素的第一电离能(I1)如表所示。I1(Li)>I1(Na),原因是 。 I1(Be)>I1(B)>I1(Li),原因是 。
I1/(kJ·mol－1)
Li 520 Be 900 B 801
Na 496 Mg 738 Al 578
(2)(3分)黄铜是人类最早使用的合金之一,主要由Zn和Cu组成。第一电离能I1(Zn) (1分)I1(Cu)(填“大于”或“小于”)。原因是 (2分)。
(3)(1分)元素Mn与O中,第一电离能较大的是 。
(4)(2分)根据元素周期律,原子半径Ga As,第一电离能Ga As(填“大于”或“小于”)。
14.(9分)如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。
请回答以下问题:
(1)(1分)认真分析图中同周期元素第一电离能的变化规律,将Na~Ar之间六种元素用短线连接起来,构成完整的图像。
(2)(1分)由图分析可知,同一主族元素原子的第一电离能I1变化规律是 。
(3)(2分)图中5号元素在周期表中的位置是第 周期 族。
(4)(2分)图中出现的元素中最活泼的金属元素位于元素周期表的第 周期 族。
(5)(1分)写出图中6号元素的价电子排布式: 。
(6)(2分)分析图中同周期元素第一电离能的变化规律,推断Na~Ar元素中,Al的第一电离能的大小范围 B级 素养培优练
15.(4分)已知X、Y是主族元素,I为电离能,单位是 kJ/mol。根据下表所列数据判断错误的是 ( )
元素 I1 I2 I3 I4
X 500 4 600 6 900 9 500
Y 580 1 800 2 700 11 600
元素X的常见化合价是+1价
元素Y是ⅢA族的元素
元素X与氯元素组成化合物时,化学式可能是XCl
若元素Y处于第3周期,它可与冷水剧烈反应生成YOH和H2
16.(9分)(2023·长沙南雅中学高二限时训练)下表是元素周期表的一部分,表中所列的字母分别代表一种化学元素。试回答下列问题:
(1)(1分)元素p的原子结构示意图为 。
(2)(2分)o、p两元素的部分电离能数据如下表:
元素 元素电离能/kJ·mol-1 o p
I1 717 759
I2 1 509 1 561
I3 3 248 2 957
比较两元素的I2、I3可知,气态o2+再失去一个电子比气态p2+再失去一个电子难。对此,你的解释是 。
(3)(1分)第3周期8种元素单质熔点高低的顺序如图所示,其中电离能最大的是 (填下图中的序号)。
(4)(1分)表中所列的某主族元素的电离能情况如图所示,则该元素是 (填元素符号)。
(5)(2分)基态钒原子的价电子轨道表示式为 。
(6)(2分)写出前四周期单电子数最多的原子的电子排布式: 。
作业5 原子半径、元素的电离能及其变化规律
1.A [碱金属离子半径:r(Li+)2.B [S和P的价电子分别为3s23p4和3s23p3,由于P原子p轨道处于半充满状态,较稳定,所以S第一电离能小于P第一电离能。Na、Mg和Al的价电子分别为3s1、3s2、3s23p1,镁原子s轨道处于全充满状态,故其第一电离能最大;D项中He与Ne同族,He的第一电离能大于Ne第一电离能。]
3.B [同一主族,从上到下元素的第一电离能越来越小,金属活泼性越来越强,故A正确;同周期ⅡA族与ⅤA族元素,第一电离能出现了反常,故B错误;最外层电子排布式为ns2np6(若只有K层时为1s2)的原子为稀有气体原子,第一电离能较大,故C正确;同一元素电离能:I14.B [元素的第一电离能:同周期元素从左到右呈增大的趋势,但ⅡA、ⅤA族反常,比同周期相邻主族元素的第一电离能大,故A、C不符合题意;同主族元素自上而下第一电离能逐渐减小,故D不符合题意。]
5.C [同主族元素自上而下原子半径增大,则原子半径大小为LiO>F,B错误;离子电子层结构相同,核电荷数越大离子半径越小,则离子半径大小为Ca2+Ca2+>Mg2+,D错误。]
6.C [第三电离能到第四电离能发生突跃,所以元素呈现+3价。]
7.C [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。]
8.D [根据电离能图知,第三电离能和第四电离能之间的差距最大,所以X元素原子最外层有3个电子,在化学反应中容易失去3个电子,形成+3价阳离子,故A错误、D正确;X元素可能位于ⅢA族,ⅢA族有金属元素也有非金属元素,根据已知条件无法确定X元素是否为非金属元素,也无法确定X元素所在的周期数,故B、C错误。]
9.D [根据第一至第四电离能的数据可知,第三电离能突然增大,说明该元素容易失去2个电子,则该元素原子最外层含有2个电子,应为ⅡA族元素,基态原子的价电子排布式为ns2,最高正价为+2价。]
10.B [Q元素的I1数值很大,故Q可能是0族元素,A项正确;根据电离能数据可知,R的最外电子层应该有1个电子,S的最外电子层应该有2个电子,不属于同一主族的元素,B项错误;U的最外电子层有1个电子,不可能属于p区元素,C项正确;T元素最外层有3个电子,价电子排布式可能为ns2np1,D项正确。]
11.C [本题考查同周期元素第一电离能的递变规律,题中所述结构的原子都是第3周期元素。②是稀有气体Ar,其第一电离能最大。①是硫原子,③是磷原子,④是铝原子。根据规律I1(Al)最小,S虽然在P的右边,但磷原子3p轨道是3p3半充满结构,较稳定,故I1(P)>I1(S)。]
12.C [第2周期的Be为ⅡA族元素,其第一电离能比B大,比N小;C的原子序数介于B、N之间,其第一电离能也介于B、N之间;N为ⅤA族元素,其第一电离能比O大,故O的第一电离能介于B、N之间。综上可知,第2周期元素中,第一电离能介于B、N之间的有Be、C、O三种元素,C项符合题意。]
13.(1)Na与Li同族,Na电子层数多,原子半径大,易失电子 Li、Be、B同周期,核电荷数依次增加,Be为1s22s2全充满稳定结构,第一电离能最大,与Li相比,B核电荷数大,原子半径小,较难失去电子,第一电离能较大
(2)大于 Zn原子的最外层电子排布为全充满稳定结构,较难失电子 (3)O (4)大于 小于
解析 (1)Li和Na均为ⅠA族元素,由于Na电子层数多,原子半径大,故Na比Li容易失去最外层电子,即I1(Li)>I1(Na);Li、Be、B均为第2周期元素,随原子序数递增,第一电离能有增大的趋势,而Be的2s能级处于全充满状态,较难失去电子,故第一电离能Be比B大;(2)Cu的价电子排布式为3d104s1,4s轨道处于半充满状态,而Zn的4s轨道处于全充满状态,Zn更不易失去1个电子,所以Zn的第一电离能较大;(3)O是非金属元素,而Mn是金属元素,前者易得电子而不易失电子,后者则反之,所以O的第一电离能大于Mn;(4)同周期主族元素从左到右,原子半径逐渐减小,第一电离能呈增大趋势,Ga的原子半径大于As;Ga的第一电离能小于As。
14.(1) (2)从上到下依次减小 (3)3 ⅤA
(4)5 ⅠA (5)3s23p5 (6)Na Mg
解析 (1)依据第2周期第一电离能的递变规律,可以连出第3周期第一电离能的变化图像;(2)由图可以得出同一主族第一电离能的变化规律:从上到下依次减小;(3)图中5号元素是P,P在周期表中处于第3周期ⅤA族;(4)依据同一周期元素的金属性从左到右逐渐减弱,同一主族从上到下逐渐增强,可以得出图中出现的元素中最活泼的金属元素是Rb,处于第5周期ⅠA族;(5)图中6号元素是Cl,价电子排布式3s23p5;(6)依据第一电离能递变规律,可以得出Al的第一电离能的大小范围Na15. D [分析表中给出的数据,元素X的I1、I2差别很大,说明X易失去一个电子,而难失去更多的电子,因此X易形成+1价阳离子,A、C正确;元素Y由I3到I4有很大变化,说明Y易失去3个电子,即Y原子的最外层上有3个电子,所以应位于ⅢA族,B项正确;若Y位于第3周期,则为Al,不能与冷水剧烈反应,D项错误。]
16.(1) (2)基态Mn2+价电子排布为3d5,基态Fe2+价电子排布为3d6,基态Mn2+的价电子排布为半充满稳定状态,比Fe2+更难再失去1个电子 (3)1 (4)Al
(5)
(6)1s22s22p63s23p63d54s1
解析 (1)由元素周期表可知,元素p为铁元素,原子结构示意图为;(2)o、p两元素分别为锰、铁,基态Mn2+价电子排布为3d5,基态Fe2+价电子排布为3d6,基态Mn2+的价电子排布为半充满稳定状态,比Fe2+更难再失去1个电子,故其I3更大;(3)第3周期8种元素单质,钠、镁、铝、硅、磷、硫常温下为固体,氯氩单质常温下为气体,熔点最低的为氩气,电离能最大的为Ar,应选1号;(4)某主族元素的电离能图示可知,第三、四电离能差值特别大,则为ⅢA族元素,为Al;(5)钒为23号元素,基态钒原子的价电子排布为3d34s2,价电子轨道表示式为；(6)前四周期单电子数最多的原子为24号铬元素的原子，其电子排布式：1s22s22p63s23p63d54s1。