专题2 原子结构与元素性质
第二单元 元素性质的递变规律
第2课时 元素第一电离能和电负性的周期性变化
题组一 元素的电离能及应用
1．下列说法正确的是( )
A．第3周期元素中氯的第一电离能最大
B．氮的第一电离能比氧小
C．在所有的元素中氦的第一电离能最大
D．钠的第一电离能比铍大
2．下列各项中元素的第一电离能依次减小的是( )
A．H、Li、Na、K B．I、Br、Cl、F
C．Na、Mg、Al、Si D．Si、Al、Mg、Na
3．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，试推测X可能位于( )
A．ⅠA族 B．ⅡA族 C．ⅢA族 D．ⅣA族
4．下列说法不能说明X的电负性比Y的大的是( )
A．与氢化合时X单质比Y单质容易
B．X的最高价氧化物对应水化物的酸性比Y的强
C．X原子的最外层电子数比Y原子的多
D．X的单质可以把Y从其氢化物中置换出来
5．已知X、Y元素同周期，且电负性：X＞Y，下列说法错误的是( )
A．X与Y形成化合物时，X显负价，Y显正价
B．第一电离能可能Y小于X
C．最高价含氧酸的酸性：X＜Y
D．气态氢化物的稳定性：HmY＜HnX
6．下列各组元素性质的叙述中，正确的是( )
A．第一电离能：C
B．电负性：CC．最高正化合价：CD．原子半径：O>F>Na>Mg
7．X和Y是原子序数大于4的短周期元素，Xm＋和Yn－两种离子的核外电子排布相同，下列说法正确的是( )
A．X的原子半径比Y小
B．X和Y的核电荷数之差为m－n
C．电负性：X>Y
D．第一电离能：X8．(1)Mg元素的第一电离能比Al元素的第一电离能________，第2周期元素中，元素的第一电离能比铍大的元素有______种。
(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__________________________________________。
(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：___________________。
电离能/kJ·mol－1 I1 I2 I3 I4
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I/kJ·mol－1的数据，下列判断中错误的是________(填字母)。
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的常见化合价为＋1价
B．元素Y可能为ⅢA族元素
C．元素X与氯形成化合物时，化学式可能是XCl
D．元素Y在化学性质上与锡相似
1．某短周期主族元素M的电离能I1～I7数据如表所示(单位：kJ·mol－1)
I1 I2 I3 I4 I5 I6 I7
578 1 817 2 745 11 575 14 830 18 376 23 293
下列关于元素M的推断错误的是( )
A．M元素位于元素周期表中ⅢA族
B．M元素的最高化合价为＋3价
C．M元素的第一电离能高于同周期相邻元素
D．M元素基态原子的电子排布式为1s22s22p63s23p1
2．下列四种元素的基态原子的电子排布式如下：
①1s22s22p63s23p4 ②1s22s22p63s23p3 ③1s22s22p3 ④1s22s22p5，则下列有关比较正确的是( )
A．第一电离能：④＞③＞②＞①
B．原子半径：④＞③＞②＞①
C．电负性：④＞②＞①＞③
D．最高正化合价：④＞③＝②＞①
3．元素处于基态时的气态原子获得一个电子成为－1价阴离子时所放出的能量叫做该元素的第一电子亲和能。－1价阴离子再获得一个电子的能量变化叫做第二电子亲和能。表中给出了几种元素或离子的电子亲和能数据：
元素 Li Na K O O－ F
电子亲和能/(kJ·mol－1) 59.8 52.7 48.4 141 －844.2 327.9
下列说法正确的是( )
A．电子亲和能越大，说明越难得到电子
B．一个基态的气态氟原子得到一个电子成为氟离子时吸收327.9 kJ的能量
C．氧元素的第二电子亲和能是－844.2 kJ·mol－1
D．基态的气态氧原子得到两个电子成为O2－需要放出能量
4．碳、硅、锗等是ⅣA族元素，回答下列问题：
(1)CH4和CO2所含的三种元素电负性从大到小的顺序为____________(填元素符号)。
(2)从电负性角度分析，碳、硅和氧元素的非金属活泼性由强至弱的顺序为__________(填元素符号)。
(3)CH4中共用电子对偏向C，SiH4中共用电子对偏向H，则C、Si、H的电负性由大到小的顺序为________(填元素符号)。
(4)基态锗(Ge)原子的电子排布式是___________________，Ge的最高价氯化物分子式是________。该元素可能的性质或应用有________(填字母)。
A．是一种活泼的金属元素
B．其电负性大于硫
C．其单质可作为半导体材料
D．锗的第一电离能高于碳而电负性低于碳
(5)溴与氯能以________键结合形成BrCl，BrCl分子中，Br化合价为________。BrCl与水发生反应的化学方程式为__________________________________。
5．A、B、C、D、E、F六种短周期元素，原子序数依次增大，A、B的阴离子与C、D的阳离子的电子排布式均为1s22s22p6；A原子核外有2个未成对电子，C单质可与热水反应但不能与冷水反应；E、F原子在基态时填充电子的轨道数有9个，且E原子核外有3个未成对电子，F能与A形成相同价态的阴离子，且离子半径A小于F。用元素符号回答下列问题。
(1)上述6种元素中，________(填元素符号，下同)元素的第一电离能最大，理由是_____________________
__________________________________________________。
(2)C、D元素中第一电离能较大的是________，原因是______________________________。
(3)6种元素按电负性从小到大排列的顺序是__________________________。
(4)C、D、E、F元素形成的最高价氧化物是离子化合物的是________(填对应最高价氧化物化学式，下同)，是共价化合物的是________。专题2 原子结构与元素性质
第二单元 元素性质的递变规律
第2课时 元素第一电离能和电负性的周期性变化
题组一 元素的电离能及应用
1．下列说法正确的是( )
A．第3周期元素中氯的第一电离能最大
B．氮的第一电离能比氧小
C．在所有的元素中氦的第一电离能最大
D．钠的第一电离能比铍大
答案 C
解析 同周期自左而右，元素的第一电离能呈增大趋势，注意能级处于全空、半充满、全充满的特殊情况，所以第3周期所含元素中Ar的第一电离能最大，故A错误；N原子的核外电子排布式为1s22s22p3，O原子的核外电子排布式为1s22s22p4，2p轨道处于半充满的原子能量低，较稳定，所以N的第一电离能大于O的第一电离能，故B错误；同周期元素从左到右第一电离能呈增大趋势，同主族元素从上到下第一电离能逐渐减小，则氦的第一电离能最大，故C正确；同主族元素从上到下第一电离能逐渐减小，故第一电离能：Li＞Na，同周期元素从左到右第一电离能呈增大趋势，故第一电离能：Be＞Li，所以第一电离能：Be＞Na，故D错误。
2．下列各项中元素的第一电离能依次减小的是( )
A．H、Li、Na、K B．I、Br、Cl、F
C．Na、Mg、Al、Si D．Si、Al、Mg、Na
答案 A
解析 同一主族，随着电子层数的增加，元素的第一电离能逐渐减小，A正确、B错误；同一周期，随着原子序数的递增，元素的第一电离能呈增大趋势，但ⅡA族、ⅤA族的第一电离能大于同周期相邻元素，C、D错误。
3．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，试推测X可能位于( )
A．ⅠA族 B．ⅡA族 C．ⅢA族 D．ⅣA族
答案 B
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。
4．下列说法不能说明X的电负性比Y的大的是( )
A．与氢化合时X单质比Y单质容易
B．X的最高价氧化物对应水化物的酸性比Y的强
C．X原子的最外层电子数比Y原子的多
D．X的单质可以把Y从其氢化物中置换出来
答案 C
解析 若X的电负性比Y的大，则表明X的非金属性比Y的强。A、B、D项均能说明X的非金属性比Y的强。原子的最外层电子数不能决定元素得失电子的能力，如氢元素的非金属性比镁元素的强，但镁原子的最外层电子数比氢原子的多，因此C项不能说明X的电负性比Y的大。
5．已知X、Y元素同周期，且电负性：X＞Y，下列说法错误的是( )
A．X与Y形成化合物时，X显负价，Y显正价
B．第一电离能可能Y小于X
C．最高价含氧酸的酸性：X＜Y
D．气态氢化物的稳定性：HmY＜HnX
答案 C
解析 同周期主族元素从左到右，原子序数依次增大，原子半径依次减小，非金属性依次增强，电负性依次增大。电负性大的元素在化合物中显负价，所以X和Y形成化合物时，X显负价，Y显正价，故A正确；同周期元素从左到右，第一电离能呈增大的趋势，但ⅤA族元素的p轨道为半充满稳定结构，第一电离能大于ⅥA族元素，第一电离能Y可能大于X，也可能小于X，故B正确；元素非金属性越强，其最高价氧化物对应的水化物的酸性越强，非金属性：X＞Y，则X最高价氧化物对应水化物的酸性强于Y最高价氧化物对应的水化物的酸性，故C错误；元素非金属性越强，气态氢化物越稳定，则气态氢化物的稳定性：HmY＜HnX，故D正确。
6．下列各组元素性质的叙述中，正确的是( )
A．第一电离能：CB．电负性：CC．最高正化合价：CD．原子半径：O>F>Na>Mg
答案 A
解析 同周期元素从左到右，电负性依次增大，电负性：CMg>O>F，D错误。
7．X和Y是原子序数大于4的短周期元素，Xm＋和Yn－两种离子的核外电子排布相同，下列说法正确的是( )
A．X的原子半径比Y小
B．X和Y的核电荷数之差为m－n
C．电负性：X>Y
D．第一电离能：X答案 D
解析 由题干信息可知，X处于Y的下一周期，原子核外电子层数越多，原子半径越大，所以原子半径：X>Y，A错误；Xm＋和Yn－两种离子的核外电子排布相同，则两种离子核外电子数相等，假设X的核电荷数为a，Y的核电荷数为b，则a－m＝b＋n，所以a－b＝m＋n，B错误；X比Y更易失电子，所以元素的电负性：X8．(1)Mg元素的第一电离能比Al元素的第一电离能________，第2周期元素中，元素的第一电离能比铍大的元素有______种。
(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__________________________________________。
(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：___________________。
电离能/kJ·mol－1 I1 I2 I3 I4
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I/kJ·mol－1的数据，下列判断中错误的是________(填字母)。
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的常见化合价为＋1价
B．元素Y可能为ⅢA族元素
C．元素X与氯形成化合物时，化学式可能是XCl
D．元素Y在化学性质上与锡相似
答案 (1)大 5 (2)1s22s22p2 N原子的2p轨道达到半充满结构，比较稳定 (3)1s22s22p63s2 (4)D
解析 (1)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。(2)O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ⅡA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1s22s22p63s2。(4)根据数据分析：X中I2 I1，可知X最外层只有1个电子，X常见化合价为＋1价，与Cl元素形成XCl，位于ⅠA族，A、C项正确；Y中I4 I3，Y易呈＋3价，故Y最外层有3个电子，位于ⅢA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。
1．某短周期主族元素M的电离能I1～I7数据如表所示(单位：kJ·mol－1)
I1 I2 I3 I4 I5 I6 I7
578 1 817 2 745 11 575 14 830 18 376 23 293
下列关于元素M的推断错误的是( )
A．M元素位于元素周期表中ⅢA族
B．M元素的最高化合价为＋3价
C．M元素的第一电离能高于同周期相邻元素
D．M元素基态原子的电子排布式为1s22s22p63s23p1
答案 C
2．下列四种元素的基态原子的电子排布式如下：
①1s22s22p63s23p4 ②1s22s22p63s23p3 ③1s22s22p3 ④1s22s22p5，则下列有关比较正确的是( )
A．第一电离能：④＞③＞②＞①
B．原子半径：④＞③＞②＞①
C．电负性：④＞②＞①＞③
D．最高正化合价：④＞③＝②＞①
答案 A
解析 由四种元素基态原子的电子排布式可知，①是S元素、②是P元素、③是N元素、④是F元素。同周期主族元素自左而右第一电离能呈增大趋势，故第一电离能：N＜F，但P元素原子的3p能级为半充满稳定状态，能量较低，第一电离能高于同周期相邻元素，所以第一电离能：S＜P，同主族元素自上而下第一电离能逐渐降低，所以第一电离能：N＞P，第一电离能：S＜P＜N＜F，即④＞③＞②＞①，故A正确；同周期主族元素自左而右原子半径逐渐减小，所以原子半径：P＞S、N＞F，电子层数越多原子半径越大，故原子半径：P＞S＞N＞F，即②＞①＞③＞④，故B错误；同周期主族元素自左而右电负性逐渐增大，所以电负性：P＜S、N＜F，同主族元素自上而下电负性逐渐减小，所以电负性：P＜N，N元素的非金属性比S元素强，故电负性：F>N>S>P，即④>③>①>②，故C错误；F元素没有正化合价，所以最高正化合价：①＞②＝③，故D错误。
3．元素处于基态时的气态原子获得一个电子成为－1价阴离子时所放出的能量叫做该元素的第一电子亲和能。－1价阴离子再获得一个电子的能量变化叫做第二电子亲和能。表中给出了几种元素或离子的电子亲和能数据：
元素 Li Na K O O－ F
电子亲和能/(kJ·mol－1) 59.8 52.7 48.4 141 －844.2 327.9
下列说法正确的是( )
A．电子亲和能越大，说明越难得到电子
B．一个基态的气态氟原子得到一个电子成为氟离子时吸收327.9 kJ的能量
C．氧元素的第二电子亲和能是－844.2 kJ·mol－1
D．基态的气态氧原子得到两个电子成为O2－需要放出能量
答案 C
解析 根据表中数据知，元素得电子能力越强，其电子亲和能越大，所以电子亲和能越大说明越容易得到电子，故A错误；O－的电子亲和能就是氧元素的第二电子亲和能，所以氧元素的第二电子亲和能是－844.2 kJ·mol－1，故C正确；气态O原子获得一个电子放出能量、O－再获得一个电子吸收能量，O元素的第一电子亲和能小于第二电子亲和能的绝对值，所以基态的气态氧原子得到两个电子成为O2－需要吸收能量，故D错误。
4．碳、硅、锗等是ⅣA族元素，回答下列问题：
(1)CH4和CO2所含的三种元素电负性从大到小的顺序为____________(填元素符号)。
(2)从电负性角度分析，碳、硅和氧元素的非金属活泼性由强至弱的顺序为__________(填元素符号)。
(3)CH4中共用电子对偏向C，SiH4中共用电子对偏向H，则C、Si、H的电负性由大到小的顺序为________(填元素符号)。
(4)基态锗(Ge)原子的电子排布式是___________________，Ge的最高价氯化物分子式是________。该元素可能的性质或应用有________(填字母)。
A．是一种活泼的金属元素
B．其电负性大于硫
C．其单质可作为半导体材料
D．锗的第一电离能高于碳而电负性低于碳
(5)溴与氯能以________键结合形成BrCl，BrCl分子中，Br化合价为________。BrCl与水发生反应的化学方程式为__________________________________。
答案 (1)O>C>H (2)O>C>Si (3)C>H>Si
(4)1s22s22p63s23p63d104s24p2 GeCl4 C
(5)共价 ＋1 BrCl＋H2O===HCl＋HBrO
解析 (1)CH4分子中C为－4价，H为＋1价，所以C的电负性大于H的电负性，同周期元素从左到右电负性增大，O的电负性大于C。
(2)根据同周期从左到右元素的电负性增大，同主族从上到下元素的电负性减小可知：电负性由强到弱顺序为O>C>Si，所以元素非金属性为O>C>Si。
(3)由于元素电负性越大，吸引电子能力越强，根据电子对偏向情况可得电负性大小为C>H>Si。
(4)锗是32号元素，核外有32个电子，基态锗(Ge)原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p2。Ge的外围电子数为4，所以其最高价为＋4价，氯化物分子式是GeCl4。Ge是一种金属元素，但最外层电子数为4，金属性不强，A项错误；根据同周期、同主族元素的电负性的递变规律可知锗的电负性小于硫，B项错误；锗单质是人类最早使用的半导体材料，C项正确；锗的电负性低于碳，锗的第一电离能也低于碳，D项错误。
(5)Br与Cl的电负性差别不大，所以BrCl分子中化学键为共价键，由于电负性Br5．A、B、C、D、E、F六种短周期元素，原子序数依次增大，A、B的阴离子与C、D的阳离子的电子排布式均为1s22s22p6；A原子核外有2个未成对电子，C单质可与热水反应但不能与冷水反应；E、F原子在基态时填充电子的轨道数有9个，且E原子核外有3个未成对电子，F能与A形成相同价态的阴离子，且离子半径A小于F。用元素符号回答下列问题。
(1)上述6种元素中，________(填元素符号，下同)元素的第一电离能最大，理由是_____________________
__________________________________________________。
(2)C、D元素中第一电离能较大的是________，原因是______________________________。
(3)6种元素按电负性从小到大排列的顺序是__________________________。
(4)C、D、E、F元素形成的最高价氧化物是离子化合物的是________(填对应最高价氧化物化学式，下同)，是共价化合物的是________。
答案 (1)F 其最外层有7个电子且原子半径小，容易得电子，不容易失电子 (2)Mg Mg最外层3s轨道全充满，3p轨道全空，是较稳定状态
(3)Mg解析 电子排布式为1s22s22p6的常见阴离子有N3－、O2－、F－，常见阳离子有Na＋、Mg2＋、Al3＋。A原子核外有2个未成对电子，A是O，B是F；C的单质可与热水反应但不能与冷水反应，C是Mg，故D是Al；E、F的基态原子有9个非空原子轨道，说明3p轨道均填有电子，E原子核外有3个未成对电子，则E是P；F能与A形成相同价态的阴离子，故F是S。