1、原子结构与性质(45分钟100分)非选择题(本题包括7小题,共100分)1.(16分) X、T、Y、Z为136号元素,且原子序数依次增大,四种元素的性质或结构信息如表。请根据信息回答下列问题。元素TXYZ性质结构信息人体内含量最多的元素,且其单质是最常见的助燃剂。单质为双原子分子,分子中含有3对共用电子对,常温下单质性质稳定,但其原子较活泼。第3周期元素的简单离子中半径最小。第4周期元素,M电子层为全充满状态,最外层只有一个电子的原子。(1)写出元素T的离子结构示意图_;写出元素X的气态氢化物的电子式_;写出Z元素原子的外围电子排布式_;元素Y的原子核外共有_种形状不同的电子云。(2)Y元素原
2、子的第一电离能_镁(填“”“”或“=”),从结构上分析,其理由是_。(3)元素T与氟元素相比,非金属性较强的是_(用元素符号表示),下列表述中能证明这一事实的是_(填序号字母)。a.常温下氟气的颜色比T单质的颜色深b.氟气与T的氢化物剧烈反应,产生T的单质c.氟与T形成的化合物中T元素呈正价态d.比较两元素的单质与氢气化合时得电子的数目【解析】T是人体内含量最多的元素,且其单质是常见的助燃剂,应为氧元素,X单质为双原子分子,分子中含有3对共用电子对,常温下单质性质稳定,但其原子较活泼,为氮元素,Y在第3周期元素的简单离子中半径最小,应为Al,Z是第4周期元素,M电子层为全充满状态,最外层只有一
3、个电子的原子,应为Cu。(1)元素T的离子为O2-,O2-结构示意图为,元素X的气态氢化物为NH3,电子式为, Z为Cu,外围电子排布式为3d104s1,Y为Al,核外有s、p能级,则有2种不同形状的电子云;(2)镁的3s为全充满,3p轨道全空,较为稳定,第一电离能大于铝,故答案为;Mg的价电子排布为3s2,3p轨道全空,是较稳定结构;(3)氧元素与氟元素相比,非金属性较强的是氟元素。a.单质颜色属于物理性质,不能比较元素非金属性强弱,故a错误;b.氟气与T的氢化物剧烈反应,产生T的单质,说明氟气氧化性更强,可以说明氟元素非金属性强,故b正确;c.氟与T形成的化合物中T元素呈正价态,说明氟元素
4、对键合电子吸引更强,则氟元素非金属性更强,故c正确;d.非金属性强弱与获得电子难易程度有关,与获得电子数目多少无关,故d错误。答案:(1) 3d104s12(2)OC;(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)OCN-与CO2互为等电子体,价电子总数相等,二者结构类似,则OCN-的结构式为NCO-;(5)由晶胞结构可知,晶胞中存在N结构微粒,位于顶点和体心,微粒数目=1+8=2,Na+位于8条棱的中心,数目=8=2,故该化合物的化学式为NaNO2;(6)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
5、态不稳定,故CuO在加热条件下容易转化为Cu2O。答案:(1)1s22s22p63s23p63d104s1或Ar3d104s1(2)CON(3)高于NH3分子之间存在氢键,而CH4分子间的作用是范德华力,氢键比范德华力更强(4)NCO-(5)NaNO2(6)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3.(12分)原子序数依次递增的X、Y、Z、W是周期表中前30号元素,其中只有X、Y同周期。已知X的最外层电子数是其内层电子数的2倍;X与Y形成的常见化合物之一常被用于高炉炼铁;Z与X同主族,其单质在同周期元素形成的单质中熔点最高;W原子M能层为全充满状态
6、,且核外的未成对电子只有一个。回答下列问题:(1)从电负性角度分析,X、Y、Z三种元素的非金属活泼性由强到弱的顺序为_。(2)X、Y分别与H形成的化学键的极性关系为XH_(填“”或“=”)YH。(3)+1价气态基态正离子再失去一个电子形成+2价气态基态正离子所需要的能量称为第二电离能I2,依次还有I3、I4、I5,推测Z元素的电离能突增应出现在第_电离能。(4)X的氢化物中X原子的杂化方式为sp2,则相对分子质量最小的分子式为_。(5)W的价电子排布图为_。【解析】根据X的最外层电子数是其内层电子数的2倍知X是C,X、Y同周期,X与Y形成的常见化合物之一常被用于高炉炼铁推出Y是O,Z与X同主族
7、,则Z是Si,W是Cu。(1)X、Y、Z三种元素的非金属活泼性由强到弱的顺序为OCSi。(2)由于氧元素的电负性大于碳元素,因此键的极性CHCSi(2)SMgAl;(4)按原子轨道的重叠方式,与形成的化合物是二硫化碳,分子中含有2个双键。而双键是由1个键和1个键构成的,所以分子中键有2个,键有2个;(5)某元素的特征电子排布式为nsnnpn+1,则该元素是第A族元素。所以该元素原子的核外最外层电子的孤对电子数为1;该元素与元素形成的分子X是氨气,其空间构型为三角锥形结构,属于极性分子;(6)某些不同族元素的性质也有一定的相似性,如上表中元素与元素的氢氧化物有相似的性质。由于是铝元素,氢氧化铝能
8、和氢氧化钠溶液反应生成偏铝酸钠和水,则元素即Be的氢氧化物与NaOH溶液反应的化学方程式为Be(OH)2+2NaOHNa2BeO2+2H2O。答案:(1)(2)苯(3)ClSMgAl(4)22(5)1三角锥形(6)Be(OH)2+2NaOHNa2BeO2+2H2O【加固训练】研究物质的微观结构,有助于人们理解物质变化的本质。请回答下列问题。(1)C、Si、N的电负性由大到小的顺序是_。C60和金刚石都是碳的同素异形体,二者相比较熔点较高的是_。(2)A、B均为短周期金属元素。依据下表数据,写出B原子的电子排布式:_。电离能/kJmol-1I1I2I3I4A9321 82115 39021 77
9、1B7381 4517 73310 540(3)过渡金属离子与水分子形成的配合物是否有颜色,与其d轨道电子排布有关。一般而言,为d0或d10排布时,无颜色;为d1d9排布时,有颜色,如Co(H2O)62+显粉红色。据此判断,Mn(H2O)62+_(填“无”或“有”)颜色。【解析】(1)电负性与元素的非金属性一致,非金属性:NCSi,所以电负性:NCSi;金刚石是原子晶体,C60是分子晶体,则熔点:金刚石C60。(2)由于A、B的I2、I1相差不大,I3突然增大,则A、B为A族元素,由于I1:AB,则A为铍元素,B为镁元素。(3)由于Mn(H2O中Mn2+的核外电子排布为1s22s22p63s2
10、3p63d5,根据题意可以确定Mn(H2O有颜色。答案:(1)NCSi金刚石(2)1s22s22p63s2(或Ne3s2)(3)有5.(12分)(2018衡阳模拟)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
11、价电子层电子排布式为_,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_。【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COF。(2)SO2中,S和O形成2个键,有1对孤电子对,为V形,CO2中,C和O形成2个键,没有孤电子对,为直线形;相
12、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4周期B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。答案:(1)COF(2)V形直线形SO2(3)CrB3d54s1+6(4)原子晶体6.(16分)早期发现的一种天然二十面体准晶颗粒由Al、Cu、Fe三种金属元素组成,回答下列问题:(1)铜元素位于周期表中_区。Cu2+的价层电子排布图为_。锰、铁、钴三种元素的逐级电离能如下表:电离能/kJmol-1I1I2I3I4Mn717.31 509.03 2484 940Fe762.
13、51 561.92 9575 290Co760.41 6483 2324 950铁元素的第三电离能明显低于锰元素和钴元素,其原因是_。实验室可用赤血盐K3Fe(CN)6检验Fe2+,在赤血盐中铁元素的化合价为_,中心离子的配位数为_。(2)利用反应:X+C2H2+NH3Cu2C2+NH4Cl(未配平)可检验乙炔。化合物X晶胞结构如图,据此可知X的化学式为_。乙炔分子中键与键数目之比为_,碳原子的杂化方式为_;N立体构型为_(用文字描述)。(3)下列三种化合物a.AlCl3b.NaClc.Al2O3沸点由高到低依次是_(填编号),其原因是_。【解析】(1)铜原子价电子排布式为3d104s1,位于
14、ds区,Cu2+是铜原子失去2个电子,即价电子排布图为;Fe价电子排布式为3d64s2,Mn的价电子排布式为3d54s2,Co价电子排布式为3d74s2,Co的核电荷数多于Fe,电子离开时克服的引力较大,所以Co的第三电离能比Fe大,Mn2+是半充满结构(3d5),再电离一个电子所需的能量较高,所以Mn的第三电离能也比Fe大;K显+1价,CN显-1价,整个化合价代数和为0,因此Fe的价态是+3价,CN-是Fe的配离子,因此中心离子的配位数为6;(2)Cu位于顶点和面心,个数为8+6=4,Cl位于晶胞内部,有4个,因此化学式为CuCl;乙炔结构简式为HCCH,1个碳碳三键中有1个键2个键,因此1
15、 mol乙炔中键和键的比值为32;碳有2个键,无孤电子对,杂化类型为sp;NH4+中1个N有4个键,无孤电子对,即杂化类型为sp3,立体构型为正四面体;(3)AlCl3属于分子晶体,NaCl和Al2O3属于离子晶体,一般分子晶体的熔沸点小于离子晶体,即氯化铝最低,离子晶体熔沸点与晶格能有关,所带电荷数越多、半径越小,晶格能越强,熔沸点越高,Al2O3的构成离子半径小,电荷数多,晶格能大,沸点最高,顺序是Al2O3NaClAlCl3。答案:(1)dsCo的核电荷数多于Fe,电子离开时克服的引力较大,所以Co的第三电离能比Fe大。Mn2+是半充满结构(3d5),再电离一个电子所需的能量较高,所以M
16、n的第三电离能也比Fe大+36(2)CuCl32sp杂化正四面体(3)cbaAlCl3是分子晶体.沸点最低,NaCl和Al2O3是离子晶体,Al2O3的构成离子半径小,电荷高,晶格能大,沸点最高7.(16分)(能力挑战题)铜、镓、硒、硅等元素的化合物是生产第三代太阳能电池的重要材料。请回答:(1)基态铜原子的电子排布式为_;已知高温下CuOCu2O+O2,从铜原子价层电子结构(3d和4s轨道上应填充的电子数)变化角度来看,能生成Cu2O的原因是_。(2)硒在元素周期表第_周期_族,其价电子排布图为_。(3)硒、硅均能与氢元素形成气态氢化物,若“SiH”中共用电子对偏向氢元素,氢气与硒反应时单质
17、硒是氧化剂,则硒与硅的电负性相对大小为Se_ Si(填“”或“Si;氢气与硒反应时单质硒是氧化剂,反应中硒化合价降低,电负性SeH,所以硒与硅的电负性相对大小为SeSi。在第3周期元素中,第一电离能总体呈增大趋势,第A族和第A族元素比相邻元素略大,因此c为I1。钠失去1个电子后,就已经达到稳定结构,所以钠的第二电离能最大。镁最外层为2个电子,失去2个电子后为稳定结构,所以镁的第二电离能较小。铝最外层有3个电子,失去2个电子后还未达稳定结构,而铝的金属性比镁弱,所以第二电离能比镁略高。硅最外层上3p轨道有2个电子,失去后,留下3s轨道上2个电子,相对较稳定,所以硅的第二电离能比铝要低。磷、硫非金
18、属性逐渐增大,第二电离能也增大,由于硫失去一个电子后,3p轨道上是3个电子,是较稳定结构,所以硫的第二电离能要高于氯,a为第二电离能I2、b为第三电离能I3,故选B。(4)SeO2常温下是白色晶体,熔、沸点低,为分子晶体;二氧化硒分子中价层电子对数=6=3,硒原子的杂化类型为sp2,且含有一个孤电子对,所以属于V形。答案:(1)1s22s22p63s23p63d104s1(或Ar3d104s1)CuO中铜的价层电子排布为3d9,Cu2O中铜的价层电子排布为3d10,后者处于稳定的全充满状态而前者不是(2)4A(3)B(4)分子晶体sp2【方法规律】本题中要比较第3周期元素第一、二、三电离能的变化规律,应从原子或离子的电子层结构进行分析,原子轨道达到全充满或半充满状态时比较稳定,则失去一个电子消耗的能量增加。
