浅谈A Level 化学中电离能的影响因素及变化趋势与普高教学的差异

摘要：本文通过比较AL化学教材与普高选修三教材中有关电离能的影响因素及变化趋势，说明AL化学中的有关内容讲解较为详实，易于理解，教学效果较好。

关键词：AL化学；电离能；影响因素；变化趋势

中图分类号：G633.8 文献标识码：B 文章编号：1672-1578（2018）28-0179-01

本人大学毕业后就一直从事高中化学教学，2013年在我校成立了国际部后很有幸能够从事A Level化学教学。在英文原版A Level教材中，我接触到了一些普高教学中没有讲过的理论和一些比较前沿的新颖的知识，并且我发现在用这些理论给学生讲解时学生们不仅理解得更透彻而且扩充了知识面，其中我印象比较的是电离能的影响因素和变化趋势，下面就谈一下以上两方面的问题与您共勉。第一电离能的定义是气态基态电中性原子失去一个电子转化为气态基态正离子所需要的最低能量。电离能的大小反映了金属元素的失电子能力即金属性的强弱。在选修3物质结构与性质一书中，仅仅在17页讲述了电离能的定义以及同周期同主族电离能的变化趋势，并没有讲原因。全文加上两幅图片仅用了一页半的篇幅。而在A Level 化学教材中用8开的书讲了4页。

本书首先讲了影响电离能的三个因素（Three factors that influence ionization energies ），原子的核电荷数；电子离原子核的距离和内层电子的屏蔽效应。其中The first is the size of the nuclear charge （即原子的核电荷数），电离能随着质子数的增加而增加。原因是随着质子数增加，原子核内的正性越强，则原子核对外层电子的引力越大，因此如果失去一个电子需要克服这个吸引力所需要的能量越多，则电离能越大。

The second is distance of outer electrons from the nucleus（即外层电子离核的距离），外层电子离原子核越远，电离能越小。因为当他们的距离增加后，正负电荷之间的吸引力迅速减小。因此，電子离原子核越远，失电子能力越强，则电离能越小。

The third is shielding effect of inner electrons（内层电子的屏蔽效应）。屏蔽效应是由于其它电子对某一电子的排斥作用而抵消了一部分核电荷，从而引起有效电荷降低，削弱了核电荷对该电子的吸引。因为电子层越多，内层电子对外层电子的屏蔽越大，外层电子对原子核的吸引力越小。

那么，电离能的变化趋势如何呢？

⑴同周期从左至右电离能的变化趋势是怎样的？

同周期从左至右电离能的变化趋势是呈增大趋势。在讲本部分内容的时候，建议先讲电离能的影响因素，让学生自己分析其变化趋势。实践证明学生学生分析分析掌握较好。因为同周期从左至右核电荷数增加，原子核离外层电子的距离不变，内层电子的屏蔽保持不变。因此电离能随着质子数的增加而增加。

⑵同主族元素从上往下电离能的变化趋势是怎样的？

同主族元素从上往下电离能的变化趋势是迅速减小。因为原子核离外层电子的距离增加；内层电子的屏蔽效应增加；这两个因素超过了核电荷数的增加，而距离增加和屏蔽效应增加都会引起电离能减小。

⑶那么铍（Be）和 硼 （B） 的谁的电离能强？

在普高选修三中讲的是由于铍的电子层结构的2p亚层没有电子，而硼的电子层结构的2p亚层只有一个电子，根据洪特规则的特例，在等价轨道上（同一能级）如s， p， d， f亚层电子排布处于全空，半充满和全充满状态时，该元素的原子具有较低的能量和较大的稳定性。例如24号铬元素的电子层结构是[Ar]3d54s1，而不是[Ar] 3d44s2，铜的电子层结构是[Ar]3d104s1而不是[Ar] 3d94s2。由于铍的2p亚层处于全空状态，因此铍较硼稳定而电离能铍比硼稍微大一点。

而在AL化学中是这样讲解的：由于铍的同周期电离能呈增大趋势，那么铍的电负性比硼稍微小一点。因为原子核离外层电子的距离稍微增加了一点；内层电子的屏蔽效应稍微增加了一点；以上两个因素都超过了核电荷数的增加，因此，电离能铍（Be）比硼 （B） 的电离能稍微大一点。

⑷那么氮和氧的电离能谁大呢？

在普高选修三中讲的是由于氧的电子层结构的2p亚层有4个电子，而氮的电子层结构的2p亚层只有3个电子，处于半充满状态。根据洪特规则的特例，因此氮原子的电子层结构比氧稳定而电离能氮比氧稍微大一点。

而在AL化学中是这样讲解的：氧原子比氮原子多一个质子和电子，因此你会认为氧的电离能大于氮。然而，额外的成对电子自旋的排斥使得失去该原子轨道的电子需要较少的能量。因为氮的电子层结构是1s22s22p3，氮原子的2p亚层上3个电子分占了3个不同的轨道。而氧的电子层结构是1s22s22p4，其中一个2p亚层的轨道中有2个电子，即有一对成对电子。这一对电子在同一轨道中都带负电它们之间存在较大的斥力，失去这个电子较为容易。因此氮原子的电离能比氧原子大。

综上所述，电离能的知识在高中阶段是学生学习是难点，通过具体分析电离能的影响因素让学生自己分析电离能的变化趋势，教学效果良好。著名教育教叶圣陶说：“教师教各种学科，其最终目的在达到不复需教，而学生能自为研索、自求解决。”不教之教，是真正的教，最大的教，是教学的最高境界。

作者简介：余江柳；硕士研究生学历，中学教师一级；研究方向：高中化学教学。重要荣誉：本文收录到教育理论网。