高考化学原子结构与元素周期表大题培优 易错 难题附答案解析.docx
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高考化学原子结构与元素周期表大题培优易错难题附答案解析
高考化学原子结构与元素周期表(大题培优易错难题)附答案解析
一、原子结构与元素周期表练习题(含详细答案解析)
1.完成下列问题:
(1)氮和磷氢化物热稳定性的比较:
NH3______PH3(填“>”或“<”)。
(2)PH3和NH3与卤化氢的反应相似,产物的结构和性质也相似。
下列对PH3与HI反应产物的推断正确的是_________(填序号)。
a.不能与NaOH反应b.含离子键、共价键c.受热可分解
(3)已知H2与O2反应放热,断开1molH-H键、1molO=O键、1molO-H键所需要吸收的能量分别为Q1kJ、Q2kJ、Q3kJ,由此可以推知下列关系正确的是______。
①Q1+Q2>Q3②2Q1+Q2<4Q3③2Q1+Q2<2Q3
(4)高铁电池总反应为:
3Zn+2K2FeO4+8H2O=3Zn(OH)2+2Fe(OH)3+4KOH,写出电池的正极反应:
__________,负极反应________________。
【答案】>bc②FeO42-+3e-+4H2O=Fe(OH)3+5OH-Zn+2OH--2e-=Zn(OH)2
【解析】
【分析】
(1)根据元素的非金属性越强,其相应的简单氢化物越稳定分析;
(2)PH3与HI反应产生PH4I,相当于铵盐,具有铵盐的性质;
(3)根据旧键断裂吸收的能量减去新键生成释放的能量的差值即为反应热,结合燃烧反应为放热反应分析解答;
(4)根据在原电池中,负极失去电子发生氧化反应,正极上得到电子发生还原反应,结合物质中元素化合价及溶液酸碱性书写电极反应式。
【详解】
(1)由于元素的非金属性:
N>P,所以简单氢化物的稳定性:
NH3>PH3;
(2)a.铵盐都能与NaOH发生复分解反应,所以PH4I也能与NaOH发生反应,a错误;
b.铵盐中含有离子键和极性共价键,所以PH4I也含离子键、共价键,b正确;
c.铵盐不稳定,受热以分解,故PH4I受热也会发生分解反应,c正确;
故合理选项是bc;
(3)1molH2O中含2molH-O键,断开1molH-H、1molO=O、1molO-H键需吸收的能量分别为Q1、Q2、Q3kJ,则形成1molO-H键放出Q3kJ热量,对于反应H2(g)+
O2(g)=H2O(g),断开1molH-H键和
molO=O键所吸收的能量(Q1+
Q2)kJ,生成2molH-O新键释放的能量为2Q3kJ,由于该反应是放热反应,所以2Q3-(Q1+
Q2)>0,2Q1+Q2<4Q3,故合理选项是②;
(4)在原电池中负极失去电子发生氧化反应,正极上得到电子发生还原反应。
根据高铁电池总反应为:
3Zn+2K2FeO4+8H2O=3Zn(OH)2+2Fe(OH)3+4KOH可知:
Fe元素的化合价由反应前K2FeO4中的+6价变为反应后Fe(OH)3中的+3价,化合价降低,发生还原反应,所以正极的电极反应式为:
FeO42-+3e-+4H2O=Fe(OH)3+5OH-;Zn元素化合价由反应前Zn单质中的0价变为反应后Zn(OH)2中的+2价,化合价升高,失去电子,发生氧化反应,所以负极的电极反应式为Zn+2OH--2e-=Zn(OH)2。
【点睛】
本题考查了元素周期律的应用及键能与反应热的关系、原电池反应原理的应用。
元素周期律是学习化学的重要规律,要掌握物质性质变化的规律及物质的特殊性,结合具体物质分析。
在化学反应过程中伴随的能量变化可能是热能、电能及光能,化学能的断裂与形成是能量变化的根本原因。
在书写原电池电极反应式时要结合元素化合价升降及电解质溶液的酸碱性分析,明确负极发生氧化反应,正极发生还原反应。
2.南京理工教授制出了一种新的全氮阴离子盐—AgN5,目前已经合成出钠、锰、铁、钴、镍、镁等几种金属的全氮阴离子盐。
(1)基态Mn2+的价电子排布式为____;银与铜位于同一族,银元素位于元素周期表的___区。
(2)[Mg(H2O)6]2+[(N5)2(H2O)4]2-的晶体的部分结构如图1所示:
N、O、Mg元素的前3级电离能如下表所示:
元素
I1/kJ∙mol-1
I2/kJ∙mol-1
I3/kJ∙mol-1
X
737.7
1450.7
7732.7
Y
1313.9
3388.3
5300.5
Z
1402.3
2856.0
4578.1
①X、Y、Z中为N元素的是____,判断理由是__________。
②从作用力类型看,Mg2+与H2O之间是________、N5与H2O之间是________。
③N5-为平面正五边形,N原子的杂化类型是_______。
科学家预测将来还会制出含N4-、N6-等平面环状结构离子的盐,这一类离子中都存在大π键,可用符号π
表示,其中m代表参与形成大π键的原子数,n代表参与形成大π键的电子数(如苯分子中的大π键可表示为π
),则N4-中的大π键应表示为_________。
(3)AgN5的立方晶胞结构如图2所示,Ag+周围距离最近的Ag+有_______个。
若晶体中紧邻的N5-与Ag+的平均距离为anm,NA表示阿伏加德罗常数的值,则AgN5的密度可表示为_____g∙cm-3(用含a、NA的代数式表示)。
【答案】3d5dsZX最外层为2个电子,X为镁;N的2p轨道处于半充满的稳定状态,其失去第一个电子较难,I1较大,则Z为氮元素配位键氢键sp2
12
【解析】
【分析】
(1)根据构造原理书写出25号Mn元素的原子核外电子排布式,Mn原子失去最外层2个电子得到Mn2+;根据原子结构与元素在周期表的位置确定Ag在周期表所属区域;
(2)①根据元素的电离能大小结合原子结构确定X、Y、Z三种元素,然后判断哪种元素是N元素;
②根据图示,判断晶体中阳离子、阴离子中含有的作用力类型;
③结合N5-为平面正五边形结构,结合原子杂化类型与微粒构型关系分析判断,结合微粒的原子结构分析大π键的形成;
(3)根据晶胞中离子的相对位置判断Ag+的配位数,利用均摊方法计算1个晶胞中含有的AgN5的个数,结合ρ=
计算密度大小。
【详解】
(1)Mn是25号元素,根据构造原理可得Mn原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s2,Mn原子失去最外层2个电子得到Mn2+,其价电子排布式为3d5;Ag、Cu在周期表中位于第IB,发生变化的电子有最外层的s电子和次外层的d电子,属于ds区元素;
(2)①X的第一、第二电离能比较小且很接近,说明X原子最外层有2个电子,容易失去,则X为Mg元素,Z的第一电离能在三种元素中最大,结合N原子2p轨道处于半充满的稳定状态,其失去第一个电子较难,I1较大,可推知Z为N元素,Y是O元素;
②在该晶体中阳离子[Mg(H2O)6]2+的中心离子Mg2+含有空轨道,而配位体H2O的O原子上含有孤电子对,在结合时,Mg2+提供空轨道,H2O的O原子提供孤电子对,二者形成配位键;在阴离子[(N5)2(H2O)4]2-上N5-与H2O的H原子之间通过氢键结合在一起,形成N…H-O,故二者之间作用力为氢键;
③若原子采用sp3杂化,形成的物质结构为四面体形;若原子采用sp2杂化,形成的物质结构为平面形;若原子采用sp杂化,则形成的为直线型结构。
N5-为平面正五边形,说明N原子的杂化类型为sp2杂化;在N5-中,每个N原子的sp2杂化轨道形成2个σ键,N原子上还有1个孤电子对及1个垂直于N原子形成平面的p轨道,p轨道间形成大π键,N5-为4个N原子得到1个电子形成带有1个单位负电荷的阴离子,所以含有的电子数为5个,其中大π键是由4个原子、5个电子形成,可表示为
;
(3)根据AgN5的晶胞结构示意图可知,假设以晶胞顶点Ag+为研究对象,在晶胞中与该Ag+距离相等且最近的Ag+在晶胞面心上,通过该顶点Ag+可形成8个晶胞,每个面心上的Ag+被重复使用了2次,所以与Ag+距离相等且最近的Ag+的数目为
=12个;在一个晶胞中含有Ag+的数目为8×
+6×
=4,含有N5-的数目为1+12×
=4,晶胞体积为V=(2a×10-7)3cm3,则ρ=
g/cm3。
【点睛】
本题考查了物质结构,涉及电离能的应用、作用力类型的判断、大π的分析、晶胞计算,掌握物质结构知识和晶体密度计算方法是解题关键,要注意电离能变化规律及特殊性,利用均摊方法分析判断晶胞中含有微粒数目,结合密度计算公式解答。
3.为探究乙烯与溴的加成反应,甲同学设计并进行如下实验:
先取一定量的工业用乙烯气体(在储气瓶中),使气体通入溴水中,发现溶液褪色,即证明乙烯与溴水发生了加成反应;乙同学发现在甲同学的实验中,褪色后的溶液里有少许淡黄色浑浊物质,推测在工业上制得的乙烯中还可能含有少量还原性气体杂质,由此他提出必须先除去杂质,再让乙烯与溴水反应。
请回答下列问题:
(1)甲同学设计的实验________(填“能”或“不能”)验证乙烯与溴发生了加成反应,其理由是________(填序号)。
①使溴水褪色的反应不一定是加成反应
②使溴水褪色的反应就是加成反应
③使溴水褪色的物质不一定是乙烯
④使溴水褪色的物质就是乙烯
(2)乙同学推测此乙烯中一定含有的一种杂质气体是________,它与溴水反应的化学方程式是________________。
在实验前必须全部除去,除去该杂质的试剂可用________。
(3)为验证乙烯与溴发生的反应是加成反应而不是取代反应,丙同学提出可用
试纸来测试反应后溶液的酸性,理由是_____________________________________________________________________________。
【答案】不能①③
溶液(答案合理即可)若乙烯与
发生取代反应,必定生成
,溶液的酸性会明显增强,若乙烯与
发生加成反应,则生成
,溶液的酸性变化不大,故可用
试纸予以验证
【解析】
【分析】
根据乙同学发现在甲同学的实验中,褪色后的溶液里有少许淡黄色浑浊物质,推测在工业上制得的乙烯中还可能含有少量还原性气体杂质,该淡黄色的浑浊物质应该是具有还原性的硫化氢与溴水发生氧化还原反应生成的硫单质,反应方程式为
,据此分析解答。
【详解】
(1)根据乙同学发现在甲同学的实验中,褪色后的溶液里有少许淡黄色浑浊物质,推测在工业上制得的乙烯中还可能含有少量还原性气体杂质,则可能是该还原性气体与溴水发生氧化还原反应,使溴水褪色,则溴水褪色不能证明是乙烯与溴水发生了加成反应,所以①③正确,故答案为:
不能;①③;
(2)淡黄色的浑浊物质是具有还原性的硫化氢与溴水发生氧化还原反应生成的硫单质,反应方程式为
;选用的除杂试剂能够除去硫化氢气体,但是不能与乙烯反应,也不能引入新的气体杂质,根据除杂原则,可以选用
溶液,故答案为:
;
;
溶液(答案合理即可);
(3)若乙烯与
发生取代反应,必定生成
,溶液的酸性会明显增强,若乙烯与
发生加成反应,则生成
,溶液的酸性变化不大,故可用
试纸予以验证,故答案为:
若乙烯与
发生取代反应,必定生成
,溶液的酸性会明显增强,若乙烯与
发生加成反应,则生成
,溶液的酸性变化不大,故可用
试纸予以验证。
4.同一周期(短周期)各元素形成单质的沸点变化如下图所示(按原子序数连续递增顺序排列)。
该周期部分元素氟化物的熔点见下表。
氟化物
AF
BF2
DF4
熔点/K
1266
1534
183
(1)A原子核外共有_______种不同运动状态的电子、_______种不同能级的电子;
(2)元素C的最高价氧化物对应水化物的电离方程式为__________;
(3)解释上表中氟化物熔点差异的原因:
_______;
(4)在E、G、H三种元素形成的氢化物中,热稳定性最大的是_______(填化学式)。
A、B、C三种原子形成的简单离子的半径由大到小的顺序为______(填离子符号)。
【答案】114AlO2-+H++H2O
Al(OH)3
Al3++3OH-NaF与MgF2为离子晶体,离子之间以离子键结合,离子键是强烈的作用力,所以熔点高;Mg2+的半径比Na+的半径小,离子电荷比Na+多,故MgF2的熔点比NaF高;SiF4为分子晶体,分子之间以微弱的分子间作用力结合,故SiF4的熔点低HClNa+>Mg2+>Al3+
【解析】
【分析】
图中曲线表示8种元素的原子序数(按递增顺序连续排列)和单质沸点的关系,H、I的沸点低于0℃,根据气体的沸点都低于0℃,可推断H、I为气体,气体元素单质为非气体,故为第三周期元素,则A为Na,B为Mg,C为Al,D为Si,E为P、G为S,H为Cl,I为Ar。
(1)原子中没有运动状态相同的电子,由几个电子就具有几种运动状态;
根据核外电子排布式判断占有的能级;
(2)氢氧化铝为两性氢氧化物,有酸式电离与碱式电离;
(3)根据晶体类型不同,以及同种晶体类型影响微粒之间作用力的因素解答;
(4)同周期自左而右非金属性增强,非金属性越强氢化物越稳定;
电子层结构相同核电荷数越大离子半径越小,据此解答。
【详解】
由上述分析可知:
A为Na,B为Mg,C为Al,D为Si,E为P、G为S,H为Cl,I为Ar。
(1)A为Na元素,原子核外电子数为11,故共有11种不同运动状态的电子,原子核外电子排布式为1s22s22p63s1,可见有4种不同能级的电子;
(2)Al(OH)3为两性氢氧化物,在溶液中存在酸式电离和碱式电离两种形式的电离作用,电离方程式为:
AlO2-+H++H2O
Al(OH)3
Al3++3OH-;
(3)NaF与MgF2为离子晶体,阳离子与阴离子之间以强烈的离子键结合,断裂化学键需消耗较高的能量,因此它们的熔沸点较高;由于Mg2+的半径比Na+的半径小,带有的电荷比Na+多,所以MgF2的熔点比NaF高;而SiF4为分子晶体,分子之间以微弱的分子间作用力结合,破坏分子间作用力消耗的能量较少,故SiF4的熔点低;
(4)同一周期元素从左到右元素的非金属性逐渐增强,元素的非金属性:
Cl>S>P。
元素的非金属性越强,其相应的简单氢化物就越稳定,故HCl最稳定性,Na+、Mg2+、Al3+核外电子排布都是2、8,电子层结构相同,对于电子层结构相同的离子来说,离子的核电荷数越大,离子半径越小,故离子半径Na+>Mg2+>Al3+。
【点睛】
本题考查核外电子排布规律、晶体结构与性质的关系、元素周期律等的应用,根据图象信息判断出元素是解题关键,突破口为二、三周期含有气体单质数目。
5.正电子、负质子等都属于反粒子,它们跟普通电子、质子的质量、电荷量均相等,而电性相反。
科学家设想在宇宙的某些部分可能存在完全由反粒子构成的物质—反物质。
1997年年初和年底,欧洲和美国的科研机构先后宣布:
他们分别制造出9个和7个反氢原子。
这是人类探索反物质的一大进步。
(1)你推测反氢原子的结构是(____)
A.由1个带正电荷的质子与1个带负电荷的电子构成
B.由1个带负电荷的质子与1个带正电荷的电子构成
C.由1个不带电子的中子与1个带负电荷的电子构成
D.由1个带负电荷的质子与1个带负电荷的电子构成
(2)反物质酸、碱中和反应的实质是(____)
A.H-+OH+=H2OB.H++OH+=H2O
C.H-+OH-=H2OD.H++OH-=H2O
(3)若有反α粒子(α粒子即氦核),它的质量数为_________电荷数为_______。
【答案】BA42
【解析】
【分析】
根据反粒子特征和定义进行解答。
【详解】
(1)A.由一个带正电荷的质子和一个带负电荷的电子构成的,这是正常氢原子的构成,故A错误;
B.由一个带负电荷的质子和一个带正电荷的电子构成的, 符合反氢原子的构成, 故B正确;
C.由一个不带电的中子和一个带负电荷的电子构成的,不正确,因为反氢原子中电子带正电,故C错误;
D.由一个带负电荷的质子和一个带负电荷的电子构成,原子不显电性,不能都带负电荷。
故D错误。
答案:
B。
(2)酸碱中和反应是H+ +OH-=H2O,根据反物质的定义特征,可知反物质酸碱中和反应为H- +OH+= H2O,所以A符合题意,答案:
A;
(3)已知a粒子质量数为4,带2个正电荷,因此反a粒子质量数为4, 电荷数为-2。
答案:
4;2。
【点睛】
根据反粒子的定义:
正电子、负质子等都属于反粒子;反粒子的特征:
它们跟普通电子、质子的质量、电荷量均相等,而电性相反进行解答。
6.下表标出的是元素周期表的一部分元素,回答下列问题:
(1)表中用字母标出的14种元素中,化学性质最不活泼的是____________(用元素符号表示,下同),金属性最强的是___________,非金属性最强的是___________,常温下单质为液态的非金属元素是_________,属于过渡元素的是______________(该空用字母表示)。
(2)B,F,C气态氢化物的化学式分别为______________,其中以___________最不稳定。
(3)第三周期中原子半径最小的是__________________。
【答案】ArKFBrMH2O、HCl、PH3PH3Cl
【解析】
【分析】
由元素在周期表中位置,可知A为氟、B为氧、C为磷、D为碳、E为Ar、F为Cl、G为硫、H为Al、I为Mg、J为Na、K为Ca、L为钾、N为Br、M处于过渡元素。
【详解】
(1)表中用字母标出的14种元素中,稀有气体原子最外层达到稳定结构,化学性质最不活泼的是Ar(用元素符号表示,下同);
同周期自左而右金属性减弱、非金属性增强,同主族自上而下金属性增强、非金属性减弱,故上述元素中金属性最强的为K,非金属性最强的为F;
Br2常温下为液态,根据元素在周期表中位置可知M属于过渡元素;
故答案为:
Ar;K;F;Br;M;
(2)B,F,C气态氢化物的化学式分别为H2O、HCl、PH3,同周期自左而右非金属性增强,同主族自上而下非金属性减弱,故非金属性O>P、Cl>P,非金属性越强,氢化物越稳定,与PH3最不稳定,故答案为:
H2O、HCl、PH3;PH3;
(3)同周期自左而右原子半径减小,故第三周期中Cl原子半径最小,故答案为:
Cl。
7.A、B、C、D、E、F、G、H为八种短周期主族元素,原子序数依次增大。
A、F的最外层电子数分别等于各自的电子层数,其中A的单质在常温下为气体。
C与B、H在元素周期表中处于相邻位置,这三种元素原子的最外层电子数之和为17。
D与F同周期。
G的单质常用作半导体材料。
请回答:
(1)C和H分别与A形成的简单化合物沸点较高的是________(填化学式),理由是_____________。
(2)C、E形成的简单离子半径大小:
r(C)______r(E)(填>、<或=)
(3)请写出F最高价氧化物对应的水化物在水溶液中的电离方程式______________。
(4)B与G形成的化合物常用于做耐高温材料,工业可用碳热还原法制取:
将G的氧化物与B的单质在1400℃条件下和足量的碳反应,请写出化学反应方程式_____________。
【答案】H2OH2O分子间存在氢键>H++AlO2-+H2O
Al(OH)3
Al3++3OH-3SiO2+6C+2N2
Si3N4+6CO
【解析】
【分析】
A、B、C、D、E、F、G、H为八种短周期主族元素,原子序数依次增大。
A、F的最外层电子数分别等于各自的电子层数,其中A的单质在常温下为气体,则A为H;G的单质常用作半导体材料,G为Si,结合原子序数可知F为Al;C与B、H在元素周期表中处于相邻位置,这三种元素原子的最外层电子数之和为17,17÷3=5…2,B为N、C为O、H为S,D与F同周期,位于第三周期,D为Na、E为Mg,以此来解答。
【详解】
由上述分析可知,A为H、B为N、C为O、D为Na、E为Mg、F为Al、G为Si、H为S。
(1)C和H分别与A形成的简单化合物分别是H2O、H2S,其中沸点较高的是H2O,原因是H2O分子间存在氢键,增加了分子之间的吸引力;
(2)O2-、Mg2+核外电子排布相同。
具有相同电子排布的离子中,原子序数大的离子半径小,则C、E形成的简单离子半径大小:
r(C)>r(E);
(3)F最高价氧化物对应的水化物Al(OH)3是两性氢氧化物,在水溶液中存在酸式电离和碱式电离,电离方程式为H++AlO2-+H2O
Al(OH)3
Al3++3OH-;
(4)将G的氧化物与B的单质在1400℃条件下和足量的碳反应,其化学反应方程式为3SiO2+6C+2N2
Si3N4+6CO。
【点睛】
本题考查元素及化合物的推断及物质性质的方程式表示。
把握原子结构、元素的位置、质子数关系来推断元素为解答的关键,注意元素化合物知识的应用,题目侧重考查学生的分析与应用能力。
8.下表是元素周期表的一部分,回答下列问题:
(1)B在周期表中的位置是__;写出A、B的单质之间发生反应的化学方程式:
__。
(2)写出表中位于长周期的卤族元素的名称:
__;属于短周期的碱金属元素的元素符号为__。
【答案】第3周期ⅥA族2K+S
K2S溴Li、Na
【解析】
【分析】
根据元素周期表的结构及物质性质分析解答。
【详解】
(1)B在周期表中的位置是第3周期,VIA族;A为钾,B为硫,则单质之间加热反应生成硫化钾,反应的化学方程式:
2K+S
K2S,故答案为:
第3周期ⅥA族;2K+S
K2S;
(2)表中的长周期为第4周期,卤族元素为ⅦA族元素,则该元素为溴;碱金属元素指IA族元素中H以外的元素,短周期指前3周期,则元素符号为Li、Na;故答案为:
溴;Li、Na。
9.A、B、C为短周期元素,在周期表中所处的位置如图所示。
A、C两元素的原子核外电子数之和等于B原子的质子数,B原子核内质子数和中子数相等。
(1)写出A、B、C的名称:
A_____、B_____、C_____。
(2)C在元素周期表中的位置是_____。
(3)B的原子结构示意图为_____,C的氢化物与B的氢化物的稳定性强弱顺序 > (填化学式)。
_______
(4)比较A、C的原子半径:
A_____(填“>”“<”或“=”)C。
【答案】氮硫氟第二周期ⅦA
HF>H2S>
【解析】
【分析】
A、B、C为短周期元素,由它们在周期表中的位置,可知A、C处于第二周期,B处于第三周期,令A原子核外电子为x,则B质子数为x+9,C核外电子数为x+2,则:
x+x+2=x+9,解得x=7,故A为N元素、B为S元素、C为F元素,据此解答。
【详解】
A、B、C为短周期元素,由它们在周期表中的位置,可知A.C处于第二周期,B处于第三周期,令A原子核外电子为x,则B质子数为x+9,C核外电子数为x+2,则:
x+x+2=x+9,解得x=7,故A为N元素、B为S元素、C为F元素,
(1)由上述分析可知,A为氮、B为硫、C为氟;
(2)C为氟,处于周期表中第二周期ⅦA族;
(3)B为S元素,原子结构示意图为
;非金属性:
F>S,非金属性越强其对应简单气态氢化物的稳定性越大,故氢化物稳定性:
HF>H2S;
(4)A为N、C为F,同一周期,自左至右,
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