鲁科版 (2019)第3节 元素性质及其变化规律第1课时练习题

这是一份鲁科版 (2019)第3节 元素性质及其变化规律第1课时练习题，共13页。

第3节　元素性质及其变化规律
第1课时　原子半径、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．含义
由于原子并不是一个具有明确“边界”的实体，人们便假定原子是一个球体，并采用统计的方法来测定它的半径。
2．影响因素

3．变化规律
(1)主族元素

(2)过渡元素：从总的变化趋势来看，同一周期自左到右原子半径的变化幅度不大。

(1)原子半径就是最外层电子到原子核的实际距离(　　)
(2)同周期元素从左到右，原子半径逐渐增大(　　)
(3)同主族元素从上而下，原子半径递增的主要因素是随核外电子层数的增多，其排斥作用增大(　　)
(4)同周期的过渡元素，自左至右原子半径一定减小(　　)
(5)电子层数多的元素的原子半径一定大于电子层数少的元素的原子半径(　　)
答案　(1)×　(2)×　(3)√　(4)×　(5)×

1．下列微粒半径大小比较错误的是(　　)
A．K>Na>Li
B．Na＋>Mg2＋>Al3＋
C．Mg2＋>Na＋>F－
D．Cl－>F－>F
答案　C
解析　同主族元素，由上到下原子半径逐渐增大，A项正确；核外电子排布相同的微粒，核电荷数越大，微粒半径越小，B项正确；C项微粒半径应该为F－>Na＋>Mg2＋；D项可引入Cl，顺序为Cl－>Cl>F－>F，正确。
2．下列微粒半径大小比较正确的是(　　)
A．Na＋＜Mg2＋＜Al3＋＜O2－
B．S2－＞Cl－＞Na＋＞Al3＋
C．Na＜Mg＜Al＜Si
D．Cs＜Rb＜K＜Na
答案　B
解析　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，S2－和Cl－比Na＋和Al3＋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。
3．下列微粒半径依次增大的是(　　)
A．同一主族元素随着原子序数的递增
B．同一周期的主族元素随着原子序数的递增
C．Na＋、Mg2＋、Al3＋、F－
D．P、S、S2－、Cl－
答案　A
解析　依据比较微粒半径大小的规律进行分析，同一主族元素，随着原子序数的递增，原子的电子层数依次增加，原子半径依次增大，A项正确；同一周期主族元素，随着原子序数的递增，原子半径逐渐减小，B项错误；各微粒的电子层结构相同，核电荷数越大，半径越小，故半径F－最大，Al3＋最小，C项错误；微粒的半径：P＞S、S2－＞Cl－，D项错误。

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增大。
(3)阳离子半径小于对应的原子半径，阴离子半径大于对应的原子半径，如r(Na＋)＜r(Na)，r(S)＜r(S2－)。
(4)电子层结构相同的离子，随核电荷数增大，离子半径减小，如r(N3－)＞r(O2－)＞r(F－)＞r(Na＋)＞r(Mg2＋)＞r(Al3＋)，r(S2－)＞r(Cl－)＞r(K＋)＞r(Ca2＋)。
(5)不同价态同种元素离子，核外电子数多的半径大，如r(Fe2＋)＞r(Fe3＋)，r(Cu＋)＞r(Cu2＋)。
2．“三看法”比较微粒半径
“一看”电子层，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．概念
电离能：气态基态原子或气态基态离子失去一个电子所需的最小能量。表示符号：I。单位：kJ·mol－1。
2．分类
第一电离能：处于基态的气态原子失去一个电子转化为正一价气态离子所需要的能量，用符号I1表示。
第二电离能：气态正一价离子再失去一个电子成为气态正二价离子所需的能量，用符号I2表示，依此类推还有第三电离能和第四、第五电离能……，分别用符号I3、I4、I5……表示，通常情况下，I1＜I2＜I3……
3．意义
可以衡量元素的原子失去一个电子的难易程度。第一电离能数值越小，原子越容易失去一个电子；第一电离能数值越大，原子越难失去一个电子。
4．元素第一电离能变化规律
同周期
碱金属元素的第一电离能最小，稀有气体元素的第一电离能最大，从左至右，元素的第一电离能总体上呈现从小到大的变化趋势
同主族
总体上自上而下第一电离能逐渐减小
过渡元素
第一电离能变化不太规则，同周期的过渡元素随原子序数的增加，从左到右第一电离能总体上略有增加
同种元素原子
电离能逐级增大(即I1＜I2＜I3……)


(1)氮原子的原子半径及第一电离能都比氧原子的大(　　)
(2)M(g)→M2＋(g)＋2e－所需能量不是第二电离能(　　)
(3)Na原子在不同状态失去1个电子所需能量相同(　　)
(4)原子的电离能大小I1＞I2＞I3(　　)
(5)第一电离能小的元素的金属性一定强(　　)
(6)原子或离子失去一个电子所需的最小能量叫做电离能(　　)
答案　(1)√　(2)√　(3)×　(4)×　(5)×　(6)×

下表为Na、Mg、Al的电离能(kJ·mol－1)。
元素
电离能
Na
Mg
Al
I1
496
738
578
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？
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，原子核对电子的引力增强，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？
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)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？
提示　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。

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。例如Li：I1≪I2 (2)确定元素的化合价
电离能在In与In＋1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价。例如Na：I1≪I2，则该元素通常显＋1价；Mg：I1 (3)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。


1．具有下列电子排布式的原子中，半径最大的是(　　)
A．1s22s22p63s23p3 B．1s22s22p3
C．1s22s22p5 D．1s22s22p63s23p4
答案　A
解析　由核外电子排布知识可知A为磷原子，B为氮原子，C为氟原子，D为硫原子。根据同周期元素从左到右原子半径逐渐减小，同主族元素由上到下原子半径逐渐增大，故原子半径最大的是磷原子。
2．已知短周期元素的离子aA2＋、bB＋、cC3－、dD－都具有相同的电子层结构，则下列叙述正确的是(　　)
A．原子半径：r(A)>r(B)>r(D)>r(C)
B．原子序数：d>c>b>a
C．离子半径：r(C3－)>r(D－)>r(B＋)>r(A2＋)
D．单质的还原性：A>B>D>C
答案　C
解析　aA2＋、bB＋、cC3－、dD－都是短周期元素的离子，电子层结构相同，其在周期表中的相对位置关系可表示为


…
cC3－

dD－
bB＋
aA2＋
…




因而四种元素的原子序数由大到小的顺序为a>b>d>c；元素原子半径的大小顺序为r(B)>r(A)>r(C)>r(D)；电子层结构相同的离子，核电荷数越大，半径越小，故离子半径由大到小的顺序为r(C3－)>r(D－)>r(B＋)>r(A2＋)；单质中同周期的A、B为金属，A原子序数大于B，故还原性应为B>A，同周期非金属元素C、D，C的原子序数小于D，C的还原性应大于D。
3．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项正确；C项为第二电离能的定义，正确；D项，电离能有时并不和金属活动性顺序一一对应。
4．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、P B．F、Cl、O
C．He、Ne、Ar D．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。
5．(2019·海南中学高二期中)某主族元素的第一、二、三、四电离能依次为899 kJ·mol－1、1 757 kJ·mol－1、14 840 kJ·mol－1、18 025 kJ·mol－1，则该元素在元素周期表中位于(　　)
A．第ⅠA族 B．第ⅡA族
C．第ⅢA族 D．第ⅣA族
答案　B
解析　分析该元素的各级电离能可知，第一、二电离能较小，第三电离能剧增，说明该元素原子易失去2个电子，则该元素原子的最外层电子数为2，位于第ⅡA族。
6．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。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列于下表：
元素
Mn
Fe
电离能/(kJ·mol－1)
I1
717
759
I2
1 509
1 561
I3
3 248
2 957

回答下列问题：
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)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元素属于第ⅡA族的元素，由同主族元素电离能变化规律可知，B元素为镁元素，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。

一、单项选择题
1．下列粒子半径之比大于1的是(　　)
A. B.
C. D.
答案　A
解析　核外电子排布相同的微粒，核电荷数越大，半径越小，A对；同周期主族元素，从左到右原子半径依次减小，B错；同种元素的阴离子半径大于原子半径大于阳离子半径，C、D错。
2．下列化合物中阳离子半径和阴离子半径之比最大的是(　　)
A．LiI B．NaBr C．KCl D．CsF
答案　D
解析　若阳离子半径最大，阴离子半径最小，则化合物中阳离子半径和阴离子半径之比最大。四种化合物中，阴离子中F－半径最小，阳离子中Cs＋半径最大，所以，四种化合物中阳离子半径和阴离子半径之比最大的是CsF。
3．(2019·菏泽高二检测)下列四种粒子中，半径按由大到小排列顺序正确的是(　　)
①基态X的原子结构示意图为
②基态Y的价电子排布式：3s23p5
③基态Z2－的轨道表示式：
④W基态原子有2个电子层，其电子式为：
A．①>②>③>④ B．③>④>①>②
C．③>①>②>④ D．①>②>④>③
答案　C
解析　由题意可知：X、Y、Z2－、W分别为S、Cl、S2－、F。S、Cl、S2－、F粒子半径大小排列顺序为r(S2－)>r(S)>r(Cl)>r(F)，故C项正确。
4．下列各组元素的第一电离能按递增的顺序排列的是(　　)
A．Li、Be、B B．Al、Si、P
C．N、O、F D．Li、Na、K
答案　B
解析　元素的第一电离能：同周期元素从左到右呈增大的趋势，但ⅡA、ⅤA族反常，比同周期相邻主族元素的第一电离能大，故A、C不符合题意；同主族元素自上而下第一电离能逐渐减小，故D不符合题意。
5．若已知下列三式的电离能分别为E1、E2、E3：Li(g)→Li＋(g)＋e－ E1；Li＋(g)→Li2＋(g)＋e－ E2；Li2＋(g)→Li3＋(g)＋e－ E3；
则电离能数值关系正确的是(　　)
A．E1＝E2＝E3 B．E1最大
C．E2最大 D．E3>E2>E1
答案　D
解析　同元素原子的电离能随电离级数的增加而增大，故选D。
6．下列元素按原子半径依次减小，元素第一电离能按逐渐升高的顺序排列的是(　　)
A．K、Na、Li B．Al、Mg、Na
C．N、O、C D．Cl、S、P
答案　A
解析　同周期中从左到右，元素的第一电离能呈增大趋势；同主族中从上到下，元素的第一电离能逐渐减小。第ⅡA族中和第ⅤA族第一电离能出现反常现象。
7．已知：X为同周期元素中第一电离能最小的元素，Z元素原子最外层电子排布为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
答案　A
解析　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价，Y为Al，Z为O，根据化合物中化合价代数和为零知A正确。
8．在基态多电子原子中，关于核外电子能量的叙述错误的是(　　)
A．最易失去的电子能量最高
B．电离能最小的电子能量最高
C．p轨道电子能量一定高于s轨道电子能量
D．在离核最近区域内运动的电子能量最低
答案　C
解析　A项，原子在反应中失去的电子应是离核最远的外层电子，其能量最高，正确；B项，电离能最小的电子离原子核最远，受原子核的吸引力最小，能量最高，正确；C项，处于高能层中的s轨道电子的能量要比处于较低能层中p轨道电子的能量高，错误；D项，能量越低的电子尽量排在离原子核越近的轨道上，正确。
二、不定项选择题
9．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中错误的是(　　)
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价
B．元素Y是第ⅡA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
答案　BD
解析　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，所以应位于第ⅢA族，B项错误；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．已知某原子的各级电离能数值如下：I1＝577 kJ·mol－1，I2＝1 817 kJ·mol－1，I3＝2 745 kJ·mol－1，I4＝11 578 kJ·mol－1，则该元素的化合价为(　　)
A．＋1价 B．＋2价 C．＋3价 D．＋4价
答案　C
解析　第三电离能到第四电离能发生突跃，所以元素呈现＋3价。
11．下列叙述正确的是(　　)
A．同周期主族元素中第ⅦA族元素的第一电离能最大
B．主族元素的原子形成单原子离子时的化合价的绝对值都等于它的族序数
C．第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．同一主族中，自上而下元素的第一电离能逐渐减小
答案　AD
解析　A项，同周期主族元素中第ⅦA族元素的第一电离能最大，正确；B项，氯元素是主族元素，形成的单原子离子的化合价的绝对值是1，与其族序数不相等，错误；C项，第ⅠA、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．下图表示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．第ⅠA族 B．第ⅡA族
C．第ⅢA族 D．第ⅣA族
答案　B
解析　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，所以它可能是第ⅡA族元素。
三、非选择题
13．根据下列5种元素的电离能数据(单位：kJ·mol－1)，回答下列问题。
元素符号
I1
I2
I3
I4
Q
2 080
4 000
6 100
9 400
R
500
4 600
6 900
9 500
S
740
1 500
7 700
10 500
T
580
1 800
2 700
11 600
V
420
3 100
4 400
5 900

(1)在元素周期表中，最有可能处于同一族的是________(填字母，下同)。
A．Q和R B．S和T C．T和V D．R和T E．R和V
(2)它们的氯化物的化学式中，最有可能正确的是________。
A．QCl2　B．RCl　C．SCl3　D．TCl　E．VCl4
(3)下列元素中，最有可能与Q元素处于同一族的是________。
A．硼　　B．铍　　C．锂　　D．氢　　E．氦
(4)在这5种元素中，最容易与氯元素形成离子化合物的是________。
A．Q　　B．R　　C．S　　D．T　　E．V
(5)利用表中的数据判断，V元素最有可能是下列元素中的________。
A．H B．Li C．Na D．K
理论根据是______________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________。
答案　(1)E　(2)B　(3)E　(4)E
(5)D　R和V都是I2≫I1，应该均属于ⅠA族元素，因为R和V都存在第四电离能，核外电子数应该至少为4个，故应该是Na或K，并且V的第一电离能小于R的，所以V的金属性更强，应该是K
解析　各级电离能中发生突跃式增高的情况是R：I2≫I1、S：I3≫I2、T：I4≫I3、V：I2≫I1，化合价分别为＋1、＋2、＋3、＋1；Q的第一电离能比其他元素的第一电离能明显高得多，最有可能为稀有气体元素。
(2)各元素价态与化合物中氯原子数相同的只有选项B。
(3)最有可能与Q元素处于同一族的元素的第一电离能应该特别大或者性质很不活泼，只有选项E符合要求。
(4)最容易与氯元素形成离子化合物的元素应该是第一电离能最小的，选项E符合要求。
(5)R和V都显＋1价，应为ⅠA族元素，都有第四电离能，核外电子数应该至少为4个，R和V的目标元素锁定在Na、K，V的第一电离能较小，应为K，所以选项D正确。
14．下表是元素周期表的一部分，表中的字母分别代表一种化学元素。

(1)上述元素中，原子中未成对电子数最多的是________(填字母)，写出该元素基态原子的核外电子排布式：________。
(2)根据下表所提供的电离能数据，回答下列问题。

锂
X
Y
I1
520
496
580
I2
7 296
4 562
1 820
I3
11 799
6 912
2 750
I4

9 543
11 600

①表中X可能为以上13种元素中的________(填字母)。用元素符号表示X和j形成的一种化合物的化学式：________。
②Y是周期表中第________族元素。
答案　(1)i　1s22s22p63s23p3
(2)①a　Na2O(或Na2O2)　②ⅢA
解析　(1)i元素最外层电子排布为3s23p3，有3个未成对电子，在给出的元素中未成对电子数最多。(2)①由表中数据可以看出，Li和X的I1均比I2、I3小很多，说明X与Li同主族，且X的I1比Li的I1更小，说明X的金属性比Li更强，则X为Na(即a)。②由Y的电离能数据可以看出，它的I1、I2、I3比I4小得多，故Y属于第ⅢA族元素。
15．(2020·甘肃平凉灵台校级月考)下图是原子序数为1～19的元素第一电离能的变化曲线(其中部分元素第一电离能已经标出数据)。结合元素在元素周期表中的位置，分析图中曲线的变化特点，并回答下列有关问题。

(1)碱金属元素中Li、Na、K的第一电离能分别为________kJ·mol－1、________kJ·mol－1、________kJ·mol－1。
(2)同主族中不同元素的第一电离能变化的规律为________________________________，碱金属元素这一变化的规律与碱金属的活泼性的关系是________________。
(3)钙元素的第一电离能的数值范围为________。
答案　(1)520　496　419　(2)随着原子序数的增大，第一电离能逐渐减小　金属越活泼，其第一电离能越小　(3)419 解析　(1)Li、Na、K的原子序数分别为3、11、19，图中对应的第一电离能的数值分别为520、496、419。(2)由碱金属元素第一电离能的变化可知，随着原子序数的增大，第一电离能逐渐减小，而且随着原子序数的增大，同主族元素的金属性逐渐增强。(3)Ca的第一电离能大于同周期的K的第一电离能(419 kJ·mol－1)，同时小于同主族的Mg的第一电离能(738 kJ·mol－1)。
16．A、B都是短周期元素，原子最外层电子排布式分别为(n＋1)sx、nsx＋1npx＋3。A与B可形成化合物C和D。D溶于水时有气体逸出，该气体能使带火星的木条复燃。请回答下列问题。
(1)比较电离能：I1(A)________I1(B)(填“>”或“<”，下同)，I1(B)________I1(He)。
(2)通常A元素的化合价是________，对A元素呈现这种价态进行解释：
①用原子结构的观点进行解释：_____________________________________________________
_______________________________________________________________________________。
②用电离能的观点进行解释：______________________________________________________
_______________________________________________________________________________。
(3)写出D跟水反应的离子方程式：_________________________________________________。
答案　(1)<　<　(2)＋1　①钠原子失去一个电子后核外电子排布式为1s22s22p6，原子轨道处于全充满状态，该＋1价阳离子体系能量较低，极难再失去电子　②Na原子的第一电离能相对较小，第二电离能比第一电离能大很多，通常Na原子只能失去一个电子　(3)2Na2O2＋2H2O===4Na＋＋4OH－＋O2↑
解析　由s能级最多能容纳2个电子和B原子最外层电子排布式为nsx＋1npx＋3可知，x等于1。由A、B都是短周期元素和它们组成的化合物的性质可知，n等于2，A是钠元素，B是氧元素。