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原子的结构与性质习题集
原子的结构与性质
一、选择题
1.核内中子数为N的R2+离子,质量数为A,则n克它的氧化物所含电子物质的量为()
A.
B.
C.
D.
2.下列表达方式错误的是()
A.D2O分子中氧原子为sp3杂化
B.Cr原子价电子排布式:
3d54s1
C.硫离子的核外电子排布式:
1s22s22p63s23p6
D.S原子的电子排布图:
3.下列说法不正确的是()
A.核外电子排布为1s22s22p43s2的原子处于激发态
B.某元素质量数51,中子数28,其基态原子中未成对电子数为1
C.若某基态原子的外围电子排布为4d15s2,该元素原子核外有5个电子层
D.BF3中B原子sp2杂化,为平面三角形
4.下列能级中轨道数为5的是()
A.s能级B.p能级C.d能级D.f能级
5.如图是一些原子的2p能级和3d能级中电子排布的情况,其中正确的是()
A.
B.
C.
D.
6.某元素基态原子失去3个电子后,3d轨道半充满,其原子序数为()
A.24B.25C.26D.27
7.已知下列电子排布图所表示的是元素的原子,其中能量处于最低状态的是()
A.
B.
C.
D.
二、填空题
8.由徐光宪院士发起、院士学子同创的《分子共和国》科普读物最近出版了,全书形象生动地戏说了BF3、TiO2、HCHO、N2O、二茂铁、NH3、HCN、H2S、O3、异戊二烯和萜等众多“分子共和国”中的明星。
(1)写出Fe3+的基态核外电子排布式。
(2)HCHO分子中碳原子轨道的杂化轨道类型为;1molHCN分子中含有σ键的数目为__________mol。
(3)N2O的空间构型为。
10.铜及其化合物在科学研究和工业生产中具有许多用途。
(1)纳米氧化亚铜(Cu2O)是一种用途广泛的光电材料,已知高温下Cu2O比CuO稳定,
①画出基态Cu原子的价电子轨道排布图_______________;
②从核外电子排布角度解释高温下Cu2O比CuO更稳定的原因_________________;
11.[化学——选修3:
物质结构与性质]利用元素周期表中同族元素的相似性,可预测元素的性质。
(1)写出P元素的基态原子的核外电子排布式:
__________,P元素的基态原子有_________个未成对电子。
(2)白磷的分子式为P4,其结构如下图所示。
科学家目前合成了N4分子,在N4分子中N原子的杂化轨道类型是___________,N—N键的键角为_____________
(3)N、P、As原子的第一电离能由大到小的顺序为_____________。
12.钒、砷均属于第四周期元素,最高正价均为+5。
I.高纯度砷可用于生产具有“半导体贵族”之称的新型半导体材料GaAs,砷与氯气反应可得到AsCl3、AsCl5两种氯化物。
(1)两种氯化物分子中属于非极性分子的是,AsCl3分子的中心原子杂化类型是,分子构型是。
(2)Ga与As相比,第一电离能较大的元素是,GaAs中砷的化合价为。
研究表明,在GaAs晶体中,Ga、As原子最外电子层均达到8电子稳定结构,则GaAs的晶体类型是。
13.氟及氟产品在工农业生产中应用非常广泛,回答下列问题:
(1)基态氟原子核外电子的运动状态有____________种,这些电子的电子云形状有___________种;氟原子的价电子排布式为______________;
(2)NaHF2(氟化氢钠)电解可制氟气,NaHF2中所含作用力的类型有______;与HF2-互为等电子体的分子有________;(举一例).
(3)N2F2(二氟氮烯)分子中,氮原子的杂化轨道类型为_____________,画出N2F2可能的结构式______________;
14.X、Y、Z、U、W是原子序数依次增大的前四周期元素.其中Y的原子核外有7种运动状态不同的电子;X、Z中未成对电子数均为2;U是第三周期元素形成的简单离子中半径最小的元素;W的内层电子全充满,最外层只有1个电子.请回答下列问题:
(1)X、Y、Z的第一电离能从大到小的顺序是___________(用元素符号表示,下同)。
(2)写出W的价电子排布式_____________,W同周期的元素中,与W原子最外层电子数相等的元素还有____________。
(3)根据等电子体原理,可知化合物XZ的结构式是__________,YZ2-的VSEPR模型是___________。
(4)X、Y、Z的.简单氮化物的键角从大到小的顺序是_______(用化学式表示),原因是________________
(5)由元素Y与U元素组成的化合物A,晶胞结构如图所示(黑球表示Y原子,白球表示U原子),请写出化合物A的化学式___________,该物质硬度大,推测该物质为_________晶体。
其中Y元素的杂化方式是______。
(6)U的晶体属立方晶系,其晶胞边长为405pm,密度是2.70g/cm3,通过计算确定其晶胞的类型_____(堆简单立方堆积、体心立方堆积或面心立方最密堆积)(己知:
4053=6.64×107)。
15.【物质结构与性质】硒(Se)是一种有抗癌、抗氧化作用的元素,可以形成多种化合物。
(1)基态硒原子的价层电子排布式为。
(2)锗、砷、硒的第一电离能大小排序为。
H2SeO4的酸性比H2SeO3的强,其原因是。
(3)H2SeO3的中心原子杂化类型是;SeO32-的立体构型是。
与SeO42-互为等电体的分子有(写一种物质的化学式即可)。
(4)H2Se属于(填:
极性或非极性)分子;单质硒的熔点为217℃,它属于晶体。
(5)硒化锌是一种重要的半导体材料,其晶胞结构如图所示,该晶胞中硒原子的配位数为;若该晶胞密度为ρg•cm-3,硒化锌的摩尔质量为Mg/mol。
NA代表阿伏加德罗常数,则晶胞参数a为___________pm。
16.砷(As)及其化合物可用于制半导体及除草剂等。
回答下列问题:
(1)砷是氮的同族元素,比氮多2个电子层,砷在周期表中的位置为第__________周期___________族;AsH3的热稳定性比NH3___________(填“强”或“弱”)。
砷在自然界中丰度最大的核素的中子数为40,该核素为______________(用元素符号表示)。
(2)砷化镓是常见的半导体材料,Ga与As同周期,镓最外层有3个电子,砷化镓的化学式为____________。
(3)某工业废水中含有少量的As2O3,向该废水中通入硫化氢可将其转化为更难溶的As2S3,该反应的化学方程式为__________________。
17.M、R、X、Y为原子序数依次增大的短周期主族元素,Z是一种过渡元素。
M基态原子L层中p轨道电子数是s轨道电子数的2倍,R是同周期元素中最活泼的金属元素,X和M形成的一种化合物是引起酸雨
的主要大气污染物,该化合物有漂白性,能使品红溶液褪色,Z的基态原子4s和3d轨道半充满。
请回答下列问题:
(1)Z原子的价电子排布式是,X和Y中电负性较大的是(填元素符号)。
(2)X的氢化物的沸点低于与其组成相似的M的氢化物,其原因是。
(3)X与M形成的XM3分子的空间构型是,中心原子的杂化轨道类型为。
(4)M和R所形成的一种离子化合物R2M晶体的晶胞如下图所示,则图中黑球代表的离是____________(填离子符号)。
评卷人
得分
三、推断题
18.【选修3:
物质结构与性质】X、Y、M、Z、R为前四周期元素,且原子序数依次增大。
XY2是红棕色气体;X与氢元素可形成XH3;M是周期表中电负性最大的元素;Z基态原子的M层是K层电子数的3倍;R2+离子的3d轨道中有9个电子。
请回答下列问题:
(1)基态Y原子的价电子排布图是___________;Z所在周期中第一电离能最大的主族元素是___________(元素名称)。
(2)XY2¯离子的立体构型是___________;R2+的水合离子[R(H2O)4]2+中,提供孤电子对的原子是___________(元素符号)。
(3)已知XH3易与R2+形成配离子,但XM3不易与R2+形成配离子,其原因是______________________。
(4)Y与R所形成的化合物晶体晶胞如下图所示,该晶体的化学式:
___________;晶胞参数如下图所示,则该晶胞密度是___________g·cm-3(列式并计算结果,保留小数点儿后一位)。
(5)图1表示某种含氮有机化合物的结构,其分子内4个氮原子分别位于正四面体的4个顶点(见图2),分子内存在空腔,能嵌入某离子或分子并形成4个氢键予以识别。
下列分子或离子中,能被该有机化合物识别的是___________(填标号)。
a.CF4b.CH4c.NH4+d.H2O
参考答案
1.A
【解析】
试题分析:
氧化物的化学式为RO,则n克它的氧化物所含电子物质的量为
,答案选A。
考点:
考查核素组成的有关判断
2.D
【解析】
试题分析:
A.D2O分子中氧原子含有的价层电子对数=
,因此为sp3杂化,A正确;B.Cr原子的原子序数是24,区价电子排布式:
3d54s1,B正确;C.硫离子的核外有18个电子,其电子排布式为1s22s22p63s23p6,C正确;D.S原子的电子排布图为
,D错误,答案选D。
考点:
考查化学用语正误判断
3.B
【解析】
试题分析:
A.处于基态的原子的核外电子排布为1s22s22p6,核外电子排布为1s22s22p2,1s22s22p43s2的原子处于激发态,A项正确;B.某元素质量数51,中子数28,则质子数为51-28=23,其基态原子的核外电子排布为[Ar]3d34s2,其未成对电子数为3,B项错误;C.根据基态原子的外围电子排布为4d15s2,可知该该元素原子核外有5个电子层,C项正确;D.根据价层电子对互斥理论,BF3中成键电子对为3,孤电子对为(3-3)÷2=0,价电子对数为3+0=3,则B原子sp2杂化,为平面三角形,D项正确;答案选B。
考点:
考查核外电子排布,杂化类型的判断等知识。
4.C
【解析】
试题分析:
能级的轨道数分别为1、3、5、7,故选项C正确。
考点:
考查能级和轨道数等知识。
5.D
【解析】
试题分析:
原子核外电子排布,应满足能量最低原理,洪特规则以及泡利不相容原理,以此进行判断.
解:
A.同一轨道自旋方向相同,违反泡利不相容原理,故A错误;
B.2p能层有3个电子,应在3个不同的轨道,不符合洪特规则,故B错误;
C.不同轨道的单电子自旋方向不同,违反了洪特规则,故C错误;
D.符合洪特规则、泡利不相容原理,故D正确.
故选D.
6.C
【解析】
试题分析:
根据构造原理,核外电子排满4s再排3d,元素的基态原子失去3个电子后,它的3d轨道上的电子恰好半满3d5,所以4s上的电子数为2,其原子子的电子排布为:
1s22s22p63s23p63d64s2,核外电子数为26,答案为C。
考点:
考查元素的推断
7.A
【解析】
试题分析:
A选项电子能量处于最低的状态即为基态;B选项中2s上的电子激发到2p上,应为激发态,能量较高;C选项中2p上的三个电子尽可能分占不同轨道,且自旋方向相同时能量最低;D选项中,应先填满2s,再填2p,错误.
考点:
原子电子排布
8.
(1)[Ar]3d5
(2)sp2杂化;2
(3)直线型;SCN-(或CNO-或OCN-等)
(4)Ti(钛)
【解析】
试题分析:
(1)铁是26号元素,铁原子核外有26个电子,铁原子失去3个电子变为Fe3+,根据构造原理知,该离子核外电子排布式为[Ar]3d5,故答案为:
[Ar]3d5;
(2)HCHO中C原子杂化轨道数为3+
×(4-2×1-2)=3,采取sp2杂化方式,HCN中含有1个H-C键,1个C≡N键,共有2个σ键,所以1molHCN中含有的σ键的数目为2mol,故答案为:
sp2;2;
(3)N2O中O原子杂化轨道数为2+
×(6-2×3)=2,采取sp杂化方式,空间构型为直线型,与N2O互分等电子体的一种离子为SCN-等,故答案为:
直线型;SCN-等;
(4)黑球的数目=8×
+1=2,白球数目=4×
=4,黑白球比例为1:
2,故黑球是Ti,故答案为:
钛(Ti)。
考点:
考查了核外电子排布式的书写、等电子体、杂化轨道类型、σ键数的判断、配位键的相关知识。
9.
(1)[Ar]3d54s2;
(2)①8mol;②sp3,CO2;③
IF5+3H2O=HIO3+5HF;(3)4。
【解析】
试题分析:
(1)Mn是25号元素,位于第四周期VIIB族元素,电子排布式为:
[Ar]3d54s2;
(2)①成键原子间只能形成一个σ键,因此1mol此物质中含有8molσ键;②H2O2的结构简式为H-O-O-H,杂化轨道数等于价层电子对数,价层电子对数=σ键+孤电子对数,因此O的价层电子对数为4,杂化类型为sp3,等电子体是原子总数相等,价电子总数的相等的微粒,因此与CS2是等电子体的是CO2;③发生双水解反应,根据水解的定义,此反应式IF5+3H2O=HIO3+5HF;(4)S2-位于顶点和面上,离子晶体的配位数是距离最近的异性微粒的个数,即S2-的配位数是4。
考点:
考查化学用语、杂化类型、等电子体等知识。
10.
(1)①
②亚铜离子核外电子处于稳定的全充满状态(1分)
(2)①Cu(OH)2+4NH3=[Cu(NH3)4]2++2OH-(2分)
②a、b、d(2分)③正四面体(1分),sp3(2分)
(3)12(2分),4×64/[6.02×1023×(361.4×10-10)3](3分)
【解析】
试题分析:
(1)①Cu的核外电子排布为3d104s1,故价电子轨道排布图为
。
②亚铜离子核外电子处于稳定的全充满状态,所以导致高温下Cu2O比CuO更稳定;
(2)①Cu(OH)2溶解氨气的离子方程式为Cu(OH)2+4NH3=[Cu(NH3)4]2++2OH-;
②Cu(NH3)4SO4·H2O晶体中存在的化学键有离子键,极性键和配位键,答案选a、b、d;
③SO42-中S原子的价层电子对数是4,且不存在孤对电子,为sp3杂化,立体构型为正四面体;
(3)由Cu原子的构型可知,晶胞中Cu原子的配位数为12,Cu晶体的密度为
。
考点:
考查核外电子排布、配位键、杂化轨道、空间构型、晶体结构与性质以及计算等
11.
(1)1s22s22p63s23p3或[Ne]3s23p3,3;
(2)sp3,60o;(3)N>P>As;(4)4;
(5)氮化硼(BN)晶体;(145×4)/[NA·(a×10-10)3]或5.8×1032/(NA·a3)。
【解析】
试题分析:
(1)P属于15号元素,位于第三周期第VA族,核外电子排布式1s22s22p63s23p3或[Ne]3s23p3,p能级有三个空轨道,每一个电子优先占据一个轨道,且自旋方向相同,因此有3个未成对电子;
(2)根据白磷的分子结构,每一个氮原子有3个σ键,一个孤电子对,因此杂化类型为sp3,白磷的空间构型为正四面体,但键角是60o;(3)同主族从上到下第一电离能减小,即N>P>As;(4)根据晶胞的结构,B原子全部位于晶胞内,因此每个晶胞有4个B原子;(5)两者为原子晶体,N-B的键长比Ga-As的键长短,因此沸点高的是BN,此晶胞中含B原子数为4个,晶胞的质量为4×145/NAg,晶胞的体积为(a×10-10)3cm3,因此密度为:
(145×4)/[NA·(a×10-10)3]或5.8×1032/(NA·a3)。
考点:
考查能级、杂化类型、第一电离能、晶胞等知识。
12.
(1)AsCl5;sp3杂化;三角锥型;
(2)As;-3;原子晶体;109°28′;
II.(3)1s22s22p63s23p63d34s2或[Ar]3d34s2;+5;2V2O5+4NaCl+O2=4NaVO3+2Cl2;V2O5+5Ca=2V+5CaO;
(4)8;
ρd3NA。
【解析】
试题分析:
(1)AsCl3中As的价层电子对数=3+
(5-1×3)=4,采用sp3杂化,为三角锥型分子,是极性分子;AsCl5中As的价层电子对数=5+
(5-1×5)=5,为三角双锥型分子,是非极性分子,故答案为:
AsCl5;sp3杂化;三角锥型;
(2)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、第VA族元素第一电离能大于其相邻元素,所以第一电离能As>Ga,GaAs中砷的电负性大于镓,所以砷显-3价;由晶体中镓、砷原子最外层电子数目知,镓与砷之间形成了四个共价键(其中有一个为配位键),晶体中每个镓原子、砷原子均与另外四个原子成键,形成空间网状结构的晶体,属于原子晶体,晶体中化学键的键角是109°28′,故答案为:
As;-3;原子晶体;109°28′;
II.(3)钒是23号元素,原子核外电子数为23,基态原子核外电子排布式为:
1s22s22p63s23p63d34s2或[Ar]3d34s2,钒的价电子数为5,结合流程图,在钒的几种价态中,最稳定的是+5价。
反应①是V2O5在空气中与氯化钠反应生成NaVO3,根据化合价的变化情况,Cl元素化合价升高,生成氯气,反应的方程式为2V2O5+4NaCl+O2=4NaVO3+2Cl2;反应②是V2O5被钙还原生成V,反应的方程式为V2O5+5Ca=2V+5CaO,故答案为:
1s22s22p63s23p63d34s2或[Ar]3d34s2;+5;2V2O5+4NaCl+O2=4NaVO3+2Cl2;V2O5+5Ca=2V+5CaO;
(4)根据晶胞图可知,每个矾原子周围距离最近的有8个矾原子,所以矾的配位数为8,每个晶胞中含有的矾原子数为1+8×
=2,晶胞的体积为d3cm3,根据ρ=
可知,钒的相对原子质量M=
ρVNA=
ρd3NA,故答案为:
8;
ρd3NA。
【考点定位】考查原子核外电子的排布、原子轨道杂化方式及杂化类型判断、晶胞的计算
【名师点睛】本题考查原子核外电子的排布规律、原子轨道杂化方式及杂化类型判断、晶胞的计算等知识。
掌握基础知识和基本技能是解题的关键。
根据构造原理可以确定核外电子排布式。
①能量最低原理:
原子核外电子先占有能量较低的轨道,然后依次进入能量较高的轨道;②泡利不相容原理:
每个原子轨道上最多只能容纳2个自旋状态相反的电子;③洪特规则:
在等价轨道(相同电子层、电子亚层上的各个轨道)上排布的电子将尽可能分占不同的轨道,且自旋方向相同。
杂化类型的判断:
中心原子电子对计算公式:
电子对数n=
(中心原子的价电子数+配位原子的成键电子数±电荷数)。
注意:
①当上述公式中电荷数为正值时取“-”,电荷数为负值时取“+”;②当配位原子为氧原子或硫原子时,成键电子数为零;根据n值判断杂化类型:
一般有如下规律:
当n=2,sp杂化;n=3,sp2杂化;n=4,sp3杂化。
13.
(1)9;2;2s22p5
(2)离子键、共价键、氢键;CO2(或Na2O)
(3)sp2;
;
(4)分子
(5)①8;4;②
.
【解析】
试题分析:
(1)基态氟原子核外含有9个电子,则其核外电子的运动状态有9种;氟原子核外含有2s轨道和p轨道两种轨道,则氟原子的电子的电子云形状有2种;氟原子的外围含有7个电子,其外围电子排布式为:
2s22p5,故答案为:
9;2;2s22p5;
(2)NaHF2为离子化合物,存在离子键,H-F键为共价键,F的电负性较强,还存在氢键,故答案为:
离子键、共价键、氢键;CO2(或Na2O);
(3)N2F2(二氟氮烯)分子中,氮原子形成了3个σ键和1个π键,则其杂化轨道类型为sp2;N2F2可能的结构式为:
,故答案为:
sp2;
;
(4)三氟化硼乙醚(如图1)的熔点为-58℃,沸点为126~129℃,其熔沸点降低,应该属于分子晶体,故答案为:
分子;
(5)①在CaF2晶胞中每个Ca2+连接4个氟离子,但在下面一个晶胞中又连接4个氟离子,所以其配位数为8;在CaF2晶胞中每个F-连接4个钙离子,所以其配位数为4,故答案为:
8;4;
②该晶胞中含有钙离子个数=8×
+6×
=4,氟离子在该晶胞的内部,所以氟离子个数是8,该晶胞中含有4个CaF2,该晶胞的体积为:
V=(5.55×10-6)3cm3,该晶胞的密度为:
ρ=
=
,故答案为:
ρ=
。
考点:
考查了原子核外电子排布、原子轨道杂化方式及杂质类型、晶胞结构及计算的相关知识。
14.
(1)N>O>C;
(2)3d104s1;K、Cr;
(3)C≡O;平面三角形;
(4)CH4>NH3>H2O;3种氢化物的中心原子价层电子多少均为4,VSEPR模型均为正四面体结构,但中心原子的孤电子对数依次增加,导致键角变小;
(5)AlN;原子;sp3;
(6)面心立方最密堆积
【解析】
试题分析:
X、Y、Z、U、W是原子序数依次增大的前四周期元素.其中Y的原子核外有7种运动状态不同的电子,则Y为N元素;U是第三周期元素形成的简单离子中半径最小的元素,则U为Al;X、Z中未成对电子数均为2,X的原子序数小于N,而Z的原子序数介于N、Al之间,X、Z的核外电子排布分别为1s22s22p2,1s22s22p4,故X为C元素、Z为O元素;W的内层电子全充满,最外层只有1个电子,原子序数大于Al,只能处于第四周期,核外电子数为2+8+18+1=29,故W为Cu元素。
(1)同周期随原子序数增大,第一电离能呈增大趋势,但N元素2p能级为半满稳定状态,能量较低,第一电离能高于同周期相邻元素,故第一电离能N>O>C,故答案为:
N>O>C;
(2)W为Cu元素,价电子排布式为3d104s1,W同周期的元素中,与W原子最外层电子数相等的元素还有3p64s1,为K元素、3d54s1,为Cr元素,故答案为:
3d104s1;K、Cr;
(3)根据等电子体原理,可知化合物CO与N2互为等电子体,CO的结构式是C≡O,YZ2-为NO2-,中心原子价层电子对数=2+
×(5+1-2×2)=3,VSEPR模型是平面三角形,故答案为:
C≡O;平面三角形;
(4)X、Y、Z的最简单氢化物分别为CH4、NH3、H2O,3种氢化物的中心原子价层电子对数均为4,VSEPR模型均为正四面体形,但中心原子的孤电子对数依次增大,导致键角变小,故键角:
CH4>NH3>H2O,故答案为:
CH4>NH3>H2O;3种氢化物的中心原子价层电子对数均为4,VSEPR模型均为正四面体形,但中心原子的孤电子对数依次增大,导致键角变小;
(5)晶胞中N原子数目为4,Al原子数目为8×
+6×
=4,故该化合物化学式为AlN,该物质硬度大,属于原子晶体,Y原子形成4个共价键,故Y原子杂化方式为sp3,故答案为:
AlN;原子;sp3;
(6)设晶胞中Al原子数目为N(Al),则N(Al)×
g=(405×10-10)3×2.70g/cm3,解得N(Al)=4.00,所以其晶胞的类型面心立方密堆积,故答案为:
面心立方最密堆积。
【考点定位】考查核外电子排布、电离能、杂化方式、晶胞计算
【名师点晴】本题是对物质结构与性质的考查,涉及核外电子排布、电离能、杂化方式、晶胞计算等,是对学生综合能力的考查。
关键是准确推断
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