突破04 文字说理题之原子结构电离能、电负性、半满和全满、焰色反应-备战2021年高考化学《物质结构与性质》逐空突破系列

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《物质结构与性质》文字说理题之原子结构

——电离能、电负性、半满和全满、焰色反应

【方法和规律】

1、电离能及其变化规律

(1)定义：气态电中性基态原子失去一个电子转化为一价气态基态正离子所需要的最低能量叫做第一电离能(用I1

表示)，从一价气态基态正离子中再失去一个电子所需消耗的能量叫做第二电离能(用I2表示)，依次类推，可

得到 I3、I4、I5……同一种元素的逐级电离能的大小关系：I1<I2<I3<I4<I5……即：一个原子的逐级电离能是逐渐

增大的。这是因为随着电子的逐个失去，阳离子所带的正电荷数越来越高，离子半径变小，再要失去一个电

子需克服的电性引力也越来越大，消耗的能量也越来越高

(2)元素第一电离能的周期性变化

①同周期从左到右，稀有气体的第一电离能最大，碱金属的第一电离能最小；第一电离能有逐渐增大的趋势，

但并非单调地增大，有些反常。一般而言，IIA 族元素的 I1大于 IIIA 族元素；VA 族元素的 I1大于 VIA 族

元素。如：Be＞B、N＞O，这与原子的外层电子构型有着密切关系：Be 有价电子排布为 2s2，是全充满结

构，比较稳定，而 B的价电子排布为 2s22p1，比 Be 不稳定，因此失去第一个电子 B比Be 容易，第一电离

能小

②同一主族内，从上到下，随着核电荷数的增加，电子层数增多，原子半径逐渐增大，原子核对外层电子的

吸引力越来越弱，元素的原子越来越易失去电子，故同一主族，随着核电荷数的增加，元素的第一电离能

逐渐减小

③过渡元素的第一电离能变化不太规则，同一周期，从左至右，第一电离能略有增加

(3)元素电离能的应用

①判断元素金属性的强弱：电离能越小，金属越容易失去电子，金属性越强；反之，则越弱

②判断元素的化合价：I1、I2……表示各级电离能。如果某元素的 In＋1I≫n，则该元素的常见化合价为＋n。如

钠元素 I2I≫1，所以钠元素的化合价为＋1

③判断核外电子的分层排布情况：多电子原子中，元素的各级电离能逐级增大，有一定的规律性。当电离能

的变化出现突跃时，电子层数就可能发生变化

④反映元素原子的核外电子排布特点：同周期元素从左向右，元素的第一电离能并不是逐渐增大的，当元素

的核外电子排布是全空、半充满和全充满状态时，第一电离能就会反常的大

2、元素的电负性及其变化规律

(1)电负性的定义：元素的原子在化合物中吸引键合电子能力的标度。元素的电负性越大，表示其原子在化合物

中吸引键合电子的能力越强

(2)变化规律：同周期从左到右，主族元素电负性逐渐增大；同一主族从上到下，元素电负性逐渐减小

(3)电负性的应用

①判断元素金属性和非金属性的强弱：金属的电负性一般小于 1.8，非金属的电负性一般大于 1.8，而位于非金

属三角区边界的“类金属”(如锗、锑等)的电负性则在 1.8 左右，它们既有金属性又有非金属性。通常电负

性越大，非金属性越强；金属元素越活泼，其电负性越小

②判断化学键的极性强弱：若两种不同的非金属元素的原子间形成共价键，则必为极性键，且成键原子的电负

性之差越大，键的极性越强。如：极性：H—F>H—Cl>H—Br>H—I

③判断共价化合物中元素的化合价：两种非金属元素形成的化合物中，通常电负性大的元素显负价，电负性

小的显正价

④解释对角线规则：在元素周期表中，某些主族元素与右下方的主族元素的有些性质是相似的，被称为“对

角线规则”。对角线相似是由于它们的电负性相近的缘故。如：Li 和Mg、Be 和Al、B和Si

⑤判断化学键的类型：一般认为：如果两个成键元素原子间的电负性差值(∆χ)大于 1.7，它们之间通常形成离

子键，所形成的化合物是离子化合物；如果两个成键元素原子间的电负性差值(∆χ)小于 1.7，它们之间通常

形成共价键，所形成的化合物是共价化合物。如：Al、F、Cl 的电负性分别为 1.5、4.0、2.5，通过计算可

知：AlF3中化学键是离子键，AlF3是离子化合物，AlCl3中的化学键是共价键，AlCl3是共价化合物

3、半充满、全充满解释稳定性

洪特规则特例：当能量相同的原子轨道在全满(p6、d10、f14)、半满(p3、d5、f7)和全空(p0、d0、f0)状态时，体系

的能量最低。如：24Cr 1s22s22p63s23p63d54s1 29Cu 1s22s22p63s23p63d104s1

类型一电离能

电离能与原子结构

答题策略从原子核对最外层电子的吸引力来判断

答题模板 A原子比 B原子的半径大，且 A原子的核电荷数比 B原子的小，所以 A原子对最外层电子的

吸引力小于 B，故第一电离能 A小于 B

1请结合核外电子排布相关知识解释，第一电离能：C小于 O，原因是：碳原子半径比氧原子半径

大，且核电荷数比氧的小，故碳原子对最外层电子的吸引力小于氧，第一电离能也小于氧

电离能与半充满、全充满

答题策略能量相同的原子轨道在全满(p6、d10、f14)、半满(p3、d5、f7)时，比较稳定，难失电子

答题模板 A原子的价电子排布式为×××处于半充满(全充满)，比较稳定，难失电子，×××电离能大

2第一电离能 N大于 O，原因是：N

原子的价电子排布式为

2s 2

2p 3

处于半充满，比较稳定，难失电子，

第一电离能大

3已知电离能：I2(Ti)＝1 310 kJ·mol－1，I2(K)＝3 051 kJ·mol－1。I2(Ti)<I2(K)，其原因为： K ＋

失去的是全

充满的

3p 6

上的电子， Ti ＋

失去的是

4s 1

上的电子，相对较易失去

【题组集训】

1、I1(Mg)________I1(Al)，其原因是________________________________________________________________

2、第一电离能：Mg_____Al，原因是____________________________________________________________

3、钠元素的逐级电离能的大小关系：I1<I2<I3<I4<I5……，原因是________________________________________

______________________________________________________________________________________________

4、镁元素的第二电离能和第三电离能：I3_____I2，原因是______________________________________________

________________________________________________________________________

5、[2018·全国卷Ⅲ]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 I1(Zn) I1(Cu)(填“大

于” 或“小于”)，原因是

6、[2016·全国卷Ⅱ·节选]元素铜与镍的第二电离能分别为 ICu＝1 959 kJ·mol－1，INi＝1 753 kJ·mol－1，ICu>INi 的原

因是_________________________________________________________________________________________

7、铁的第三电离能(I3)、第四电离能(I4)分别为 2 957 kJ·mol－1、5 290 kJ·mol－1，I4远大于 I3的原因是_________

______________________________________________________________________________________________

8、铜的第一电离能为 746kJ·mol-1，第二电离能为 1958kJ·mol-1。请结合核外电子排布相关知识解释，铜第

二电离能远远大于第一电离能的原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

9、元素铁与铜的第二电离能分别为：ICu=1958 kJ·mol-1、IFe=1561 kJ·mol-1，ICu 比IFe 大得多的原因是

_____________________________________________________________________________

10、铜、锌两种元素的第一电离能、第二电离能如表所示，铜的第一电离能(I1)小于锌的第一电离能，而铜的第

二电离能(I2)却大于锌的第二电离能，其主要原因是_______________________________________________

电离能/(kJ·mol－1)I1I2

铜746 1 958

锌906 1 733

11、已知 Al 的第一电离能为 578 kJ·mol－1、第二电离能为 1 817 kJ·mol－1、第三电离能为 2 745 kJ·mol－1、第四

电离能为 11 575 kJ·mol－1。请解释其第二电离能增幅较大的原因_______________________________________

_______________________________________________________________________________________________

12、以第二周期为例，除Be、N外，其他元素的第一电离能从左到右逐渐增大的原因是____________________

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