課時梯級作業(yè) 四十一原子結構與性質(45分鐘100分)非選擇題(本題包括7小題,共100分)1.(16分)(2018安慶模擬)X、T、Y、Z為136號元素,且原子序數依次增大,四種元素的性質或結構信息如表。請根據信息回答下列問題。元素TXYZ性質結構信息人體內含量最多的元素,且其單質是最常見的助燃劑。單質為雙原子分子,分子中含有3對共用電子對,常溫下單質性質穩(wěn)定,但其原子較活潑。第3周期元素的簡單離子中半徑最小。第4周期元素,M電子層為全充滿狀態(tài),最外層只有一個電子的原子。(1)寫出元素T的離子結構示意圖_;寫出元素X的氣態(tài)氫化物的電子式_;寫出Z元素原子的外圍電子排布式_;元素Y的原子核外共有_種形狀不同的電子云。(2)Y元素原子的第一電離能_鎂(填“>”“<”或“=”),從結構上分析,其理由是_。(3)元素T與氟元素相比,非金屬性較強的是_(用元素符號表示),下列表述中能證明這一事實的是_(填序號字母)。a.常溫下氟氣的顏色比T單質的顏色深b.氟氣與T的氫化物劇烈反應,產生T的單質c.氟與T形成的化合物中T元素呈正價態(tài)d.比較兩元素的單質與氫氣化合時得電子的數目【解析】T是人體內含量最多的元素,且其單質是常見的助燃劑,應為氧元素,X單質為雙原子分子,分子中含有3對共用電子對,常溫下單質性質穩(wěn)定,但其原子較活潑,為氮元素,Y在第3周期元素的簡單離子中半徑最小,應為Al,Z是第4周期元素,M電子層為全充滿狀態(tài),最外層只有一個電子的原子,應為Cu。(1)元素T的離子為O2-,O2-結構示意圖為,元素X的氣態(tài)氫化物為NH3,電子式為, Z為Cu,外圍電子排布式為3d104s1,Y為Al,核外有s、p能級,則有2種不同形狀的電子云;(2)鎂的3s為全充滿,3p軌道全空,較為穩(wěn)定,第一電離能大于鋁,故答案為<Mg的價電子排布為3s2,3p軌道全空,是較穩(wěn)定結構;(3)氧元素與氟元素相比,非金屬性較強的是氟元素。a.單質顏色屬于物理性質,不能比較元素非金屬性強弱,故a錯誤;b.氟氣與T的氫化物劇烈反應,產生T的單質,說明氟氣氧化性更強,可以說明氟元素非金屬性強,故b正確;c.氟與T形成的化合物中T元素呈正價態(tài),說明氟元素對鍵合電子吸引更強,則氟元素非金屬性更強,故c正確;d.非金屬性強弱與獲得電子難易程度有關,與獲得電子數目多少無關,故d錯誤。答案:(1) 3d104s12(2)<Mg的價電子排布為3s2,3p軌道全空,是較穩(wěn)定結構(3) Fbc【加固訓練】有四種前四周期的元素,它們的結構、性質等信息如下表所述:元素結構、性質等信息A是應用最廣泛的金屬B是第3周期元素,其最高價氧化物的水化物呈兩性C元素的氣態(tài)氫化物極易溶于水,可用作制冷劑D是海水中除氫、氧元素外含量最多的元素,其單質或化合物也是自來水生產過程中常用的消毒殺菌劑請根據表中信息填寫:(1)A原子的核外電子排布式為_。(2)B元素在周期表中第_族。(3)C原子的基態(tài)電子排布圖是_,其原子核外有_個未成對電子,能量最高的電子為_軌道上的電子,其軌道呈_形。(4)C的同周期元素中第一電離能小于C的非金屬元素有_種。(5)B的最高價氧化物對應的水化物與NaOH溶液反應的化學方程式為_。與D的氫化物的水溶液反應的化學方程式為_?！窘馕觥扛鶕}中信息可推出:A為Fe,B為Al,C為N,D為Cl。(1)A為Fe,其核外電子排布式為1s22s22p63s23p63d64s2或Ar3d64s2。(2)B為Al,其在元素周期表中的位置為第A族。(3)C為N,其基態(tài)電子排布圖為,其中有3個未成對電子,能量最高的為2p軌道上的電子,其軌道呈啞鈴形。(4)第2周期元素中非金屬元素有B、C、N、O、F、Ne,其中第一電離能小于氮元素的有B、C、O三種元素。(5)本題考查Al(OH)3與NaOH和HCl反應的化學方程式,Al(OH)3+NaOHNaAlO2+2H2O,Al(OH)3+3HClAlCl3+3H2O。答案:(1)1s22s22p63s23p63d64s2(或Ar3d64s2)(2)A(3) 32p啞鈴(4)3(5)NaOH+Al(OH)3NaAlO2+2H2O 3HCl+Al(OH)3AlCl3+3H2O2.(14分)(2018長沙模擬)原子序數依次增大的A、B、C、D、E、F六種元素。其中A的基態(tài)原子有3個不同的能級,各能級中的電子數相等;C的基態(tài)原子2p能級上的未成對電子數與A原子的相同;D為它所在周期中原子半徑最大的主族元素;E和C位于同一主族,F的原子序數為29。(1)F基態(tài)原子的核外電子排布式為_。(2)在A、B、C三種元素中,第一電離能由小到大的順序是_(用元素符號回答)。(3)元素B的簡單氣態(tài)氫化物的沸點_(填“高于”或“低于”)元素A的簡單氣態(tài)氫化物的沸點,其主要原因是_。(4)由A、B、C形成的離子CAB-與AC2互為等電子體,則CAB-的結構式為_。(5)由B、C、D三種元素形成的化合物晶體的晶胞如圖所示,則該化合物的化學式為_。(6)FC在加熱條件下容易轉化為F2C,從原子結構的角度解釋原因_?！窘馕觥吭有驍狄来卧龃蟮腁、B、C、D、E、F六種元素。其中A的基態(tài)原子有3個不同的能級,各能級中的電子數相等,原子核外電子排布式為1s22s22p2,故A為碳元素;C的基態(tài)原子2p能級上的未成對電子數與A原子的相同,則C原子核外電子排布式為1s22s22p4,故C為氧元素,由原子序數可知B為氮元素;F的原子序數為29,則F為Cu;E和C位于同一主族,則E為硫元素;D為它所在周期中原子半徑最大的主族元素,處于A族,原子序數大于氧元素小于硫元素,故D為Na。(1)F原子核外電子數為29,基態(tài)原子的核外電子排布式為Ar3d104s1;(2)同周期隨原子序數增大元素第一電離能呈增大趨勢,但氮元素2p能級容納3個電子,處于半滿穩(wěn)定狀態(tài),能量較低,第一電離能高于氧元素,故第一電離能N>O>C;(3)NH3分子之間存在氫鍵,CH4分子間的作用是范德華力,氫鍵比范德華力更強,故其沸點高于CH4;(4)OCN-與CO2互為等電子體,價電子總數相等,二者結構類似,則OCN-的結構式為NCO-;(5)由晶胞結構可知,晶胞中存在N結構微粒,位于頂點和體心,微粒數目=1+8=2,Na+位于8條棱的中心,數目=8=2,故該化合物的化學式為NaNO2;(6)Cu+外圍電子3d10軌道全充滿穩(wěn)定,Cu2+外圍電子3d9軌道電子非全充滿狀態(tài)不穩(wěn)定,故CuO在加熱條件下容易轉化為Cu2O。答案:(1)1s22s22p63s23p63d104s1或Ar3d104s1(2)C<O<N(3)高于NH3分子之間存在氫鍵,而CH4分子間的作用是范德華力,氫鍵比范德華力更強(4)NCO-(5)NaNO2(6)Cu+外圍電子3d10軌道全充滿穩(wěn)定,Cu2+外圍電子3d9軌道電子非全充滿狀態(tài)不穩(wěn)定3.(12分)原子序數依次遞增的X、Y、Z、W是周期表中前30號元素,其中只有X、Y同周期。已知X的最外層電子數是其內層電子數的2倍;X與Y形成的常見化合物之一常被用于高爐煉鐵;Z與X同主族,其單質在同周期元素形成的單質中熔點最高;W原子M能層為全充滿狀態(tài),且核外的未成對電子只有一個?；卮鹣铝袉栴}:(1)從電負性角度分析,X、Y、Z三種元素的非金屬活潑性由強到弱的順序為_。(2)X、Y分別與H形成的化學鍵的極性關系為XH_(填“<”“>”或“=”)YH。(3)+1價氣態(tài)基態(tài)正離子再失去一個電子形成+2價氣態(tài)基態(tài)正離子所需要的能量稱為第二電離能I2,依次還有I3、I4、I5,推測Z元素的電離能突增應出現在第_電離能。(4)X的氫化物中X原子的雜化方式為sp2,則相對分子質量最小的分子式為_。(5)W的價電子排布圖為_。【解析】根據X的最外層電子數是其內層電子數的2倍知X是C,X、Y同周期,X與Y形成的常見化合物之一常被用于高爐煉鐵推出Y是O,Z與X同主族,則Z是Si,W是Cu。(1)X、Y、Z三種元素的非金屬活潑性由強到弱的順序為O>C>Si。(2)由于氧元素的電負性大于碳元素,因此鍵的極性CH<OH。(3)Si的最外層電子數為4,因此第5個電子失去會出現電離能突增。(4)碳原子以sp2方式雜化,則應該形成碳碳雙鍵,所以相對分子質量最小的分子式為C2H4。(5)Cu的價電子排布圖為。答案:(1)O>C>Si(2)<(3)5(4)C2H4(5) 4.(14分)(2018沈陽模擬)下表為長式周期表的一部分,其中的編號代表對應的元素。請回答下列問題:(1)表中屬于d區(qū)的元素是_(填編號)。(2)表中元素的6個原子與元素的6個原子形成的某種環(huán)狀分子名稱為_。(3)四種元素的第一電離能由大到小的順序是_(用元素符號表示)。(4)按原子軌道的重疊方式,與形成的化合物中鍵有_個,鍵有_個。(5)某元素的特征電子排布式為nsnnpn+1,該元素原子的核外最外層電子的孤對電子數為_;該元素與元素形成的分子X的空間構型為_。(6)某些不同族元素的性質也有一定的相似性,如上表中元素與元素的氫氧化物有相似的性質。請寫出元素的氫氧化物與NaOH溶液反應的化學方程式:_?！窘馕觥?1)區(qū)的名稱來自按照構造原理最后填入電子的軌道名稱,表中屬于d區(qū)的元素是;(2)表中元素的6個原子與元素的6個原子形成的某種環(huán)狀分子是苯;(3)四種元素分別是Mg、Al、S、Cl。金屬性越強第一電離能越大。但由于鎂元素的3s軌道電子處于全充滿狀態(tài),所以第一電離能大于鋁元素的,則第一電離能由大到小的順序是Cl>S>Mg>Al;(4)按原子軌道的重疊方式,與形成的化合物是二硫化碳,分子中含有2個雙鍵。而雙鍵是由1個鍵和1個鍵構成的,所以分子中鍵有2個,鍵有2個;(5)某元素的特征電子排布式為nsnnpn+1,則該元素是第A族元素。所以該元素原子的核外最外層電子的孤對電子數為1;該元素與元素形成的分子X是氨氣,其空間構型為三角錐形結構,屬于極性分子;(6)某些不同族元素的性質也有一定的相似性,如上表中元素與元素的氫氧化物有相似的性質。由于是鋁元素,氫氧化鋁能和氫氧化鈉溶液反應生成偏鋁酸鈉和水,則元素即Be的氫氧化物與NaOH溶液反應的化學方程式為Be(OH)2+2NaOHNa2BeO2+2H2O。答案:(1)(2)苯(3)Cl>S>Mg>Al(4)22(5)1三角錐形(6)Be(OH)2+2NaOHNa2BeO2+2H2O【加固訓練】研究物質的微觀結構,有助于人們理解物質變化的本質。請回答下列問題。(1)C、Si、N的電負性由大到小的順序是_。C60和金剛石都是碳的同素異形體,二者相比較熔點較高的是_。(2)A、B均為短周期金屬元素。依據下表數據,寫出B原子的電子排布式:_。電離能/kJmol-1I1I2I3I4A9321 82115 39021 771B7381 4517 73310 540(3)過渡金屬離子與水分子形成的配合物是否有顏色,與其d軌道電子排布有關。一般而言,為d0或d10排布時,無顏色;為d1d9排布時,有顏色,如Co(H2O)62+顯粉紅色。據此判斷,Mn(H2O)62+_(填“無”或“有”)顏色?！窘馕觥?1)電負性與元素的非金屬性一致,非金屬性:N>C>Si,所以電負性:N>C>Si;金剛石是原子晶體,C60是分子晶體,則熔點:金剛石>C60。(2)由于A、B的I2、I1相差不大,I3突然增大,則A、B為A族元素,由于I1:A>B,則A為鈹元素,B為鎂元素。(3)由于Mn(H2O中Mn2+的核外電子排布為1s22s22p63s23p63d5,根據題意可以確定Mn(H2O有顏色。答案:(1)N>C>Si金剛石(2)1s22s22p63s2(或Ne3s2)(3)有5.(12分)(2018衡陽模擬)X、Y、Z、Q、E五種元素中,X原子核外的M層中只有兩對成對電子,Y原子核外的L層電子數是K層的兩倍,Z是地殼內含量(質量分數)最高的元素,Q的核電荷數是X與Z的核電荷數之和,E在元素周期表的各元素中電負性最大。請回答下列問題: (1)E、Y、Z元素的原子半徑由大到小的順序是_(寫元素符號)。(2)XZ2與YZ2分子的立體結構分別是_和_,相同條件下兩者在水中的溶解度較大的是_(寫分子式)。(3)Q的元素符號是_,它屬于第_族,它的價電子層電子排布式為_,在形成化合物時它的最高化合價為_。(4)Y元素的一種單質具有很高的硬度,它的晶體類型為_?！窘馕觥縓原子核外的M層中只有兩對成對電子,核外電子排布式應為1s22s22p63s23p4,為硫元素;Y原子核外的L層電子數是K層的兩倍,應為碳元素;Z是地殼內含量最高的元素,為氧元素;Q的核電荷數是X與Z的核電荷數之和,原子序數為24,為鉻元素;E在元素周期表的各元素中電負性最大,應為氟元素。(1)E為F、Y為C、Z為O,則F、C、O的原子半徑由大到小的順序是C>O>F。(2)SO2中,S和O形成2個鍵,有1對孤電子對,為V形,CO2中,C和O形成2個鍵,沒有孤電子對,為直線形;相同條件下兩者在水中的溶解度較大的是SO2。(3)Q為Cr,原子序數為24,位于元素周期表第4周期B族,價電子層電子排布式為3d54s1,最高化合價為+6價。(4)Y元素形成的具有很高的硬度的單質為金剛石,晶體類型為原子晶體。答案:(1)C>O>F(2)V形直線形SO2(3)CrB3d54s1+6(4)原子晶體6.(16分)早期發(fā)現的一種天然二十面體準晶顆粒由Al、Cu、Fe三種金屬元素組成,回答下列問題:(1)銅元素位于周期表中_區(qū)。Cu2+的價層電子排布圖為_。錳、鐵、鈷三種元素的逐級電離能如下表:電離能/kJmol-1I1I2I3I4Mn717.31 509.03 2484 940Fe762.51 561.92 9575 290Co760.41 6483 2324 950鐵元素的第三電離能明顯低于錳元素和鈷元素,其原因是_。實驗室可用赤血鹽K3Fe(CN)6檢驗Fe2+,在赤血鹽中鐵元素的化合價為_,中心離子的配位數為_。(2)利用反應:X+C2H2+NH3Cu2C2+NH4Cl(未配平)可檢驗乙炔。化合物X晶胞結構如圖,據此可知X的化學式為_。乙炔分子中鍵與鍵數目之比為_,碳原子的雜化方式為_;N立體構型為_(用文字描述)。(3)下列三種化合物a.AlCl3b.NaClc.Al2O3沸點由高到低依次是_(填編號),其原因是_?！窘馕觥?1)銅原子價電子排布式為3d104s1,位于ds區(qū),Cu2+是銅原子失去2個電子,即價電子排布圖為;Fe價電子排布式為3d64s2,Mn的價電子排布式為3d54s2,Co價電子排布式為3d74s2,Co的核電荷數多于Fe,電子離開時克服的引力較大,所以Co的第三電離能比Fe大,Mn2+是半充滿結構(3d5),再電離一個電子所需的能量較高,所以Mn的第三電離能也比Fe大;K顯+1價,CN顯-1價,整個化合價代數和為0,因此Fe的價態(tài)是+3價,CN-是Fe的配離子,因此中心離子的配位數為6;(2)Cu位于頂點和面心,個數為8+6=4,Cl位于晶胞內部,有4個,因此化學式為CuCl;乙炔結構簡式為HCCH,1個碳碳三鍵中有1個鍵2個鍵,因此1 mol乙炔中鍵和鍵的比值為32;碳有2個鍵,無孤電子對,雜化類型為sp;NH4+中1個N有4個鍵,無孤電子對,即雜化類型為sp3,立體構型為正四面體;(3)AlCl3屬于分子晶體,NaCl和Al2O3屬于離子晶體,一般分子晶體的熔沸點小于離子晶體,即氯化鋁最低,離子晶體熔沸點與晶格能有關,所帶電荷數越多、半徑越小,晶格能越強,熔沸點越高,Al2O3的構成離子半徑小,電荷數多,晶格能大,沸點最高,順序是Al2O3>NaCl>AlCl3。答案:(1)dsCo的核電荷數多于Fe,電子離開時克服的引力較大,所以Co的第三電離能比Fe大。Mn2+是半充滿結構(3d5),再電離一個電子所需的能量較高,所以Mn的第三電離能也比Fe大+36(2)CuCl32sp雜化正四面體(3)cbaAlCl3是分子晶體.沸點最低,NaCl和Al2O3是離子晶體,Al2O3的構成離子半徑小,電荷高,晶格能大,沸點最高7.(16分)(能力挑戰(zhàn)題)銅、鎵、硒、硅等元素的化合物是生產第三代太陽能電池的重要材料。請回答:(1)基態(tài)銅原子的電子排布式為_;已知高溫下CuOCu2O+O2,從銅原子價層電子結構(3d和4s軌道上應填充的電子數)變化角度來看,能生成Cu2O的原因是_。(2)硒在元素周期表第_周期_族,其價電子排布圖為_。(3)硒、硅均能與氫元素形成氣態(tài)氫化物,若“SiH”中共用電子對偏向氫元素,氫氣與硒反應時單質硒是氧化劑,則硒與硅的電負性相對大小為Se_ Si(填“>”或“<”)。與Si同周期部分元素的電離能如下圖所示,其中a、b和c分別代表_。A.a為Il、b為I2、c為I3B.a為I2、b為I3、c為I1C.a為I3、b為I2、c為I1D.a為Il、b為I3、c為I2(4)SeO2常溫下是白色晶體,熔點為340350 ,315 時升華,則SeO2固體的晶體類型為_;若SeO2類似于SO2是V形分子,則硒原子的雜化類型為_?！窘馕觥?1)銅元素為29號元素,原子核外有29個電子,所以核外電子排布式為1s22s22p63s23p63d104s1或Ar3d104s1,CuO中銅的價層電子排布為3d9,Cu2O中銅的價層電子排布為3d10,3d10為穩(wěn)定結構,所以在高溫時能生成Cu2O。(2)硒在元素周期表第4周期第A族,價電子排布式為4s24p4,價電子排布圖為。(3)“SiH”中共用電子對偏向氫原子,說明電負性H>Si;氫氣與硒反應時單質硒是氧化劑,反應中硒化合價降低,電負性Se>H,所以硒與硅的電負性相對大小為Se>Si。在第3周期元素中,第一電離能總體呈增大趨勢,第A族和第A族元素比相鄰元素略大,因此c為I1。鈉失去1個電子后,就已經達到穩(wěn)定結構,所以鈉的第二電離能最大。鎂最外層為2個電子,失去2個電子后為穩(wěn)定結構,所以鎂的第二電離能較小。鋁最外層有3個電子,失去2個電子后還未達穩(wěn)定結構,而鋁的金屬性比鎂弱,所以第二電離能比鎂略高。硅最外層上3p軌道有2個電子,失去后,留下3s軌道上2個電子,相對較穩(wěn)定,所以硅的第二電離能比鋁要低。磷、硫非金屬性逐漸增大,第二電離能也增大,由于硫失去一個電子后,3p軌道上是3個電子,是較穩(wěn)定結構,所以硫的第二電離能要高于氯,a為第二電離能I2、b為第三電離能I3,故選B。(4)SeO2常溫下是白色晶體,熔、沸點低,為分子晶體;二氧化硒分子中價層電子對數=6=3,硒原子的雜化類型為sp2,且含有一個孤電子對,所以屬于V形。答案:(1)1s22s22p63s23p63d104s1(或Ar3d104s1)CuO中銅的價層電子排布為3d9,Cu2O中銅的價層電子排布為3d10,后者處于穩(wěn)定的全充滿狀態(tài)而前者不是(2)4A(3)>B(4)分子晶體sp2【方法規(guī)律】本題中要比較第3周期元素第一、二、三電離能的變化規(guī)律,應從原子或離子的電子層結構進行分析,原子軌道達到全充滿或半充滿狀態(tài)時比較穩(wěn)定,則失去一個電子消耗的能量增加。