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2021版高考化学一轮复习课时分层提升练三十九原子结构与性质（含解析）新人教版
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原子结构与性质
一、选择题
1.以下表示氦原子结构的化学用语中,对电子运动状态描述最详尽的是
( )
AHe B. C.1s2 D.
【解析】选D。A项,只能表示最外层电子数;B项,只表示核外的电子分层排布情况;C项,具体到能级上的电子数;D项,包含了能层、能级、轨道以及轨道内电子的自旋方向。
2.下列关于价电子排布式3s23p4的叙述正确的是 ( )
A.它的元素符号为O
B.它的核外电子排布式为1s22s22p63s23p4
C.它的单质可以与H2化合生成液态化合物
D.其电子排布图为
【解析】选B。由价电子排布式为3s23p4,可知该元素为S,S单质与H2化合生成H2S气体,D项电子排布图违背了洪特规则。
3.下列各组原子中,彼此化学性质一定相似的是 ( )
A.原子核外电子排布式为1s2的X原子与原子核外电子排布式为1s22s2的Y原子
B.原子核外M层上仅有两个电子的X原子与原子核外N层上仅有两个电子的Y原子
C.2p轨道上只有2个电子的X原子与3p轨道上只有2个电子的Y原子
D.最外层都只有一个电子的X、Y原子
【解析】选C。原子核外电子排布式为1s2的X原子是He,原子核外电子排布式为1s22s2的Y原子是Be,二者的性质不同,A错误;原子核外M层上仅有两个电子的X原子是Mg,原子核外N层上仅有两个电子的Y原子不一定是Ca,还可以为副族元素,二者的性质不一定相似,B错误;2p轨道上只有2个电子的X原子与3p轨道上只有2个电子的Y原子分别是第ⅣA族的C和Si,性质相似,C正确;最外层都只有一个电子的X、Y原子可以是H和Na等,性质不同,D错误。
4.下列关于电离能和电负性的说法不正确的是 ( )
A.第一电离能的大小:Mg>Al
B.锗的第一电离能高于碳而电负性低于碳
C.Ni是元素周期表中第28号元素,第二周期基态原子未成对电子数与Ni相同且电负性最小的元素是碳
D.F、K、Fe、Ni四种元素中电负性最大的是F
【解析】选B。同周期从左到右第一电离能呈增大趋势,但第ⅡA族的第一电离能比相邻的第ⅢA族元素的第一电离能大,A正确;锗是金属元素而碳是非金属元素,第一电离能低于碳,B不正确;Ni的价电子排布为3d84s2,未成对电子数为2,第二周期未成对电子数为2的元素有碳和氧,同周期从左到右电负性逐渐增大,则电负性C
A.[Ne]3d104s2 B.[Ar]3d104s24p2
C.[Ar]3d84s24p2 D.[Ar]3d104s2
【解析】选D。根据构造原理可知,锌元素原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s2,除3d104s2外,锌原子内层电子的排布与稀有气体原子Ar的电子排布相同,因此锌的核外电子排布式可写为[Ar]3d104s2。
二、非选择题
6.如图是s能级和p能级的原子轨道图,试回答下列问题:
(1)s电子的原子轨道呈________形,每个s能级有________个原子轨道;p电子的原子轨道呈________形,每个p能级有________个原子轨道。
(2)元素X的原子最外层电子排布式为nsnnpn+1,原子中能量最高的是________电子,其电子云在空间有______________________方向;元素X的名称是________,它的氢化物的电子式是________________。若元素X的原子最外层电子排布式为nsn-1npn+1,那么X的元素符号为________,原子的电子排布图为________。
【解析】(1)s电子的原子轨道都是球形的,每个s能级有1个原子轨道;p电子的原子轨道都是哑铃形的,每个p能级有3个原子轨道,它们相互垂直,分别以px、py、pz表示。
(2)因为元素X的原子最外层电子排布式为nsnnpn+1,np轨道已排上电子,说明ns轨道已排满电子,即n=2,则元素X的原子核外电子排布式为1s22s22p3,是氮元素,其中原子中能量最高的是2p电子,其电子云在空间有三个互相垂直的伸展方向;氮元素的氢化物是氨气,含有极性键,其电子式是H;当元素X的原子最外层电子排布式为nsn-1npn+1时,根据上述分析,有n-1=2,则n=3,所以X元素的原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p4,是硫元素;硫元素的元素符号为S,其原子的电子排布图为。
答案:(1)球 1 哑铃 3
(2)2p 三个互相垂直的伸展 氮 H S
【易错提醒】书写电子排布图时易出现的错误
(1)每个原子轨道里最多只能容纳2个电子,且自旋状态相反。如2s轨道上的电子排布为,不能表示为。
(2)当电子排布在同一能级的不同轨道时,基态原子中的电子总是优先单独占据一个轨道,且自旋状态相同。如2p3的电子排布为,不能表示为或。
7.(2019·衡水模拟改编)A、B、C、D、E为原子序数依次增大的前36号元素,其中只有一种金属元素。A与C同主族,B与E同主族;B与C能形成两种常见化合物;C最外层只有1个电子,且内层均已排满;基态D原子成对电子数是未成对电子数的4倍。请回答下列问题:
(1)基态B原子的轨道表达式为__________________,其最高能级的电子云有________个不同的伸展方向。
(2)B、C、E原子半径由大到小的顺序为____________(用元素符号表示)。
(3)D和E中第一电离能较大的是________(填元素符号),原因为____________ ________________________。
(4)D的最高价氧化物对应的水化物分子中,除氢外其他原子均满足最外层8电子稳定结构,则其结构式为__________________________。
【解析】根据题意可推断A、B、C、D、E分别为H、O、Na、P、S。
(1)基态B原子的轨道表达式为,其最高能级的电子云有3个不同的伸展方向。
(2)根据电子层数和核内质子数的关系可得原子半径:r(Na)>r(S)>r(O)。
(3)P的3p轨道处于半充满状态,较难失去一个电子,所以第一电离能较大。
(4)D的最高价氧化物对应的水化物为H3PO4,除氢外其他原子均满足最外层8电子稳定结构,可知P与O之间形成了一个配位键,结构式为。
答案:(1) 3
(2)Na>S>O (3)P P的3p轨道处于半充满状态,较难失去1个电子 (4)
8.(2019·南宁模拟)(1)处于一定空间运动状态的电子在原子核外出现的概率密度分布可用________形象化描述。在基态14C原子中,核外存在________对自旋相反的电子。
(2)N的基态原子核外电子排布式为________________;Cu的基态原子最外层有________个电子。
(3)钒(23V)是我国的丰产元素,广泛用于催化及钢铁工业。钒在元素周期表中的位置为________,其价层电子排布图为________。
(4)Na位于元素周期表第________周期第________族;S的基态原子核外有________个未成对电子;Si的基态原子核外电子排布式为________。
(5)Cu+基态核外电子排布式为_____________________________________。
【解析】(1)电子在原子核外出现的概率密度分布通常用电子云来形象化描述C的电子排布图为,所以其基态原子中核外存在2对自旋状态相反的电子。
(2)N元素的原子序数为7,基态原子的核外电子排布式为1s22s22p3;Cu位于第四周期ⅠB族,基态原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s1,最外层有1个电子。
(3)钒在元素周期表中的位置为第四周期ⅤB族,其价层电子排布式为3d34s2,根据洪特规则和泡利原理,价层电子排布图为。
(4)Na()元素位于元素周期表第三周期第ⅠA族;S的基态原子核外未成对电子处于3p轨道,共有2个未成对电子;原子核外电子数为14,基态原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p2。
(5)Cu为29号元素,基态原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s1,Cu+的基态核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d10。
答案:(1)电子云 2 (2)1s22s22p3 1
(3)第四周期ⅤB族
(4)三 ⅠA 2 1s22s22p63s23p2
(5)1s22s22p63s23p63d10
1.(改编题)月球上的主要矿物有辉石(CaMgSi2O6)、斜长石(KAlSi3O8)和橄榄石(可分为铁橄榄石(Fe2SiO4)、镁橄榄石(Mg2SiO4)、铁-镁橄榄石[(Mg/Fe)2SiO4])等。
(1)铁橄榄石中铁元素化合价为________,硅元素原子核外电子排布式为________________。
(2)硅元素的原子核外共有________种不同能级的电子,其原子最外层共有________种不同运动状态的电子。
(3)月球上的上述主要矿物中,属于短周期元素的原子半径由大到小的顺序为________(填元素符号)。
(4)某元素与氧元素同周期,且与氧元素组成的化合物中氧元素显+2价,两者电负性关系是________(填元素符号)。
【解析】(1)根据氧元素为-2价、硅元素为+4价,铁橄榄石Fe2SiO4中铁元素化合价为+2价,硅元素原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p2。
(2)硅元素原子核外有5种不同能级的电子,最外层有4种不同运动状态的电子。
(3)属于短周期元素的是Mg、Al、Si、O。
(4)与氧元素组成的化合物中氧元素显+2价,说明电负性比氧元素更强,只有F元素。
答案:(1)+2 1s22s22p63s23p2 (2)5 4
(3)Mg>Al>Si>O (4)F>O
2.(2019·合肥模拟)A、B、C、D、E五种常见元素的基本信息如下表所示:
元素
相关信息
A
A元素的一种原子没有中子,只有一个质子
B
B是电负性最大的元素
C
C的基态原子2p轨道有三个未成对电子
D
D为主族元素,且与E同周期,其最外层上有两个运动状态不同的电子
E
E能形成砖红色(红色)的E2O和黑色的EO两种氧化物
请回答下列问题:
(1)写出E元素原子基态时的电子排布式:__________,A元素的电子排布图____________。
(2)B元素原子的核外有____________种不同运动状态的电子,原子中未成对电子数为________________。
(3)C元素的第一电离能比氧元素的第一电离能____________(填“大”或“小”)。
(4)与D元素同周期且未成对电子数最多的元素是____________。
【解析】根据题意,A为氢元素;B是电负性最大的元素,则B为氟元素;C的基态原子2p轨道中有三个未成对电子,核外电子排布为1s22s22p3,则C为氮元素;E能形成红色的E2O和黑色的EO两种氧化物,则E为铜;D是主族元素且与E同周期,其最外层上有2个运动状态不同的电子,则D为钙元素。
(1)E为铜元素,其基态原子核外电子排布式为:1s22s22p63s23p63d104s1或[Ar]3d104s1,氢原子的电子排布图为 。
(2)B元素是氟元素,原子序数是9,其核外电子排布图为 ,原子核外有9种不同运动状态的电子,原子中未成对电子数为1。
(3)一般非金属性越强,第一电离能越大,但由于氮元素的2p轨道电子处于半充满状态,稳定性强,所以氮元素的第一电离能大于氧元素。
(4)D为钙元素,位于第四周期,该周期中未成对电子数最多的元素其基态价电子排布为 [Ar]3d5 4s1,则为铭元素。
答案:(1)1s22s22p63s23p63d104s1或[Ar]3d104s1
(2)9 1 (3)大 (4)Cr (或铬)
3.第4周期有14种金属元素,其中4种为主族元素,10种为过渡元素。
(1)锰元素在周期表中的位置为________________,属于________区元素。
(2)基态铬原子的电子排布式为________________,与铬元素同周期的所有元素的基态原子中,最外层电子数与铬原子相同的有________。
(3)基态Fe原子中,电子占据的最高能层的符号为________,该能层具有的原子轨道数为________,电子数为________。
(4)As、Se、Br元素的电负性由大到小的顺序为______,第一电离能由大到小的顺序为____________。
(5)铜、锌两种元素原子的第一电离能、第二电离能如表所示:
电离能/kJ·mol-1
I1
I2
铜
746
1 958
锌
906
1 733
铜的第一电离能(I1)小于锌的第一电离能,而铜的第二电离能(I2)却大于锌的第二电离能,其主要原因是______________________________。
答案:(1)第四周期第ⅦB族 d
(2)1s22s22p63s23p63d54s1或[Ar]3d54s1 K、Cu
(3)N 16 2
(4)Br>Se>As Br>As>Se
(5)Cu失去一个电子变成Cu+,Cu+的电子排布式为[Ar]3d10,能量较低,结构较稳定,所以Cu的第二电离能相对较大
4.A、B、C、D、E、F、G、H是元素周期表前四周期常见元素,且原子序数依次增大,其相关信息如下表:
元素
相关信息
A
原子核外有6种不同运动状态的电子
C
基态原子中s电子总数与p电子总数相等
D
原子半径在同周期元素中最大
E
基态原子最外层电子排布式为3s23p1
F
基态原子的最外层p轨道有两个电子的自旋方向与其他电子的自旋方向相反
G
基态原子核外有7个能级且能量最高的能级上有6个电子
H
是我国使用最早的合金中的最主要元素
请用化学用语填空:
(1)A元素位于元素周期表第________周期________族;B元素和C元素的第一电离能比较,较大的是________(填元素符号,下同);C元素和F元素的电负性比较,较小的是________。
(2)G元素的低价阳离子的结构示意图是________,F元素原子的价电子的电子排布图是__________________,H元素的基态原子核外电子排布式是__________ _______________。
(3)G的高价阳离子的溶液与H单质反应的离子方程式为____________;
与E元素成对角线关系的某元素的最高价氧化物的水化物具有两性,写出该两性物质与D元素的最高价氧化物的水化物反应的化学方程式:____________。
【解析】A的原子核外有6种不同运动状态的电子,即核外共有6个电子,A为碳元素。C的基态原子中s电子总数与p电子总数相等,则核外电子排布式为1s22s22p4或1s22s22p63s2,C是氧元素或镁元素。E的基态原子最外层电子排布式为3s23p1,是铝元素。D的原子半径在同周期元素中最大,且D的原子序数比C大比E小,故D是钠元素,则C是氧元素。由于A、B、C原子序数依次增大,故B是氮元素。F的基态原子的最外层p轨道有两个电子的自旋方向与其他电子的自旋方向相反,说明p轨道上有5个电子,是氯元素。G的基态原子核外有7个能级且能量最高的能级上有6个电子,则其电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2,是铁元素。H是我国使用最早的合金中的最主要元素,是铜元素。
答案:(1)二 ⅣA N Cl
(2)
1s22s22p63s23p63d104s1(或[Ar]3d104s1)
(3)2Fe3++Cu2Fe2++Cu2+
Be(OH)2+2NaOHNa2BeO2+2H2O
5.(2019·贵阳模拟)已知元素的电负性和原子半径等一样,也是元素的一种基本性质,下表给出14种元素的电负性:
元素
Al
B
Be
C
Cl
F
Li
电负性
1.5
2.0
1.5
2.5
3.0
4.0
1.0
元素
Mg
N
Na
O
P
S
Si
电负性
1.2
3.0
0.9
3.5
2.1
2.5
1.8
已知:一般两成键元素间电负性差值大于1.7时,形成离子键,两成键元素间电负性差值小于1.7时,形成共价键。试结合元素周期律知识完成下列问题:
(1)根据上表给出的数据,可推知元素的电负性具有的变化规律是 __________
______________________。
(2)由上述变化规律可推知,短周期主族元素中,电负性最大的元素是________,电负性最小的元素是________,由这两种元素构成的化合物属于________(填“离子”或“共价”)化合物,并用电子式表示该化合物的形成过程:
_________________________________________________________。
(3)判断下列物质是离子化合物还是共价化合物?
Mg3N2 BeCl2 AlCl3 SiC
【解析】(1)根据表中的数据,结合题干信息知,电负性是元素的一种基本性质,而元素的性质是随元素的原子序数递增而呈规律性变化的。这样我们可以把表中给出的14种元素的电负性按原子序数由小到大的顺序整理如下:
元素
Li
Be
B
C
N
O
F
原子序数
3
4
5
6
7
8
9
电负性
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
4.0
元素
Na
Mg
Al
Si
P
S
Cl
原子序数
11
12
13
14
15
16
17
电负性
0.9
1.2
1.5
1.8
2.1
2.5
3.0
经过上述整理后可以看出:从3～9号元素,元素的电负性由小到大;从11～17号元素,元素的电负性也是由小到大。所以元素的电负性同原子半径一样,随着原子序数的递增呈周期性的变化(即同周期主族元素,从左到右,电负性逐渐增大)。(2)根据上述规律不难得出短周期主族元素中电负性最大的元素为F,电负性最小的元素为Na;二者形成的化合物——NaF为典型的离子化合物,从而不难用电子式表示NaF的形成过程。(3)Mg3N2电负性差值为1.8,大于1.7,形成离子键,为离子化合物;BeCl2、AlCl3、SiC电负性差值分别为1.5、1.5、0.7,均小于1.7,形成共价键,为共价化合物。
答案:(1)元素的电负性随着原子序数的递增呈周期性的变化(或同周期主族元素,从左到右,电负性逐渐增大)
(2)F Na 离子
(3)Mg3N2为离子化合物;BeCl2、AlCl3、SiC均为共价化合物。
6.(2019·咸阳模拟节选)原子序数依次增大的A、B、C、D、E、F六种元素。其中A的基态原子有3个不同的能级,各能级中的电子数相等;C的基态原子2p能级上的未成对电子数与A原子的相同;D为它所在周期中原子半径最大的主族元素;E和C位于同一主族,F的原子序数为29。
(1)F基态原子的核外电子排布式为________________________。
(2)在A、B、C三种元素中,第一电离能由小到大的顺序是__________________ ______ (用元素符号回答)。
(3)元素B的简单气态氢化物的沸点________(填“高于”或“低于”)元素A的简单气态氢化物的沸点,其主要原因是__________________________。
(4)FC在加热条件下容易转化为F2C,从原子结构的角度解释原因___________ _____________________。
【解析】原子序数依次增大的A、B、C、D、E、F六种元素。其中A的基态原子有3个不同的能级,各能级中的电子数相等,原子核外电子排布式为1s22s22p2,故A为碳元素;C的基态原子2p能级上的未成对电子数与A原子的相同,则C原子核外电子排布式为1s22s22p4,故C为氧元素,由原子序数可知B为氮元素;F的原子序数为29,则F为Cu;E和C位于同一主族,则E为硫元素;D为它所在周期中原子半径最大的主族元素,处于ⅠA族,原子序数大于氧元素小于硫元素,故D为Na。(1)F原子核外电子数为29,基态原子的核外电子排布式为[Ar]3d104s1;
(2)同周期随原子序数增大元素第一电离能呈增大趋势,但氮元素2p能级容纳3个电子,处于半满稳定状态,能量较低,第一电离能高于氧元素,故第一电离能N>O>C;(3)NH3分子之间存在氢键,CH4分子间的作用是范德华力,氢键比范德华力更强,故其沸点高于CH4;(4)Cu+外围电子3d10轨道全充满稳定,Cu2+外围电子3d9轨道电子非全充满状态不稳定,故CuO在加热条件下容易转化为Cu2O。
答案:(1)1s22s22p63s23p63d104s1或[Ar]3d104s1
(2)C
(4)Cu+外围电子3d10轨道全充满稳定,Cu2+外围电子3d9轨道电子非全充满状态不稳定
【加固训练】
1.(2019·西宁模拟)短周期元素W、X、Y和Z的原子序数依次增大。金属元素W是制备一种高效电池的重要材料,X原子的最外层电子数是内层电子数的2倍,元素Y是地壳中含量最丰富的金属元素,Z原子的最外层电子数是其电子层数的2倍。
(1)W元素的原子核外共有________种不同运动状态的电子、________种不同能量的电子。
(2)元素Z与元素X形成共价化合物XZ2是____ (选填“极性”或“非极性”)分子,其电子式为__________________________。
(3)Y原子的最外层电子排布式为____________________________。
(4)两种非金属元素中,非金属性较强的元素是________(写元素符号),试写出一个能说明这一事实的化学方程式________________________________。
【解析】金属元素W是制备一种高效电池的重要材料,则W为锂元素;X原子的最外层电子数是内层电子数的2倍,则X为碳元素;元素Y是地壳中含量最丰富的金属元素,则Y为铝元素;Z原子的最外层电子数是其电子层数的2倍,则Z的原子序数可能是6或16,因为W、X、Y和Z的原子序数依次增大,则Z为硫元素。
(1)锂元素的原子核外电子排布式为1s22s1,由于不存在运动状态完全相同的2个电子,所以,锂元素的原子核外共有3种不同运动状态的电子、锂原子核外电子有2个能级,有2种不同能量的电子。
(2)共价化合物XZ2的分子式是CS2,与CO2是等电子体,直线形分子,属于非极性分子,其电子式为
。
(3)铝原子的最外层有3个电子,其最外层电子排布式为3s23p1;
(4)两种非金属元素中,硫元素非金属性大于碳元素的非金属性;可以通过比较其最高价氧化物对应水化物的酸性大小来确定,H2SO4+Na2CO3Na2SO4+H2O+CO2↑。
答案:(1)3 2 (2)非极性
(3)3s23p1
(4)S H2SO4+Na2CO3Na2SO4+H2O+CO2↑
2.A、B、C、D、E、F六种短周期元素,原子序数依次增大;A、B的阴离子与C、D的阳离子的电子排布式均为1s22s22p6,A原子核外有2个未成对电子且A形成的单质在常温下为气态,C形成的单质可与热水反应但不能与冷水反应;E、F原子在基态时填充电子的轨道数有9个,且E原子核外有3个未成对电子,F能与A形成相同价态的阴离子,且离子半径A小于F。请回答下列问题。
(1)上述六种元素中,________(填名称)元素的第一电离能最大,理由是_______ ___________________。
(2)C、D元素的第一电离能较大的是________,原因是__________________ __________。
(3)将题给六种元素按电负性从小到大的顺序排列:________(用元素符号表示)。
(4)C、D、E、F元素形成的最高价氧化物属于离子化合物的是________,属于共价化合物的是________。
【解析】A、B的阴离子与C、D的阳离子的电子排布式均为1s22s22p6,则A、B在第二周期,A原子核外有2个未成对电子且A形成的单质在常温下为气态,A是氧元素,B只能为氟元素;C、D在第三周期,C单质可与热水反应但不能与冷水反应,为镁元素,D只能是铝元素。F能与A形成相同价态的阴离子,且离子半径A小于F,F为硫元素。E原子在基态时填充电子的轨道数有9个,且E原子核外有3个未成对电子,E是磷元素。
答案:(1)氟 F原子最外层有7个电子且原子半径小,容易得电子,不容易失电子
(2)Mg Mg最外层3s轨道全满,3p轨道全空,处于较稳定状态
(3)Mg
一、选择题
1.以下表示氦原子结构的化学用语中,对电子运动状态描述最详尽的是
( )
AHe B. C.1s2 D.
【解析】选D。A项,只能表示最外层电子数;B项,只表示核外的电子分层排布情况;C项,具体到能级上的电子数;D项,包含了能层、能级、轨道以及轨道内电子的自旋方向。
2.下列关于价电子排布式3s23p4的叙述正确的是 ( )
A.它的元素符号为O
B.它的核外电子排布式为1s22s22p63s23p4
C.它的单质可以与H2化合生成液态化合物
D.其电子排布图为
【解析】选B。由价电子排布式为3s23p4,可知该元素为S,S单质与H2化合生成H2S气体,D项电子排布图违背了洪特规则。
3.下列各组原子中,彼此化学性质一定相似的是 ( )
A.原子核外电子排布式为1s2的X原子与原子核外电子排布式为1s22s2的Y原子
B.原子核外M层上仅有两个电子的X原子与原子核外N层上仅有两个电子的Y原子
C.2p轨道上只有2个电子的X原子与3p轨道上只有2个电子的Y原子
D.最外层都只有一个电子的X、Y原子
【解析】选C。原子核外电子排布式为1s2的X原子是He,原子核外电子排布式为1s22s2的Y原子是Be,二者的性质不同,A错误;原子核外M层上仅有两个电子的X原子是Mg,原子核外N层上仅有两个电子的Y原子不一定是Ca,还可以为副族元素,二者的性质不一定相似,B错误;2p轨道上只有2个电子的X原子与3p轨道上只有2个电子的Y原子分别是第ⅣA族的C和Si,性质相似,C正确;最外层都只有一个电子的X、Y原子可以是H和Na等,性质不同,D错误。
4.下列关于电离能和电负性的说法不正确的是 ( )
A.第一电离能的大小:Mg>Al
B.锗的第一电离能高于碳而电负性低于碳
C.Ni是元素周期表中第28号元素,第二周期基态原子未成对电子数与Ni相同且电负性最小的元素是碳
D.F、K、Fe、Ni四种元素中电负性最大的是F
【解析】选B。同周期从左到右第一电离能呈增大趋势,但第ⅡA族的第一电离能比相邻的第ⅢA族元素的第一电离能大,A正确;锗是金属元素而碳是非金属元素,第一电离能低于碳,B不正确;Ni的价电子排布为3d84s2,未成对电子数为2,第二周期未成对电子数为2的元素有碳和氧,同周期从左到右电负性逐渐增大,则电负性C
A.[Ne]3d104s2 B.[Ar]3d104s24p2
C.[Ar]3d84s24p2 D.[Ar]3d104s2
【解析】选D。根据构造原理可知,锌元素原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s2,除3d104s2外,锌原子内层电子的排布与稀有气体原子Ar的电子排布相同,因此锌的核外电子排布式可写为[Ar]3d104s2。
二、非选择题
6.如图是s能级和p能级的原子轨道图,试回答下列问题:
(1)s电子的原子轨道呈________形,每个s能级有________个原子轨道;p电子的原子轨道呈________形,每个p能级有________个原子轨道。
(2)元素X的原子最外层电子排布式为nsnnpn+1,原子中能量最高的是________电子,其电子云在空间有______________________方向;元素X的名称是________,它的氢化物的电子式是________________。若元素X的原子最外层电子排布式为nsn-1npn+1,那么X的元素符号为________,原子的电子排布图为________。
【解析】(1)s电子的原子轨道都是球形的,每个s能级有1个原子轨道;p电子的原子轨道都是哑铃形的,每个p能级有3个原子轨道,它们相互垂直,分别以px、py、pz表示。
(2)因为元素X的原子最外层电子排布式为nsnnpn+1,np轨道已排上电子,说明ns轨道已排满电子,即n=2,则元素X的原子核外电子排布式为1s22s22p3,是氮元素,其中原子中能量最高的是2p电子,其电子云在空间有三个互相垂直的伸展方向;氮元素的氢化物是氨气,含有极性键,其电子式是H;当元素X的原子最外层电子排布式为nsn-1npn+1时,根据上述分析,有n-1=2,则n=3,所以X元素的原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p4,是硫元素;硫元素的元素符号为S,其原子的电子排布图为。
答案:(1)球 1 哑铃 3
(2)2p 三个互相垂直的伸展 氮 H S
【易错提醒】书写电子排布图时易出现的错误
(1)每个原子轨道里最多只能容纳2个电子,且自旋状态相反。如2s轨道上的电子排布为,不能表示为。
(2)当电子排布在同一能级的不同轨道时,基态原子中的电子总是优先单独占据一个轨道,且自旋状态相同。如2p3的电子排布为,不能表示为或。
7.(2019·衡水模拟改编)A、B、C、D、E为原子序数依次增大的前36号元素,其中只有一种金属元素。A与C同主族,B与E同主族;B与C能形成两种常见化合物;C最外层只有1个电子,且内层均已排满;基态D原子成对电子数是未成对电子数的4倍。请回答下列问题:
(1)基态B原子的轨道表达式为__________________,其最高能级的电子云有________个不同的伸展方向。
(2)B、C、E原子半径由大到小的顺序为____________(用元素符号表示)。
(3)D和E中第一电离能较大的是________(填元素符号),原因为____________ ________________________。
(4)D的最高价氧化物对应的水化物分子中,除氢外其他原子均满足最外层8电子稳定结构,则其结构式为__________________________。
【解析】根据题意可推断A、B、C、D、E分别为H、O、Na、P、S。
(1)基态B原子的轨道表达式为,其最高能级的电子云有3个不同的伸展方向。
(2)根据电子层数和核内质子数的关系可得原子半径:r(Na)>r(S)>r(O)。
(3)P的3p轨道处于半充满状态,较难失去一个电子,所以第一电离能较大。
(4)D的最高价氧化物对应的水化物为H3PO4,除氢外其他原子均满足最外层8电子稳定结构,可知P与O之间形成了一个配位键,结构式为。
答案:(1) 3
(2)Na>S>O (3)P P的3p轨道处于半充满状态,较难失去1个电子 (4)
8.(2019·南宁模拟)(1)处于一定空间运动状态的电子在原子核外出现的概率密度分布可用________形象化描述。在基态14C原子中,核外存在________对自旋相反的电子。
(2)N的基态原子核外电子排布式为________________;Cu的基态原子最外层有________个电子。
(3)钒(23V)是我国的丰产元素,广泛用于催化及钢铁工业。钒在元素周期表中的位置为________,其价层电子排布图为________。
(4)Na位于元素周期表第________周期第________族;S的基态原子核外有________个未成对电子;Si的基态原子核外电子排布式为________。
(5)Cu+基态核外电子排布式为_____________________________________。
【解析】(1)电子在原子核外出现的概率密度分布通常用电子云来形象化描述C的电子排布图为,所以其基态原子中核外存在2对自旋状态相反的电子。
(2)N元素的原子序数为7,基态原子的核外电子排布式为1s22s22p3;Cu位于第四周期ⅠB族,基态原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s1,最外层有1个电子。
(3)钒在元素周期表中的位置为第四周期ⅤB族,其价层电子排布式为3d34s2,根据洪特规则和泡利原理,价层电子排布图为。
(4)Na()元素位于元素周期表第三周期第ⅠA族;S的基态原子核外未成对电子处于3p轨道,共有2个未成对电子;原子核外电子数为14,基态原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p2。
(5)Cu为29号元素,基态原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s1,Cu+的基态核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d10。
答案:(1)电子云 2 (2)1s22s22p3 1
(3)第四周期ⅤB族
(4)三 ⅠA 2 1s22s22p63s23p2
(5)1s22s22p63s23p63d10
1.(改编题)月球上的主要矿物有辉石(CaMgSi2O6)、斜长石(KAlSi3O8)和橄榄石(可分为铁橄榄石(Fe2SiO4)、镁橄榄石(Mg2SiO4)、铁-镁橄榄石[(Mg/Fe)2SiO4])等。
(1)铁橄榄石中铁元素化合价为________,硅元素原子核外电子排布式为________________。
(2)硅元素的原子核外共有________种不同能级的电子,其原子最外层共有________种不同运动状态的电子。
(3)月球上的上述主要矿物中,属于短周期元素的原子半径由大到小的顺序为________(填元素符号)。
(4)某元素与氧元素同周期,且与氧元素组成的化合物中氧元素显+2价,两者电负性关系是________(填元素符号)。
【解析】(1)根据氧元素为-2价、硅元素为+4价,铁橄榄石Fe2SiO4中铁元素化合价为+2价,硅元素原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p2。
(2)硅元素原子核外有5种不同能级的电子,最外层有4种不同运动状态的电子。
(3)属于短周期元素的是Mg、Al、Si、O。
(4)与氧元素组成的化合物中氧元素显+2价,说明电负性比氧元素更强,只有F元素。
答案:(1)+2 1s22s22p63s23p2 (2)5 4
(3)Mg>Al>Si>O (4)F>O
2.(2019·合肥模拟)A、B、C、D、E五种常见元素的基本信息如下表所示:
元素
相关信息
A
A元素的一种原子没有中子,只有一个质子
B
B是电负性最大的元素
C
C的基态原子2p轨道有三个未成对电子
D
D为主族元素,且与E同周期,其最外层上有两个运动状态不同的电子
E
E能形成砖红色(红色)的E2O和黑色的EO两种氧化物
请回答下列问题:
(1)写出E元素原子基态时的电子排布式:__________,A元素的电子排布图____________。
(2)B元素原子的核外有____________种不同运动状态的电子,原子中未成对电子数为________________。
(3)C元素的第一电离能比氧元素的第一电离能____________(填“大”或“小”)。
(4)与D元素同周期且未成对电子数最多的元素是____________。
【解析】根据题意,A为氢元素;B是电负性最大的元素,则B为氟元素;C的基态原子2p轨道中有三个未成对电子,核外电子排布为1s22s22p3,则C为氮元素;E能形成红色的E2O和黑色的EO两种氧化物,则E为铜;D是主族元素且与E同周期,其最外层上有2个运动状态不同的电子,则D为钙元素。
(1)E为铜元素,其基态原子核外电子排布式为:1s22s22p63s23p63d104s1或[Ar]3d104s1,氢原子的电子排布图为 。
(2)B元素是氟元素,原子序数是9,其核外电子排布图为 ,原子核外有9种不同运动状态的电子,原子中未成对电子数为1。
(3)一般非金属性越强,第一电离能越大,但由于氮元素的2p轨道电子处于半充满状态,稳定性强,所以氮元素的第一电离能大于氧元素。
(4)D为钙元素,位于第四周期,该周期中未成对电子数最多的元素其基态价电子排布为 [Ar]3d5 4s1,则为铭元素。
答案:(1)1s22s22p63s23p63d104s1或[Ar]3d104s1
(2)9 1 (3)大 (4)Cr (或铬)
3.第4周期有14种金属元素,其中4种为主族元素,10种为过渡元素。
(1)锰元素在周期表中的位置为________________,属于________区元素。
(2)基态铬原子的电子排布式为________________,与铬元素同周期的所有元素的基态原子中,最外层电子数与铬原子相同的有________。
(3)基态Fe原子中,电子占据的最高能层的符号为________,该能层具有的原子轨道数为________,电子数为________。
(4)As、Se、Br元素的电负性由大到小的顺序为______,第一电离能由大到小的顺序为____________。
(5)铜、锌两种元素原子的第一电离能、第二电离能如表所示:
电离能/kJ·mol-1
I1
I2
铜
746
1 958
锌
906
1 733
铜的第一电离能(I1)小于锌的第一电离能,而铜的第二电离能(I2)却大于锌的第二电离能,其主要原因是______________________________。
答案:(1)第四周期第ⅦB族 d
(2)1s22s22p63s23p63d54s1或[Ar]3d54s1 K、Cu
(3)N 16 2
(4)Br>Se>As Br>As>Se
(5)Cu失去一个电子变成Cu+,Cu+的电子排布式为[Ar]3d10,能量较低,结构较稳定,所以Cu的第二电离能相对较大
4.A、B、C、D、E、F、G、H是元素周期表前四周期常见元素,且原子序数依次增大,其相关信息如下表:
元素
相关信息
A
原子核外有6种不同运动状态的电子
C
基态原子中s电子总数与p电子总数相等
D
原子半径在同周期元素中最大
E
基态原子最外层电子排布式为3s23p1
F
基态原子的最外层p轨道有两个电子的自旋方向与其他电子的自旋方向相反
G
基态原子核外有7个能级且能量最高的能级上有6个电子
H
是我国使用最早的合金中的最主要元素
请用化学用语填空:
(1)A元素位于元素周期表第________周期________族;B元素和C元素的第一电离能比较,较大的是________(填元素符号,下同);C元素和F元素的电负性比较,较小的是________。
(2)G元素的低价阳离子的结构示意图是________,F元素原子的价电子的电子排布图是__________________,H元素的基态原子核外电子排布式是__________ _______________。
(3)G的高价阳离子的溶液与H单质反应的离子方程式为____________;
与E元素成对角线关系的某元素的最高价氧化物的水化物具有两性,写出该两性物质与D元素的最高价氧化物的水化物反应的化学方程式:____________。
【解析】A的原子核外有6种不同运动状态的电子,即核外共有6个电子,A为碳元素。C的基态原子中s电子总数与p电子总数相等,则核外电子排布式为1s22s22p4或1s22s22p63s2,C是氧元素或镁元素。E的基态原子最外层电子排布式为3s23p1,是铝元素。D的原子半径在同周期元素中最大,且D的原子序数比C大比E小,故D是钠元素,则C是氧元素。由于A、B、C原子序数依次增大,故B是氮元素。F的基态原子的最外层p轨道有两个电子的自旋方向与其他电子的自旋方向相反,说明p轨道上有5个电子,是氯元素。G的基态原子核外有7个能级且能量最高的能级上有6个电子,则其电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2,是铁元素。H是我国使用最早的合金中的最主要元素,是铜元素。
答案:(1)二 ⅣA N Cl
(2)
1s22s22p63s23p63d104s1(或[Ar]3d104s1)
(3)2Fe3++Cu2Fe2++Cu2+
Be(OH)2+2NaOHNa2BeO2+2H2O
5.(2019·贵阳模拟)已知元素的电负性和原子半径等一样,也是元素的一种基本性质,下表给出14种元素的电负性:
元素
Al
B
Be
C
Cl
F
Li
电负性
1.5
2.0
1.5
2.5
3.0
4.0
1.0
元素
Mg
N
Na
O
P
S
Si
电负性
1.2
3.0
0.9
3.5
2.1
2.5
1.8
已知:一般两成键元素间电负性差值大于1.7时,形成离子键,两成键元素间电负性差值小于1.7时,形成共价键。试结合元素周期律知识完成下列问题:
(1)根据上表给出的数据,可推知元素的电负性具有的变化规律是 __________
______________________。
(2)由上述变化规律可推知,短周期主族元素中,电负性最大的元素是________,电负性最小的元素是________,由这两种元素构成的化合物属于________(填“离子”或“共价”)化合物,并用电子式表示该化合物的形成过程:
_________________________________________________________。
(3)判断下列物质是离子化合物还是共价化合物?
Mg3N2 BeCl2 AlCl3 SiC
【解析】(1)根据表中的数据,结合题干信息知,电负性是元素的一种基本性质,而元素的性质是随元素的原子序数递增而呈规律性变化的。这样我们可以把表中给出的14种元素的电负性按原子序数由小到大的顺序整理如下:
元素
Li
Be
B
C
N
O
F
原子序数
3
4
5
6
7
8
9
电负性
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
4.0
元素
Na
Mg
Al
Si
P
S
Cl
原子序数
11
12
13
14
15
16
17
电负性
0.9
1.2
1.5
1.8
2.1
2.5
3.0
经过上述整理后可以看出:从3～9号元素,元素的电负性由小到大;从11～17号元素,元素的电负性也是由小到大。所以元素的电负性同原子半径一样,随着原子序数的递增呈周期性的变化(即同周期主族元素,从左到右,电负性逐渐增大)。(2)根据上述规律不难得出短周期主族元素中电负性最大的元素为F,电负性最小的元素为Na;二者形成的化合物——NaF为典型的离子化合物,从而不难用电子式表示NaF的形成过程。(3)Mg3N2电负性差值为1.8,大于1.7,形成离子键,为离子化合物;BeCl2、AlCl3、SiC电负性差值分别为1.5、1.5、0.7,均小于1.7,形成共价键,为共价化合物。
答案:(1)元素的电负性随着原子序数的递增呈周期性的变化(或同周期主族元素,从左到右,电负性逐渐增大)
(2)F Na 离子
(3)Mg3N2为离子化合物;BeCl2、AlCl3、SiC均为共价化合物。
6.(2019·咸阳模拟节选)原子序数依次增大的A、B、C、D、E、F六种元素。其中A的基态原子有3个不同的能级,各能级中的电子数相等;C的基态原子2p能级上的未成对电子数与A原子的相同;D为它所在周期中原子半径最大的主族元素;E和C位于同一主族,F的原子序数为29。
(1)F基态原子的核外电子排布式为________________________。
(2)在A、B、C三种元素中,第一电离能由小到大的顺序是__________________ ______ (用元素符号回答)。
(3)元素B的简单气态氢化物的沸点________(填“高于”或“低于”)元素A的简单气态氢化物的沸点,其主要原因是__________________________。
(4)FC在加热条件下容易转化为F2C,从原子结构的角度解释原因___________ _____________________。
【解析】原子序数依次增大的A、B、C、D、E、F六种元素。其中A的基态原子有3个不同的能级,各能级中的电子数相等,原子核外电子排布式为1s22s22p2,故A为碳元素;C的基态原子2p能级上的未成对电子数与A原子的相同,则C原子核外电子排布式为1s22s22p4,故C为氧元素,由原子序数可知B为氮元素;F的原子序数为29,则F为Cu;E和C位于同一主族,则E为硫元素;D为它所在周期中原子半径最大的主族元素,处于ⅠA族,原子序数大于氧元素小于硫元素,故D为Na。(1)F原子核外电子数为29,基态原子的核外电子排布式为[Ar]3d104s1;
(2)同周期随原子序数增大元素第一电离能呈增大趋势,但氮元素2p能级容纳3个电子,处于半满稳定状态,能量较低,第一电离能高于氧元素,故第一电离能N>O>C;(3)NH3分子之间存在氢键,CH4分子间的作用是范德华力,氢键比范德华力更强,故其沸点高于CH4;(4)Cu+外围电子3d10轨道全充满稳定,Cu2+外围电子3d9轨道电子非全充满状态不稳定,故CuO在加热条件下容易转化为Cu2O。
答案:(1)1s22s22p63s23p63d104s1或[Ar]3d104s1
(2)C
(4)Cu+外围电子3d10轨道全充满稳定,Cu2+外围电子3d9轨道电子非全充满状态不稳定
【加固训练】
1.(2019·西宁模拟)短周期元素W、X、Y和Z的原子序数依次增大。金属元素W是制备一种高效电池的重要材料,X原子的最外层电子数是内层电子数的2倍,元素Y是地壳中含量最丰富的金属元素,Z原子的最外层电子数是其电子层数的2倍。
(1)W元素的原子核外共有________种不同运动状态的电子、________种不同能量的电子。
(2)元素Z与元素X形成共价化合物XZ2是____ (选填“极性”或“非极性”)分子,其电子式为__________________________。
(3)Y原子的最外层电子排布式为____________________________。
(4)两种非金属元素中,非金属性较强的元素是________(写元素符号),试写出一个能说明这一事实的化学方程式________________________________。
【解析】金属元素W是制备一种高效电池的重要材料,则W为锂元素;X原子的最外层电子数是内层电子数的2倍,则X为碳元素;元素Y是地壳中含量最丰富的金属元素,则Y为铝元素;Z原子的最外层电子数是其电子层数的2倍,则Z的原子序数可能是6或16,因为W、X、Y和Z的原子序数依次增大,则Z为硫元素。
(1)锂元素的原子核外电子排布式为1s22s1,由于不存在运动状态完全相同的2个电子,所以,锂元素的原子核外共有3种不同运动状态的电子、锂原子核外电子有2个能级,有2种不同能量的电子。
(2)共价化合物XZ2的分子式是CS2,与CO2是等电子体,直线形分子,属于非极性分子,其电子式为
。
(3)铝原子的最外层有3个电子,其最外层电子排布式为3s23p1;
(4)两种非金属元素中,硫元素非金属性大于碳元素的非金属性;可以通过比较其最高价氧化物对应水化物的酸性大小来确定,H2SO4+Na2CO3Na2SO4+H2O+CO2↑。
答案:(1)3 2 (2)非极性
(3)3s23p1
(4)S H2SO4+Na2CO3Na2SO4+H2O+CO2↑
2.A、B、C、D、E、F六种短周期元素,原子序数依次增大;A、B的阴离子与C、D的阳离子的电子排布式均为1s22s22p6,A原子核外有2个未成对电子且A形成的单质在常温下为气态,C形成的单质可与热水反应但不能与冷水反应;E、F原子在基态时填充电子的轨道数有9个,且E原子核外有3个未成对电子,F能与A形成相同价态的阴离子,且离子半径A小于F。请回答下列问题。
(1)上述六种元素中,________(填名称)元素的第一电离能最大,理由是_______ ___________________。
(2)C、D元素的第一电离能较大的是________,原因是__________________ __________。
(3)将题给六种元素按电负性从小到大的顺序排列:________(用元素符号表示)。
(4)C、D、E、F元素形成的最高价氧化物属于离子化合物的是________,属于共价化合物的是________。
【解析】A、B的阴离子与C、D的阳离子的电子排布式均为1s22s22p6,则A、B在第二周期,A原子核外有2个未成对电子且A形成的单质在常温下为气态,A是氧元素,B只能为氟元素;C、D在第三周期,C单质可与热水反应但不能与冷水反应,为镁元素,D只能是铝元素。F能与A形成相同价态的阴离子,且离子半径A小于F,F为硫元素。E原子在基态时填充电子的轨道数有9个,且E原子核外有3个未成对电子,E是磷元素。
答案:(1)氟 F原子最外层有7个电子且原子半径小,容易得电子,不容易失电子
(2)Mg Mg最外层3s轨道全满,3p轨道全空,处于较稳定状态
(3)Mg
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