高中化学沪科技版（2020）选择性必修21.1 氢原子结构模型巩固练习

这是一份高中化学沪科技版（2020）选择性必修21.1 氢原子结构模型巩固练习，共13页。试卷主要包含了选择题，填空题，解答题等内容，欢迎下载使用。


一、选择题
1．化学与生活、社会发展息息相关，下列有关说法不正确的是
A．12C和14C互为同位素。其中14C可用于文物年代的鉴定
B．漂白粉敞口露置保存，可提高漂白效率
C．为防止中秋月饼等富脂食品氧化变质，常在包装袋中放入铁粉
D．新型储氢合金材料的研究和开发为氢气能源的实际应用起到重要的推动作用
2．味精能增加食品的鲜味，是一种常用的增味剂，其主要成分M的结构如图所示，下列说法正确的是
A．氧是第二周期第IVA族元素B．中子数为8的碳原子：
C．Na原子的结构示意图：D．核电荷数：Na>O>N>C>H
3．羟醛缩合反应是一种常用的增长碳链的方法。一种合成目标产物(图中⑦)的反应机理如图所示。下列说法错误的是
A．③是该反应的中间产物
B．④是该反应的催化剂
C．⑥到⑦的过程中没有非极性键的断裂和生成
D．合成⑦的总反应为+
4．若以E表示某能级的能量，下列能量大小顺序中正确的是
A．E(3s)>E(2s)>E(1s)B．E(3s)>E(3p)>E(3d)
C．E(4f)>E(4s)>E(4d)D．E(5s)>E(4s)>E(5f)
5．化学用语可以表达化学过程，下列化学用语的表达错误的是
A．中子数为12的钠原子：
B．NaCl电子式：
C．用电子云轮廓图表示H-H的键形成的示意图：
D．用化学方程式表示尿素与甲醛制备线型脲醛树脂：
6．下列图示或化学用语表达正确的是
A．甲醛的电子式为
B．1，1-二氯乙烷的键线式：
C．NaCl的晶胞：
D．乙烯分子中π键的电子云图形：
7．下列化学用语表达正确的是
A．聚丙烯的结构简式：
B．顺-2-丁烯分子的球棍模型：
C．乙基的电子式：
D．基态铯原子最高能级的电子云轮廓图：
8．1919年，卢瑟福通过实验，实现了人类历史上第一次人工核反应，其反应原理为。下列说法正确的是
A．和互为同素异形体
B．的原子结构示意图为
C．的核外电子共有7种运动状态
D．一个原子中含有一个质子、一个中子和一个电子
9．有机锗被称为“生命的奇效元素”，其主要保健功效包括延缓衰老、增强免疫力、调节代谢性疾病，如图为含锗有机物的结构，下列叙述正确的是
A．Ge原子核外有32种空间运动状态不同的电子
B．C、Si、Ge三种元素均为第IVA族，其氢化物的沸点依次增大
C．名叫锗烷，也属于烷烃
D．含锗有机物和草酸()性质相似，属于同系物
10．下列表征正确的是
A．乙烯的球棍模型：
B．氯气的共价键电子云轮廓图：
C．用电子式表示的形成过程：
D．的结构式：
11．下列表述错误的是
A．原子轨道能量：
B．M电子层存在3个能级、9个原子轨道
C．p能级的能量不一定比s能级的能量高
D．电子能量较高，总是在比电子离核更远的地方运动
12．图1和图2分别是1s电子的概率密度分布图和电子云轮廓图。下列有关说法正确的是

A．图1中的每个小黑点都表示1个电子
B．图1中的小黑点表示电子在核外所处的位置
C．图2表明1s轨道呈球形，有无数对称轴
D．图2表示1s电子只能在球体内出现
13．轨道能量按由低到高的顺序排列正确的一组是
A．3s、3p、4s、4pB．1s、2s、3s、2p
C．1s、2p、3d、4sD．3p、3d、4s、4p
14．下列说法正确的是
A．表示3p能级上有两个轨道
B．M能层中的原子轨道数目为3
C．是激发态原子的电子排布式
D．在基态多电子原子中，p轨道电子的能量一定高于s轨道电子的能量
15．下列元素基态原子的对应轨道上的电子最容易失去的是
A．Fe元素原子4s轨道上的电子B．Ca元素原子4s轨道上的电子
C．F元素原子2p轨道上的电子D．Ga元素原子4p轨道上的电子
二、填空题
16．聚合氯化铝用于城市给排水净化。氧化铝法制取无水三氯化铝的反应如下：
(1)标出上述反应的电子转移方向和数目 。
(2)写出该反应的平衡常数表达式： 。
(3)Al原子核外有 种不同能量的电子。
聚合氯化铝(PAC)是一种介于和之间的水溶性无机高分子聚合物，PAC的水解过程中会有一种聚合稳定态物质称为，对水中胶体和颗粒物具有高度电中和桥联作用，是净水过程中的重要物质。
(4) Al13在水解过程中会产生[Al(OH)2]+、[Al(OH)]2+等产物，写出[Al(OH)]2+水解的离子方程式 。
(5)溶液与NaOH溶液反应，若参与反应的铝离子最终全部转化生成，则理论上参与反应的与的物质的量之比是
(6)使用净水时应控制pH在6.8～8.02之间，否则净水效果不佳。请结合使用水解净化水时铝元素存在的形态，分析在强酸性和强碱性环境时净水效果差的原因。
17．元素同位素的类型及其天然丰度不仅决定原子量的数值，也是矿物年龄分析、反应机理研究等的重要依据。
(1)已知Cl 有两种同位素35C1和37Cl，二者丰度比为0.75：0.25； Rb 有85Rb和87Rb，二者丰度比为0.72 ：0.28①写出气态中同位素组成不同的RbCl分子 。
②这些分子有几种质量数 ？写出质量数，并给出其比例 。
(2)年代测定是地质学的一 项重要工作。Lu-Hf法是上世纪80年代随着等离子发射光谱、质谱等技术发展而建立的一种新断代法。Lu有两种天然同位素： 176Lu 和177Lu； Hf 有六种天然同位素： 176Hf， 177Hf， 178Hf， 179Hf， 180Hf 和181Hf。176Lu 发生β衰变生成176Hf，半衰期为3.716 ×1010年。177Hf为稳定同位素且无放射性来源。地质工作者获得一块岩石样品，从该样品的不同部位取得多个样本进行分析。其中的两组有效数据如下：样本1， 175Hf 与177Hf的比值为0.28630 (原子比，记为176Hf/177Hf)，177Lu/177Hf为0.42850；样本176Hf/177Hf为0.28239，177Lu/177Hf为0.01470
(一级反应，物种含量c随时间t变化的关系式： c=c0e-kt或1n =-kt，其中c0为起始含量)
①写出176Lu发生β衰变的核反应方程式(标出核电荷数和质量数) 。
②计算176Lu衰变反应速率常数k 。
③计算该岩石的年龄 。
④计算该岩石生成时176Hf/177Hf的比值 。。
三、解答题
18．氢能是人类未来的理想能源之一，氢能利用存在两大难题：制取和储存。
Ⅰ.制取氢气
(1)甲醇水蒸气催化重整是当前制取清洁能源氢气的主要方法，其反应机理如下：
反应1：
反应2：
回答下列问题：
①在催化剂作用下，反应1可通过如图所示的反应历程实现催化重整，则 (用含字母a、b、c的代数式表示)。

②将一定量的甲醇气体和水蒸气混合反应，使用催化剂，测得相同条件下，甲醇的转化率与的物质的量分数变化如图所示。反应2为 反应(填“吸热”或“放热”)，选择催化剂的作用为 。

(2)乙烷催化裂解也可制备氢气：催化裂解过程中利用膜反应新技术可以实现边反应边分离出生成的氢气。不同温度下，乙烷在容积为的恒容密闭容器中发生催化裂解反应。氢气移出率不同时，的平衡转化率与反应温度的关系如图所示：

①相同温度时，、、次增大，则对应的的平衡转化率依次 (答“增大”或“减小”)，上述反应达到平衡后，欲增大单位时间内的转化率，可以采取的措施有 (填序号)。
A．升高温度 B．通入惰性气体 C．及时移出 D．加入催化剂
②A点时平衡常数，则 。
Ⅱ.储存氢气：硼氢化钠()是研究最广泛的储氢材料之一
(3)在配制溶液时，为防止发生水解反应，可以加入少量的 (写化学式)。
(4)中硼原子在成键时，能将一个电子激发进入能级参与形成化学键，该过程形成的原子光谱为 光谱(填“吸收”或“发射”)。
(5)硼氢化钠()的强碱溶液在催化剂作用下与水反应可获取氢气。查阅资料可知：常温下，在水中的溶解度不大，易以形式结晶析出：且化学反应速率与催化剂的接触面积有关。在其他条件相同时，测得平均每克催化剂使用量下，的浓度和放氢速率的变化关系如图所示。随着浓度的增大，放氢速率先增大后减小，其原因可能是 。

19．过渡金属元素在工农业生产和国防建设中有着广泛应用。回答下列问题：
(1)原子序数为21~30的元素基态原子中，未成对电子数最多的元素在周期表中的位置是 ，其价层电子排布图(轨道表示式)为 。
(2)基态钒原子核外电子的运动状态有 种。
(3)铁的一种配合物的化学式为[Fe(Htrz)3](ClO4)2，其中配体Htrz 为1，2，4- 三氮唑()分子。
①该配合物中，阴离子的空间结构为 ，其中心原子的杂化轨道类型是 。
②1个分子中，σ键的个数为 。
(4)二茂铁[Fe(C5H5)2] 不溶于水，易溶于乙醇等有机溶剂。乙醇的沸点(78.5 ℃)介于水的沸点(100 ℃)和乙硫醇(CH3CH2SH)的沸点(36.2 ℃)之间，其原因是 。
(5)铁单质和氨气在640 ℃ 可发生置换反应，产物之一的晶胞结构如图所示(黑球代表Fe，白球代表N)，该反应的化学方程式为 。若该晶体的密度是ρ g·cm-3，则两个距离最近的Fe原子间的距离为 nm (列出计算式，设NA为阿伏加德罗常数的值)。
参考答案：
1．B
【详解】A．12C和14C为碳元素的不同原子，互为同位素，其中可用于文物年代的鉴定，A正确；
B．漂白粉敞口露置保存，会与空气中的二氧化碳、水反应而失效，B错误；
C．铁粉能吸收氧气而被氧化，能防止中秋月饼等富脂食品氧化变质，C正确
D．新型储氢合金材料的研究和开发利于氢气的储存和运输应用，为氢气能源的实际应用起到重要的推动作用，D正确；
故选B。
2．D
【详解】A．氧原子核外8个电子，位于周期表第二周期第ⅥA族元素，A说法错误；
B．C原子质子数为6，中子数为8，质量数为14，可表示为：，B说法错误；
C．Na原子核外11个电子，原子结构示意图：，C说法错误；
D．原子的核电荷数等于质子数，Na、O、N、C、H五种原子核电荷数分别为11、8、7、6、1，所以核电荷数：Na>O>N>C>H，D说法正确；
故答案为：D。
3．B
【详解】A．③是第一步反应的产物，第二个反应的反应物，所以③只是该反应的中间产物，A正确；
B．①为该反应的催化剂，B错误；
C．⑥到⑦的过程+H2O++H+，断开C=N键、O-H键，形成N-H键、C=O键，没有非极性键得断裂和生成，C正确；
D．合成⑦，反应物为丙酮和CH3CHO，生成物是，催化剂是，总反应为，D正确；
故答案为：B。
4．A
【解析】B项，应为E(3d)>E(3p)>E(3s)；C项，应为E(4f)>E(4d)>E(4s)；D项，应为E(5f)>E(5s)>E(4s)。
5．D
【详解】A．钠是11号元素，中子数为12，质量数为23，A正确；
B．氯最外层有8个电子，氯化钠的电子式正确，B正确；
C．H的s能级为球形，两个氢原子形成氢气的时候，是两个s能级的原子轨道相互靠近，形成新的轨道，图中电子云轮廓图表示正确，C正确；
D．尿素与甲醛制备线型脲醛树脂的方程式为：
，D错误；
故选D。
6．D
【详解】A．O原子最外层有6个电子，故甲醛的电子式为，故A错误；
B．1，1-二氯乙烷的键线式为，故B错误；
C．NaCl的晶胞为，故C错误；
D．乙烯分子中键的电子云轮廓图为，故D正确；
答案选D。
7．B
【详解】A．聚丙烯结构简式，故A错误；
B．顺-2-丁烯分子的球棍模型： ，故B正确；
C．乙基的电子式 ，故C错误；
D．基态铯原子价层电子排布式为6s1，其所处最高能级为s能级，电子云轮廓为球形，故D错误；
答案选B。
8．C
【详解】A．和互为同位素，故A错误；
B．的原子结构示意图为 ，故B错误；
C．原子核外一个电子具有一种运动状态，N原子外层有7个电子，具有7种运动状态，故C正确；
D．不含中子，故D错误；
故选：C。
9．B
【详解】A．Ge为32号元素，基态原子电子排布式为，共占据17个原子轨道，因此有17种空间运动状态不同的电子，故A错误；
B．C、Si、Ge三种元素均为第IVA族，其氢化物均为分子晶体，熔沸点受分子间作用力大小影响，其摩尔质量依次增大，沸点依次增大，故B正确；
C．有机物都含有碳元素，不含碳元素，所以锗烷不是有机物，不属于烷烃，故C错误；
D．有机锗虽然和草酸一样有两个羧基，但二者并不是相差n个原子团，因此，只是性质相似，并不是同系物，故D错误；
故选B。
10．B
【详解】A．乙烯球棍模型中碳的原子半径大于氢的原子半径，故A错误；
B．氯气分子中两个氯原子形成p-pσ键，共价键电子云轮廓图正确，故B正确；
C．用电子式表示的形成过程中箭头由镁指向氯，故C错误；
D．的结构式为，故D错误；
故选B。
11．D
【详解】A．不同能层的相同能级的能量越来越高，则原子轨道能量：，A正确；
B．M电子层存在3个能级，分别为3s、3p、3d，原子轨道数为1+3+5=9，B正确；
C．p能级的能量不一定比s能级的能量高，比如3p能级能量小于4s能级能量，C正确；
D．4s 电子能量较高，但不一定总是在比 3s 电子离核更远的地方运动，D错误；
综上所述，答案为D。
12．C
【详解】A．电子云就是用小黑点疏密来表示空间各电子出现概率大小的一种图形，小黑点表示空间各电子出现的几率，故A错误；
B．小黑点表示空间各电子出现的几率，故B错误；
C．圆形轨道沿剖面直径连线，所以有无数对称轴，故C正确；
D．图2表示电子云轮廓图，在界面内出现该电子的几率大于90%界面外出现该电子的几率不足10%，电子也可能在球外出现，故D错误；
故选C。
13．A
【分析】根据构造原理可知，在同一能层中，能级符号与能量高低的顺序是：ns＜np＜nd＜nf…；n不同时的能量高低顺序为：2s＜3s＜4s、2p＜3p＜4p；不同能层不同能级能量高低顺序为：ns＜(n-2)f＜(n-1)d＜np；
【详解】A．能量3s<3p<4s<4p，选项A正确；
B．能量3s＞2p，选项B错误；
C．能量3d>4s，选项C错误；
D．能量3d>4s，选项D错误；
答案选A。
14．C
【详解】A．表示3p能级上有2个电子占据两个轨道上，A错误；
B．M能层中有s、p、d三种轨道，原子轨道数目为1+3+5=9，B错误；
C．按能量最低原理，基态原子的电子应先占据2s轨道，再占2p轨道，故是激发态原子的电子排布式，C正确；
D．在基态多电子原子中，同一能层中的p轨道电子的能量一定高于s轨道电子的能量，不同能层的p轨道和s轨道，能层越高，能量越大，D错误；
故选C。
15．B
【详解】A．Fe元素原子价电子为3d64s2，4s是最外层电子，3d是最高能级，金属性比Ca弱，失去电子能力比Ca弱，故A不符合题意；
B．Ca元素原子价电子为4s2，4s是最外层电子，Ca的金属是这几个中最强的，因此易失去电子，故B符合题意；
C．F元素原子价电子为2s22p5，最外层有7个电子，易得到1个电子，不易失去电子，故C不符合题意；
D．Ga元素原子价电子为4s24p1，4p是最高能级，金属性比Ca弱，失去电子能力比Ca弱，故D不符合题意。
综上所述，答案为B。
16．(1)或
(2)
(3)5
(4)Al(OH)2++H2O Al(OH)+H+
(5)13∶32
(6)如果是强酸性，抑制Al3+水解，如果是强碱，Al元素以AlO形式存在
【详解】（1）该反应中C为还原剂，氯气为氧化剂，3mlC参与反应转移6ml电子，单线桥表示形式为或用双线桥的形式表示；故答案为或；
（2）根据平衡常数的数学表达式，K=；故答案为；
（3）基态Al原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p1，有1s、2s、2p、3s、3p，有5种不同能量的电子；故答案为5；
（4）Al(OH)2+水解的方程式为：Al(OH)2++H2O Al(OH)+H+，故答案为Al(OH)2++H2O Al(OH)+H+；
（5）理论上完全转化，发生的离子方程式为13Al3++32OH-+8H2O=[AlO4Al12(OH)24(H2O)12]7+，参与Al3+与OH-的物质的量之比为13∶32；故答案为13∶32；
（6）如果是强酸性，抑制Al3+水解，不能得到Al13，如果是强碱，Al元素以AlO形式存在，也不能得到Al13；故答案为如果是强酸性，抑制Al3+水解，如果是强碱，Al元素以AlO形式存在。
17．(1) 85Rb35Cl，87Rb35Cl，85Rb37Cl 和87Rb37Cl 3种 质量数分别是： 120， 122，124；三者比例为： 0.54：0.39： 0.07
(2) 1.865 ×10-11年-1 5.06 ×108年 0.28630 - 0.42850( - 0.28220
【详解】（1）①因为两种元素对应的原子分别是两种，所以有4种： 85Rb35Cl，87Rb35Cl，85Rb37Cl 和87Rb37Cl，答案：85Rb35Cl，87Rb35Cl，85Rb37Cl 和87Rb37Cl；
②这些分子的质量数分别是：120、122、122、124，共3种，答案：3种；
③略
（2）①根据衰变前后质量数和质子数不发生变化，可得：；
②
衰变反应的速率常数： k= 0.6931/ (3.716 ×1010年)= 1.865 ×10-11年-1
③本题中数据不全(误将176Lu/177Hf写作177Lu/177Hf)，导致本题无法求算。处理办法如下：
第一：只要写出必要的关系式，即可；
第二：若指出数据不全后，给出基本关系式，将数据177Lu/177Hf作为176Lu/177Hf代入，算得结果，亦得分。
第一种情况：给出必要的关系式
(a) 176Lu 0- 176Lu =176Hf- 176Hf0
(b1) 176Lu ekt- 176Lu=176Hf -176Hf0
或(b2) 176Hf= 176Hf0 + 176Lu (ekt-1)
(c)
其中，177 Hf为稳定同位素且无放射来源，故 即为二同位素起始的比值。
至此，按第一种办法处理完成。
第二种情况：
(a)：176Lu 0- 176Lu =176Hf- 176Hf0
0.28630 =+ 0.42850
0.28239 =+ 0.01470
t= 5.06 ×108年
至此，按第二种办法处理完成。
④与上题类似，写出计算公式或者利用上题得到的数据计算均可。
若代入数据计算：
= 0.28630 - 0.42850( - 0.28220
18．(1) 吸热 降低反应2的选择性
(2) 增大 AD 90％
(3)NaOH
(4)吸收
(5)浓度过大，析出了NaBO2晶体覆盖催化剂表面，减小了NaBH4与催化剂表面接触面积
【详解】（1）①由图可知反应物总能量低于生成物总能量，该反应为吸热反应。吸收热量为反应物与生成物的能量差，则；②由图可知，随着反应温度的升高，CO的物质的量分数增大，说明平衡正向移动，则该反应为吸热反应；相同温度下，加入催化剂CO的物质的量分数会降低，说明催化剂不利于反应2的正向进行，所以催化剂会降低反应2的选择性；
（2）①氢气的移出率增大，生成物中氢气浓度降低，平衡正向移动，对应的的平衡转化率依次增大；反应达到平衡后，欲增大单位时间内的转化率，即想要提高化学反应速率，可以采取的措施有升高温度或者加入催化剂，所以答案选AD；②A点时乙烷平衡转化率为90％，生成的氢气总物质的量为0.9ml，设平衡体系中氢气物质的量为xml，平衡常数，解得x=0.09，则氢气移出率；
（3）属于强碱弱酸盐，其水溶液水解后呈碱性，可加入少量NaOH抑制水解；
（4）一个电子激发进入能级参与形成化学键，表示该原子由基态原子变为激发态原子，该过程需要吸收能量，所以形成的是吸收光谱；
（5）随着浓度的增大，放氢速率先增大后减小，其原因可能浓度过大，析出了NaBO2晶体覆盖催化剂表面，减小了NaBH4与催化剂表面接触面积；
19．(1) 第四周期第VIB族
(2)23
(3) 正四面体 sp3 8
(4)乙硫醇不能形成分子间氢键，而水和乙醇均能，且水比乙醇的氢键多
(5)
【详解】（1）原子序数在21—30之间的元素基态价层电子排布中，未成对电子数最多的是Cr元素，有6个未成对电子，位于第四周期第VIB族；
（2）任何原子中都不存在运动状态相同的电子，有几个电子就有几种运动状态，V有23个电子，有23种运动状态；
（3）阴离子是，价层电子对是4对，无孤对电子，中心原子Cl是sp3杂化，空间结构是正四面体；结构中，单键都是键，双键一个键一个键，共有8个键；
（4）乙硫醇不能形成分子间氢键，而水和乙醇均能，平均1个水分子有2个氢键，乙醇平均有1个氢键，氢键越多分子间作用力越大，沸点越高；
（5）根据晶胞结构分析，氮原子在内部有1个，Fe原子位于立方晶胞的面心和顶角上，一个晶胞中有个Fe原子，晶体的化学式为Fe4N，铁与氨气发生置换反应生成Fe4N和氢气，可以写出方程式为；在晶胞中两个铁原子之间最近距离是面对角线的一半，晶胞的质量为g，质量除以密度得到体积，体积开3次方就是边长，边长的倍即得出距离为最后注意厘米转化为nm。