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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.(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分子中键和键的个数比是。(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:C60、石墨烯与金刚石互为。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。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)。2.(12分)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,它的价层电子排布式为,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。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1C原子的第一至第四电离能如下:I1=738 kJmol-1;I2=1 451 kJmol-1;I3=7 733 kJmol-1;I4=10 540 kJmol-1D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4F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。(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)41(4)同素异形体34838316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SiSi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CH键、1个OH键、2个CO键和1个CO键,即键和键的个数比是41。(4)C60、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。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。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188+126+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=3a,则r=38a,8个碳原子的体积为843r3=843(38a)3=3a316,故原子利用率为316。2.答案(1)COF(2)V形直线形SO2(3)CrB3d54s1+6价(4)原子晶体解析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,分子构型为V形,CO2中,C和O形成2个键,没有孤电子对,分子构型为直线形;相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,位于元素周期表第四周期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。3.答案(1)HNHHH+H-(2)3哑铃(3)泡利原理(4)Bd1s22s22p63s23p63d54s2(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)BC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)第四周期第族(4)原子晶体(5)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A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A族小于(3)3p哑铃(4)1s22s22p63s23p5或Ne3s23p5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。(2)B为Al,其在元素周期表中的位置为第三周期第A族,Na+与Al3+核外电子排布相同,核电荷数Al3+大于Na+,故r(Al3+)r(Na+)。(3)C为N,其电子排布图为,其中有3个未成对电子,能量最高的为p轨道上的电子,其轨道呈哑铃形。(4)D为Cl,其原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p5,简化电子排布式为Ne3s23p5,Cl-的结构示意图为。8.答案(1)3d64s2Fe3+(2)sp3(3)2NA不是(4)(5)427gmol-16.021023mol-1(0.40510-7cm)32.7 gcm-3解析(1)在水溶液中Fe2+具有较强的还原性,易被氧化,而Fe3+则较为稳定。(2)NaBH4中B的价层电子对数是4,故硼原子的杂化方式为sp3。(3)根据Al2Cl6的结构图可知,1mol该分子中含2NA个配位键;Al2Cl6中铝原子采用sp3杂化且无孤电子对,每个铝原子与周围的4个氯原子都形成正四面体结构。(4)非金属性越强,第一电离能越大,但氮元素的2p轨道电子处于半充满状态,稳定性强,第一电离能大于氧元素,但弱于氟元素。(5)铝单质为面心立方晶体,则1个晶胞中含有铝原子的个数是4,其晶体参数a=0.405nm=0.40510-7cm,所以铝单质的密度=mV=427gmol-16.021023mol-1(0.40510-7cm)32.7gcm-3。
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