备战高考化学与原子结构与元素周期表有关的压轴题及答案.docx
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备战高考化学与原子结构与元素周期表有关的压轴题及答案
2020-2021备战高考化学与原子结构与元素周期表有关的压轴题及答案
一、原子结构与元素周期表练习题(含详细答案解析)
1.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。
2.如图是元素周期表中的前四周期,①~⑨为相应的元素,请从中选择合适的元素回答问题:
(1)根据元素原子的外围电子排布特征,元素周期表可划分为五个区域,元素⑦位于周期表的___区。
(2)写出元素③与元素⑤形成的稳定化合物的结构式______。
(3)②、⑥两元素形成的化合物其中心原子的杂化轨道类型为___。
(4)元素⑦与CO可形成X(CO)5型化合物,该化合物常温下呈液态,熔点为-20.5℃,沸点为103℃,易溶于非极性溶剂,据此可判断该化合物晶体属于____晶体(填晶体类型)。
(5)元素⑨的离子的氢氧化物不溶于水,但可溶于氨水,该离子与NH3间结合的作用力为____。
(6)将①、⑥形成的化合物溶于水,其与水间可能存在的氢键表示为____________(写一种即可)。
(7)金属⑦有δ、γ、α三种同素异形体,各晶胞如下图,则δ和α中原子的配位数之比为________。
【答案】dO=C=Osp2杂化分子配位键F-H…F、F-H…O、O-H…F、O-H…O4:
3
【解析】
【分析】
根据元素周期表可知①为H元素、②为B元素、③为C元素、④为N元素、⑤为O元素、⑥为F元素、⑦为Fe元素、⑧为Cu元素、⑨为Zn元素。
【详解】
(1)元素⑦为Fe元素,位于周期表的d区,故答案为:
d;
(2)元素③为C元素、元素⑤为O元素,其形成的稳定化合物为二氧化碳,结构式为:
O=C=O,故答案为:
O=C=O;
(3)②为B元素、⑥为F元素,两元素形成的化合物为BF3,中心原子是B,价层电子对个数=σ键+孤电子对个数=3+0=3,杂化轨道类型为:
sp2杂化,故答案为:
sp2杂化;
(4)元素⑦为Fe元素、与CO可形成Fe(CO)5型化合物,该化合物常温下呈液态,熔点为-20.5 ℃,沸点为103 ℃,易溶于非极性溶剂,据此可判断该化合物晶体属于分子晶体,故答案为:
分子;
(5)元素⑨Zn元素,氢氧化物为Zn(OH)2不溶于水,但可溶于氨水,Zn2+离子与NH3间结合的作用力为配位键,故答案为:
配位键;
(6)①为H元素、⑥为F元素,形成的化合物为HF,溶于水,与水分子间可能存在的氢键表示为:
F-H…F、F-H…O、O-H…F、O-H…O,故答案为:
F-H…F、F-H…O、O-H…F、O-H…O;
(7)金属⑦为Fe,有δ、γ、α三种同素异形体,δ为体心立方,α为简单立方,原子的配位数之比为8:
6=4:
3,故答案为:
4:
3。
【点睛】
金属晶体的原子堆积模型:
①简单立方堆积,空间利用率
,配位数6;②体心立方堆积,空间利用率
,配位数8;③六方最密堆积,空间利用率
,配位数12;④面心立方最密堆积,空间利用率
,配位数12。
3.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。
4.元素周期表前四周期的元素a、b、c、d、e,原子序数依次增大。
a的核外电子总数与其周期数相同,b的价电子层中未成对电子有3个,c的最外层电子数为其内层电子数的3倍,d与c同族,e的最外层只有1个电子,但次外层有18个电子。
回答下列问题:
(1)b、c、d中第一电离能最大的是_____(填元素符号),e的价层电子轨道表示式为____。
(2)a和其他元素形成的二元共价化合物中,三角锥形分子的中心原子的杂化方式为____。
(3)这些元素形成的含氧酸中,HNO2、H2SO3的中心原子价层电子对数之和为____,H2SO3和H2SO4酸根的空间构型分别为____、____。
(4)e单质晶体结构如图1,此晶胞模型名称为____,e原子半径为rcm,e的相对原子质量为M,晶胞密度为ρg/cm3,则阿伏加德罗常数为_____mol-1(用r、ρ表示)。
(5)这5种元素形成的一种1∶1型离子化合物中,阴离子呈四面体结构;阳离子呈轴向狭长的八面体结构(如图2所示)。
该化合物中,阴离子为____,阳离子中存在的化学键类型有______;该化合物加热时首先失去的组分是______(填“H2O”或“NH3”),判断理由是_______。
【答案】N
sp37三角锥形正四面体面心立方晶胞
SO42-共价键和配位键H2OH2O与Cu2+的配位键键长较长而比较弱
【解析】
【分析】
元素周期表前四周期的元素a、b、c、d、e ,原子序数依次增大, a的核外电子总数与其周期数相同,则a为H元素;c的最外层电子数为其内层电子数的3倍,最外层电子数不超过8个,则c核外电子排布为2、6,因此c是O元素;b的价电子层中的未成对电子有3个,且原子序数小于c,则b核外电子排布式是1s22s22p3,b原子序数为7,所以b是N元素;e的最外层只有1个电子,但次外层有18个电子,则e原子核外电子数为2+8+18+1=29,e为Cu元素;d与c同族,且原子序数小于e ,所以d为S元素。
(1)同一周期元素,元素第一电离能随着原子序数增大而呈增大趋势,但第IIA族和第VA族元素第一电离能大于其相邻主族元素,同一主族元素中,元素第一电离能随着原子序数增大而减小;e的价层电子为3d、4s电子;
(2)a和其他元素形成的二元共价化合物中,分子呈三角锥形,该分子为NH3,根据价层电子对互斥理论确定该分子的中心原子的杂化方式;
(3)根据价层电子对理论分析这些元素形成的含氧酸中的中心原子的价层电子对数之和,根据原子的价层电子对数确定H2SO3和H2SO4酸根的空间构型;
(4)根据晶胞结构判断晶胞晶体类型;根据晶胞的基本结构可知其中含有的Cu原子数,利用密度ρ=
计算阿伏伽德罗常数;
(5)这5种元素形成的一种1:
1型离子化合物中,阴离子呈四面体结构,说明该阴离子价层电子对个数是4且不含孤电子对;阳离子呈轴向狭长的八面体结构,根据图知:
其阳离子中铜离子配位数是6,在八面体上下顶点上的分子中含有两个共价键且含有两个孤电子对,为水分子,有两个H2O分子;正方形平面上四个顶点上的分子中含有3个共价键且含有一个孤电子对,该分子为NH3分子,共有4个NH3分子。
【详解】
根据上述分析可知:
a为H元素;b是N元素;c是O元素;d为S元素;e为Cu元素。
(1)b是N,c是O,d为S。
由于同一周期元素的第一电离能随着原子序数增大而呈增大趋势,但第IIA族和第VA族元素第一电离能大于其相邻元素;同一主族元素的第一电离能随着原子序数增大而减小,所以b、c、d三种元素第一电离能最大的是N元素; e是Cu元素,其价层电子为3d、4s电子,则其价层电子排布图为
;
(2)a是H元素,H和其他元素形成的二元共价化合物中,物质分子呈三角锥形的为NH3,该分子的中心N原子形成3个共价健N-H,同时N原子上还含有一个孤电子对,价层电子对数为4,所以N原子的杂化方式为sp3杂化;
(3)这些形成的含氧酸中,HNO2的分子的中心N原子的价层电子对数为2+
=3,H2SO3的中心S原子的价层电子对数为3+
=4,所以HNO2、H2SO3的中心原子价层电子对数之和为3+4=7;亚硫酸H2SO3的酸根SO32-中的S原子价层电子对数为:
3+
=4,且含有一对孤电子对,所以其空间构型为三角锥形;硫酸H2SO4的酸根SO42-中的S原子价层电子对数为:
4+
=4,中心原子S上无孤对电子,所以其空间构型为正四面体形;
(4)根据Cu晶胞结构可知:
Cu晶胞模型类型为立方面心结构;在一个Cu晶胞中含有的Cu原子个数为:
8×
+6×
=4,Cu的相对原子质量为M,则晶胞质量m=
g,假设晶胞边长为L,Cu原子半径为rcm,则
L=4rcm,所以L=2
rcm,晶胞体积为V=
=
=16
cm3,则晶胞密度ρ=
,所以NA=
/mol;
(5)根据已知条件可知五种元素形成的1:
1型离子化合物的阴离子呈四面体结构,说明该阴离子价层电子对个数是4,且不含孤电子对,则该离子为SO42-;阳离子呈轴向狭长的八面体结构,根据图知,其阳离子中的中心离子Cu2+配位数是6,配位体是H2O、NH3,其中H2O有2个,NH3有4个,H2O、NH3与Cu2+之间通过配位键结合,H2O中存在H-O共价键,NH3中存在H-N共价键,故阳离子中含有配位键和共价键;元素的非金属性O>N,且原子半径O 【点睛】 本题考查元素及化合物的推断、元素电离能大小比较、杂化轨道理论、价层电子对理论及晶胞计算等,掌握物质结构知识和一定数学知识是解题关键,侧重考查学生空间想象能力、分析能力和知识运用能力。 5.A、B、C、D四种元素都是短周期元素。 A元素的离子具有黄色的焰色反应。 B离子带有2个单位正电荷,且B元素的离子结构和Ne具有相同的电子层排布。 H2在C单质中燃烧产生苍白色火焰,D元素原子的电子层结构里,最外层电子数是次外层电子数的3倍。 根据上述条件回答: (1)元素C位于第___周期第___族。 (2)A是___元素,B是___元素,D是___元素。 (3)A与D形成稳定的化合物的化学式为___,此化合物与水反应的化学方程式为___。 (4)C元素的单质有毒,可用A的最高价氧化物对应的水化物的溶液吸收,其离子方程式为___。 【答案】三ⅦANaMgONa2O22Na2O2+2H2O=4NaOH+O2↑Cl2+2OH-=Cl-+ClO-+H2O 【解析】 【分析】 A、B、C、D四种元素都是短周期元素,A元素的离子具有黄色的焰色反应,则A为Na元素;B离子带两个单位正电荷,且B元素的离子结构和Ne具有相同的电子层排布,则B为12号Mg元素;H2在C单质中燃烧产生苍白色火焰,则C为Cl元素;D元素原子的电子层结构中,最外层电子数是次外层电子数的3倍,则D原子核外有2个电子层,次外层为2,最外层电子为2×3=6,D为O元素,然后利用元素及其单质、化合物的性质来解答。 【详解】 根据上述分析可知A是Na元素,B是Mg元素,C是Cl元素,D是O元素。 (1)元素C是Cl,Cl原子核外电子排布为2、8、7,所以Cl元素在周期表中位于第三周期第ⅦA族; (2)根据上述分析可知: A是Na元素,B是Mg元素,D是O元素; (3)A是Na,D是O,Na与O形成的稳定化合物为Na2O2,Na2O2与水反应产生NaOH和O2,反应的化学方程式为: 2Na2O2+2H2O=4NaOH+O2↑; (4)元素C是Cl,Cl元素的单质Cl2是有毒气体,可以与NaOH在溶液中反应产生NaCl、NaClO和H2O,反应方程式为: Cl2+2NaOH=NaCl+NaClO+H2O,离子方程式为: Cl2+2OH-=Cl-+ClO-+H2O,所以用NaOH溶液吸收氯气可消除氯气对环境造成的污染。 【点睛】 本题考查了元素的位置、结构、性质的关系及应用。 正确推断各元素为解答本题的关键,要明确元素周期表结构、元素周期律的内容,并结合元素及其单质、化合物的性质进行解答。 6.已知A、B、C、D是中学化学中常见的四种不同粒子,它们之间存在如下图所示的转化关系: (1)如果A、B、C、D均是10电子的粒子,请写出: A的结构式_____________;D的电子式____________; (2)如果A和C是18电子的粒子,B和D是10电子的粒子,请写出: ①A与B在溶液中反应的离子方程式: ____________________________________ ②根据上述离子方程式,可判断C与B结合质子的能力大小是(用化学式或离子符号表示)________>________。 【答案】 或H-F H2S+OH-=HS-+H2O或HS-+OH-=S2-+H2OOH-S2-或HS- 【解析】 【详解】 (1)如果A、B、C、D均是10电子的粒子,符合关系的微粒分别为NH4+或HF、OH-、NH3或F-、H2O; (2)如果A和C是18电子的粒子,A为H2S或HS-,C为HS-或S2-,B和D是10电子的粒子,分别为OH-、H2O; 7.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,元素的原子半径减小,故原子半径: N>F。 8.A、B、C、D、E五种短周期元素,它们的原子序数依次增大。 ①A元素组成的单质是相同条件下密度最小的物质;②B元素原子的最外层电子数是其内层电子总数的2倍;③D原子的电子层数与最外层电子数之比为3: 1;④E元素的最外层电子数是电子层数的2倍;⑤C与E同主族。 请回答下列问题: (1)B元素在周期表中的位置是: ______________ (2)写出化合物D2C2的电子式____________;该化合物中所含化学键类型为____________ (3)化合物A2C和A2E中,沸点较高的是______________(填化学式) (4)化合物EC2常温下呈气态,将其通入Ba(NO3)2溶液中,有白色沉淀和NO气体放出,该反应的离子方程式为_______________ (5)元素A、B、C按原子个数比2: 1: 1组成的化合物是常见的室内装修污染物,该物质的分子空间构型为______________;该化合物中B原子的杂化轨道类型为______________ 【答案】第二周期第IVA族 离子键、共价键H2O3SO2+3Ba2++2NO3-+2H2O=3BaSO4↓+2NO+4H+平面三角形sp2 【解析】 【分析】 A、B、C、D、E五种短周期元素,它们的原子序数依次增大。 ①A元素组成的单质是相同条件下密度最小的物质,则A是H元素;②B元素原子的最外层电子数是其内层电子总数的2倍,则B原子核外有2个电子层,核外电子排布是2、4,B是C元素;③D原子的电子层数与最外层电子数之比为3: 1,则D核外电子排布式是2、8、1,D是Na元素;④E元素的最外层电子数是电子层数的2倍,则E核外电子排布是2、8、6,E是S元素;⑤C与E同主族,原子序数小于Na,大于C,则C是O元素。 结合元素的单质及化合物的结构、性质分析解答。 【详解】 根据上述分析可知A是H,B是C,C是O,D是Na,E是S元素。 (1)B是C元素,在周期表中的位置是第二周期第IVA族; (2)化合物D2C2是Na2O2,该物质中Na+与O22-通过离子键结合,在O22-中两个O原子通过共价键结合,所以其电子式为: ;该化合物中所含化学键类型为离子键、共价键; (3)化合物A2C是H2O,A2E是H2S,由于在H2O分子之间存在氢键,增加了分子之间的吸引力,使物质气化消耗较多的能量,因此沸点较高的是H2O; (4)化合物EC2是SO2,在常温下呈气态,该物质具有还原性,将其通入Ba(NO3)2溶液中,有白色沉淀和NO气体放出,根据电子守恒、电荷守恒、原子守恒,可得该反应的离子方程式为3SO2+3Ba2++2NO3-+2H2O=3BaSO4↓+2NO+4H+; (5)元素A、B、C按原子个数比2: 1: 1组成的化合物CH2O是常见的室内装修污染物,该物质的分子中,C原子采用sp2杂化,与O原子形成共价双键,再与2个H原子形成2个共价键,分子空间构型为平面三角形。 【点睛】 本题考查了元素的原子结构与物质性质的关系、有电子转移的离子方程式书写等知识。 根据题干信息正确推断元素是解题关键,能很好的反映学生对饮水机化合物的性质及物质结构理论的掌握和应用情况。 9.短周期元素A、B、C、D的原子序数依次增大。 X、Y、Z、W分别是由这四种元素中的两种组成的常见化合物,Y为淡黄色固体,W为常见液体;甲为单质,乙为红棕色气体;上述物质之间的转化关系如图所示(部分生成物已省略)。 则下列说法中不正确的是 A.沸点: W>X B.原子半径: D>B>C>A C.C、D两种元素组成的化合物只含有离子键 D.A、B、C三种元素组成的化合物既可以是离子化合物,又可以是共价化合物 【答案】C 【解析】 【分析】 乙为红棕色气体,乙是NO2;Y为淡黄色固体,Y是Na2O2;Y与W生成甲,所以甲是O2,W是常见液体则为H2O,甲与Z生成NO2,所以Z是NO;X与O2生产NO2,所以X是NH3;因为A、B、C、D的原子序数依次增加,所以分别是H、N、O、Na;综上所述,A、B、C、D分别是H、N、O、Na;X是NH3,Y是Na2O2,Z是NO,W是H2O,甲是O2,乙是NO2。 【详解】 A.常温下,W为水液态,X为氨气气态,沸点: W>X,故A正确; B.电子层越多,原子半径越大,同周期从左向右原子半径减小,则原子半径: D>B>C>A,故B正确; C.氧化钠中只含有离子键,过氧化钠中既有离子键,又含有共价键,故C错误; D.H、N、O三种元素可组成硝酸,为共价化合物,又可组成硝酸铵,为离子化合物,故D正确; 答案选C。 10.下表为长式
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