大数据分析：元素性质：电离能与电负性

【高考化学·考试大纲】原子结构与元素的性质:(1)了解电离能的含义,并能用以说明元素的某些性质。(2)了解电负性的概念,并能用以说明元素的某些性质。

【课程标准·学业要求】(1)能说出元素的电离能、电负性的含义。(2)能描述主族元素第一电离能、电负性变化的一般规律。(3)能从电子排布的角度对这一规律进行解释。(4)能说明电负性大小与原子在化合物中吸引电子能力的关系。(5)能利用电负性判断元素的金属性与非金属性的强弱,推测化学键的极性。

1.用元素的第一电离能和电负性的有关知识完成下列各题：

⑴[18 全国Ⅲ,35]第一电离能I1(Zn)____I1(Cu)(填“大于”或“小于”)。原因是____________________________________________________________。

⑵[17 全国Ⅲ,35]元素Mn与O中,第一电离能较大的是_________。

⑶[16全国I,37]Zn、Ge、O电负性由大至小的顺序是______________。

⑷[16 全国III,37]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”)

⑸[15 全国Ⅱ,37]O、Na、P、Cl四种元素中电负性最大的是。

⑹[14 全国Ⅱ,37]N、O、S中第一电离能最大的是________。

⑺[全国高考Ⅱ]F、K、Fe、Ni四种元素中第一电离能最小的是________,电负性最大的是______。

⑻[全国高考]O、S、Se原子的第一电离能由大到小的顺序为______________。

2.[18 全国I,35]Li2O是离子晶体,其晶格能可通过下图的Born-Haber循环计算得到。

可知,Li原子的第一电离能为kJ·mol-1。

3.元素推断

(1)[15 全国Ⅱ,37]A、B、C、D为原子序数依次增大的四种元素,A2-和B+具有相同的电子构型;C、D为同周期元素,C核外电子总数是最外层电子数的3倍;D元素最外层有一个未成对电子。则元素分别为:

A___、B___、C____、D____。

(2)[14 全国Ⅱ,37]周期表前四周期的元素a、b、c、d、e,原子序数依次增大。a的核外电子总数与其周期数相同,b的价电子层中的未成对电子有3个,c的最外层电子数为其内层电子数的3倍,d与c同族;e的最外层只有1个电子,但次外层有18个电子。则元素分别为:a_____、b_____、c_____、d_____、e_____。

(3)[全国高考Ⅱ]前四周期原子序数依次增大的元素A、B、C、D中,A和B的价电子层中未成对电子均只有1个,并且A-和B+的电子数相差为8;与B位于同一周期的C和D,它们价电子层中的未成对电子数分别为4和2,且原子序数相差为2。则元素分别为:A____、B____、C____、D____。

4.[17 全国Ⅱ,35]元素的基态气态原子得到一个电子形成气态负一价离子时所放出的能量称作第一电子亲和能(E1)。第二周期部分元素的E1变化趋势如图所示,其中除氮元素外,其他元素的E1自左而右依次增大的原因是______________________________________________________________;氮元素的E1呈现异常的原因是___________________________________________________________。

一、元素的电离能

1.电离能

元素的气态电中性基态原子失去1个电子转化为气态基态正离子所需要的最低能量叫做元素的第一电离能(I1),单位为kJ·mol-1。由气态+1价阳离子再失去1个电子变成气态+2价阳离子,这时吸收的能量叫做第二电离能(I2)。I3、I4……等可以依此类推。

2.元素的第一电离能的周期性变化

一般规律,随着原子序数的递增,元素的第一电离能呈周期性变化。同周期元素从左至右,第一电离能有总体_____的趋势(注意:不是依次);在同一周期中,稀有气体的第一电离能_____,碱金属的第一电离能______(ⅡA、ⅤA族例外);同主族从上到下,第一电离能有_____的趋势。

二、电负性

原子在分子中吸引成键电子能力相对大小的量度叫做电负性。元素电负性的值是个相对的量,没有单位,以氟的电负性为4.0作为相对标准。电负性大的元素吸引电子能力强,非金属性强,反之就弱。

元素电负性的周期性变化:随着原子序数的递增,元素的电负性呈周期性变化:同周期从左到右,主族元素电负性逐渐________;同一主族从上到下,元素电负性呈现____________的趋势。

【考型1】电离能

1-1.[山东高考]第一电离能介于B、N之间的第二周期元素有_______种。

1-2.[16 全国II,37]元素铜与镍的第二电离能分别为ICu=1959kJ/mol,INi=1753kJ/mol,ICu>INi的原因是_____________________________________________________________________________________。

【考型2】电负性(www.xing528.com)

2-1.[山东高考]Ni是元素周期表中第28号元素,第二周期基态原子未成对电子数与Ni相同且电负性最小的元素是___________。

2-2.★[17 海南,19]四卤化硅(SiX4)的沸点和二卤化铅(PbX2)的熔点如下图所示。结合SiX4的沸点和PbX2的熔点的变化规律,可推断:依F、Cl、Br、I次序,PbX2中的化学键的离子性______、共价性_____。(填“增强”“不变”或“减弱”)

【考型3】元素推断

3.[江苏高考]元素X位于第四周期,其基态原子的内层轨道全部排满电子,且最外层电子数为2。元素Y基态原子的3p轨道上有4个电子。元素Z的原子最外层电子数是其内层的3倍。则元素分别为X____,Y____,Z___。

一、电离能

1.电离能的性质

同一原子电子的能量越低，电离时所需的能量就越高。

(1)逐级电离能逐步增大:I1<I2<I3<……(2)电离能可以比较气态原子失去电子的难易,电离能越小,原子越易失去电子,其还原性越强,金属性越强。所以它常用于比较元素的金属性强弱。(3)注意同一周期从左至右元素的第一电离能是曲折增加的:当外围电子处于全空(p0)、半满(p3,ⅤA族)或全满(s2ⅡA、ⅡB族；p6)结构时,原子的能量较低,元素的第一电离能较大。考试中重点注意下列元素的曲折变化:Be、N、Mg、P。第一电离能N>O但是第二电离能N<O。高考考查多级电离能的运用有增加的趋势,值得注意。

2.元素电离能的运用

(1)电离能的“突增”是验证原子核外电子分层排布的实验依据:例如,当I1<I2<<I3……,表示电子核外第3个电子与第1、2个电子在不同的电子层,如Mg。

(2)判断原子形成稳定离子时失去电子的数目:如果I2>>I1,则原子易形成+1价阳离子而不易形成+2价阳离子。

(3)例如:Na、Mg的电离能分析,如下表：

①Na:I1<<I2<I3,Na最外层只有1个电子;Mg:I1<I2<<I3,Mg的最外层有2个电子。

②I1(Na)<I1(Mg),而I2(Na)>I2(Mg);说明Na容易失去一个电子形成Na+,而不容易失去次外层的电子,不易形成Na2+;而Mg是容易失去最外层的二个电子形成Mg2+,不易失去次外层上的电子。

3.对逐级增大规律的理解

在一些与电荷有关的逐级变化中,微粒所带正电荷增加,正电荷对电子的引力逐渐变强,逐级升高带电荷数的难度增大,可用此解释下列相关的变化规律:

(1)元素的逐级电离能逐步增大:I1<I2<I3<…；

(2)多元弱酸(如H3PO4)的逐级电离常数:Ka1>Ka2>Ka3;

(3)还原性:Fe>Fe2+>Fe3+。

二、电负性

1.电负必的大小

在键合原子中,共用电子对偏向于电负性大的一方(即非金属性强的一方),电负性大的原子一方带负电荷,显负价。

判断电负性大小时,可与化学式结合,用化合价的价态正负推理,例如,所以电负性O>Cl;由于电负性Cl>Br,所以在卤素互化物BrCl中,Br为+1价,Cl为-1价,且化学式中Br写在前,Cl写在后。

2.*电负性的运用

(1)确定元素类型:一般电负性>1.8为非金属元素;电负性<1.8为金属元素。

(2)判断元素价态正负:电负性大的为负价,小的为正价。

(3)电负性是判断金属性和非金属性强弱的重要参数,表示原子得电子能力强弱。

(4)确定化学键类型:两种元素的电负性差值(XA-XB)越大,形成键的极性越强,离子化的倾向越大。两元素电负性差值大于1.7,多数属于离子键;小于1.7,多数属于共价键;所以,离子键和共价键没有严格的界限。

该认识的意义在于提醒大家:我们所学的一些概念,为了初学简单常常会把性质推向极端,但实际上更多的可能是变化过程中的“倾向”大小,例如,强酸与弱酸、金属与非金属、浓硝酸与稀硝酸(反应时的还原产物)等。