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考点14 原子结构
[题组一 基础小题]
1.已知R元素的某种同位素能形成化合物AmRn,其中A的化合价为+n。该化合物中一个R微粒的核外电子数为a,核内中子数为b,则该同位素的原子符号是( )
A.R B.R C.R D.R
答案 D
解析 AmRn中R的化合价为-m,所以R原子的质子数为(a-m),其核内中子数为b,R的质量数为(a-m+b),D项正确。
2.在电冶铝的电解槽中存在电解质W2[X2Y2Z4],已知四种元素的简单离子的电子层结构均相同,Y原子最外层电子数为次外层的3倍,X原子最外层电子数为Y原子最外层电子数的一半,下列说法正确的是( )
A.原子序数:W>X>Y>Z
B.原子半径:r(W)>r(X)>r(Y)>r(Z)
C.W的最高价氧化物的水化物碱性比X的弱
D.Y的简单氢化物的稳定性比Z的强
答案 B
解析 从原子核外电子的排布规律可知Y、X分别为O、Al,四种元素的简单离子的电子层结构均相同,结合其化学式可知W、Z分别是Na、F。原子序数X>W>Z>Y,A项错误;原子半径r(W)>r(X)>r(Y)>r(Z),B项正确;钠(W)的金属性比铝(X)强,故NaOH的碱性比Al(OH)3强,C项错误;F(Z)的非金属性比氧强,故HF的稳定性比H2O强,D项错误。
3.I是常规核裂变产物之一,可以通过测定大气或水中I的含量变化来检测核电站是否发生放射性物质泄漏。下列有关I的叙述,错误的是( )
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A.I的化学性质与I相同
B.I的原子序数为53
C.I的原子核外电子数为78
D.I的原子核内中子数多于质子数
答案 C
解析 I和I互为同位素,同位素的化学性质相同,A正确,I的原子序数和核外电子数都为53,B正确,C错误;I中质子数为53,中子数=131-53=78,D正确。
4.已知R2+核内共有N个中子,R的质量数为A,m g R2+中含电子的物质的量为( )
A. mol B. mol
C. mol D. mol
答案 D
解析 m g R2+的物质的量为,每摩尔R2+含有电子的物质的量为[(A-N)-2] mol,所以m g R2+含电子的物质的量为(A-N-2) mol。
5.下列说法正确的是( )
①氘和氚是质量数不同、质子数相同的两种元素的原子
②氢元素是指H ③H、H、H是氢的三种同位素,是同一元素的三种原子 ④H和H的化学性质几乎完全相同 ⑤H2、D2、T2的摩尔质量相等
A.②③ B.③④
C.①③④⑤ D.②③④⑤
答案 B
解析
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6.在原子的第n电子层中,当n为最外层时,最多容纳的电子数与(n-1)层相同;当n为次外层时,其最多容纳的电子数比(n-1)层最多容纳的电子数多10。则n层是( )
A.N层 B.M层 C.L层 D.K层
答案 B
解析 当n为最外层时,最多容纳的电子数为8,则(n-1)层最多容纳8个电子为L层。当n为次外层时,其最多容纳的电子数比(n-1)层最多容纳的电子数多10,说明(n-1)层不是K层,而是L层。则n为M层。
7.短周期元素中,A元素原子最外层电子数是次外层电子数的2倍;B元素原子最外层电子数是其内层电子总数的3倍;C元素原子M层电子数等于其L层电子数的一半;D元素原子最外层有1个电子,D的阳离子与B的阴离子电子层结构相同,则4种元素原子序数关系中正确的是( )
A.C>D>B>A B.D>B>A>C
C.A>D>C>B D.B>A>C>D
答案 A
解析 本题主要考查短周期元素的核外电子排布,依据核外电子排布规律判断出A、B、C、D 4种元素的原子序数。A元素原子的次外层电子数只能是2,最外层电子数是4,A的原子序数为6;B元素的内层电子总数只能是2,最外层电子数为6,B的原子序数为8;C元素原子有3个电子层,L层必有8个电子,M层有4个电子,C的原子序数为14,D的阳离子与B的阴离子(即O2-
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)电子层结构相同,D为Na,原子序数为11,故原子序数:C>D>B>A。
8.已知An+、B(n+1)+、Cn-、D(n+1)-四种离子的电子层结构相同,则A、B、C、D的原子序数由大到小的顺序是( )
A.A>B>C>D B.A>B>D>C
C.B>C>D>A D.B>A>C>D
答案 D
解析 本题考查简单离子的结构特点。当不同离子具有相同的电子层结构时,阳离子的核电荷数大于阴离子的核电荷数,且阳离子所带电荷数越大,其核电荷数越大,而阴离子所带电荷数越大,其核电荷数越小。即核电荷数=离子核外电子数+离子所带电荷数(带符号)。则由此可知原子序数大小顺序为B>A>C>D。
9.据报道,用10B合成的10B20有非常好的抗癌效果。下列叙述中正确的是( )
A.10B和10B20互为同素异形体
B.B元素的质量数是10
C.10B的中子数和核外电子数相等
D.10B20晶体熔点高
答案 C
解析 10B是核素,而不是单质,A错误;10B的质量数是10,元素没有质量数,只有核素有质量数,B错误;10B的中子数和核外电子数都是5,C正确;10B20属于分子晶体,其熔点低,D错误。
10.下列说法正确的是( )
A.原子最外层电子数大于3(小于8)的元素一定是非金属元素
B.原子最外层只有1个电子的元素一定是金属元素
C.最外层电子数比次外层电子数多的元素一定位于第2周期
D.某元素的离子的最外层与次外层电子数相同,该元素一定位于第3周期
答案 C
解析 第ⅣA、ⅤA或Ⅵ
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A族中都有金属元素,其原子最外层电子数均大于3,故A错误;氢原子最外层电子数为1,是非金属元素,B错误;根据原子核外电子排布规律,最外层电子数不超过8,那么次外层电子数少于8,则次外层为K层,最外层为L层,元素原子核外共2个电子层,位于第2周期,C正确;离子的最外层与次外层电子数相同,该元素不一定位于第3周期,例如K+、Ca2+等,故D错误。
11.原子核外电子是分层排布的,下面关于L层与M层的比较中不正确的是( )
A.L层离核比M层离核近
B.M层上电子所具有的能量高于L层上的电子
C.当L层上的电子数为奇数时,M层上不可能有电子
D.M层上最多可填充8个电子
答案 D
解析 L层最多可填充8个电子(偶数),C正确;M层为第3电子层,最多可填充18个电子,D错误。
12.下列说法正确的是( )
A.原子核都是由质子和中子构成的
B.同位素的化学性质基本相同,其物理性质不相同
C.第ⅠA族元素铯的两种同位素137Cs比133Cs多4个质子
D.质子数相同的微粒都属于同种元素
答案 B
解析 H中没有中子,故A错误;质子数相同而中子数不同的同一元素的不同原子互称同位素,即137Cs和133Cs的质子数相同,137和133分别表示二者的质量数,故C错误;Na+、NH质子数相同,但不是同种元素,故D错误。
13.下列说法正确的是( )
A.所含质子数和电子数相等的粒子一定是原子
B.两种粒子如果核外电子排布相同,化学性质就一定相同
C.质量数相同的原子其化学性质一定相同
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D.具有相同核电荷数的原子,一定是同种元素
答案 D
解析 化学中的粒子可以是分子、原子、离子,也可以是质子、中子、电子等,HF和H2O所含的质子数、电子数均相等,但它们是分子而不是原子;Na+、Mg2+核外电子排布相同,但它们的化学性质却有很大差异;元素的化学性质取决于原子核外的最外层电子数,与质量数无关。A、B、C都不正确。
[题组二 高考小题]
14.[2016·全国卷Ⅱ]a、b、c、d为短周期元素,a的原子中只有1个电子,b2-和c+离子的电子层结构相同,d与b同族。下列叙述错误的是( )
A.a与其他三种元素形成的二元化合物中其化合价均为+1
B.b与其他三种元素均可形成至少两种二元化合物
C.c的原子半径是这些元素中最大的
D.d与a形成的化合物的溶液呈弱酸性
答案 A
解析 a的原子中只有1个电子,则a为氢元素,a、b、c、d为短周期元素,b2-和c+离子的电子层结构相同,则b为氧元素,c为Na元素,d与b同族,则d为硫元素,据此解答。NaH中氢元素的化合价为-1价,A项错误;氧元素与其他元素能形成H2O、H2O2、SO2、SO3、Na2O、Na2O2等二元化合物,B项正确;同周期元素,从左到右原子半径逐渐减小,电子层数越多,原子半径越大,原子半径:Na>S>O>H,C项正确;d和a形成的化合物为H2S,硫化氢的溶液呈弱酸性,D项正确。
15.[2015·江苏高考]下列有关氯元素及其化合物的表示正确的是( )
A.质子数为17、中子数为20的氯原子:Cl
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B.氯离子(Cl-)的结构示意图:
C.氯分子的电子式:
D.氯乙烯分子的结构简式:H3C—CH2Cl
答案 C
解析 元素符号的左上角数字表示质量数,应为17+20=37,A项错误;Cl-的最外层为8个电子,B项错误;Cl2中两个Cl原子之间有一对共用电子对,C项正确;氯乙烯分子中含有一个碳碳双键,结构简式为CH2===CHCl,D项错误。
16.[2014·上海高考]下列各组中两种微粒所含电子数不相等的是( )
A.H3O+和OH- B.CO和N2
C.HNO2和NO D.CH和NH
答案 D
解析 A选项中H3O+和OH-均是10电子微粒;B选项中CO和N2的电子数均为14;C选项中HNO2和NO的电子数均为24;D选项中CH和NH的电子数分别为8和10。
17.[2014·江苏高考]下列有关化学用语表示正确的是( )
A.过氧化钠的电子式:NaNa
B.质子数为35、中子数为45的溴原子:Br
C.硫离子的结构示意图:
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D.间二甲苯的结构简式:
答案 B
解析 过氧化钠是离子化合物,电子式为
Na+[]2-Na+,A错误;硫离子的核外有18个电子,结构示意图为,C错误;间二甲苯分子中两个—CH3处于间位,应为,D错误。
18.[2014·上海高考]“玉兔”号月球车用Pu作为热源材料,下列关于Pu的说法正确的是( )
A.Pu与U互为同位素
B.Pu与Pu互为同素异形体
C.Pu与U具有完全相同的化学性质
D.Pu与Pu具有相同的最外层电子
答案 D
解析 解答本题无需太多技巧,只要考生相关基础知识熟练,即可快速解答。Pu与U是两种不同的元素,Pu与Pu的质子数相同(质子数=核外电子数),中子数不同,互为同位素,故D正确。
[题组三 模拟小题]
19.[2016·天津五区期末]我国稀土资源丰富,镨在自然界中只有一种稳定核素Pr,镨有38种放射性核素,其中138-Pr 较稳定。下列有关Pr与138-Pr的说法正确的是( )
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A.Pr与138-Pr是同一种核素
B.Pr与138-Pr的质量数相同
C.Pr与138-Pr互为同位素
D.Pr与138-Pr的核外电子数和中子数均为59
答案 C
解析 138-Pr即Pr与Pr互为同位素,其质子数均为59,138和141分别为二者的质量数,中子数分别为79、82,C项正确,A、B、D项不正确。
20.[2016·上海金山一模]在陆地生态系统研究中,2H、13C、5N、18O、34S等常用作环境分析指示物。下列说法中正确的是( )
A.34S原子核内中子数为16
B.等质量16O2、18O2与过量Mg反应,转移电子数之比为9∶8
C.相同浓度的2H+的酸性比1H+的酸性更强
D.13C和15N原子核内的质子数相差2
答案 B
解析 A选项,中子数=34-16=18,错误;B选项,等质量16O2、18O2的物质的量之比为9∶8,故与过量Mg反应,转移电子数之比为9∶8,正确;C选项,2H+、1H+均是H+,化学性质相同,酸性相同,错误;D选项,13C与15N 原子核内质子数相差1,错误。
21.[2016·吉林模拟]从宏观方面看,物质是由元素组成的,从微观方面看,物质是由粒子构成的,下列有关说法不正确的是( )
A.元素原子的多样性是由构成原子的质子和中子数目引起的
B.元素的化学性质主要取决于元素原子的最外层电子数
C.只由一种分子构成的物质一定是纯净物
D.质子数和电子数均相等的微粒,可能是一种分子和一种离子
答案 D
解析
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原子包含不同元素的不同原子和同种元素的不同原子,原子的多样性是由构成原子的质子和中子数目引起的,A正确;发生化学变化时,一般是原子的最外层电子发生变化,所以元素的化学性质主要取决于元素原子的最外层电子数,B正确;只由一种分子构成的物质即只含一种物质,一定是纯净物,C正确;分子或原子的质子数等于电子数,离子的质子数不等于电子数,质子数等于电子数的微粒不可能是一种分子和一种离子,故D不正确。
22.下列说法中不正确的是( )
A.[2017·河南安阳质检]既可以表示10B的原子结构,也可以表示11B的原子结构
B.[2017·吉林实验中学月考]12C、13C、14C为碳元素的三种核素。元素周期表中碳的相对原子质量为12.01,说明自然界中的碳主要以12C的核素形式存在。14C为放射性核素,可用于同位素示踪
C.[2017·山东泰安调研]14C与12C互称同位素;O2与O3是氧元素的同素异形体
D.[2017·天津滨海新区联考]中子数为16的硫离子:S
答案 D
解析 中子数为16的硫离子为S2-,D选项错误。
23.[2017·山东泰安模拟]根据原子结构及元素周期律的知识,下列推断正确的是 ( )
A.Cl2与Cl2氧化能力相近,二者互为同位素
B.Se与Se所含质子数相同,中子数不同
C.同主族元素形成的含氧酸的酸性随核电荷数的增加而减弱
D.同周期主族元素形成的简单离子半径随核电荷数的增大而减小
答案 B
解析 质子数相同,中子数不同的原子互称同位素,Cl2与Cl2是氯元素的单质,不是同位素,故A错误;Se与
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Se所含质子数均为34,中子数分别为44、46,故B正确;同主族元素形成的最高价氧化物对应的含氧酸的酸性随核电荷数的增加而减弱,不是最高价氧化物的水化物则没有该规律,故C错误;电子层数越多,离子半径越大,Na+有两个电子层,Cl-有三个电子层,则半径:Cl->Na+,故D错误。
24.[2017·天津南开中学月考]用Tc给低产油田作“钡透”,能实现原油的增产增收。下列有关Tc的说法中正确的是( )
A.Tc与Tc互为同素异形体
B.Tc含有43个中子
C.Tc与Tc的物理性质、化学性质均相同
D.Tc的中子数比电子数多13
答案 D
解析 Tc与Tc互为同位素,不互为同素异形体,A项错误;Tc含有56个中子,B项错误;Tc与Tc的物理性质不同、化学性质相同,C项错误;Tc含有56个中子、43个电子,D项正确。
25.[2017·北京东城检测]下列有关化学用语的表示正确的是( )
A.甲烷分子的比例模型是
B.二氧化碳的电子式为
C.Cl-的结构示意图为
D.HClO的结构式为H—O—Cl
答案 D
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解析 为甲烷的球棍模型,A错误;碳原子与氧原子间都是两对共用电子对,应为 ,B错误;氯原子和氯离子的核电荷数都是17,C错误;HClO分子中氧原子与氢原子间有1对共用电子对,氧原子与氯原子间有1对共用电子对,D正确。
[题组一 基础大题]
26.现有部分短周期主族元素的性质或原子结构如下表所示:
元素编号
元素性质或原子结构
X
周期序数=主族序数=原子序数
Y
原子最外层电子数为a,次外层电子数为b
Z
原子L层电子数为a+b,M层电子数为a-b
M
单质在自然界中的硬度最大
N
位于第三周期,最外层电子数是电子层数的2倍
(1)写出X、Y、Z、N四种元素的名称:X________,Y________,Z________,N________。
(2)由X、Y、Z、M、N五种元素两两组成的分子中,许多分子含有的电子数相等,写出符合下列要求的分子式:
①含10e-且呈正四面体结构的分子________;
②含14e-的双原子分子________;
③含16e-且能使溴水褪色的分子________;
④含18e-且常温下呈液态的分子________。
答案 (1)氢 氧 硅 硫 (2)①CH4 ②CO ③C2H4 ④H2O2
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解析 由题意可推得X为H元素,Y为O元素,Z为Si元素,M为C元素,N为S元素。
27.X、Y、Z、W是四种短周期元素,X原子M层上的电子数是原子核外电子层数的2倍;Y原子最外层电子数是次外层电子数的2倍;Z元素的单质为双原子分子,Z的氢化物水溶液呈碱性;W元素最高正价是+7价。回答下列问题:
(1)元素X原子结构示意图为______________________。
(2)元素Y的一种同位素可测定文物年代,这种同位素的符号还有________。
(3)元素Z能与氢元素形成一价阴离子,该阴离子的电子总数是________,与该离子电子总数相等的Z与氢形成的微粒是____________________。
(4)ZW3常温下呈液态,可与水反应生成一种酸和一种碱,反应的化学方程式为________________________________________。
(5)探寻物质的性质差异性是学习的重要方法之一。X、Y、Z、W四种元素的最高价氧化物的水化物中化学性质明显不同于其他三种酸的是________(用酸的分子式表示)。
答案 (1) (2)C (3)10 NH、NH3
(4)NCl3+4H2O===3HClO+NH3·H2O (5)H2CO3
解析 (1)X原子M层上的电子数是原子核外电子层数的2倍,说明X共有3个电子层,且M层上有6个电子,即,为硫元素;Y原子最外层电子数是次外层电子数的2倍,说明Y只有2个电子层,且最外层有4个电子,Y为碳元素;Z的氢化物水溶液显碱性,中学阶段要求掌握的碱性气体只有NH3,因此Z为氮元素;W的最高正价为+7,而F元素无正价,因此W为氯元素。
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(2)碳的放射性同位素C可用于考古。
(3)氮元素与氢元素形成-1价阴离子,由于氮元素显-3价,氢显+1价,因此该阴离子为NH,其电子总数是10,与该离子电子总数相等的还有NH3、NH。
(4)NCl3与H2O反应生成物中有碱,只能是NH3·H2O,N为-3价,Cl为+1价,酸应为HClO。
(5)H2CO3、HNO3、H2SO4、HClO4中化学性质明显不同于其他三种酸的是H2CO3,H2CO3为弱酸。
[题组二 高考大题]
28.[2014·重庆高考]月球含H、He、N、Na、Mg、Si等元素,是人类未来的资源宝库。
(1)3He是高效核能原料,其原子核内中子数为________。
(2)Na的原子结构示意图为________,Na在氧气中完全燃烧所得产物的电子式为________。
(3)MgCl2在工业上应用广泛,可由MgO制备。
①MgO的熔点比BaO的熔点________(填“高”或“低”)。
②月球上某矿石经处理得到的MgO中含有少量SiO2,除去SiO2的离子方程式为____________________________________;
SiO2的晶体类型为________。
③MgO与碳粉和氯气在一定条件下反应可制备MgCl2。若尾气可用足量NaOH溶液完全吸收,则生成的盐为_______________(写化学式)。
(4)月壤中含有丰富的3He,从月壤中提炼1 kg 3He,同时可得6000 kg H2和700 kg N2,若以所得H2和N2为原料经一系列反应最多可生产碳酸氢铵________kg。
答案 (1)1 (2)
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(3)①高 ②SiO2+2OH-===SiO+H2O 原子晶体
③NaCl、NaClO、Na2CO3 (4)3950
解析 (1)3He质子数为2,中子数是1。
(2)Na位于周期表中第三周期ⅠA族,原子结构示意图为;钠在氧气中燃烧生成过氧化钠。
(3)①MgO与BaO均为离子晶体,但由于离子半径Mg2+