D．电离能越小，元素的金属性越强
答案 A
解析 同族元素，随着电子层数增加，原子半径增大，原子核对核外电子的有效吸引作用逐渐减弱，越来越容易失去电子，第一电离能逐渐减小，故A错。
2．下列叙述中正确的是（ ）
A．第3周期所含元素中钠的第一电离能最小
B．铝的第一电离能比镁的第一电离能大
C．在所有元素中，氟的第一电离能最大
D．钾的第一电离能比镁的第一电离能大
答案 A
解析 同周期中碱金属的第一电离能最小，稀有气体的第一电离能最大，故A正确，C不正确；由于镁的价电子排布为3s2（3p轨道全空），而Al的价电子排布为3s23p1，故铝的第一电离能小于镁的，B不正确；钾比镁活泼更易失电子，钾的第一电离能小于镁，D错误。
二 电离能的应用
1．比较金属的活泼性和元素的金属性
碱金属元素的第一电离能越小，碱金属元素的原子越容易失去电子，碱金属的活泼性越强；一般情况下，元素的第一电离能越小，元素的金属性越强。
2．判断原子易失去电子的数目和元素的化合价
下表为Na、Mg、Al的电离能（kJ·mol－1）。
元素
Na
Mg
Al
I1
496
738
577
I2
4562
1451
1817
I3
6912
7733
2745
I4
9543
10540
11575
分析上表中各元素电离能的变化，回答下列问题：
（1）钠原子为什么容易失去1个电子成为＋1价的阳离子？
答案 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Na＋：
1s22s22p6稳定结构后，核对外层电子的有效吸引作用变得更强。
因此，钠元素常见价态为＋1价。
一般情况下，钠原子不能形成＋2价阳离子。
（2）上表中能够说明镁、铝原子通常分别形成Mg2＋、Al3＋的依据是什么？
答案 说明镁原子通常形成＋2价阳离子的依据是I3≫I2。
说明铝原子通常形成＋3价阳离子的依据是I4≫I3。
[归纳总结]
1．通常情况下：
同一元素的电离能逐级增大。
因为离子的电荷正值越来越大，离子半径越来越小，所以失去这些电子逐渐变难，需要的能量越来越高。
2．由于电子是分层排布的，内层电子比外层电子难失去，因此元素的电离能会发生突变。
[活学活用]
3．元素的第一电离能是衡量元素金属性强弱的一种尺度。
下列有关说法正确的是（ ）
A．元素的第一电离能越大，其金属性越强
B．元素的第一电离能越小，其金属性越强
C．金属单质跟酸反应的难易，只跟该金属元素的第一电离能有关
D．金属单质跟酸反应的难易，只与金属原子失去电子数目多少有关
答案 B
4．下列原子的价电子排布式中，对应的第一电离能最大的是（ ）
A．3s23p1B．3s23p2
C．3s23p3D．3s23p4
答案 C
解析 由于能量3p>3s，因而先失去3p轨道上的电子，而C项3s23p3中3p轨道半充满，是较稳定状态，因而更难失去第1个电子。
当堂检测
1．下列关于电离能的理解中错误的是（ ）
A．电离能可以表示原子或离子失去电子的难易程度
B．某原子的电离能越小，表示在气态时该原子越容易失去电子
C．第二电离能是气态＋1价阳离子失去一个电子所需要的最小能量
D．电离能跟金属活动性顺序是对应的
答案 D
解析 电离能小的元素原子易失电子，大的易得电子，所以A、B对；C为第二电离能的定义，C对；D中，电离能有时并不和金属活动性顺序一一对应，像Na和Ca，因为二者的环境不一样。
2．下列各组元素，按原子半径依次减小、元素第一电离能逐渐升高的顺序排列的是（ ）
A．K、Na、LiB．Al、Mg、Na
C．N、O、CD．Cl、S、P
答案 A
解析 本题考查了元素第一电离能的递变规律。
由同周期从左到右，元素的第一电离能逐渐增大知，B、C、D选项中均逐渐降低；同主族中，从上到下，第一电离能逐渐减小，故A逐渐升高。
ⅡA族中的Be、Mg、Ca及ⅤA族的N、P、As第一电离能出现反常现象。
3．下列选项中，第二电离能最大的元素所具有的电子层结构为（ ）
A．1s2B．1s22s1
C．1s22s2D．1s22s22p1
答案 B
解析 I2最大的元素失去的应是内层上已达稳定结构的电子层上的电子。
4．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·mol－1）
I1
I2
I3
I4
……
R
740
1500
7700
10500
……
下列关于元素R的判断中一定正确的是（ ）
A．R的最高正价为＋3价
B．R元素位于元素周期表中第ⅡA族
C．R元素的原子最外层共有4个电子
D．R元素基态原子的电子排布式为1s22s2
答案 B
解析 由表中数据I3≫I2知其最高正价为＋2价，R元素位于ⅡA族，最外层有2个电子，R不一定是Be元素。
5．短周期元素X和Y可形成离子化合物，X的阳离子与Y的阴离子相差一个电子层，下列叙述正确的是（ ）
A．X和Y一定位于周期表中同一周期
B．X一定是金属元素，Y一定是非金属元素
C．X的最高价一定比Y的最高价低
D．X的原子半径不一定比Y的大
答案 B
解析 题意没有具体说出X的阳离子比Y的阴离子多一个电子层，还是少一个电子层。
例如，H－和Na＋是相差一个电子层，但不位于同一周期；形成离子型化合物，且是两种原子形成，则其中一种必须是金属元素，另一种为非金属元素；金属的价态（短周期）最高为＋3价，而非金属价态最低为－4价，最高为＋7价。
40分钟课时作业
[基础过关]
一、电离能及其变化规律
1．下列有关电离能的说法中，正确的是（ ）
A．第一电离能越大的原子失电子的能力越强
B．第一电离能是元素的原子失去核外第一个电子需要的能量
C．同一周期中，主族元素原子第一电离能从左到右越来越大
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
答案 D
解析 A项元素原子的第一电离能越大，表示该元素的原子越难失去电子；B项电离能是气态原子或离子失去核外一个电子需要的最低能量；C项从总的变化趋势上看，同一周期中第一电离能从左到右逐渐增大，但有反常，如N>O。
2．下列叙述中正确的是（ ）
A．同周期元素中，ⅦA族元素的原子半径最大
B．ⅥA族元素的原子，其半径越大，越容易得到电子
C．同一元素的电离能I1>I2>I3>I4…
D．同一周期中，碱金属元素的第一电离能最小
答案 D
解析 本题主要考查元素周期表中，同周期、同主族元素性质的一些递变规律。
同周期，从左到右，原子半径逐渐减小，得电子能力逐渐增强。
A项错，在同周期元素中ⅦA族元素的原子半径最小；B项不正确，因为在同主族元素中，原子半径越大，越难得电子；同一元素的电离能逐渐增大，I13．下列电子构型的原子中，第一电离能最小的是（ ）
A．ns2np3B．ns2np4C．ns2np5D．ns2np6
答案 B
解析 ns2np3处在半充满状态，ns2np6处在全充满状态，均是能量较低的状态；而ns2np4和ns2np5中，ns2np4容易失去一个电子变成ns2np3半充满的较稳定状态，因此第一电离能最小，故B正确。
4．同周期的第ⅡA、ⅤA族的元素的第一电离能作为特例比相邻两元素的都高。
在①P和S，②Mg和Al，③F和Ne三组原子中，分别找出第一电离能较高的原子，这三种原子的原子序数之和是（ ）
A．35B．36C．37D．38
答案 C
解析 在三组原子中第一电离能较大的分别为P、Mg、Ne，其原子序数之和为37。
二、电离能数据的分析及应用
5．元素X的各级电离能数据如下：
I1
I2
I3
I4
I5
I6
I/（kJ·mol－1）
578
1817
2745
11578
14831
18378
则元素X的常见价态是（ ）
A．＋1B．＋2C．＋3D．＋6
答案 C
解析 对比表中电离能数据可知，I1、I2、I3电离能数值相对较小，至I4数值突然增大，说明元素X的原子中，有3个电子容易失去，因此，该元素的常见化合价为＋3。
6．某元素的逐级电离能（kJ·mol－1）分别为740、1500、7700、10500、13600、18000、21700，当它与氯反应时最可能生成的阳离子是（ ）
A．X＋B．X2＋C．X3＋D．X4＋
答案 B
解析 可以根据电离能数据判断其最高正价。
I3≫I2，说明易失去2个电子达稳定结构，为＋2价，离子符号为X2＋。
7．在下列各组元素中，有一组原子的第一电离能分别是1086kJ·mol－1、1402kJ·mol－1、1313kJ·mol－1。
那么这组元素是（ ）
A．C、N、OB．F、Ne、Na
C．Be、B、CD．S、Cl、Ar
答案 A
解析 通过数据分析，第一电离能先增大后减小，N原子的核外电子排布式为1s22s22p3，由于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O。
三、电离能图像题例析
8．下图表示前18号元素的原子序数和气态原子失去核外第一个电子所需的能量（kJ·mol－1）的变化图像。
其中A、B、C各点表示的元素是（ ）
A．N、S、PB．F、Cl、O
C．He、Ne、ArD．Si、C、B
答案 C
解析 A、B、C的第一电离能是各自周期中最大的，即最难失电子，故A、B、C是各自周期中的稀有气体元素He、Ne、Ar。
9．分析下列图或表，回答问题
（1）短周期某主族元素M的电离能情况如图所示。
则M元素位于周期表的第________族。
（2）第4周期中铁、锰两元素的部分电离能数据列于下表：
元素
Mn
Fe
电离能/kJ·mol－1
I1
717
759
I2
1509
1561
I3
3248
2957
由表中数据可知，Mn元素价电子层的电子排布式为__________，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
（1）ⅡA
（2）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）元素M的各级电离能逐级增大，I1和I2差别较小，但I3≫I2>I1，I3突跃式变大，即失去2个电子后，再失去电子变为＋3价阳离子却非常困难，说明元素M失去2个电子后达到稳定结构。
（2）Mn2＋为3d5的半充满状态，很难失去电子，而Fe2＋为3d6，失去一个电子，即变为半充满的3d5状态，所以Fe2＋比Mn2＋易失去电子。
[能力提升]
10．如图是部分元素原子的第一电离能I1随原子序数变化的曲线图。
请回答以下问题：
（1）认真分析图中同周期元素第一电离能的变化规律，将Na～Ar之间六种元素用短线连接起来，构成完整的图像。
（2）由图分析可知，同一主族元素原子的第一电离能I1变化规律是_______________。
（3）图中5号元素在周期表中的位置是_____________________________________。
（4）图中出现的元素中最活泼的金属元素为________。
（5）写出图中6号元素的价电子排布式________。
答案
（1）
（2）从上到下依次减小
（3）第3周期第ⅤA族
（4）Rb
（5）3s23p5
解析
（1）参考第2周期Li～Ne的图像作图。
（2）同主族元素第一电离能I1变化规律是从上到下依次减小。
（3）图中5号元素在周期表中的位置是第3周期第ⅤA族。
（4）因同主族元素随着原子序数的增加I1逐渐减小，而1个周期中第ⅠA族元素的电离能最小，故图中所列的最活泼的金属为Rb。
（5）图中6号元素为Cl，电子排布式为1s22s22p63s23p5，故价电子排布式为3s23p5。
11．不同元素的气态原子失去最外层一个电子所需要的能量I1如下图所示。
试根据元素在周期表中的位置，分析图中曲线的变化特点，并回答下列问题。
（1）同主族内不同元素原子的I1变化的特点是______，各主族中I1的这种变化特点体现了元素性质的______变化规律。
（2）同周期内，随原子序数增大，I1增大。
但个别元素的I1出现反常，试预测下列关系中正确的是________（填序号）。
①I1（砷）>I1（硒） ②I1（砷）I1（硒）
④I1（溴）（3）10号元素I1较大的原因是____________________________________________。
答案
（1）随着原子序数增大，I1变小 周期性
（2）①③
（3）10号元素是氖，该元素的原子最外层电子排布已达到8电子的稳定结构
解析
（1）从Li、Na、K等可以看出，同主族元素随原子序数的增大，I1变小；H到He、Li到Ne、Na到Ar呈现明显的周期性变化。
（2）考查第一电离能与洪特规则的关系。
同一周期元素的第一电离能存在一些反常，这与它们的原子价电子排布的特征有关。
如镁的第一电离能比铝的大，磷的第一电离能比硫的大。
基本规律：
当原子核外电子排布在能量相等的轨道上形成全空（p0、d0、f0）、半满（p3、d5、f7）和全满（p6、d10、f14）状态时，原子的能量较低，该元素具有较大的第一电离能。
从第2、3周期可以看出第ⅢA、第ⅥA族元素比同周期相邻两种元素的I1都低，由此可以推测：
I1（砷）>I1（硒），I1（溴）>I1（硒）。
（3）10号元素是稀有气体元素氖，已达到稳定结构，此时失去一个电子就需要很高的能量。
12．下表是几种短周期金属元素原子的逐级电离能：
元素
X
Y
Z
电离能
（kJ·mol－1）
I1
519
502
580
I2
7296
4570
1820
I3
11799
6920
2750
I4
9550
11600
请仔细阅读表中信息，回答下列问题：
（1）由表中数据可知，从第一电离能到第四电离能，原子的逐级电离能越来越大，原因是________________________________________________________________________。
（2）X的元素符号是________，Z元素常见的最高正化合价是________。
答案
（1）随着电子的逐渐失去，阳离子所带的正电荷数越来越大，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多
（2）Li ＋3
解析
（1）随着核外电子的不断失去，原子核对核外电子的吸引力逐渐增大，再失去电子越来越难，故电离能逐级增大。
（2）X原子核外有3个电子故为Li元素；Z元素的I4≫I3>I2>I1，所以Z元素原子容易失去3个电子，呈＋3价。
[拓展探究]
13．下表是元素周期表的一部分。
表中所列的字母分别代表某一化学元素。
（1）下列________（填写编号）组元素的单质可能都是电的良导体。
①a、c、h ②b、g、k ③c、h、l ④d、e、f
（2）如果给核外电子足够的能量，这些电子便会摆脱原子核的束缚而离去。
核外电子离开该原子或离子所需要的能量主要受两大因素的影响：
①原子核对核外电子的吸引力；②形成稳定结构的倾向。
下表是一些气态原子失去核外不同电子所需的能量（kJ·mol－1）：
锂
X
Y
失去第一个电子
519
502
580
失去第二个电子
7296
4570
1820
失去第三个电子
11799
6920
2750
失去第四个电子
9550
11600
①通过上述信息和表中的数据分析为什么锂原子失去核外第二个电子时所需的能量要远远大于失去第一个电子所需的能量：
___________________________________________。
②表中X可能为以上13种元素中的________（填写字母）元素，则该元素属于________区元素。
用元素符号表示X和j所能形成的化合物的化学式是__________。
③Y是周期表中________族元素。
④以上13种元素中，________（填写字母）元素原子失去核外第一个电子需要的能量最多。
答案
（1）①④
（2）①锂原子失去核外第一个电子后即达到稳定结构，所以锂原子失去核外第二个电子时所需的能量要远远大于失去第一个电子所需的能量 ②a s Na2O（或Na2O2） ③ⅢA ④m
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