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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
［核心素养发展目标］　1.知道原子结构与元素性质间的关系规律。2.了解原子半径的意义及其测定方法，知道原子半径与原子核外电子排布的关系，并能解释原子半径在周期表中的变化规律。3.正确理解元素电离能的含义及其变化规律，会用电离能的概念分析解释元素的某些性质。
一、原子半径及其变化规律
1.原子半径的测定
假定原子是一个　　体，采用　　　　的方法测定原子半径。
方法一：ρ固态单质→1 mol原子的体积1个原子在固态单质中平均占有的体积→原子半径；
方法二：实验测定原子核间距→相关原子半径，此法测得的原子半径包括　　　　半径、　　　　半径、金属半径。
2.影响原子半径的因素
3.原子半径变化规律
(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　　　　。
1.正误判断
(1)核外电子层结构相同的单核粒子，半径相同(　　)
(2)质子数相同的不同单核粒子，电子数越多，半径越大(　　)
(3)各元素的原子半径总比其离子半径大(　　)
(4)同周期元素从左到右，原子半径、离子半径均逐渐减小(　　)
2.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-
3.下列微粒半径大小比较正确的是(　　)
A.Na+B.S2->Cl->Na+>Al3+
C.NaD.Cs4.短周期元素X、Y、Z、W、Q在元素周期表中的相对位置如图所示。下列说法正确的是(　　)
A.元素X与元素Z的最高正化合价之和的数值为7
B.原子半径的大小顺序为X>Y>Z>W>Q
C.简单离子半径的大小顺序为W>Q>X>Y>Z
D.元素W的最高价氧化物对应的水化物的酸性比Q的强
1.微粒半径大小的比较规律
(1)同周期主族元素，从左到右，原子半径依次减小。
(2)同主族元素，从上到下，原子或同价态离子半径均依次增大。
(3)电子层结构相同的离子，随核电荷数的增大，离子半径逐渐减小，如r(N3-)>r(O2-)>r(F-)>r(Na+)>r(Mg2+)>r(Al3+)，r(S2-)>r(Cl-)>r(K+)>r(C)。
(4)同种元素形成的粒子，核外电子数多的半径大，如r(Fe)>r(Fe2+)>r(Fe3+)，r(S2-)>r(S)。
2.“三看”法比较微粒半径
“一看”电子层数，一般电子层数越多，半径越大；
“二看”质子数，电子层数相同时，质子数越多，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.电离能
　　　　基态原子或　　　　基态离子失去一个电子所需要的　　　　　　称为电离能。表示符号：　　，单位：　　　　。
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第一电离能，常用符号I1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I2表示；以此类推，还有第三、第四电离能等。通常，元素的第二电离能高于第一电离能，第三电离能又高于第二电离能。
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、4 562、6 912(单位：kJ·mol-1，下同)，在I1和I2之间发生突变；Mg原子的I1、I2、I3分别是738、1 451、7 733，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
同周期 碱金属元素的第一电离能最　　，稀有气体元素的第一电离能最　　　；从左到右，元素的第一电离能在总体上呈现　　　　　　　的变化趋势
同主族 总体上自上而下第一电离能逐渐　　　
过渡 元素 第一电离能的变化不太规则，同一周期的过渡元素从左到右，随原子序数的增加，第一电离能总体上略有增加
同一元 素原子 电离能逐级　　　 (即I1下表为Na、Mg、Al的电离能(单位：kJ·mol-1)。
　　元素 电离能　　 Na Mg Al
I1 496 738 577
I2 4 562 1 451 1 817
I3 6 912 7 733 2 745
I4 9 543 10 540 11 575
分析上表中各元素电离能的变化，回答下列问题：
(1)为什么同一元素的电离能逐级增大？
(2)钠原子为什么容易失去1个电子成为+1价的阳离子？
(3)解释上表中I1(Mg)>I1(Al)的原因。
电离能的影响因素及特例
(1)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。
(2)具有全充满、半充满及全空的电子排布的元素稳定性较高，其第一电离能数值较大，如稀有气体的第一电离能在同周期元素中最大，N为半充满、Mg为全充满状态，其第一电离能均比同周期相邻元素大。一般情况，第一电离能：ⅡA>ⅢA，ⅤA>ⅥA。
1.正误判断
(1)第一电离能越大的原子失电子的能力越强(　　)
(2)第3周期所含元素中钠的第一电离能最小(　　)
(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(　　)
(5)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(　　)
2.在下面的电子结构中，第一电离能最小的原子可能是(　　)
A.3s23p3 B.3s23p5
C.3s23p4 D.3s23p6
3.(2024·福建福州高二期中)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
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
4.(1)［2022·全国甲卷，35(2)］图a、b、c分别表示C、N、O和F的逐级电离能I变化趋势(纵坐标的标度不同)。第一电离能的变化图是　　　　　(填标号)，判断的根据是 　　　 　　　； 第三电离能的变化图是　　　　(填标号)。
(2)［2021·海南，19(3)］第一电离能的大小：C　　　　O(填“大于”或“小于”)。
(3)［2021·福建，14(2)］N、O、S的第一电离能(I1)大小为I1(N)>I1(O)>I1(S)，原因是　　　　。
电离能的应用
(1)第一电离能应用——判断元素金属性、非金属性的强弱
一般情况下，I1越大，非金属性越强，I1越小，金属性越强。
(2)逐级电离能的应用
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 I2②确定元素的化合价
电离能在In与之间发生突变，则元素的原子易形成+n价离子，并且主族元素的最高化合价为+n。如Na：I1 I2，则该元素通常显+1价；Mg：I1答案精析
一、
1.球　统计　共价　范德华
2.越大　越大　越小
3.(1)相同　增大　减小　增多　增大　增大　(2)不大
应用体验
1.(1)×　(2)√　(3)×　(4)×
2.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。］
3.B　［A中四种离子核外电子排布相同，核电荷数越大，半径越小；B中S2-与Cl-，Na+与Al3+的核外电子排布分别相同，和Cl-比Na+和A多一个电子层，微粒半径大；C中微粒电子层数相同，核电荷数越大，半径越小，应为Na>Mg>Al>Si；D中微粒为同一主族，电子层数越多，原子半径越大，应为Cs>Rb>K>Na。］
4.C　［由五种元素在周期表中的相对位置关系可知，X、Y、Z、W、Q分别为N、O、Al、S、Cl。N、Al的最高正化合价分别为+5、+3，二者之和的数值为8，A项错误；同周期主族元素的原子半径从左到右逐渐减小，且电子层数越多，原子半径越大，故原子半径的大小顺序为Al>S>Cl>N>O，B项错误；电子层结构相同的离子，核电荷数越小，离子半径越大，电子层结构不同的离子，电子层数越多，离子半径越大，故简单离子半径的大小顺序为S2->Cl->N3->O2->Al3+，C项正确；元素的非金属性越强，最高价氧化物对应水化物的酸性越强，S的非金属性比Cl的弱，故H2SO4的酸性比HClO4的弱，D项错误。］
二、
1.气态　气态　最小能量　I　kJ·mol-1
2.(2)①增大　<　<　+1　未变　变少　增强　更难
更多　②分层
3.难易程度　容易　难
4.小　大　从小到大　减小　增大
深度思考
(1)原子失电子时，首先失去的是能量最高的电子，故第一电离能较小，原子失去电子后变成阳离子，离子半径变小，原子核对外层电子的吸引作用增强，从而使电离能逐级增大。
(2)钠原子的I2 I1，说明钠原子很容易失去1个电子成为+1价阳离子，形成的Na+为1s22s22p6的稳定结构，原子核对外层电子的有效吸引作用变得更强，再失电子就很困难，因此，钠元素常见价态为+1价。
(3)ⅡA族元素原子最外电子层的s轨道处于全充满状态，p轨道处于全空状态，根据洪特规则均属于相对稳定的状态，所以其第一电离能大于同周期相邻的ⅢA族元素。
应用体验
1.(1)×　(2)√　(3)√　(4)×　(5)√
2.C　［同一周期中，元素的第一电离能随着原子序数的增大而呈增大趋势，但ⅡA族、ⅤA族元素的第一电离能大于相邻元素，同一主族元素中，其第一电离能随着原子序数的增大而减小。3s23p3属于ⅤA族元素、3s23p5属于ⅦA族元素、3s23p4属于ⅥA族元素、3s23p6属于0族元素，这几种元素都是第三周期元素，分别是P、Cl、S、Ar，其第一电离能大小顺序是Ar>Cl>P>S，所以第一电离能最小的原子是S。］
3.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。］
4.(1)图a　同周期元素第一电离能的总体趋势是依次升高的，但由于N元素的2p能级为半充满状态，因此N元素的第一电离能较C、O两种元素高　图b
(2)小于　(3)N原子2p轨道半充满，比相邻的O原子更稳定，更难失电子；O、S同主族，S原子半径大于O原子，更易失去电子
解析　(1)C、N、O、F四种元素在同一周期，同一周期第一电离能的总体趋势是依次升高的，但由于N元素的2p能级为半充满状态，因此N元素的第一电离能较C、O两种元素高，因此C、N、O、F四种元素的第一电离能从小到大的顺序为CI1(O)>I1(S)。(共79张PPT)
原子半径、元素的电离能及其变化规律
第1课时
第1章　第3节
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核心素养
发展目标
1.知道原子结构与元素性质间的关系规律。
2.了解原子半径的意义及其测定方法，知道原子半径与原子核外电子排布的关系，并能解释原子半径在周期表中的变化规律。
3.正确理解元素电离能的含义及其变化规律，会用电离能的概念分析解释元素的某些性质。
内容索引
一、原子半径及其变化规律
二、元素的电离能及其变化规律
课时对点练
原子半径及其变化规律
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一
1.原子半径的测定
假定原子是一个 体，采用 的方法测定原子半径。
方法一：ρ固态单质→1 mol原子的体积 1个原子在固态单质中平均占有的体积→原子半径；
方法二：实验测定原子核间距→相关原子半径，此法测得的原子半径包括 半径、 半径、金属半径。
一、原子半径及其变化规律
球
统计
共价
范德华
2.影响原子半径的因素
越大
越大
越小
3.原子半径变化规律
(1)主族元素
相同
增大
减小
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
1.正误判断
(1)核外电子层结构相同的单核粒子，半径相同
(2)质子数相同的不同单核粒子，电子数越多，半径越大
(3)各元素的原子半径总比其离子半径大
(4)同周期元素从左到右，原子半径、离子半径均逐渐减小
×
√
×
×
2.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-
√
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。
3.下列微粒半径大小比较正确的是
A.Na+B.S2->Cl->Na+>Al3+
C.NaD.Cs√
A中四种离子核外电子排布相同，核电荷数越大，半径越小；
B中S2-与Cl-，Na+与Al3+的核外电子排布分别相同，和Cl-比Na+和A多一个电子层，微粒半径大；
C中微粒电子层数相同，核电荷数越大，半径越小，应为Na>Mg>Al>
Si；
D中微粒为同一主族，电子层数越多，原子半径越大，应为Cs>Rb>K>Na。
4.短周期元素X、Y、Z、W、Q在元素周期表中的相对位置如图所示。下列说法正确的是
A.元素X与元素Z的最高正化合价之和的数值为7
B.原子半径的大小顺序为X>Y>Z>W>Q
C.简单离子半径的大小顺序为W>Q>X>Y>Z
D.元素W的最高价氧化物对应的水化物的酸性比Q的强
√
由五种元素在周期表中的相对位置关系可知，X、
Y、Z、W、Q分别为N、O、Al、S、Cl。N、Al的
最高正化合价分别为+5、+3，二者之和的数值为8，
A项错误；
同周期主族元素的原子半径从左到右逐渐减小，且电子层数越多，原子半径越大，故原子半径的大小顺序为Al>S>Cl>N>O，B项错误；
电子层结构相同的离子，核电荷数越小，离子半
径越大，电子层结构不同的离子，电子层数越多，
离子半径越大，故简单离子半径的大小顺序为S2-
>Cl->N3->O2->Al3+，C项正确；
元素的非金属性越强，最高价氧化物对应水化物的酸性越强，S的非金属性比Cl的弱，故H2SO4的酸性比HClO4的弱，D项错误。
归纳总结
1.微粒半径大小的比较规律
(1)同周期主族元素，从左到右，原子半径依次减小。
(2)同主族元素，从上到下，原子或同价态离子半径均依次增大。
(3)电子层结构相同的离子，随核电荷数的增大，离子半径逐渐减小，如r(N3-)>r(O2-)>r(F-)>r(Na+)>r(Mg2+)>r(Al3+)，r(S2-)>r(Cl-)>r(K+)>r(Ca2+)。
(4)同种元素形成的粒子，核外电子数多的半径大，如r(Fe)>r(Fe2+)>r(Fe3+)，r(S2-)>r(S)。
归纳总结
2.“三看”法比较微粒半径
“一看”电子层数，一般电子层数越多，半径越大；
“二看”质子数，电子层数相同时，质子数越多，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。
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二
元素的电离能及其变化规律
二、元素的电离能及其变化规律
1.电离能
基态原子或 基态离子失去一个电子所需要的 称为电离能。表示符号： ，单位： 。
气态
气态
最小能量
I
kJ·mol-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第一电离能，常用符号I1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I2表示；以此类推，还有第三、第四电离能等。通常，元素的第二电离能高于第一电离能，第三电离能又高于第二电离能。
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 。
增大
<
<
+1
未变
变少
增强
更难
更多
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、4 562、6 912(单位：kJ·mol-1，下同)，在I1和I2之间发生突变；Mg原子的I1、I2、I3分别是738、1 451、7 733，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。
分层
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。
难易程度
容易
难
4.元素电离能的变化规律
同周期 碱金属元素的第一电离能最 ，稀有气体元素的第一电离能最 ；从左到右，元素的第一电离能在总体上呈现 的变化趋势
同主族 总体上自上而下第一电离能逐渐_____
过渡元素 第一电离能的变化不太规则，同一周期的过渡元素从左到右，随原子序数的增加，第一电离能总体上略有增加
同一元素原子 电离能逐级 (即I1小
大
从小到大
减小
增大
右表为Na、Mg、Al的电离能
(单位：kJ·mol-1)。
分析右表中各元素电离能的变化，回答下列问题：
(1)为什么同一元素的电离能逐级增大？
　　元素 电离能　　 Na Mg Al
I1 496 738 577
I2 4 562 1 451 1 817
I3 6 912 7 733 2 745
I4 9 543 10 540 11 575
提示　原子失电子时，首先失去的是能量最高的电子，故第一电离能较小，原子失去电子后变成阳离子，离子半径变小，原子核对外层电子的吸引作用增强，从而使电离能逐级增大。
(2)钠原子为什么容易失去1个电子成为+1价的阳离子？
　　元素 电离能　　 Na Mg Al
I1 496 738 577
I2 4 562 1 451 1 817
I3 6 912 7 733 2 745
I4 9 543 10 540 11 575
提示　钠原子的I2 I1，说明钠原子很容易失去1个电子成为+1价阳离子，形成的Na+为1s22s22p6的稳定结构，原子核对外层电子的有效吸引作用变得更强，再失电子就很困难，因此，钠元素常见价态为+1价。
(3)解释右表中I1(Mg)>I1(Al)的原因。
　　元素 电离能　　 Na Mg Al
I1 496 738 577
I2 4 562 1 451 1 817
I3 6 912 7 733 2 745
I4 9 543 10 540 11 575
提示　ⅡA族元素原子最外电子层的s轨道处于全充满状态，p轨道处于全空状态，根据洪特规则均属于相对稳定的状态，所以其第一电离能大于同周期相邻的ⅢA族元素。
归纳总结
电离能的影响因素及特例
(1)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。
(2)具有全充满、半充满及全空的电子排布的元素稳定性较高，其第一电离能数值较大，如稀有气体的第一电离能在同周期元素中最大，N为半充满、Mg为全充满状态，其第一电离能均比同周期相邻元素大。一般情况，第一电离能：ⅡA>ⅢA，ⅤA>ⅥA。
1.正误判断
(1)第一电离能越大的原子失电子的能力越强
(2)第3周期所含元素中钠的第一电离能最小
(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
(5)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
√
×
√
×
√
2.在下面的电子结构中，第一电离能最小的原子可能是
A.3s23p3 B.3s23p5
C.3s23p4 D.3s23p6
√
同一周期中，元素的第一电离能随着原子序数的增大而呈增大趋势，但ⅡA族、ⅤA族元素的第一电离能大于相邻元素，同一主族元素中，其第一电离能随着原子序数的增大而减小。3s23p3属于ⅤA族元素、3s23p5属于ⅦA族元素、3s23p4属于ⅥA族元素、3s23p6属于0族元素，这几种元素都是第三周期元素，分别是P、Cl、S、Ar，其第一电离能大小顺序是Ar>Cl>P>S，所以第一电离能最小的原子是S。
3.(2024·福建福州高二期中)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
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
√
I1 I2 I3 I4
R 740 1 500 7 700 10 500
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。
I1 I2 I3 I4
R 740 1 500 7 700 10 500
4.(1)［2022·全国甲卷，35(2)］图a、b、c分别表示C、N、O和F的逐级电离能I变化趋势(纵坐标的标度不同)。第一电离能的变化图是____　　　　
(填标号)，判断的根据是_______________________________________
________________________________________________________________________________；第三电离能的变化图是　　(填标号)。
同周期元素第一电离能的总体趋势是依次升高的，但由于N元素的2p能级为半充满状态，因此N元素的第一电离能较C、O两种元素高
图a
图b
C、N、O、F四种元
素在同一周期，同一
周期第一电离能的总
体趋势是依次升高的，但由于N元素的2p能级为半充满状态，因此N元素的第一电离能较C、O两种元素高，因此C、N、O、F四种元素的第一电离能从小到大的顺序为C气态基态+2价阳离子
失去1个电子生成气态
基态+3价阳离子所需
要的能量为该原子的第三电离能，同一周期原子的第三电离能的总体趋势也依次升高，但由于C原子在失去2个电子之后的2s能级为全充满状态，因此其再失去一个电子需要的能量稍高，则满足这一规律的图像为图b。
(2)［2021·海南，19(3)］第一电离能的大小：C　　O(填“大于”或“小于”)。
小于
同一周期元素从左到右第一电离能呈增大趋势，所以C的电离能小于O。
(3)［2021·福建，14(2)］N、O、S的第一电离能(I1)大小为I1(N)>I1(O)>
I1(S)，原因是_________________________________________________
_________________________________________________。
N原子2p轨道半充满，比相邻的O原子更稳定，更难失电子；O、S同主族，S原子半径大于O原子，更易失去电子
相同电子层数的原子，N原子的核外电子排布式是1s22s22p3，p轨道处在半满状态，比较稳定，第一电离能N大于O；O和S是同一主族元素，O原子的半径较小，原子核对核外电子的束缚作用较强，较难失去第一个电子，第一电离能O大于S；故第一电离能(I1)大小为I1(N)>I1(O)>
I1(S)。
电离能的应用
(1)第一电离能应用——判断元素金属性、非金属性的强弱
一般情况下，I1越大，非金属性越强，I1越小，金属性越强。
归纳总结
(2)逐级电离能的应用
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归纳总结
②确定元素的化合价
电离能在In与之间发生突变，则元素的原子易形成+n价离子，并且主族元素的最高化合价为+n。如Na：I1 I2，则该元素通常显+1价；Mg：I1归纳总结
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课时对点练
题组一　微粒半径的比较
1.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
√
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同主族元素，从上到下，同价态离子半径逐渐增大，①②正确；
电子层结构相同的离子，随核电荷数增大，离子半径逐渐减小，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。
2.已知某些元素的原子半径如下表所示，根据表中的数据推测磷原子的半径可能是
A.0.70×10-10 m
B.0.80×10-10 m
C.1.10×10-10 m
D.1.20×10-10 m
√
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原子 N S O Si
半径r/×10-10 m 0.75 1.02 0.74 1.17
同一周期主族元素的原子半径随着原子序数的增大而减小，由此可推知磷原子的半径在硅原子和硫原子之间，C项正确。
3.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
√
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碱金属离子半径：r(Li+)r(Cl-)4.下列四种粒子中，半径按由大到小的顺序排列的是
①基态X的原子结构示意图：
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：
A.③>①>②>④ B.③>②>①>④
C.①>③>④>② D.①>④>③>②
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根据题意可知X为S、Y为Cl、Z2-为S2-、W为F。同主族元素的电子层数越多，半径越大，则FS>Cl>F，即③>①>②>④。
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题组二　电离能大小比较及应用
5.下列关于元素第一电离能的说法不正确的是
A.钾的第一电离能小于钠，故钾的金属性强于钠
B.因同周期元素的原子半径从左到右逐渐减小，故第一电离能必依次增大
C.价电子排布式为ns2np6(若只有K层时为1s2)的基态原子，第一电离能较大
D.对于同一元素而言，原子的电离能：I1√
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A项，同一主族从上到下，元素的第一电离能越来越小，金属性越来越强；
B项，同周期的ⅡA族与ⅤA族元素，第一电离能出现了反常；
C项，价电子排布式为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；
D项，同一元素原子的电离能：I11
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6.具有下列电子层结构的原子，其对应元素的第一电离能按由大到小的顺序排列正确的是
①3p轨道上只有一对成对电子的元素　②价电子排布式为3s23p6的元素　③3p轨道为半充满的元素　④正三价阳离子的电子层结构与氖元素相同的元素
A.①②③④ B.③①②④
C.②③①④ D.②④①③
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根据题意分析可知，①的最外层电子的轨道表示式为 ，
是硫元素；
②的价电子排布式为3s23p6，是氩元素；
③的最外层电子的轨道表示式是 ，是磷元素；
④的核电荷数是13，是铝元素。同周期从左到右，元素的第一电离能呈增大的趋势，但P具有3p轨道半充满的较稳定结构，其第一电离能大于S的，所以四种元素的第一电离能由大到小的顺序是Ar、P、S、Al。
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7.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
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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。
8.某元素X的逐级电离能如图所示，下列说法正确的是
A.元素X可能显+4价
B.X为非金属元素
C.X为第5周期元素
D.X的单质在化学反应时最可能生成的
阳离子为X3+
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√
根据逐级电离能图知，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。
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9.(2023·河北衡水高二期中)已知X、Y是主族元素，I为电离能，单位是kJ·mol-1。根据表中所列数据判断下列选项错误的是
A.元素X的常见化合价是+1
B.元素Y是ⅢA族元素
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位于第3周期，它可与冷水剧烈反应
√
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元素 I1 I2 I3 I4
X 500 4 600 6 900 9 500
Y 580 1 800 2 700 11 600
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项正确；
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，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。
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元素 I1 I2 I3 I4
X 500 4 600 6 900 9 500
Y 580 1 800 2 700 11 600
10.下列有关微粒性质的排列顺序错误的是
A.原子半径：Na>S>O
B.稳定性：PH3C.离子半径：Cl->S2->P3-
D.第一电离能：O√
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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：P3->S2->Cl-，C项错误。
11.下列叙述正确的是
A.同周期主族元素中ⅦA族元素的第一电离能最大
B.主族元素的原子形成简单离子时的化合价的绝对值都等于它的族序数
C.ⅠA、ⅡA族元素的原子，其原子半径越大，元素的第一电离能越大
D.同一主族，自上而下元素的第一电离能逐渐增大
√
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B项，氯元素是主族元素，形成的简单离子的化合价的绝对值是1，与其族序数不相等，错误；
C项，Ⅰ A、ⅡA族元素的原子，其原子半径越大，元素的第一电离能越小，错误。
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12.已知：X为同周期元素中第一电离能最小的元素，Z元素基态原子最外层电子排布式为2s22p4，Y是第3周期离子半径最小的元素，则X、Y、Z三种元素组成的化合物的化学式可能是
A.X3YZ3 B.X2YZ3
C.X2YZ2 D.XYZ3
√
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在同周期中第一电离能最小的元素是H或ⅠA族金属元素，其在化合物中的化合价为+1，Y为Al，Z为O，根据化合物中化合价代数和为零知A正确。
13.(2024·齐齐哈尔检测)已知短周期元素的离子，A2+、B+、C3-、D-都具有相同的电子层结构，则下列叙述中正确的是
A.原子半径：A>B>D>C
B.原子序数：D>C>B>A
C.离子半径：C>D>B>A
D.元素的第一电离能：A>B>D>C
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√
A2+、B+、C3-、D-分别为aA2+、bB+、cC3-、dD-，四者都具有相同的电子层结构，所以有：a-2=b-1=c+3=d+1，则A、B在周期表中C、D的下一周期，原子序数：A>B>D>C，原子核外电子层数越多，半径越大，同周期主族元素原子序数越大，半径越小，则原子半径：B>A>C>D，故A、B错误；
aA2+、bB+、cC3-、dD-都具有相同的电子层结构，核电荷数越大，离子半径越小，核电荷数：a>b>d>c，则离子半径：C>D>B>A，故C正确；
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同周期元素从左至右第一电离能呈增大趋势，非金属元素的第一电离能大于金属元素的第一电离能，非金属性越强，第一电离能越大，金属性越强，第一电离能越小，则元素的第一电离能：D >C >A> B，故D错误。
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14.元素的第一电离能(设其为I1)的周
期性变化如图所示。
试根据元素在元素周期表中的位置，
分析图中曲线的变化特点，并回答下
列问题：
(1)同主族内不同元素的I1值变化特点是　　　 　。
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随着原子序数的增大，I1值逐渐减小
由H、Li、Na、K等的第一电离能可以看出，同主族元素随原子序数的增大，I1值逐渐减小。
(2)同周期内，随原子序数增大，I1值
呈增大趋势。但个别元素的I1值出现
反常现象。试推测下列关系式正确的
是 　　　(填序号)。
①I1(砷)>I1(硒) ②I1(砷)③I1(溴)>I1(硒) ④I1(溴)1
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①③
从第2、3周期元素的第一电离能可以看出，ⅢA族和ⅥA族元素比同周期相邻两种元素的I1值都低。由此可以推测：I1(砷)>I1(硒)、I1(溴)>I1(硒)。
(3)推测气态基态钙原子失去最外层一个电子所需能量的范围：　　　 　<
I1<　　　 　。
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419 kJ·mol-1
738 kJ·mol-1
根据同主族、同周期元素第一电离能递变规律可以推测：I1(K)(4)10号元素I1值较大的原因是_______
_________________________________
_____________________。
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10号元素为氖，该元素原子的最外层电子排布已达到8电子稳定结构
15.请完成下列各题：
(1)第2周期元素中，元素的第一电离能比铍大的有　　种。
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5
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)A、B均为短周期金属元素。依据下表数据，写出基态B原子的电子排布式：　　　　 。
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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
1s22s22p63s2
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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族元素，由同主族元素第一电离能变化规律可知，B为镁元素，其原子的电子排布式为1s22s22p63s2。
(3)Z基态原子的M层与K层电子数相等，Z所在周期中第一电离能最大的主族元素是　　(填元素名称)。
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氯
Z是镁元素，第3周期中第一电离能最大的主族元素是氯元素。
(4)b、c、d是短周期元素，原子序数依次增大。b的价电子层中有3个未成对电子，c的最外层电子数为其内层电子数的3倍，d与c同族。b、c、d中第一电离能最大的是　　(填元素符号)。
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N
b是氮元素，c是氧元素，d是硫元素；第一电离能：N>O>S。
(5)Mn、Fe均为第4周期过渡元素，两元素的部分电离能数据如下表：
Mn元素价电子排布式为　　　，比
较两元素的I2、I3可知，气态Mn2+再
失去一个电子比气态Fe2+再失去一个
电子难，对此，你的解释是_______
_______________________________
_________________________________________________________________________________________________________。
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15
元素 Mn Fe
电离能/(kJ·mol-1) I1 717 759
I2 1 509 1 561
I3 3 248 2 957
3d54s2
由Mn2+
转化为Mn3+时，3d能级由较稳定的
3d5半充满状态转变为不稳定的3d4状态(或Fe2+转化为Fe3+时，3d能级由不稳定的3d6状态转变为较稳定的3d5半充满状态)
返回作业6　原子半径、元素的电离能及其变化规律
（选择题1~13题，每小题6分，共78分）
题组一　微粒半径的比较
1.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
2.已知某些元素的原子半径如下表所示，根据表中的数据推测磷原子的半径可能是 （　　）
原子 N S O Si
半径r/×10-10 m 0.75 1.02 0.74 1.17
A.0.70×10-10 m B.0.80×10-10 m
C.1.10×10-10 m D.1.20×10-10 m
3.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
4.下列四种粒子中，半径按由大到小的顺序排列的是 （　　）
①基态X的原子结构示意图：
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：
A.③>①>②>④ B.③>②>①>④
C.①>③>④>② D.①>④>③>②
题组二　电离能大小比较及应用
5.下列关于元素第一电离能的说法不正确的是 （　　）
A.钾的第一电离能小于钠，故钾的金属性强于钠
B.因同周期元素的原子半径从左到右逐渐减小，故第一电离能必依次增大
C.价电子排布式为ns2np6（若只有K层时为1s2）的基态原子，第一电离能较大
D.对于同一元素而言，原子的电离能：I16.具有下列电子层结构的原子，其对应元素的第一电离能按由大到小的顺序排列正确的是 （　　）
①3p轨道上只有一对成对电子的元素　②价电子排布式为3s23p6的元素　③3p轨道为半充满的元素　④正三价阳离子的电子层结构与氖元素相同的元素
A.①②③④ B.③①②④
C.②③①④ D.②④①③
7.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
8.某元素X的逐级电离能如图所示，下列说法正确的是 （　　）
A.元素X可能显+4价
B.X为非金属元素
C.X为第5周期元素
D.X的单质在化学反应时最可能生成的阳离子为X3+
9.（2023·河北衡水高二期中）已知X、Y是主族元素，I为电离能，单位是kJ·mol-1。根据表中所列数据判断下列选项错误的是 （　　）
元素 I1 I2 I3 I4
X 500 4 600 6 900 9 500
Y 580 1 800 2 700 11 600
A.元素X的常见化合价是+1
B.元素Y是ⅢA族元素
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位于第3周期，它可与冷水剧烈反应
10.下列有关微粒性质的排列顺序错误的是 （　　）
A.原子半径：Na>S>O
B.稳定性：PH3C.离子半径：Cl->S2->P3-
D.第一电离能：O11.下列叙述正确的是 （　　）
A.同周期主族元素中ⅦA族元素的第一电离能最大
B.主族元素的原子形成简单离子时的化合价的绝对值都等于它的族序数
C.ⅠA、ⅡA族元素的原子，其原子半径越大，元素的第一电离能越大
D.同一主族，自上而下元素的第一电离能逐渐增大
12.已知：X为同周期元素中第一电离能最小的元素，Z元素基态原子最外层电子排布式为2s22p4，Y是第3周期离子半径最小的元素，则X、Y、Z三种元素组成的化合物的化学式可能是 （　　）
A.X3YZ3 B.X2YZ3
C.X2YZ2 D.XYZ3
13.（2024·齐齐哈尔检测）已知短周期元素的离子，A2+、B+、C3-、D-都具有相同的电子层结构，则下列叙述中正确的是 （　　）
A.原子半径：A>B>D>C
B.原子序数：D>C>B>A
C.离子半径：C>D>B>A
D.元素的第一电离能：A>B>D>C
14.（10分）元素的第一电离能（设其为I1）的周期性变化如图所示。
试根据元素在元素周期表中的位置，分析图中曲线的变化特点，并回答下列问题：
（1）同主族内不同元素的I1值变化特点是　　　　。
（2）同周期内，随原子序数增大，I1值呈增大趋势。但个别元素的I1值出现反常现象。试推测下列关系式正确的是 　　　　（填序号）。
①I1（砷）>I1（硒） ②I1（砷）③I1（溴）>I1（硒） ④I1（溴）（3）推测气态基态钙原子失去最外层一个电子所需能量的范围：　　　　（4）10号元素I1值较大的原因是　　　　。
15.（12分）请完成下列各题：
（1）第2周期元素中，元素的第一电离能比铍大的有　　　　种。
（2）A、B均为短周期金属元素。依据下表数据，写出基态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
（3）Z基态原子的M层与K层电子数相等，Z所在周期中第一电离能最大的主族元素是　　　　（填元素名称）。
（4）b、c、d是短周期元素，原子序数依次增大。b的价电子层中有3个未成对电子，c的最外层电子数为其内层电子数的3倍，d与c同族。b、c、d中第一电离能最大的是　　　　（填元素符号）。
（5）Mn、Fe均为第4周期过渡元素，两元素的部分电离能数据如下表：
元素 Mn Fe
电离能/（kJ·mol-1） I1 717 759
I2 1 509 1 561
I3 3 248 2 957
Mn元素价电子排布式为　　　　，比较两元素的I2、I3可知，气态Mn2+再失去一个电子比气态Fe2+再失去一个电子难，对此，你的解释是　　　　 　　　　。
答案精析
1.C　［同主族元素，从上到下，同价态离子半径逐渐增大，①②正确；电子层结构相同的离子，随核电荷数增大，离子半径逐渐减小，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。］
2.C　［同一周期主族元素的原子半径随着原子序数的增大而减小，由此可推知磷原子的半径在硅原子和硫原子之间，C项正确。］
3.A　［碱金属离子半径：r(Li+)4.A　［根据题意可知X为S、Y为Cl、Z2-为S2-、W为F。同主族元素的电子层数越多，半径越大，则FS>Cl>F，即③>①>②>④。］
5.B　［A项，同一主族从上到下，元素的第一电离能越来越小，金属性越来越强；B项，同周期的ⅡA族与ⅤA族元素，第一电离能出现了反常；C项，价电子排布式为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；D项，同一元素原子的电离能：I16.C　［根据题意分析可知，①的最外层电子的轨道表示式为，是硫元素；②的价电子排布式为3s23p6，是氩元素；③的最外层电子的轨道表示式是，是磷元素；④的核电荷数是13，是铝元素。同周期从左到右，元素的第一电离能呈增大的趋势，但P具有3p轨道半充满的较稳定结构，其第一电离能大于S的，所以四种元素的第一电离能由大到小的顺序是Ar、P、S、Al。］
7.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。］
8.D　［根据逐级电离能图知，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　［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项正确；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，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。］
10.C　［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：P3->S2->Cl-，C项错误。］
11.A　［B项，氯元素是主族元素，形成的简单离子的化合价的绝对值是1，与其族序数不相等，错误；C项，Ⅰ A、ⅡA族元素的原子，其原子半径越大，元素的第一电离能越小，错误。］
12.A　［在同周期中第一电离能最小的元素是H或ⅠA族金属元素，其在化合物中的化合价为+1，Y为Al，Z为O，根据化合物中化合价代数和为零知A正确。］
13.C　［A2+、B+、C3-、D-分别为aA2+、bB+、cC3-、dD-，四者都具有相同的电子层结构，所以有：a-2=b-1=c+3=d+1，则A、B在周期表中C、D的下一周期，原子序数：A>B>D>C，原子核外电子层数越多，半径越大，同周期主族元素原子序数越大，半径越小，则原子半径：B>A>C>D，故A、B错误；aA2+、bB+、cC3-、dD-都具有相同的电子层结构，核电荷数越大，离子半径越小，核电荷数：a>b>d>c，则离子半径：C>D>B>A，故C正确；同周期元素从左至右第一电离能呈增大趋势，非金属元素的第一电离能大于金属元素的第一电离能，非金属性越强，第一电离能越大，金属性越强，第一电离能越小，则元素的第一电离能：D >C >A> B，故D错误。］
14.(1)随着原子序数的增大，I1值逐渐减小　(2)①③
(3)419 kJ·mol-1　738 kJ·mol-1
(4)10号元素为氖，该元素原子的最外层电子排布已达到8电子稳定结构
解析　(1)由H、Li、Na、K等的第一电离能可以看出，同主族元素随原子序数的增大，I1值逐渐减小。(2)从第2、3周期元素的第一电离能可以看出，ⅢA族和ⅥA族元素比同周期相邻两种元素的I1值都低。由此可以推测：I1(砷)>I1(硒)、I1(溴)>I1(硒)。(3)根据同主族、同周期元素第一电离能递变规律可以推测：I1(K)15.(1)5　(2)1s22s22p63s2　(3)氯　(4)N
(5)3d54s2　由Mn2+转化为Mn3+时，3d能级由较稳定的3d5半充满状态转变为不稳定的3d4状态(或Fe2+转化为Fe3+时，3d能级由不稳定的3d6状态转变为较稳定的3d5半充满状态)
解析　(1)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)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族元素，由同主族元素第一电离能变化规律可知，B为镁元素，其原子的电子排布式为1s22s22p63s2。(3)Z是镁元素，第3周期中第一电离能最大的主族元素是氯元素。(4)b是氮元素，c是氧元素，d是硫元素；第一电离能：N>O>S。

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