Alevel化学U1电离能专题：核心知识点与解题技巧
Alevel化学U1电离能专题：核心知识点与解题技巧
作为Alevel化学U1的核心知识点之一，Topic 2中的电离能专题在选择题和简答题中出现的频率常常居高不下，其在简答题中涉及表述的题型也都稳定在3-4分的占比。根据数据统计，自2019年-2024年的15份真题中，此类题型共考察了8次，涉及12个小题，足以见得其重要性。本篇重点讲解这一核心考点的作答方向与技巧。
核心考点
规范作答
『定义以及影响因素』
何为电离能？对于第一电离能是这样表述的——The first ionisation energy is the energy required to remove an electron from each atom in one mole of atoms in the gaseous state.也就是说第一电离能是在气体状态下将每摩尔原子中各原子移除“一个电子”所需要的“能量”。既然电离能的定义与电子密切相关，那么电离能的大小和电子的能量也密不可分。具体表现为，电子自身所具备的能量越高，需要的电离能越少。
整体而言，电子自身能量主要受三方面因素影响：
- 所在轨道 (orbital)：电子所在的不同轨道具有不同的能量，越靠外的轨道能量越高；
- 核电荷 (nuclear charge)：原子核带正电，因此会对带负电的电子产生吸引力 (attraction)。核电荷数越多，其对电子的吸引力也就越强；
- 其他电子 (other electrons)/电子层数 (shells)：电子和电子之间存在排斥力 (repulsion)，这种排斥力存在同一轨道的两个电子之间、同层的电子之间以及不同层电子之间。其中相邻的层之间所存在的排斥力最为显著，也被叫做 shielding/screening。
在这三个因素中，归纳了三者与电离能大小的对应关系：核电荷与电离能之间是正相关，核电荷越大，吸引力也就越大，需要的电离能也越大；而所在轨道和其他电子数与电离能可理解为是负相关，所在轨道的能量越高、电子数越大，排斥力也就越大，需要的电离能越小。
『作答要点把握』
那么在书写电离能解释比较类题目时，如何把上述影响因素和要点进行对应呢？这就要回归到Alevel化学考核中最为重要的“按分值答题”原则了，通常两分题中，要求考生写出最为显著的一个因素和对应的影响，而三分题则是至少列出两个因素。以下给出两类高频题型的答题思路和要点。
- 同周期元素第一电离能总体趋势比较
整体上，同一周期元素第一电离能从左至右大体上升，因此吸引力和排斥力中前者占上风，排斥力影响不大。由于是同一周期，电子层数一致，可理解为 shielding相似；核电荷数依次增加，因此原子核对电子的吸引力逐渐增加，第一电离能则逐渐增加。这一考点属于常规考点，是不允许出现失分的题型。
以上考生就只写了整体趋势而遗漏了两处反常。温馨提示：答题时需关注题目设问，是解释“general trend”还是“trend”，并结合分值。如果为前者只需解释总体趋势；如果是后者且分值高于3分，则通常需要加上两处反常的解释。
- 同周期元素的第一电离能反常比较
所谓“二三反常”和“五六反常”，例如在相同周期中 Group 2与 Group 3的元素 (Be&B、Mg&Al)以及 Group 5与 Group 6的元素 (N&O、P&S)的第一电离能存在反常降低的情况。这一题型在整合的近年涉及电离能的12道真题中就占到了6题，无疑是必须掌握的考点之一。
针对二三反常，以 Be&B这一组为例，结论是 B的第一电离能更小，说明吸引力与排斥力中后者更占上风，需确认排斥力来源。通过列出两种元素的电子排布，可以发现，Be的最外电子在 2s orbital，而 B的最外电子在 2p orbital上。和第一个因素对应，2p在 2s外侧，所以轨道自身能量更高，同时结合第三个影响因素，即最外电子受到来自 2p和 2s之间的排斥力，因此所需第一电离能更小。另外，虽然 B的核电荷更多，原子核产生的吸引力更强，综合考量并没有排斥力的影响更大。
针对五六反常，以 N& O这一组为例，结论同样是 O的第一电离能更小，排斥力相较吸引力依旧占上风，需确认排斥力来源。通过列出两种元素的电子排布，可以发现，N和 O的最外电子都在 2p orbital，不过 O在 2p orbital出现了 pairing，也就是说 O的最外电子受到 p orbital内部排斥力，因此所需电离能更小。另外，虽然 O的核电荷更多，原子核产生的吸引力更强，综合考量并没有排斥力的影响更大。
在简答题作答时，可根据分值书写要点。通常这一小题的分值为2到3分，因此书写要点时可以只选取影响最显著的因素以及其如何影响电离能即可。温馨提示：另外还需注意书写表述时，需明确本句话的描述主体。比如上题作答中，考生有明确指出“For S”。