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考点规范练35 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.(2017河南豫南九校质评)(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)。
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2.(12分)T、W、X、Y、Z是元素周期表前四周期中的常见元素,原子序数依次增大,相关信息如表格所示。
元素
相关信息
T
T元素可形成自然界中硬度最大的单质
W
W与T同周期,核外有一个未成对电子
X
X原子的第一电离能至第四电离能分别是:I1=578 kJ·mol-1,I2=1 817 kJ·mol-1,I3=2 745 kJ·mol-1,I4=11 575 kJ·mol-1
Y
常温、常压下,Y单质是固体,其氧化物是形成酸雨的主要物质
Z
Z的一种同位素的质量数为63、中子数为34
(1)TY2是一种常用的溶剂,是 (填“极性分子”或“非极性分子”),分子中存在 个σ键。W的最简单氢化物容易液化,理由是 。
(2)在25 ℃、101 kPa下,已知13.5 g的X固体单质在O2气体中完全燃烧后恢复至原状态,放热419 kJ,该反应的热化学方程式为 。
(3)基态Y原子中,电子占据的最高能层符号为 ,该能层具有的原子轨道数为 、电子数为 。Y、氧、W元素的第一电离能由大到小的顺序为 (用元素符号作答)。
(4)ZYO4的溶液常作电镀液,其中Y的空间构型是 ,其中Y原子的杂化轨道类型是 。
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。
元素
性质或结构信息
A
核外电子数和电子层数相等
B
原子的核外p电子数比s电子数少1
C
原子的第一至第四电离能如下:
I1=738 kJ·mol-1;I2=1 451 kJ·mol-1;
I3=7 733 kJ·mol-1;I4=10 540 kJ·mol-1
D
原子核外所有p轨道全满或半满
E
主族序数与周期数的差为4
F
前4周期中电负性最小
G
位于元素周期表的第七列
(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 。
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(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空间构型为 。
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 (选填代号)。
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
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“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.答案 (1)非极性分子 2 分子间形成氢键
(2)4Al(s)+3O2(g)2Al2O3(s) ΔH=-3 352 kJ·mol-1
(3)M 9 6 F>O>S
(4)正四面体结构 sp3
解析 T能形成自然界硬度最大的单质(即金刚石),则T是碳元素;原子序数依次增大,W与碳元素同周期,核外有一个未成对电子,即W是氟元素;X的第四电离能发生突变,即最外层有三个电子,故X是铝元素;Y的氧化物是形成酸雨的主要物质,即Y是硫元素;Z的质子数=63-34=29,Z是铜元素。
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(1)TY2形成的化合物为CS2,空间构型为直线形,因此属于非极性分子,其结构式为SCS,两个成键原子之间只能形成1个σ键,因此CS2分子中有2个σ键;W的氢化物为HF,因为分子间形成氢键,所以容易液化。
(2)4 mol Al燃烧放出的热量为×4 mol=3 352 kJ,即热化学方程式为4Al(s)+3O2(g)2Al2O3(s)
ΔH=-3 352 kJ·mol-1。
(3)硫元素为第三周期第ⅥA族元素,能层分别为K、L、M,离核越远能层的能量越高,最高能层为M,该能层具有的原子轨道数为9,电子数为6;同一周期元素从左向右第一电离能呈增大的趋势,同主族元素从上到下,第一电离能逐渐减小,即第一电离能由大到小的顺序是F>O>S。
(4)S中含有4个σ键,孤电子对数=×(6+2-4×2)=0,因此价层电子对数为4,属于正四面体结构,杂化轨道数=价层电子对数=4,即硫原子的杂化类型为sp3。
3.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,故空间构型为三角锥形。
4.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)B、C
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.答案 (1)1s22s22p63s23p2
(2)O2->Na+>Al3+
(3)第四周期第Ⅷ族
(4)原子晶体
(5)
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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:CSi,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:NaAl(OH)3。
6.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.答案 (1)1s22s22p63s1
(2)第三周期第ⅢA族 小于
(3) 3 p 哑铃
(4)1s22s22p63s23p5或[Ne]3s23p5 +17
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。
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(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+)
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