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高中化学鲁科版 (2019)选择性必修2第3节 元素性质及其变化规律多媒体教学ppt课件
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这是一份高中化学鲁科版 (2019)选择性必修2第3节 元素性质及其变化规律多媒体教学ppt课件，共60页。PPT课件主要包含了第一电离能，第二电离能，难易程度，从小到大，吸引电子，离子键，共价键等内容，欢迎下载使用。
知识点一 元素的电离能
1.电离能“气态”“基态”“失去一个电子”等是保证“最小能量”的条件概念: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。表示符号:I。单位: kJ·ml-1。
2.元素的逐级电离能(1)定义:元素原子失去一个电子的电离能称为 ,常用符号 表示;在此基础上再失去一个电子的电离能称为 ,常用符号 表示;以此类推,还有第三、第四电离能等。通常,元素的第二电离能 于第一电离能,第三电离能又 于第二电离能。M(g)══ M+(g)+e- I1(第一电离能)M+(g)══M2+(g)+e- I2(第二电离能)M2+(g)══M3+(g)+e- I3(第三电离能)
(2)变化规律①同一元素的逐级电离能是逐渐 的,即I1 I2 I3<……,这是由于原子失去一个电子变成 价阳离子后,半径变小,核电荷数 而电子数目 ,原子核对外层电子的吸引作用 ,因而失去第二个电子比失去第一个电子 ,需要的能量 。 ②元素原子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 排布的。如Na原子的I1、I2、I3分别是496 kJ·ml-1、4 562 kJ·ml-1、6 912 kJ·ml-1,在I1和I2之间发生突变;Mg原子的I1、I2、I3分别是738 kJ·ml-1、1 451 kJ·ml-1、7 733 kJ·ml-1,在I2和I3之间发生突变,说明在化学反应中Na易失去1个电子,Mg易失去2个电子。
3.意义衡量元素的原子(或离子)在气态时失去电子的 。电离能越小,表示在气态时该原子(或离子)越 失去电子;反之,电离能越大,表示在气态时该原子(或离子)越 失去电子。
4.元素电离能的变化规律
5.电离能的应用(1)确定元素核外电子的排布当相邻逐级电离能突然变大时,说明其电子层发生了变化,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Li:I1≪I2
特别提醒电离能数值的大小主要取决于原子的核电荷数、原子半径及原子的电子排布。深度思考总体上,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。
正误判断(1)第一电离能越小的原子失电子的能力越强。( )(2)第3周期所含元素中Ar的第一电离能最小。( )提示 第3周期所含元素中Ar的第一电离能最大。(3)H的第一电离能大于C的第一电离能。( )(4)同一周期中,主族元素原子的第一电离能从左到右越来越大。( )提示 同一周期中,ⅤA族元素第一电离能大于ⅥA族元素,ⅡA族元素第一电离能大于ⅢA族元素。
(5)同一周期典型金属元素的第一电离能总是大于典型非金属元素的第一电离能。( )提示 同一周期典型金属元素的第一电离能总是小于典型非金属元素的第一电离能。(6)M(g)══M2+(g)+2e-所需能量不是第二电离能。( )
探究角度1 第一电离能的意义例1 下列说法正确的是( )A.第一电离能越小,表示气态基态原子越容易得到电子B.同一元素的逐级电离能逐渐增大C.第一电离能是元素原子失去核外第一个电子需要的能量D.在元素周期表中,同周期主族元素的第一电离能从左到右一定越来越大
解析 第一电离能越小,表示气态基态原子越容易失去电子,A错误;同一元素的逐级电离能逐渐增大,B正确;第一电离能是元素的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,C错误;在元素周期表中,同周期主族元素从左到右,第一电离能在总体上呈现从小到大的变化趋势,但是ⅡA族>ⅢA族,ⅤA族>ⅥA族,D错误。
[对点训练1]下列有关电离能的说法,正确的是( )A.第一电离能:C>N>O>FB.第一电离能是元素的原子或离子失去核外第一个电子需要的能量C.同一主族元素中,第一电离能自上而下越来越大D.可通过一种元素各级电离能的数值,判断元素可能的化合价
解析 同周期元素从左到右第一电离能呈增大趋势,ⅤA族元素原子最外层呈现半充满状态,第一电离能大于相邻元素,则第一电离能:CWD.第一电离能:Y>Z>W>X
解析 X的核外电子总数与其周期数相同,则X为H元素,Y的基态原子的最外层电子中有3个未成对电子,为N元素,Z的最外层电子数为其内层电子数的3倍,为O元素;Z与W同主族,W为S元素。氧离子和氮离子是电子层结构相同的离子,根据核电荷数越大半径越小分析,氧离子半径小于氮离子半径, A不符合题意;H2O常温下为液态,而H2S常温下为气态,可知沸点H2O>H2S, B不符合题意;氧的非金属性比硫强,故氧的氢化物稳定性比硫的氢化物稳定性强,C符合题意;同主族元素的第一电离能随着原子序数增大而减小,同一周期元素的第一电离能随着原子序数增大而呈增大趋势,氮原子的最外层为半满结构,其第一电离能大于氧,由课本图可知H的第一电离能大于S小于O,故第一电离能N>O>H>S,D不符合题意。
易错提醒 H的第一电离能并不是非金属元素中最小的,查阅数据可知,H的第一电离能仅次于O,主族元素中第一电离能大小顺序为F>N>O>H>Cl>Br>C>P>S>……
[对点训练2]下列关于元素或物质性质的比较中,错误的是( )A.稳定性:HF>HCl>HBr>HIB.第一电离能:F>Cl>Br>IC.第一电离能:C>N>O>FD.元素的非金属性:C
探究角度3 电离能的应用例3 表中列出了某短周期元素R的各级电离能数据(用I表示,单位为kJ·ml-1),下列关于元素R的判断中一定正确的是( )
A.短周期元素R的最高正价为+1价B.R元素的原子最外层共有4个电子C.R元素位于元素周期表中ⅡA族D.R元素基态原子的价电子排布式为2s2
解析 R的第三电离能比第二电离能突然增大很多,可知R最外层有2个电子,短周期元素R的最高正价为+2价,位于元素周期表中ⅡA族,基态原子价电子排布式为2s2或3s2,故A、B、D不符合题意,C符合题意。
思维建模 通过主族元素的逐级电离能的突变来判断元素原子的最外层电子数,从而判断元素的最高正化合价及元素所在的主族位置。
[对点训练3]在下列各组元素中,有一组原子的第一电离能分别是1 086 kJ·ml-1、1 402 kJ·ml-1、1 313 kJ·ml-1,那么这组元素可能是( )A.C、N、OB.F、Ne、NaC.Be、B、CD.S、Cl、Ar
解析 同周期从左往右第一电离能呈增大趋势,N原子的核外电子排布式为1s22s22p3,由于2p轨道处于半充满的稳定状态,失去电子较难,因此其第一电离能大于C和O,故A符合;第一电离能Na
知识点二 元素的电负性
1.电负性(1)概念:元素的原子在化合物中 能力的标度。 (2)确定依据:常以最活泼的非金属元素氟的电负性4.0为标度,计算其他元素的电负性。因此,电负性是一个 值,没有单位。 (3)意义:用来描述两个不同原子在形成化学键时吸引电子能力的相对强弱。元素的电负性越大,其原子在形成化学键时吸引电子的能力 ;电负性越小,相应元素的原子在形成化学键时吸引电子的能力 。
2.电负性的变化规律观察分析元素的电负性柱状示意图:
(1)金属元素的电负性 ,非金属元素的电负性 。(2)对主族元素而言,同一周期从左到右,元素的电负性 。 (3)同一主族自上而下,元素的电负性 。 (4)电负性大的元素集中在元素周期表的 角,电负性小的元素集中在元素周期表的 角。
(5)元素的对角线规则①在元素周期表中,某些主族元素与其右下方的主族元素的有些性质是相似的(如铍和铝的化学性质都显示了一定的金属性和非金属性,硼和硅的含氧酸都能形成玻璃),被称为“对角线规则”。②处于“对角线”位置的元素,它们的电负性接近或相等,说明它们在化合物中吸引电子的能力相当,因而表现出相似的性质。
3.电负性的应用(1)判断元素的金属性或非金属性强弱判断一种元素是金属元素还是非金属元素以及元素的活泼性。
(2)判断化学键的类型
(3)判断化合物中元素化合价的正负①电负性小的元素原子吸引电子的能力弱,元素的化合价通常为正值。②电负性大的元素原子吸引电子的能力强,元素的化合价通常为负值。名师点拨元素的电负性可以衡量元素的非金属性,元素电负性越大,元素的非金属性越强,反之,元素电负性越小,元素的非金属性越弱。
归纳总结比较元素电负性大小的方法(1)同一周期从左到右,原子电子层数相同,核电荷数增大,原子半径逐渐减小,原子核对外层电子的吸引作用逐渐增强,元素的电负性逐渐增大。(2)同一主族从上到下,原子核电荷数增大,电子层数增加,原子半径增大,原子核对外层电子的有效吸引作用逐渐减弱,元素的电负性逐渐减小。(3)对副族而言,同族元素的电负性也大体呈现主族元素的变化趋势。(4)在二元化合物中,显负价的元素的电负性更大。(5)不同周期、不同主族的两种元素电负性的比较可借助第三种元素(与其中一种位于同主族或同周期)进行参照。
特别提醒(1)不能将电负性为2作为划分金属元素和非金属元素的绝对标准。(2)共价化合物中,成键两种元素的电负性之差一般小于1.7。在离子化合物中,成键两种元素的电负性之差一般大于1.7。
正误判断(1)在元素周期表中,元素电负性从左到右越来越小。( )提示 同周期主族元素电负性从左到右越来越大(稀有气体除外)。(2)非金属元素的电负性一定大于金属元素的电负性。( )提示 非金属元素电负性不一定大于金属元素,例如硅的电负性小于金的电负性。(3)在形成化合物时,电负性越大的元素越容易呈现负价。( )(4)两种元素电负性差值越大,越容易形成共价化合物。( )提示 两种元素电负性差值越大,越容易形成离子化合物。
探究角度1 电负性的概念与意义例1 下列说法不正确的是( )A.ⅠA族元素的电负性从上到下逐渐减小,而同周期主族元素从左到右的电负性逐渐增大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.元素的电负性越小,其原子第一电离能越大
解析 同主族元素的电负性从上到下逐渐减小,同周期主族元素从左到右的电负性逐渐增大,A不符合题意;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,故B不符合题意;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,故C不符合题意;元素的电负性和第一电离能没有直接关系,例如元素的电负性:F>O,第一电离能:F>O,D项错误,故D符合题意。
[对点训练1]下列元素电负性最大的是( )A.最高正化合价和最低负化合价的代数和为4的短周期元素B.最高正化合价和最低负化合价绝对值相等的短周期元素C.没有负化合价的短周期元素D.没有正化合价的短周期元素
解析 最高正化合价和最低负化合价的代数和为4的短周期元素为S,最高正化合价和最低负化合价绝对值相等的短周期元素为C或Si,没有负化合价的短周期元素为金属元素,没有正化合价的短周期元素为F,F为电负性最大的元素,故答案选D。
思路剖析 没有负化合价的元素为金属元素,没有正化合价的元素为F,最高正化合价和最低负化合价的代数和为4的主族元素为ⅥA族元素,最高正化合价和最低负化合价绝对值相等的元素为ⅣA族元素。
探究角度2 电负性的比较与应用例2 现有四种元素的基态原子的电子排布式:①1s22s22p63s23p2 ②1s22s22p63s23p3 ③1s22s22p3 ④1s22s22p4则下列有关比较中正确的是( )A.原子半径:④>②>①B.电负性:④>③>②>①C.第一电离能:④>③>②>①D.最高正化合价:④>③>②>①
解析 根据题意可知①②③④四种元素分别为Si、P、N、O。Si、P同周期,N、P同主族,则原子半径:Si>P>O,即①>②>④,A错误;同周期主族元素中,随原子序数的递增,电负性逐渐增大,同主族中,原子序数越大,电负性越小,则电负性:O>N>P>Si,即④>③>②>①,B正确;同周期从左至右,第一电离能有增大的趋势,但ⅡA、ⅤA族元素的第一电离能比同周期相邻元素的大,第一电离能:N>O>P>Si,即③>④>②>①,C错误;N、P的最高正价为+5,Si的最高正价为+4,O一般不显正价,则最高正化合价:③=②>①>④,D错误。
思路剖析 先根据基态原子核外电子式判断原子种类,再根据原子半径、元素电离能、元素电负性等性质的递变规律解决问题。
[对点训练2]a、b、c、d为原子序数依次增大的短周期主族元素,a原子核外电子总数与b原子次外层的电子数相同,b是短周期元素中原子半径最大的元素;c所在周期数与族数相同;d与a同族。下列叙述不正确的是( )A.元素的电负性:a>d>c>bB.4种元素中b的金属性最强C.c的最高价氧化物的水化物是强碱D.a单质的氧化性比d单质的氧化性强
解析 由题意可以判断a原子核外电子总数是8,则a为O元素,c所在周期数与族数相同,原子序数大于a,则c为Al元素,d与a同族,则d为S元素,短周期元素中原子半径最大的为Na,则b为Na元素,电负性大小为O>S>Al>Na,A不符合题意;4种元素中Na的金属性最强,B不符合题意;c的最高价氧化物的水化物是Al(OH)3,不属于强碱,C符合题意;O2的氧化性比S氧化性强,D不符合题意。
名师点拨 元素的电负性是衡量元素得电子能力大小的标尺,利用电负性的大小可以比较元素单质的氧化性、气态氢化物的稳定性、单质和氢气化合的难易程度、元素最高价氧化物水化物的酸性的强弱。
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题组1 元素的电离能及其应用1.金属Na溶解于液氨中形成氨合钠离子和氨合电子,向该溶液中加入穴醚类配体L,得到首个含碱金属阴离子的金黄色化合物[NaL]+Na-。下列说法错误的是( )A.Na-的半径比F-的大B.Na-的还原性比Na的强C.Na-的第一电离能比H-的大D.该事实说明Na也可表现出非金属性
解析 Na-核外有3个电子层、F-核外有2个电子层,故Na-的半径比F-的大,A项正确;Na-的半径比Na的大,Na-中原子核对最外层电子的引力小,易失电子,故Na-的还原性比Na的强,B项正确;H-的1s上有2个电子,为全充满稳定结构,且H-的半径比Na-小得多,故H-的第一电离能比Na-的大,C项错误;该事实说明Na可以形成Na-,得电子表现出非金属性,D项正确。
2.下表列出了某短周期元素R的各级电离能数据(用I1、I2……表示,单位为kJ·ml-1)。下列关于元素R的判断中一定正确的是( )
①R的最高正价为+3价 ②R元素位于元素周期表中ⅡA族 ③R元素第一电离能大于同周期相邻元素 ④R元素的原子最外层共有4个电子 ⑤R元素基态原子的电子排布式为1s22s2A.①③B.②③C.②③④D.②③⑤
解析 某短周期元素R的第三电离能剧增,说明该原子最外层有2个电子,处于ⅡA族,该原子存在第五电离能,说明核外电子数目大于4,故R为Mg元素。①R的最高正价为+2价,故①错误;由分析可知②正确;③R元素最外层电子排布式为3s2,为全满稳定状态,第一电离能大于同周期相邻元素的,故③正确;④R元素的原子最外层共有2个电子,故④错误;⑤R元素基态原子的电子排布式为1s22s22p63s2,故⑤错误。
3.下列说法正确的是( )A.原子的第一电离能越大,该元素的电负性就越大B.原子的电子层数越多,原子半径越大C.原子失去电子越多,说明其还原性越强D.同一原子的电子层越高,s电子云的半径越大
解析 同一周期主族元素电负性从左到右逐渐增强,同一周期元素原子第一电离能从左到右有增大趋势,但ⅢA族第一电离能小于ⅡA族,ⅤA族第一电离能大于ⅥA族,所以第一电离能递变规律与电负性递变规律不完全相同,故A错误;原子半径由电子层数、核电荷数等因素共同决定,故B错误;还原性的强弱与失电子的难易有关,与失电子多少无关,故C错误;不同电子层的s原子轨道的形状相同,但电子层序数越大,电子距离原子核越远,半径越大,故D正确。
题组2 元素的电负性及其应用4.(2024湖北襄阳检测)氮氧化物会导致光化学烟雾和酸雨,在Fe3+的催化作用下,NH3可将NO还原为无污染的气体,反应历程如图,下列说法正确的是( )A.基态Fe2+的价电子排布式为3d54s1B.电负性:N>O>H>FeC.该过程中存在极性键和非极性键的断裂和形成D.图中的总反应可表示为4NH3+6NO 5N2+6H2O
解析 铁元素的原子序数为26,失去2个电子形成亚铁离子,基态亚铁离子的价电子排布式为3d6,A错误;一般来说,同周期主族元素从左到右,元素的电负性逐渐变强;同主族元素由上而下,元素电负性逐渐减弱;电负性: O>N>H>Fe,B错误; 由图可知,总反应为铁离子做催化剂条件下氨气与一氧化氮、氧气反应生成氮气和水,则反应过程中存在氮氢极性键、氧氧非极性键的断裂,氢氧极性键和氮氮非极性键的形成,C正确,D错误。
5.下列各组元素中,电负性依次减小的是( )A.F、N、OB.O、Cl、FC.As、P、HD.Cl、S、As
解析 元素周期表中,同周期主族元素从左向右,电负性逐渐增强,则F>O>N, A错误;同主族元素从上到下,电负性逐渐减弱,则F>Cl,B错误;同主族元素从上到下,电负性逐渐减弱,则P>As,C错误;元素周期表中,同周期主族元素从左向右,电负性逐渐增强,同主族元素从上到下,电负性逐渐减弱,则Cl>S>P>As,故Cl>S>As,D正确。
6.(2024福建厦门检测)我国科学家利用Zn(NO3)2和AgNO3在十八胺(C18H37NH2)中氧化性不同,分别制得纳米晶体材料ZnO和Ag。对于上述相关元素,下列说法错误的是( )A.基态Zn原子的最高电子层电子的电子云轮廓图是球形B.已知Ag与Cu是位于相邻周期的同族元素,则Ag位于元素周期表的ds区C.第一电离能:O>N>ZnD.电负性:N>C>H
解析 基态Zn原子核外电子排布为1s22s22p63s23p63d104s2;最高电子层的电子为4s电子,电子云轮廓图是球形,A正确;Ag与Cu是位于相邻周期的同族元素,均为ⅠB族,Ag位于元素周期表的ds区,B正确;同一周期随着原子序数变大,第一电离能呈增大趋势,由于N的2p轨道为半充满稳定状态,第一电离能大于同周期相邻元素,第一电离能:N>O,C错误;一般来说,同周期主族元素从左到右,金属性减弱,非金属性变强,元素的电负性变强;同主族由上而下,金属性增强,非金属性逐渐减弱,元素电负性减弱;电负性:N>C>H,D正确。
7.短周期主族元素W、X、Y、Z的原子序数依次增大,基态W的原子2p轨道处于半充满状态,基态X的原子的2p能级上只有一对成对电子,基态Y的原子的最外层电子运动状态只有1种,元素Z与W同主族。下列说法错误的是( )A.第一电离能:W>X>YB.电负性:Y>W>ZC.简单离子半径:Z>X>YD.最简单氢化物的稳定性:X>W>Z
解析 根据信息可知:W是N,X是O,Y是Na,Z是P元素。第一电离能由大到小的顺序为N>O>Na,即W>X>Y,A正确;W、Y、Z三种元素中Y电负性最小, B错误;离子核外电子层数越多,离子半径越大,当离子核外电子排布相同时,离子的核电荷数越大,离子半径越小,O2-、Na+核外电子排布相同,有2个电子层;P3-核外电子排布有3个电子层,所以简单离子半径:P3->O2->Na+,即离子半径:Z>X>Y,C正确;元素的非金属性越强,其简单氢化物的稳定性就越强,元素的非金属性:O>N>P,所以最简单氢化物的稳定性:H2O>NH3>PH3,即氢化物的稳定性:X>W>Z,D正确。
8.(2024山东威海月考)化合物[Q(ZX3)4R(YW3)]中X、Y、Z、W、Q、R的原子序数依次增大。X与Y、Z、W均能形成10e-、18e-微粒,基态Q原子的3d轨道上有3个未成对电子,R被称为“海洋元素”,其原子序数等于W与Q的原子序数之和。下列说法错误的是( )A.化合物中Q的化合价为+3B.Y、Z、W中,第一电离能最大的是Z,电负性最大的是WC.X、Z、W三种元素组成的化合物可能显酸性,也可能显碱性D.Y、Z、W、R分别与X形成的化合物中,沸点最高的是W对应的化合物
知识点一 元素的电离能
1.电离能“气态”“基态”“失去一个电子”等是保证“最小能量”的条件概念: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。表示符号:I。单位: kJ·ml-1。
2.元素的逐级电离能(1)定义:元素原子失去一个电子的电离能称为 ,常用符号 表示;在此基础上再失去一个电子的电离能称为 ,常用符号 表示;以此类推,还有第三、第四电离能等。通常,元素的第二电离能 于第一电离能,第三电离能又 于第二电离能。M(g)══ M+(g)+e- I1(第一电离能)M+(g)══M2+(g)+e- I2(第二电离能)M2+(g)══M3+(g)+e- I3(第三电离能)
(2)变化规律①同一元素的逐级电离能是逐渐 的,即I1 I2 I3<……,这是由于原子失去一个电子变成 价阳离子后,半径变小,核电荷数 而电子数目 ,原子核对外层电子的吸引作用 ,因而失去第二个电子比失去第一个电子 ,需要的能量 。 ②元素原子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 排布的。如Na原子的I1、I2、I3分别是496 kJ·ml-1、4 562 kJ·ml-1、6 912 kJ·ml-1,在I1和I2之间发生突变;Mg原子的I1、I2、I3分别是738 kJ·ml-1、1 451 kJ·ml-1、7 733 kJ·ml-1,在I2和I3之间发生突变,说明在化学反应中Na易失去1个电子,Mg易失去2个电子。
3.意义衡量元素的原子(或离子)在气态时失去电子的 。电离能越小,表示在气态时该原子(或离子)越 失去电子;反之,电离能越大,表示在气态时该原子(或离子)越 失去电子。
4.元素电离能的变化规律
5.电离能的应用(1)确定元素核外电子的排布当相邻逐级电离能突然变大时,说明其电子层发生了变化,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Li:I1≪I2
特别提醒电离能数值的大小主要取决于原子的核电荷数、原子半径及原子的电子排布。深度思考总体上,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。
正误判断(1)第一电离能越小的原子失电子的能力越强。( )(2)第3周期所含元素中Ar的第一电离能最小。( )提示 第3周期所含元素中Ar的第一电离能最大。(3)H的第一电离能大于C的第一电离能。( )(4)同一周期中,主族元素原子的第一电离能从左到右越来越大。( )提示 同一周期中,ⅤA族元素第一电离能大于ⅥA族元素,ⅡA族元素第一电离能大于ⅢA族元素。
(5)同一周期典型金属元素的第一电离能总是大于典型非金属元素的第一电离能。( )提示 同一周期典型金属元素的第一电离能总是小于典型非金属元素的第一电离能。(6)M(g)══M2+(g)+2e-所需能量不是第二电离能。( )
探究角度1 第一电离能的意义例1 下列说法正确的是( )A.第一电离能越小,表示气态基态原子越容易得到电子B.同一元素的逐级电离能逐渐增大C.第一电离能是元素原子失去核外第一个电子需要的能量D.在元素周期表中,同周期主族元素的第一电离能从左到右一定越来越大
解析 第一电离能越小,表示气态基态原子越容易失去电子,A错误;同一元素的逐级电离能逐渐增大,B正确;第一电离能是元素的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,C错误;在元素周期表中,同周期主族元素从左到右,第一电离能在总体上呈现从小到大的变化趋势,但是ⅡA族>ⅢA族,ⅤA族>ⅥA族,D错误。
[对点训练1]下列有关电离能的说法,正确的是( )A.第一电离能:C>N>O>FB.第一电离能是元素的原子或离子失去核外第一个电子需要的能量C.同一主族元素中,第一电离能自上而下越来越大D.可通过一种元素各级电离能的数值,判断元素可能的化合价
解析 同周期元素从左到右第一电离能呈增大趋势,ⅤA族元素原子最外层呈现半充满状态,第一电离能大于相邻元素,则第一电离能:C
解析 X的核外电子总数与其周期数相同,则X为H元素,Y的基态原子的最外层电子中有3个未成对电子,为N元素,Z的最外层电子数为其内层电子数的3倍,为O元素;Z与W同主族,W为S元素。氧离子和氮离子是电子层结构相同的离子,根据核电荷数越大半径越小分析,氧离子半径小于氮离子半径, A不符合题意;H2O常温下为液态,而H2S常温下为气态,可知沸点H2O>H2S, B不符合题意;氧的非金属性比硫强,故氧的氢化物稳定性比硫的氢化物稳定性强,C符合题意;同主族元素的第一电离能随着原子序数增大而减小,同一周期元素的第一电离能随着原子序数增大而呈增大趋势,氮原子的最外层为半满结构,其第一电离能大于氧,由课本图可知H的第一电离能大于S小于O,故第一电离能N>O>H>S,D不符合题意。
易错提醒 H的第一电离能并不是非金属元素中最小的,查阅数据可知,H的第一电离能仅次于O,主族元素中第一电离能大小顺序为F>N>O>H>Cl>Br>C>P>S>……
[对点训练2]下列关于元素或物质性质的比较中,错误的是( )A.稳定性:HF>HCl>HBr>HIB.第一电离能:F>Cl>Br>IC.第一电离能:C>N>O>FD.元素的非金属性:C
探究角度3 电离能的应用例3 表中列出了某短周期元素R的各级电离能数据(用I表示,单位为kJ·ml-1),下列关于元素R的判断中一定正确的是( )
A.短周期元素R的最高正价为+1价B.R元素的原子最外层共有4个电子C.R元素位于元素周期表中ⅡA族D.R元素基态原子的价电子排布式为2s2
解析 R的第三电离能比第二电离能突然增大很多,可知R最外层有2个电子,短周期元素R的最高正价为+2价,位于元素周期表中ⅡA族,基态原子价电子排布式为2s2或3s2,故A、B、D不符合题意,C符合题意。
思维建模 通过主族元素的逐级电离能的突变来判断元素原子的最外层电子数,从而判断元素的最高正化合价及元素所在的主族位置。
[对点训练3]在下列各组元素中,有一组原子的第一电离能分别是1 086 kJ·ml-1、1 402 kJ·ml-1、1 313 kJ·ml-1,那么这组元素可能是( )A.C、N、OB.F、Ne、NaC.Be、B、CD.S、Cl、Ar
解析 同周期从左往右第一电离能呈增大趋势,N原子的核外电子排布式为1s22s22p3,由于2p轨道处于半充满的稳定状态,失去电子较难,因此其第一电离能大于C和O,故A符合;第一电离能Na
知识点二 元素的电负性
1.电负性(1)概念:元素的原子在化合物中 能力的标度。 (2)确定依据:常以最活泼的非金属元素氟的电负性4.0为标度,计算其他元素的电负性。因此,电负性是一个 值,没有单位。 (3)意义:用来描述两个不同原子在形成化学键时吸引电子能力的相对强弱。元素的电负性越大,其原子在形成化学键时吸引电子的能力 ;电负性越小,相应元素的原子在形成化学键时吸引电子的能力 。
2.电负性的变化规律观察分析元素的电负性柱状示意图:
(1)金属元素的电负性 ,非金属元素的电负性 。(2)对主族元素而言,同一周期从左到右,元素的电负性 。 (3)同一主族自上而下,元素的电负性 。 (4)电负性大的元素集中在元素周期表的 角,电负性小的元素集中在元素周期表的 角。
(5)元素的对角线规则①在元素周期表中,某些主族元素与其右下方的主族元素的有些性质是相似的(如铍和铝的化学性质都显示了一定的金属性和非金属性,硼和硅的含氧酸都能形成玻璃),被称为“对角线规则”。②处于“对角线”位置的元素,它们的电负性接近或相等,说明它们在化合物中吸引电子的能力相当,因而表现出相似的性质。
3.电负性的应用(1)判断元素的金属性或非金属性强弱判断一种元素是金属元素还是非金属元素以及元素的活泼性。
(2)判断化学键的类型
(3)判断化合物中元素化合价的正负①电负性小的元素原子吸引电子的能力弱,元素的化合价通常为正值。②电负性大的元素原子吸引电子的能力强,元素的化合价通常为负值。名师点拨元素的电负性可以衡量元素的非金属性,元素电负性越大,元素的非金属性越强,反之,元素电负性越小,元素的非金属性越弱。
归纳总结比较元素电负性大小的方法(1)同一周期从左到右,原子电子层数相同,核电荷数增大,原子半径逐渐减小,原子核对外层电子的吸引作用逐渐增强,元素的电负性逐渐增大。(2)同一主族从上到下,原子核电荷数增大,电子层数增加,原子半径增大,原子核对外层电子的有效吸引作用逐渐减弱,元素的电负性逐渐减小。(3)对副族而言,同族元素的电负性也大体呈现主族元素的变化趋势。(4)在二元化合物中,显负价的元素的电负性更大。(5)不同周期、不同主族的两种元素电负性的比较可借助第三种元素(与其中一种位于同主族或同周期)进行参照。
特别提醒(1)不能将电负性为2作为划分金属元素和非金属元素的绝对标准。(2)共价化合物中,成键两种元素的电负性之差一般小于1.7。在离子化合物中,成键两种元素的电负性之差一般大于1.7。
正误判断(1)在元素周期表中,元素电负性从左到右越来越小。( )提示 同周期主族元素电负性从左到右越来越大(稀有气体除外)。(2)非金属元素的电负性一定大于金属元素的电负性。( )提示 非金属元素电负性不一定大于金属元素,例如硅的电负性小于金的电负性。(3)在形成化合物时,电负性越大的元素越容易呈现负价。( )(4)两种元素电负性差值越大,越容易形成共价化合物。( )提示 两种元素电负性差值越大,越容易形成离子化合物。
探究角度1 电负性的概念与意义例1 下列说法不正确的是( )A.ⅠA族元素的电负性从上到下逐渐减小,而同周期主族元素从左到右的电负性逐渐增大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.元素的电负性越小,其原子第一电离能越大
解析 同主族元素的电负性从上到下逐渐减小,同周期主族元素从左到右的电负性逐渐增大,A不符合题意;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,故B不符合题意;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,故C不符合题意;元素的电负性和第一电离能没有直接关系,例如元素的电负性:F>O,第一电离能:F>O,D项错误,故D符合题意。
[对点训练1]下列元素电负性最大的是( )A.最高正化合价和最低负化合价的代数和为4的短周期元素B.最高正化合价和最低负化合价绝对值相等的短周期元素C.没有负化合价的短周期元素D.没有正化合价的短周期元素
解析 最高正化合价和最低负化合价的代数和为4的短周期元素为S,最高正化合价和最低负化合价绝对值相等的短周期元素为C或Si,没有负化合价的短周期元素为金属元素,没有正化合价的短周期元素为F,F为电负性最大的元素,故答案选D。
思路剖析 没有负化合价的元素为金属元素,没有正化合价的元素为F,最高正化合价和最低负化合价的代数和为4的主族元素为ⅥA族元素,最高正化合价和最低负化合价绝对值相等的元素为ⅣA族元素。
探究角度2 电负性的比较与应用例2 现有四种元素的基态原子的电子排布式:①1s22s22p63s23p2 ②1s22s22p63s23p3 ③1s22s22p3 ④1s22s22p4则下列有关比较中正确的是( )A.原子半径:④>②>①B.电负性:④>③>②>①C.第一电离能:④>③>②>①D.最高正化合价:④>③>②>①
解析 根据题意可知①②③④四种元素分别为Si、P、N、O。Si、P同周期,N、P同主族,则原子半径:Si>P>O,即①>②>④,A错误;同周期主族元素中,随原子序数的递增,电负性逐渐增大,同主族中,原子序数越大,电负性越小,则电负性:O>N>P>Si,即④>③>②>①,B正确;同周期从左至右,第一电离能有增大的趋势,但ⅡA、ⅤA族元素的第一电离能比同周期相邻元素的大,第一电离能:N>O>P>Si,即③>④>②>①,C错误;N、P的最高正价为+5,Si的最高正价为+4,O一般不显正价,则最高正化合价:③=②>①>④,D错误。
思路剖析 先根据基态原子核外电子式判断原子种类,再根据原子半径、元素电离能、元素电负性等性质的递变规律解决问题。
[对点训练2]a、b、c、d为原子序数依次增大的短周期主族元素,a原子核外电子总数与b原子次外层的电子数相同,b是短周期元素中原子半径最大的元素;c所在周期数与族数相同;d与a同族。下列叙述不正确的是( )A.元素的电负性:a>d>c>bB.4种元素中b的金属性最强C.c的最高价氧化物的水化物是强碱D.a单质的氧化性比d单质的氧化性强
解析 由题意可以判断a原子核外电子总数是8,则a为O元素,c所在周期数与族数相同,原子序数大于a,则c为Al元素,d与a同族,则d为S元素,短周期元素中原子半径最大的为Na,则b为Na元素,电负性大小为O>S>Al>Na,A不符合题意;4种元素中Na的金属性最强,B不符合题意;c的最高价氧化物的水化物是Al(OH)3,不属于强碱,C符合题意;O2的氧化性比S氧化性强,D不符合题意。
名师点拨 元素的电负性是衡量元素得电子能力大小的标尺,利用电负性的大小可以比较元素单质的氧化性、气态氢化物的稳定性、单质和氢气化合的难易程度、元素最高价氧化物水化物的酸性的强弱。
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题组1 元素的电离能及其应用1.金属Na溶解于液氨中形成氨合钠离子和氨合电子,向该溶液中加入穴醚类配体L,得到首个含碱金属阴离子的金黄色化合物[NaL]+Na-。下列说法错误的是( )A.Na-的半径比F-的大B.Na-的还原性比Na的强C.Na-的第一电离能比H-的大D.该事实说明Na也可表现出非金属性
解析 Na-核外有3个电子层、F-核外有2个电子层,故Na-的半径比F-的大,A项正确;Na-的半径比Na的大,Na-中原子核对最外层电子的引力小,易失电子,故Na-的还原性比Na的强,B项正确;H-的1s上有2个电子,为全充满稳定结构,且H-的半径比Na-小得多,故H-的第一电离能比Na-的大,C项错误;该事实说明Na可以形成Na-,得电子表现出非金属性,D项正确。
2.下表列出了某短周期元素R的各级电离能数据(用I1、I2……表示,单位为kJ·ml-1)。下列关于元素R的判断中一定正确的是( )
①R的最高正价为+3价 ②R元素位于元素周期表中ⅡA族 ③R元素第一电离能大于同周期相邻元素 ④R元素的原子最外层共有4个电子 ⑤R元素基态原子的电子排布式为1s22s2A.①③B.②③C.②③④D.②③⑤
解析 某短周期元素R的第三电离能剧增,说明该原子最外层有2个电子,处于ⅡA族,该原子存在第五电离能,说明核外电子数目大于4,故R为Mg元素。①R的最高正价为+2价,故①错误;由分析可知②正确;③R元素最外层电子排布式为3s2,为全满稳定状态,第一电离能大于同周期相邻元素的,故③正确;④R元素的原子最外层共有2个电子,故④错误;⑤R元素基态原子的电子排布式为1s22s22p63s2,故⑤错误。
3.下列说法正确的是( )A.原子的第一电离能越大,该元素的电负性就越大B.原子的电子层数越多,原子半径越大C.原子失去电子越多,说明其还原性越强D.同一原子的电子层越高,s电子云的半径越大
解析 同一周期主族元素电负性从左到右逐渐增强,同一周期元素原子第一电离能从左到右有增大趋势,但ⅢA族第一电离能小于ⅡA族,ⅤA族第一电离能大于ⅥA族,所以第一电离能递变规律与电负性递变规律不完全相同,故A错误;原子半径由电子层数、核电荷数等因素共同决定,故B错误;还原性的强弱与失电子的难易有关,与失电子多少无关,故C错误;不同电子层的s原子轨道的形状相同,但电子层序数越大,电子距离原子核越远,半径越大,故D正确。
题组2 元素的电负性及其应用4.(2024湖北襄阳检测)氮氧化物会导致光化学烟雾和酸雨,在Fe3+的催化作用下,NH3可将NO还原为无污染的气体,反应历程如图,下列说法正确的是( )A.基态Fe2+的价电子排布式为3d54s1B.电负性:N>O>H>FeC.该过程中存在极性键和非极性键的断裂和形成D.图中的总反应可表示为4NH3+6NO 5N2+6H2O
解析 铁元素的原子序数为26,失去2个电子形成亚铁离子,基态亚铁离子的价电子排布式为3d6,A错误;一般来说,同周期主族元素从左到右,元素的电负性逐渐变强;同主族元素由上而下,元素电负性逐渐减弱;电负性: O>N>H>Fe,B错误; 由图可知,总反应为铁离子做催化剂条件下氨气与一氧化氮、氧气反应生成氮气和水,则反应过程中存在氮氢极性键、氧氧非极性键的断裂,氢氧极性键和氮氮非极性键的形成,C正确,D错误。
5.下列各组元素中,电负性依次减小的是( )A.F、N、OB.O、Cl、FC.As、P、HD.Cl、S、As
解析 元素周期表中,同周期主族元素从左向右,电负性逐渐增强,则F>O>N, A错误;同主族元素从上到下,电负性逐渐减弱,则F>Cl,B错误;同主族元素从上到下,电负性逐渐减弱,则P>As,C错误;元素周期表中,同周期主族元素从左向右,电负性逐渐增强,同主族元素从上到下,电负性逐渐减弱,则Cl>S>P>As,故Cl>S>As,D正确。
6.(2024福建厦门检测)我国科学家利用Zn(NO3)2和AgNO3在十八胺(C18H37NH2)中氧化性不同,分别制得纳米晶体材料ZnO和Ag。对于上述相关元素,下列说法错误的是( )A.基态Zn原子的最高电子层电子的电子云轮廓图是球形B.已知Ag与Cu是位于相邻周期的同族元素,则Ag位于元素周期表的ds区C.第一电离能:O>N>ZnD.电负性:N>C>H
解析 基态Zn原子核外电子排布为1s22s22p63s23p63d104s2;最高电子层的电子为4s电子,电子云轮廓图是球形,A正确;Ag与Cu是位于相邻周期的同族元素,均为ⅠB族,Ag位于元素周期表的ds区,B正确;同一周期随着原子序数变大,第一电离能呈增大趋势,由于N的2p轨道为半充满稳定状态,第一电离能大于同周期相邻元素,第一电离能:N>O,C错误;一般来说,同周期主族元素从左到右,金属性减弱,非金属性变强,元素的电负性变强;同主族由上而下,金属性增强,非金属性逐渐减弱,元素电负性减弱;电负性:N>C>H,D正确。
7.短周期主族元素W、X、Y、Z的原子序数依次增大,基态W的原子2p轨道处于半充满状态,基态X的原子的2p能级上只有一对成对电子,基态Y的原子的最外层电子运动状态只有1种,元素Z与W同主族。下列说法错误的是( )A.第一电离能:W>X>YB.电负性:Y>W>ZC.简单离子半径:Z>X>YD.最简单氢化物的稳定性:X>W>Z
解析 根据信息可知:W是N,X是O,Y是Na,Z是P元素。第一电离能由大到小的顺序为N>O>Na,即W>X>Y,A正确;W、Y、Z三种元素中Y电负性最小, B错误;离子核外电子层数越多,离子半径越大,当离子核外电子排布相同时,离子的核电荷数越大,离子半径越小,O2-、Na+核外电子排布相同,有2个电子层;P3-核外电子排布有3个电子层,所以简单离子半径:P3->O2->Na+,即离子半径:Z>X>Y,C正确;元素的非金属性越强,其简单氢化物的稳定性就越强,元素的非金属性:O>N>P,所以最简单氢化物的稳定性:H2O>NH3>PH3,即氢化物的稳定性:X>W>Z,D正确。
8.(2024山东威海月考)化合物[Q(ZX3)4R(YW3)]中X、Y、Z、W、Q、R的原子序数依次增大。X与Y、Z、W均能形成10e-、18e-微粒,基态Q原子的3d轨道上有3个未成对电子,R被称为“海洋元素”,其原子序数等于W与Q的原子序数之和。下列说法错误的是( )A.化合物中Q的化合价为+3B.Y、Z、W中,第一电离能最大的是Z,电负性最大的是WC.X、Z、W三种元素组成的化合物可能显酸性,也可能显碱性D.Y、Z、W、R分别与X形成的化合物中,沸点最高的是W对应的化合物
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