2022届高考化学一轮复习规范练35原子结构与性质含解析新人教版202104211204

原子结构与性质

(时间:45分钟　满分:100分)

非选择题(共8小题,共100分)

1.(12分)碳、硅两元素广泛存在于自然界中。请回答下列问题:

(1)基态14C原子的核外存在　　　对自旋状态相反的电子,硅原子的电子排布式为　　　　　　。

(2)晶体硅的结构与金刚石非常相似。晶体硅中硅原子的杂化方式为　　　　杂化;金刚石、晶体硅和金刚砂(碳化硅)的熔点由高到低的顺序为　　　　　　　　　　　　　　。 

(3)科学研究结果表明,碳的氧化物CO2能够与H2O借助于太阳能制备HCOOH。其反应原理如下:2CO2+2H2O2HCOOH+O2,则生成的HCOOH分子中σ键和π键的个数比是　　　　　。 

(4)碳单质有多种形式,其中C60、石墨烯与金刚石的晶体结构如图所示:

①C60、石墨烯与金刚石互为　。 

②在石墨烯晶体中,每个C原子连接　　　　　个六元环;在金刚石晶体中,每个C原子连接的最小环也为六元环,六元环中最多有　　　　　个C原子在同一平面。 

③金刚石晶胞含有　　　　　个碳原子。若碳原子的半径为r,金刚石晶胞的边长为a,根据硬球接触模型,则r=　　　　　a,碳原子在晶胞中的空间占有率为　　　　　(不要求计算结果)。 

答案:(1)2　1s22s22p63s23p2

(2)sp3　金刚石>金刚砂>晶体硅

(3)4∶1

(4)①同素异形体　②3　4　③8　

解析:(1)14C原子核外的电子排布式为1s22s22p2,两个s轨道上分别有2个自旋状态相反的电子,根据洪特规则,另两个p电子分居在两个轨道上;硅原子的电子排布式为1s22s22p63s23p2。

(2)晶体硅的每个原子均形成了四个Si—Si键,所以硅原子采用sp3杂化;金刚石、晶体硅和金刚砂(碳化硅)三种晶体的结构相似,均为原子晶体,根据键长可以判断三种晶体的熔点由高到低的顺序为:金刚石>金刚砂>晶体硅。

(3)HCOOH分子中有1个σC—H键、1个σO—H键、2个σC—O键和1个πC—O键,即σ键和π键的个数比是4∶1。

(4)①C60、石墨烯与金刚石为不同结构的碳单质,三者互为同素异形体。②在石墨烯晶体中,每个C原子连接3个六元环。由金刚石的晶体结构图可以看出,六元环中最多有4个C原子在同一平面。③由金刚石的晶胞结构可看出,碳原子位于晶胞的顶点、面心和体内,故晶胞中含有的碳原子数目为×8+×6+4=8。根据硬球接触模型可知,在立方体的对角线上碳原子紧密接触,故8r=a,则r=a,8个碳原子的体积为8×πr3=8×π×(a)3=,故原子利用率为。

2.(12分)X、Y、Z、Q、E五种元素中,X原子核外的M层中只有两对成对电子,Y原子核外的L层电子数是K层的两倍,Z是地壳内含量(质量分数)最高的元素,Q的核电荷数是X与Z的核电荷数之和,E在元素周期表的各元素中电负性最大。请回答下列问题:

(1)E、Y、Z元素的原子半径由大到小的顺序是　　　　　　(写元素符号)。 

(2)XZ2与YZ2分子的立体结构分别是　　　　和　　　　,相同条件下两者在水中的溶解度较大的是　　　　(写分子式)。 

(3)Q的元素符号是　　　　,它属于第　　　　族,它的价层电子排布式为　　　　,在形成化合物时它的最高化合价为　　　　。 

(4)Y元素的一种单质具有很高的硬度,它的晶体类型为　　　　　　。 

答案:(1)C>O>F　(2)V形　直线形　SO2　(3)Cr　ⅥB　3d54s1　+6价　(4)原子晶体

解析:X原子核外的M层中只有两对成对电子,核外电子排布式应为1s22s22p63s23p4,为硫元素;Y原子核外的L层电子数是K层的两倍,应为碳元素;Z是地壳内含量最高的元素,为氧元素;Q的核电荷数是X与Z的核电荷数之和,原子序数为24,为铬元素;E在元素周期表的各元素中电负性最大,应为氟元素。

(1)E为F、Y为C、Z为O,则F、C、O的原子半径由大到小的顺序是C>O>F。

(2)SO2中,S和O形成2个σ键,有1对孤电子对,分子构型为V形,CO2中,C和O形成2个σ键,没有孤电子对,分子构型为直线形;相同条件下两者在水中的溶解度较大的是SO2。

(3)Q为Cr,原子序数为24,位于元素周期表第四周期ⅥB族,价电子层电子排布式为3d54s1,最高化合价为+6价。

(4)Y元素形成的具有很高的硬度的单质为金刚石,晶体类型为原子晶体。

3.(12分)现有七种元素,其中A、B、C、D、E为短周期主族元素,F、G为第四周期元素,它们的原子序数依次增大。请根据下列相关信息,回答问题。

(1)已知BA5为离子化合物,写出其电子式:　　　　　　　　　　　　。 

(2)B元素基态原子中能量最高的电子,其电子云在空间有　　　个方向,原子轨道呈　　　　　　形。 

(3)某同学根据上述信息,推断C基态原子的核外电子排布图为,该同学所画的电子排布图违背了　　　　　　。 

(4)G位于第　　　族,属于　　　区元素,该元素的核外电子排布式为　　　　　　　　。 

(5)DE3中心原子的杂化方式为　　　,用价层电子对互斥理论推测其立体构型为　　　　　　　　。 

答案:(1)[H]+H]-　(2)3　哑铃　(3)泡利原理　(4)ⅦB　d　1s22s22p63s23p63d54s2　

(5)sp3　三角锥形

解析:由题给信息可知元素A、B、C、D、E、F、G分别为H、N、Mg、P、Cl、K、Mn。(1)离子化合物NH5为氢化铵。(2)氮原子的基态原子能量最高的电子为p电子,p电子云有三个方向,原子轨道呈哑铃形。(3)题图中3s轨道的两个电子自旋状态相同,违背了泡利原理。(5)PCl3的中心原子P的价层电子对数为4,故为sp3杂化;因外层有一对孤电子对,故立体构型为三角锥形。

4.(12分)下图为元素周期表中部分元素的某种性质(X值)随原子序数变化的关系。

(1)短周期中原子核外p轨道上电子数与s轨道上电子总数相等的元素是　　　　　　(写元素符号)。 

(2)同主族内不同元素的X值变化的特点是　　　　　　　　　　　　　　　　　　,同周期内,随着原子序数的增大,X值变化的总趋势是　　　　　　　　。周期表中X值的这种变化特点体现了元素性质的　　　　　变化规律。 

(3)X值较小的元素集中在元素周期表的　　　。 

A.左下角

B.右上角

C.分界线附近

(4)下列关于元素该性质的说法中正确的是　　　。 

A.X值可反映元素最高正化合价的变化规律

B.X值可反映原子在分子中吸引电子的能力

C.X值大小可用来衡量元素金属性和非金属性的强弱

答案:(1)O、Mg　(2)同一主族,从上到下,X值逐渐减小　逐渐增大　周期性　(3)A　(4)BC

解析:(1)由于p轨道最多容纳6个电子,s轨道最多容纳2个电子,因此短周期中原子核外p轨道上电子数与s轨道上电子总数相等的元素其电子排布可能为1s22s22p4或1s22s22p63s2,即分别为O和Mg。

(2)根据图示,同主族元素从上到下,X值逐渐减小,同周期元素从左到右,X值逐渐增大。

(3)X值较小的元素集中在元素周期表左下角。

(4)X值能够反映原子在分子中吸引电子的能力,能够衡量元素金属性和非金属性的强弱。

5.(12分)已知A、B、C、D、E、F六种元素,它们的原子序数依次增大。A、E是同一主族的短周期元素,A原子最外层s能级和p能级上的电子数相等,C+与B2-具有相同的电子层结构,D原子的最外层电子数等于其电子层数,且A、B、C、D、E五种元素的原子序数之和是F元素原子序数的2倍。请回答下列问题:

(1)元素E基态原子的电子排布式为　　　　　　　　。 

(2)B、C、D三种元素形成简单离子的半径由大到小的顺序是　　　　　　　　　(用离子符号表示)。 

(3)F元素在元素周期表中的位置为　　　　　　　　。 

(4)B、E两种元素形成的晶体类型为　　　　　　　　。 

(5)电负性:A　　　　(填“>”或“<”, 下同)B,氢化物的稳定性:B　　　E,第一电离能:C　　　D,最高价氧化物对应水化物的碱性:C　　　D。 

答案:(1)1s22s22p63s23p2　(2)O2->Na+>Al3+

(3)第四周期第Ⅷ族　(4)原子晶体　(5)<　>　<　>

解析:A、B、C、D、E、F六种元素,它们的原子序数依次增大,A、E是同一主族的短周期元素,A原子最外层s能级和p能级上的电子数相等,则A为C(碳),E为Si,C+与B2-具有相同的电子层结构,则B为O,C为Na,D原子的最外层电子数等于其电子层数,则D为Al,A、B、C、D、E五种元素的原子序数之和是F元素原子序数的2倍,则F为26号元素铁。

(1)E为Si,硅元素基态原子的电子排布式为1s22s22p63s23p2。

(2)B、C、D三种元素分别是O、Na、Al,形成的简单离子具有相同的电子层结构,质子数越大,半径越小,三种离子的半径由大到小的顺序是O2->Na+>Al3+。

(3)F元素是铁,在元素周期表中的位置是第四周期第Ⅷ族。

(4)B、E两种元素形成的物质是SiO2,晶体类型为原子晶体。

(5)同周期元素从左到右,电负性逐渐增大,则电负性:C<O,同周期元素从左到右,非金属性逐渐增强,气态氢化物的稳定性逐渐增强,同主族元素从上到下,非金属性逐渐减弱,气态氢化物的稳定性逐渐减弱,则氢化物的稳定性:O>Si,同周期元素,从左到右第一电离能呈增大趋势,非金属性逐渐增强,最高价氧化物对应的水化物的碱性逐渐减弱,则第一电离能:Na<Al,最高价氧化物对应水化物的碱性:NaOH>Al(OH)3。

6.(12分)四种短周期元素的性质或结构信息如下表。请根据信息回答下列问题。

(1)B元素在周期表中的位置是　　　　　　　,写出A原子的电子排布式:　　　　　　　　　　。

(2)写出C单质与水反应的化学方程式:　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 

A与C形成的化合物溶于水后,溶液的pH　　　(填“大于”“等于”或“小于”)7。 

(3)A、B两元素非金属性较强的是　　　(写元素符号)。写出能证明这一结论的一个实验事实:　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 

(4)元素B和D形成的化合物中中心原子的杂化方式是　　　。 

答案:(1)第三周期第ⅦA族　1s22s22p63s23p4

(2)2Na+2H2O2NaOH+H2↑　大于

(3)Cl　高氯酸的酸性比硫酸的酸性强(或氯化氢稳定性比硫化氢稳定性强等,合理即可)

(4)sp3

解析:从“明亮的蓝紫色火焰”,再结合其他信息可知A元素是硫元素;B元素从“气体”可知是非金属元素,从M层上只有“1个未成对的p电子”知是氯元素,与气体“能溶于水”相符合。从“黄色火焰”可知C元素是钠元素,再由前面的信息进行验证。D元素原子最外层上s电子数等于p电子数,结合空间网状结构和“很高的熔、沸点”知应该是硅元素或碳元素。比较元素非金属性的强弱可从它们之间的相互置换、氢化物的稳定性、最高价氧化物的水化物的酸性强弱等方面去判断。

7.(14分)有四种短周期元素,它们的结构、性质等信息如下表所述:

请根据表中信息填空。

(1)A原子的核外电子排布式为　　　　　　　　　　。 

(2)B元素在周期表中的位置为　　　　　　　　　　; 

离子半径:B　　　(填“大于”或“小于”)A。 

(3)C原子的电子排布图是　　　　　　　　　　　　,其原子核外有　　　个未成对电子,能量最高的电子为　　　轨道上的电子,其轨道呈　　　形。 

(4)D原子的电子排布式为　　　　　　,D-的结构示意图是　　　　　　　　　　　。 

答案:(1)1s22s22p63s1

(2)第三周期第ⅢA族　小于

(3)　3　p　哑铃

(4)1s22s22p63s23p5或[Ne]3s23p5　

解析:根据题中信息可推出A为Na,B为Al,C为N,D为Cl。

(1)A为Na,其核外电子排布式为1s22s22p63s1。

(2)B为Al,其在元素周期表中的位置为第三周期第ⅢA族,Na+与Al3+核外电子排布相同,核电荷数Al3+大于Na+,故r(Al3+)<r(Na+)。

(3)C为N,其电子排布图为,其中有3个未成对电子,能量最高的为p轨道上的电子,其轨道呈哑铃形。

(4)D为Cl,其原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p5,简化电子排布式为[Ne]3s23p5,Cl-的结构示意图为。

8.(14分)硼及其化合物在工业上有许多用途。工业上以铁硼矿为原料制备硼酸,铁硼矿含有Mg、Fe、Ca、Al、B、O等多种元素,它的主要成分为Mg2B2O5·H2O和Fe3O4。

(1)基态铁原子的外围电子排布式为　　　　　,该元素位于元素周期表中的第　　　族,在水溶液中常以Fe2+、Fe3+的形式存在,其中　　　更稳定。 

(2)以硼酸为原料可制得NaBH4,硼原子的杂化方式为　　　。 

(3)工业上冶炼铝不用氯化铝,因为氯化铝易升华,其双聚物Al2Cl6结构如下图所示。1 mol该分子中含　　　个配位键,该分子　　　(填“是”或“不是”)平面形分子。 

(4)依据第二周期元素第一电离能的变化规律,参照下图中B、C、O、F元素的位置,用小黑点表示N元素的相对位置。

(5)铝单质为面心立方晶体,其晶体参数a=0.405 nm,列式表示铝单质的密度为　　　　　。 

答案:(1)3d64s2　Ⅷ　Fe3+　(2)sp3　(3)2NA　不是

(4)

(5)≈2.7 g·cm-3

解析:(1)在水溶液中Fe2+具有较强的还原性,易被氧化,而Fe3+则较为稳定。(2)NaBH4中B的价层电子对数是4,故硼原子的杂化方式为sp3。(3)根据Al2Cl6的结构图可知,1mol该分子中含2NA个配位键;Al2Cl6中铝原子采用sp3杂化且无孤电子对,每个铝原子与周围的4个氯原子都形成正四面体结构。(4)非金属性越强,第一电离能越大,但氮元素的2p轨道电子处于半充满状态,稳定性强,第一电离能大于氧元素,但弱于氟元素。(5)铝单质为面心立方晶体,则1个晶胞中含有铝原子的个数是4,其晶体参数a=0.405nm=0.405×10-7cm,所以铝单质的密度ρ=≈2.7g·cm-3。