高考化学压轴题之原子结构与元素周期表高考题型整理突破提升含答案.docx
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高考化学压轴题之原子结构与元素周期表高考题型整理突破提升含答案
高考化学压轴题之原子结构与元素周期表(高考题型整理,突破提升)含答案
一、原子结构与元素周期表练习题(含详细答案解析)
1.著名化学家徐光宪在稀土化学等领域取得了卓越成就,被誉为“稀土界的袁隆平”。
稀土元素包括钪、钇和镧系元素。
请回答下列问题:
(1)写出基态二价钪离子(Sc2+)的核外电子排布式____,其中电子占据的轨道数为____。
(2)在用重量法测定镧系元素和使镧系元素分离时,总是使之先转换成草酸盐,然后经过灼烧而得其氧化物,如2LnCl3+3H2C2O4+nH2O=Ln2(C2O4)3∙nH2O+6HCl。
①H2C2O4中碳原子的杂化轨道类型为____;1molH2C2O4分子中含σ键和π键的数目之比为___。
②H2O的VSEPR模型为___;写出与H2O互为等电子体的一种阴离子的化学式_______。
③HCI和H2O可以形成相对稳定的水合氢离子盐晶体,如HCl∙2H2O,HCl∙2H2O中含有H5O2+,结构为
,在该离子中,存在的作用力有___________
a.配位键b.极性键c.非极性键d.离子键e.金属键f氢键g.范德华力h.π键i.σ键
(3)表中列出了核电荷数为21~25的元素的最高正化合价:
元素名称
钪
钛
钒
铬
锰
元素符号
Sc
Ti
V
Cr
Mn
核电荷数
21
22
23
24
25
最高正价
+3
+4
+5
+6
+7
对比上述五种元素原子的核外电子排布与元素的最高正化合价,你发现的规律是___________
(4)PrO2(二氧化镨)的晶胞结构与CaF2相似,晶胞中Pr(镨)原子位于面心和顶点。
假设相距最近的Pr原子与O原子之间的距离为apm,则该晶体的密度为_____g∙cm-3(用NA表示阿伏加德罗常数的值,不必计算出结果)。
【答案】1s22s22p63s23p63d110sp2杂化7:
2四面体形NH2-abfi五种元素的最高正化合价数值等于各元素基态原子的最高能层s电子和次高能层d电子数目之和
【解析】
【分析】
(1)Sc(钪)为21号元素,1s22s22p63s23p63d14s2,据此写出基态Sc2+核外电子排布式;s、p、d能级分别含有1、3、5个轨道,基态Sc2+的核外电子3d轨道只占了一个轨道,据此计算Sc2+占据的轨道数;
(2)①根据杂化轨道理论进行分析;根据共价键的类型结合该分子的结构进行分析计算;
②根据价层电子对互斥理论分析H2O的分子空间构型;等电子体是原子数相同,电子数也相同的物质,据此写出与之为等电子体的阴离子;
③HCl∙2H2O中含有H5O2+,结构为
,据此分析该粒子存在的作用力;
(3)根据表中数据,分别写出Sc、Ti、V、Cr、Mn的外围电子排布式为:
3d14s2、3d24s2、3d34s2、3d54s1、3d54s2,则有五种元素的最高正化合价数值等于各元素基态原子的最高能层s电子和次高能层d电子数目之和;
(4)根据均摊法进行计算该晶胞中所含粒子的数目,根据密度=
进行计算。
【详解】
(1)Sc(钪)为21号元素,基态Sc2+失去两个电子,其核外电子排布式为:
1s22s22p63s23p63d1,s、p、d能级分别含有1、3、5个轨道,但基态Sc2+的核外电子3d轨道只占了一个轨道,故共占据1×3+3×2+1=10个,故答案为:
1s22s22p63s23p63d1;10;
(2)①H2C2O4的结构式为
,含碳氧双键,则碳原子的杂化轨道类型为sp2杂化,分子中含有7个σ键、2个π键,所以σ键和π键数目之比为:
7:
2,故答案为:
sp2杂化;7:
2;
②H2O中O原子的价层电子对数
,且含有两个2个孤对电子,所以H2O的VSPER模型为四面体形,分子空间构型为V形,等电子体是原子数相同,电子数也相同的物质,因此,与H2O互为等电子体的阴离子可以是NH2-,故答案为:
四面体形;NH2-;
③HCl∙2H2O中含有H5O2+,结构为
,存在的作用力有:
配位键、极性键、氢键和σ键,故答案为:
abfi;
(3)根据表中数据,分别写出Sc、Ti、V、Cr、Mn的外围电子排布式为:
3d14s2、3d24s2、3d34s2、3d54s1、3d54s2,则有五种元素的最高正化合价数值等于各元素基态原子的最高能层s电子和次高能层d电子数目之和,故答案为:
五种元素的最高正化合价数值等于各元素基态原子的最高能层s电子和次高能层d电子数目之和;
(4)由图可知,相距最近的Pr原子和O原子之间的距离为该立方体晶胞的体对角线的
,则该晶胞的晶胞参数
,每个晶胞中占有4个“PrO2”,则该晶胞的质量为
,根据
可得,该晶体的密度为:
,故答案为:
。
【点睛】
本题考查新情景下物质结构与性质的相关知识,意在考查考生对基础知识的掌握情况以及对知识的迁移能力;本题第
(2)小题的第②问中H2O的VSEPR模型容易习惯性写为空间构型V形,解答时一定要仔细审题,注意细节。
2.下表为元素周期表的一部分,请参照元素①~⑨在表中的位置,回答下列问题。
(1)第三周期元素中非金属性最强的元素的原子结构示意图是___。
(2)②③⑦最高价氧化物对应水化物的酸性由强到弱的顺序是___(填化学式)。
(3)下列可以判断⑤和⑥金属性强弱的是___(填序号)。
a.单质的熔点:
⑤<⑥
b.化合价:
⑤<⑥
c.单质与水反应的剧烈程度:
⑤>⑥
d.最高价氧化物对应水化物的碱性:
⑤>⑥
(4)为验证第ⅦA族部分元素非金属性的递变规律,设计如图装置进行实验,请回答:
①仪器A的名称是___,A中发生反应的离子方程式是___。
②棉花中浸有NaOH溶液的作用是___(用离子方程式表示)。
③验证溴与碘的非金属性强弱:
通入少量⑨的单质,充分反应后,将A中液体滴入试管内,取下试管,充分振荡、静置,可观察到___。
该实验必须控制⑨单质的加入量,否则得不出溴的非金属性比碘强的结论。
理由是___。
④第ⅦA族元素非金属性随元素核电荷数的增加而逐渐减弱的原因:
同主族元素从上到下原子半径逐渐_____(填“增大”或“减小”),得电子能力逐渐减弱。
【答案】
HNO3>H2CO3>H2SiO3cd分液漏斗2Br-+Cl2=Br2+2Cl-Cl2+2OH-=H2O+Cl-+ClO-溶液分层,下层液体为紫红色氯气能够氧化溴离子和碘离子,氯气必须少量,否则干扰检验结果增大
【解析】
【分析】
由元素在周期表的位置可知,元素①~⑨分别为H、C、N、O、Na、Al、Si、S、Cl,结合元素周期律和物质的性质分析解答。
【详解】
(1)第三周期元素中非金属性最强的元素是Cl,其原子结构示意图是
;
(2)元素非金属性越强,其最高价氧化物对应水化物的酸性越强,则②③⑦最高价氧化物对应水化物的酸性由强到弱的顺序是HNO3>H2CO3>H2SiO3;
(3)a.根据单质的熔点不能判断金属性强弱,故a错误;
b.化合价高低不能作为比较金属性的依据,故b错误;
c.Na与水反应比Al剧烈,说明金属性:
Na>Al,可以比较,故c正确;
d.元素的金属性越强,最高价氧化物对应水化物的碱性越强,可以比较,故d正确;
答案选cd;
(4)①A为分液漏斗,A中发生氯气与NaBr的氧化还原反应,离子方程式为2Br-+Cl2=Br2+2Cl-;
②NaOH溶液用于吸收氯气,离子方程为Cl2+2OH-=H2O+Cl-+ClO-;
③溴与KI反应生成碘单质,碘单质易溶于四氯化碳。
将A中液体滴入试管内,充分振荡、静置,可观察到溶液分层,下层呈紫色;若通入过量氯气,剩余的氯气能够进入试管先于Br2氧化碘离子,干扰溴与碘离子的反应,所以氯气必须少量,否则干扰检验结果;
④同主族元素从上到下,原子核外电子层数增加,原子半径增大,故得到电子能力减弱。
【点睛】
比较金属性的强弱,是看金属与水或与酸反应的剧烈程度,最高价氧化物对应水化物的碱性强弱,比较非金属性强弱,可以依照单质的氧化性的强弱。
3.据《中国质量报》报道,我国首次将星载铷(Rb)钟应用于海洋二号卫星,已知
的原子序数为37。
回答下列有关铷的问题:
(1)Rb的原子结构示意图中共有______个电子层,最外层电子数为______。
(2)Rb在元素周期表中的位置是______。
(3)取少量铷单质加入水中,可观察到其剧烈反应,放出气体______(写化学式),在反应后的溶液中滴加紫色石蕊试液,溶液显______色,因为___________(用离子方程式表示)。
(4)Rb的还原性比K的还原性______(填“弱”或“强”)。
【答案】51第五周期ⅠA族H2蓝2Rb+2H2O=2Rb++2OH-+H2↑强
【解析】
【分析】
根据元素周期律,结合原子核外电子排布规律确定Rb元素在周期表的位置,利用元素周期律分析、解答。
【详解】
(1)Rb是37号元素,根据原子核外电子排布规律,可知Rb核外电子排布为2、8、18、8、1,所以Rb的原子结构示意图中共有5个电子层,最外层电子数为1个;
(2)Rb核外电子排布是2、8、18、8、1,根据原子核外电子层结构与元素在周期表的位置关系可知Rb在元素周期表中的位置是第五周期第IA族;
(3)Na是活泼金属,与水发生反应:
2Na+2H2O=2NaOH+H2↑,Rb与Na是同一主族的元素,由于元素的金属性Rb>Na,所以Rb与水反应比钠更剧烈反应放出H2;RbOH是一元强碱,水溶液显碱性,在反应后的溶液中滴加紫色石蕊试液,溶液显蓝色,该反应的离子方程式为:
2Rb+2H2O=2Rb++2OH-+H2↑;
(4)同一主族的元素,由于从上到下,原子核外电子层数逐渐增多,原子半径逐渐增大,原子失去电子的能力逐渐增强,获得电子的能力逐渐减弱,Rb在K元素下一周期,所以Rb的还原性比K的还原性强。
【点睛】
本题考查了原子核外电子排布与元素在周期表的位置及元素性质的关系,掌握原子核外电子层数等于元素在周期表的周期序数,原子核外最外层电子数等于元素的族序数。
利用同一主族的元素由上到下元素的金属性逐渐增强分析判断。
4.A、B、C、D、E、F是核电荷数依次增大的六种短周期主族元素,A元素的原子核内只有1个质子;B元素的原子半径是其所在主族中最小的,B的最高价氧化物对应水化物的化学式为HBO3;C元素原子的最外层电子数比次外层多4;C的阴离子与D的阳离子具有相同的电子排布,两元素可形成化合物D2C;C、E同主族。
(1)B在周期表中的位置_________
(2)F元素的最高价氧化物对应的水化物的化学式为________。
(3)元素C、D、E形成的简单离子半径由小到大的顺序________(用离子符号表示)。
(4)写出化合物D2C2的电子式:
________。
(5)E、F的简单离子的还原性大小顺序为:
_________。
(6)已知E单质和F单质的水溶液反应会生成两种强酸,其离子方程式为_______。
【答案】第二周期第ⅤA族HClO4Na+ S2->Cl-S+3Cl2+4H2O=8H++SO42-+6Cl- 【解析】 【分析】 由题干信息,A、B、C、D、E、F是核电荷数依次增大的六种短周期主族元素,A元素的原子核内只有1个质子,则A为H元素,B元素的原子半径是其所在主族元素原子中最小的,B的最高价氧化物对应水化物的化学式为HBO3,则B的最高化合价为+5,位于周期表中第ⅤA族,应为N元素,C元素原子的最外层电子数比次外层电子数多4,则原子核外电子排布为2、6,应为O元素,C的阴离子与D的阳离子具有相同的电子排布,两元素可形成化合物D2C,则D的化合价为+1,应为Na元素,C、E同主族,则E为S元素,F为Cl元素,据此分析解答问题。 【详解】 (1)根据上述分析,B为N元素,是第7号元素,在元素周期表的第二周期第ⅤA族,故答案为: 第二周期第ⅤA族; (2)F为Cl元素,其最高价氧化物对应水化物为高氯酸,化学式为HClO4,故答案为: HClO4; (3)Na+、O2-电子层数均为2,而核电荷数: Na+>O2-,则半径: Na+ Na+ (4)D2C2为Na2O2,是离子化合物,其电子式为: ,故答案为: ; (5)非金属性Cl>S,单质的氧化性Cl2>S,则对应简单离子的还原性Cl- S2->Cl-; (6)E的单质为S,F的单质为Cl2,S和Cl2的水溶液发生氧化还原反应生成H2SO4和HCl,离子方程式为S+3Cl2+4H2O=8H++SO42-+6Cl-,故答案为: S+3Cl2+4H2O=8H++SO42-+6Cl-。 5.元素周期表与元素周期律在学习、研究和生产实践中有很重要的作用。 下表列出了a~e5种元素在周期表中的位置。 族 周期 ⅠA ⅡA ⅢA ⅣA ⅤA ⅥA ⅦA 0 2 a 3 b c d e (1)a的元素符号是______。 (2)金属性b强于c,用原子结构解释原因: ______,失电子能力b大于c。 (3)d、e的最高价氧化物对应的水化物中,酸性较强的的是______。 (4)已知硒(Se)与d同主族,且位于d下一个周期,根据硒元素在元素周期表中的位置推测,硒可能具有的性质是______。 ①其单质在常温下呈固态 ②SeO2既有氧化性又有还原性 ③最高价氧化物对应的水化物的化学式为H2SeO3 ④非金属性比e元素的强 【答案】C电子层数b与c相同,核电荷数b小于c,原子半径b大于cHClO4①② 【解析】 【分析】 由元素在周期表中的分布可知,a是C,b是Na,c是Al,d是S,e是Cl,结合元素周期律分析解答。 【详解】 由元素在周期表中的分布可知,a是C,b是Na,c是Al,d是S,e是Cl。 (1)a是碳元素,元素符号为C,故答案为: C; (2)b是钠,c是铝,由于电子层数b与c相同,核电荷数b小于c,原子半径b大于c,失电子能力b大于c,因此金属性b强于c,故答案为: 电子层数b与c相同,核电荷数b小于c,原子半径b大于c; (3)d的非金属性小于e,因此最高价氧化物对应的水化物中,酸性较强的的是高氯酸,故答案为: HClO4; (4)硒(Se)与S同主族,且位于S下一个周期,非金属性比S弱。 ①常温下硫为固体,同一主族元素的非金属单质,从上到下,熔沸点逐渐升高,因此硒单质在常温下呈固态,故①正确;②SeO2中Se的化合价为+4价,介于-2~+6之间,既有氧化性又有还原性,故②正确;③Se的最高价为+6价,最高价氧化物对应的水化物的化学式为H2SeO4,故③错误;④硒(Se)与S同主族,且位于S下一个周期,非金属性比S弱,故④错误;故答案为: ①②。 【点睛】 本题的易错点为(4),要注意元素周期律的理解和应用,②的判断要注意在氧化还原反应中处于中间价态的元素既有氧化性又有还原性。 6.下表是元素周期表的一部分,表中所列字母分别代表一种元素。 (1)表中的实线表示系周期表的部分边界,请用实线补全元素周期表的上边界____ (2)常温下,其单质呈液态的元素是____(填字母代号),它与e形成的化合物电子式为: ___________(用元素符号表示) (3)b元素形成的单质所属晶体类型可能是________(填序号) ①分子晶体②原子晶体③金属晶体④离子晶体⑤过渡型晶体 (4)元素c、d、g的氢化物的沸点由高到低的顺序为________(用化学式表示) (5)NH3·H2O的电离方程NH3·H2O NH+4+OH-,试判断NH3溶于水后,形成的NH3·H2O的合理结构__________(填字母代号) 【答案】 m ①②⑤H2O>HF>HClb 【解析】 【分析】 (1)第一周期中含有2种元素,处于第1列、18列;第2、3周期中元素处于1,2列,13~18列,据此画出元素周期表的上边界; (2)常温下,呈液态的单质为溴与金属汞,由图可知位置可知,为溴单质,处于第四周期17列;e为Na元素,溴与钠形成的化合物为NaBr,由钠离子与氯离子构成; (3)b为碳元素,形成的单质可能为原子晶体,如金刚石,可能为分子晶体,若富勒烯,可能为过渡型晶体,如石墨; (4)c为氧元素、d为氟元素、g为氯元素,结合常温下氢化物状态与氢键判断氢化物的沸点; (5)氨水的电离生成NH4+、OH-,说明NH3•H2O 中O-H键发生断裂,来确定氨水的结构和成键情况。 【详解】 (1)第一周期中含有2种元素,处于第1列、18列;第2、3周期中元素处于1,2列,13~18列,故元素周期表的上边界为: ; (2)常温下,呈液态的单质为溴与金属汞,由图可知位置可知,为溴单质,处于第四周期17列,为表中m元素;e为Na元素,溴与钠形成的化合物为NaBr,由钠离子与氯离子构成,溴化钠电子式为 ; (3)b为碳元素,形成的单质可能为原子晶体,如金刚石,可能为分子晶体,若富勒烯,可能为过渡型晶体,如石墨; (4)c为氧元素、d为氟元素、g为氯元素,常温下水为液体,HF、HCl为气体,故水的沸点较高,HF中分子之间存在氢键,沸点比HCl高,故沸点H2O>HF>HCl; (5)NH3溶于水后,形成的NH3•H2O中,根据NH3•H2O的电离方程式为NH3•H2O⇌NH4++OH-,可知结构中含有铵根和氢氧根的基本结构,故NH3•H2O结构为b,故答案为b。 7.已知A、B、C、D是中学化学中常见的四种不同粒子,它们之间存在如下图所示的转化关系: (1)如果A、B、C、D均是10电子的粒子,请写出: A的结构式_____________;D的电子式____________; (2)如果A和C是18电子的粒子,B和D是10电子的粒子,请写出: ①A与B在溶液中反应的离子方程式: ____________________________________ ②根据上述离子方程式,可判断C与B结合质子的能力大小是(用化学式或离子符号表示)________>________。 【答案】 或H-F H2S+OH-=HS-+H2O或HS-+OH-=S2-+H2OOH-S2-或HS- 【解析】 【详解】 (1)如果A、B、C、D均是10电子的粒子,符合关系的微粒分别为NH4+或HF、OH-、NH3或F-、H2O; (2)如果A和C是18电子的粒子,A为H2S或HS-,C为HS-或S2-,B和D是10电子的粒子,分别为OH-、H2O; 8.某元素原子的电子排布式为 ,根据原子核外电子排布与元素在元素周期表中的位置关系,完成下列各题: (1)该元素处于元素周期表的第______周期,该周期的元素种数是______; (2)该元素处于元素周期表的第______族,该族的非金属元素种数是______。 (3)试推测该元素处于元素周期表的______区,该区包含族的种类是______。 【答案】四18ⅢA1pⅢA~ⅦA族、0族 【解析】 【分析】 (1)电子层数=周期数,由核外电子排布可知,该元素处于第四周期,含有18种元素; (2)根据外围电子排布可知,为主族元素,主族族序数=最外层电子数,非金属性元素的最外层电子数大于电子层数,据此判断; (3)根据价层电子排布为4s24p1,可以确定该元素在p区,ⅡA~ⅦA族、零族。 【详解】 (1)根据元素原子有4个电子层容纳电子,则该元素处于第四周期,该周期元素原子的电子排布式为[Ar]3d1-104s1-24p1-6,故共有18种元素; (2)由外围电子排布为4s24p1,可知该元素处于p区,为主族元素,最外层电子数为3,处于ⅢA族,本族元素只有一种非金属元素--硼; (3)由外围电子排布为4s24p1,可知该元素处于p区,由该区元素的价层电子的电子排布为ns24p1-6,可以确定所包含元素族的种数为ⅢA~ⅦA族、零族。 【点睛】 对于主族元素,最外层电子数等于族数,周期数等于电子层数。 9.有关物质存在如图所示的转化关系,已知C、G、H为中学常见的单质,其中G固态时呈紫黑色,C、H在通常状况下为气体,实验室常用E在B的催化加热下制单质H。 (1)写出B物质的名称_______________________; (2)写出①的化学反应方程式___________________________________________________; (3)写出②的离子方程式_____________________________________________________________; (4)在D溶液中通入C后的溶液中,分离出G的操作名称是_______________________。 【答案】二氧化锰MnO2+4HCl(浓)=MnCl2+Cl2↑+2H2O6I-+ClO3-+6H+=3I2+Cl-+3H2O萃取 【解析】 【分析】 G为紫黑色固体单质,且是常见单质,则G是碘单质;实验室常用E在B的催化加热下制单质H,实验室需要催化剂制取的气体单质只有氧气,所以H为O2,常用氯酸钾在二氧化锰的催化下加热分解制取氧气,所以B为MnO2,E是KClO3;浓A溶液与B(二氧化锰)加热可以生成气体单质C,则A为HCl,气体C为Cl2,氯气可以与D(含I-溶液)反应生成碘单质,且D与HCl、KClO3反应生成碘单质,根据元素守恒可知F为KCl溶液,则D为KI溶液。 【详解】 (1)根据分析可知B为二氧化锰,故答案为: 二氧化锰; (2)该反应为浓盐酸与二氧化锰共热制取氯气的反应,故答案为: MnO2+4HCl(浓)=MnCl2+Cl2↑+2H2O; (3)该反应为KI在酸性环境中与KClO3发生归中反应生成碘单质的反应,故答案为: 6I-+ClO3-+6H+=3I2+Cl-+3H2O; (4)通过萃取可将碘单质从溶液中分离,故答案为: 萃取。 【点睛】 实验室制取氧气的反应有: 1、加热高锰酸钾,化学式为: 2KMnO4===(△)K2MnO4+MnO2+O2↑; 2、用催化剂MnO2并加热氯酸钾,化学式为: 2KClO3 2KCl+3O2↑; 3、双氧水在催化剂MnO2(或红砖粉末,土豆,水泥,铁锈等)中,生成O2和H2O,化学式为: 2H2O2 2H2O+O2↑; 10.短周期元素A、B、C、D在元素周期表中的相对位置如表所示,已知A原子最外层电子数与次外层电子数之比为2: 1。 E和C、D同周期,它的原子序数比B多6。 回答下列问题: A B C D (1)人的汗液中含有D的简单离子,其离子结构示意图为______,元素C在元素周期表中的位置是______。 C的最高价氧化物的水化物的浓溶液稀释的方法是______。 (2)A的最高价氧化物的化学式为_____,所含的化学键类型是______(填“离子键”或“共价键”)。 (3)E的最高价氧化物对应的水化物的化学式为____,它是______(填“酸性”或“两性”或“碱性”)化合物。 写出该化合物与氢氧化钠溶液反应的离子方程式______。 (4)加热时,B的最高价氧化物对应水合物
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- 高考 化学 压轴 原子结构 元素 周期表 题型 整理 突破 提升 答案