高考化学 原子结构与元素周期表 综合题及答案解析.docx
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高考化学原子结构与元素周期表综合题及答案解析
高考化学原子结构与元素周期表综合题及答案解析
一、原子结构与元素周期表练习题(含详细答案解析)
1.磷化铝(AlP)和磷化氢(PH3)都是粮食储备常用的高效熏蒸杀虫剂。
(1)磷元素在元素周期表中的位置:
________________。
AlP遇水蒸气会发生反应放出PH3气体,该反应的另一种产物的化学式为________。
(2)PH3具有强还原性,能与CuSO4溶液反应,配平该反应的化学方程式:
________CuSO4+_____PH3+_____H2O=_____Cu3P↓+_____H3PO4+_____H2SO4
(3)工业制备PH3的流程如图所示。
①次磷酸属于________元酸。
②白磷和烧碱溶液反应的化学方程式为:
____________________________________。
③若起始时有1molP4参加反应,则整个工业流程中共生成________molPH3。
(不考虑产物的损失)
【答案】第3周期第VA族Al(OH)324111283241P4+3NaOH+3H2O=PH3↑+3NaH2PO22.5
【解析】
【分析】
(1)原子结构中电子层数等于周期数,最外层电子数等于族序数,AlP遇水蒸气会发生反应放出PH3气体,根据元素守恒确定该反应的另一种产物的化学式;
(2)配平化学方程式,就是通过在各物质的化学式前面添加系数,使反应中每种原子个数在反应前后相等的过程,但对于复杂的化学反应通常通过观察,找出变化的特点或规律,常使用化合价来配平,保证化合价升高与降低的数相等即可;
(3)①根据物质电离出的氢离子数目确定酸的元数;
②根据图示信息:
白磷和烧碱溶液反应生成PH3、NaH2PO2,据此书写方程式;
③根据发生反应的过程寻找关系式,进行计算即可。
【详解】
(1)P处于第3周期ⅤA族,AlP遇水蒸气会发生反应放出PH3气体,根据元素守恒,确定该反应的另一种产物是Al(OH)3,故答案为:
第3周期第VA族;Al(OH)3;
(2)该方程式中Cu价态由+2下降为+1,P价态由-3升高为+5,为保证化合价升降数相等,Cu3P与H3PO4计量数分别为8、3,CuSO4的系数是24,H2SO4系数是24,根据元素守恒,得到:
,故答案为:
24,11,12,8,3,24;
(3)①根据氢氧化钠过量时只能生成NaH2PO2可知次磷酸只能电离出1个氢离子,因此次磷酸属于一元酸,故答案为:
1;
②根据图示信息:
白磷和烧碱溶液反应生成PH3、NaH2PO2,方程式为:
;故答案为:
;
③P4+3NaOH+3H2O=PH3↑+3NaH2PO2;2H3PO2=PH3↑+H3PO4,即P4~2.5PH3,若起始时有1molP4参加反应,则整个工业流程中共生成2.5molPH3;故答案为:
2.5。
2.如图是元素周期表的一部分,表中所列字母分别代表一种元素。
根据表中所列元素回答下列问题:
(1)元素d在元素周期表中的位置是________,元素h与f的原子序数相差_____。
(2)元素b、c、f形成的简单离子中半径最小的是______(填离子符号),原子半径最小的是______(填元素符号)。
(3)表中第三周期所列元素的非金属性最强的是______(填元素符号),e、f、g三种元素的简单氢化物中最不稳定的是______(填化学式)。
(4)元素
与元素
的最高价氧化物对应水化物反应的化学方程式为______。
(5)铅(Pb)、锡(Sn)、锗(Ge)与碳(C)、硅(Si)属于同主族元素,常温下,在空气中,单质锡、锗均不反应而单质铅表面生成一层氧化铅;单质锗与盐酸不反应,而单质锡与盐酸反应。
由此可得出以下结论:
①锗的原子序数为______;
②铅(Pb)、锡(Sn)、锗(Ge)的+4价氢氧化物的碱性由强到弱的顺序为___________(用化学式表示)。
(6)最近,德国科学家实现了铷原子气体的超流体态与绝缘态的可逆转换,该成果将在量子计算机研究方面带来重大突破。
已知铷(Rb)是37号元素,相对原子质量是85.5,与钠同主族。
回答下列问题:
①铷在元素周期表中的位置为__________________。
②同主族元素的同类化合物的性质相似,请写出AlCl3与RbOH过量反应的离子方程式:
_____________________。
③现有铷和另一种碱金属形成的混合金属50g,当它与足量水反应时,放出标准状况下的氢气22.4L,另一种碱金属可能是__________。
(填序号)
A.LiB.NaC.KD.Cs
【答案】第三周期第ⅢA族18Mg2+SClPH3NaOH+HClO4=NaClO4+H2O32Pb(OH)4>Sn(OH)4>Ge(OH)4第五周期第ⅠA族Al3++4OH-=AlO2-+2H2O(或写为Al3++4OH-=[Al(OH)4]-)AB
【解析】
【分析】
由元素在周期表的位置可知,a是N元素,b为Na元素,C为Mg元素,d为Al元素,e为P元素,f为S元素,g为Cl元素,h为Se元素,然后根据元素周期律分析解答。
【详解】
根据元素在周期表的位置可知确定各种元素分别是:
a是N元素,b为Na元素,C为Mg元素,d为Al元素,e为P元素,f为S元素,g为Cl元素,h为Se元素。
(1)元素d为Al,原子核外电子排布是2、8、3,所以在元素周期表中的位置是第三周期IIIA族,f是16号元素S,h是34号元素Se,h与f原子序数相差34-16=18;
(2)b、c、f形成的简单离子分别是Na+、Mg2+、S2-,Na+、Mg2+核外电子排布为2、8,具有两个电子层,S2-核外电子排布是2、8、8,具有三个电子层,离子核外电子层数越多,离子半径越大,对于电子层结构相同的离子来说,核电荷数越大,离子半径越小,所以,三种离子中离子半径最小的是Mg2+;Na、Mg、S都是同一周期的元素,原子序数越大,原子半径越小,所以三种元素的原子半径最小的是S;
(3)同一周期的元素,原子序数越大,元素的非金属性越强,表中第三周期元素的非金属性最强是Cl;元素的非金属性越强,其简单氢化物的稳定性就越强,e、f、g三种元素分别表示P、S、Cl,元素的非金属性:
P
(4)g元素与b元素的最高价氧化物对应水化物分别是HClO4、NaOH,HClO4是一元强酸,NaOH是一元强碱,二者混合发生中和反应产生盐和水,反应的化学方程式为NaOH+HClO4=NaClO4+H2O;
(5)①锗位于Si元素下一周期,二者原子序数相差18,所以Ge的原子序数为14+18=32;
②由于同一主族的元素从上到下元素的金属性逐渐增强,所以根据铅(Pb)、锡(Sn)、锗(Ge)在元素周期表的位置可知,元素的金属性Pb>Sn>Ge,元素的金属性越强,其最高价氧化物对应水化物的碱性逐渐增强,故铅(Pb)、锡(Sn)、锗(Ge)的+4价氢氧化物的碱性由强到弱的顺序为Pb(OH)4>Sn(OH)4>Ge(OH)4;
(6)①铷(Rb)是37号元素,原子核外有5个电子层,最外层有1个电子,所以37号元素在元素周期表中的位置为第五周期第ⅠA族;
②铷(Rb)与钠同主族,由于Rb的金属性比Na强,所以RbOH是一元强碱,AlCl3与过量的RbOH反应产生的离子方程式为Al3++4OH-=AlO2-+2H2O(或写为Al3++4OH-=[Al(OH)4]-);
③22.4L标准状况下的H2的物质的量n(H2)=22.4L÷22.4L/mol=1mol,铷和水反应的化学方程式为2Rb+2H2O=2RbOH+H2↑,可知2molRb反应产生1molH2,由碱金属与水反应的化学方程式为2M+2H2O=2MOH+H2↑可知混合金属的平均摩尔质量M=
=25g/mol,Rb的摩尔质量为85.5g/mol,则另一种碱金属的摩尔质量一定小于25g/mol,所以另一种碱金属可能是Li或Na,故合理选项是AB。
【点睛】
本题考查元素周期表和元素周期律的应用的知识。
掌握元素的位置、原子结构与物质性质的关系解答本题的关键,注意规律性知识的应用,侧重考查学生的分析与应用能力。
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.原子序数依次增大的A、B、C、D、E、F都是元素周期表中前20号元素,B、C、D、E同周期,A、D同主族,且A的原子结构中最外层电子数是电子层数的3倍。
F和其他元素既不在同周期也不在同主族,且B、C、D的最高价氧化物对应的水化物两两混合均能发生反应生成盐和水。
根据以上信息,回答下列问题:
(1)A、F的名称为______、_______ 。
(2)A和D与氢元素形成的氢化物中,沸点较高的是______(填化学式,下同),D和E的最高价氧化物对应的水化物中酸性较强的是_________,写出A和B形成的化合物中含有共价键的化合物的电子式_____。
(3)B、C形成的单质中与水反应较剧烈的是________,相应反应的化学方程式为______________。
(4)写出C的最高价氧化物对应的水化物与B的最高价氧化物对应的水化物反应的离子方程式_______。
【答案】氧钙H2OHClO4
Na2Na+2H2O=2NaOH+H2↑Al(OH)3+OH-=AlO2-+2H2O
【解析】
【分析】
原子序数依次增大的A、B、C、D、E、F都是元素周期表中前20号元素,A的原子结构中最外层电子数是电子层数的3倍,最外层最多容纳8个电子,则A含有2个电子层,最外层含有6个电子,A为O元素;A、D同主族,则D为S元素;B、C、D、E同一周期,则四种元素都位于元素周期表第三周期,E的原子序数大于S,则E为Cl元素;B、C、D的最高价氧化物对应的水化物两两混合均能发生反应生成盐和水,则B为Na元素,C为Al元素;F和其他元素既不在同周期也不在同主族,则F位于第四周期,F不可能为K元素,只能为Ca元素,据此进行解答。
【详解】
根据上述分析可知:
A为O,B为Na,C为Al,D为S,E为Cl,F为Ca元素。
(1)根据分析可知,A、F元素的名称分别为氧、钙;
(2)A、D分别为O、S,二者的氢化物分别为H2O、H2S,由于H2O分子之间存在氢键,增加了分子之间的作用力,导致其沸点比H2S高;
D为S、E为Cl,元素的非金属性:
Cl>S,由于元素的非金属性越强,其最高价含氧酸的酸性越强,所以S、Cl元素的最高价含氧酸的酸性较强的为高氯酸,其化学式为:
HClO4;
A为O,B为Na,二者形成的含共价键的化合物为Na2O2,Na2O2是由2个Na+与1个O22-通过离子键结合而成的离子化合物,电子式为
;
(3)B、C的单质分别为Na、Al,钠的金属性比铝强,与水反应更剧烈。
钠与水反应生成氢氧化钠和氢气,反应的化学方程式为:
2Na+2H2O=2NaOH+H2↑;
(4)C是Al,Al的最高价氧化物对应的水化物为Al(OH)3,B是Na,Na的最高价氧化物对应的水化物为NaOH,Al(OH)3是两性氢氧化物,能够与强碱NaOH反应产生NaAlO2和H2O,二者反应的离子方程式为:
Al(OH)3+OH-=AlO2-+2H2O。
【点睛】
本题考查了元素的位置、结构与性质关系的应用,根据元素的原子结构及性质和相互关系推断元素为解答关键,注意掌握元素周期表结构、元素周期律内容,试题有利于培养学生的分析能力及灵活应用能力。
5.A、B、C、D、E、F、G、H为八种短周期主族元素,原子序数依次增大。
A、F的最外层电子数分别等于各自的电子层数,其中A的单质在常温下为气体。
C与B、H在元素周期表中处于相邻位置,这三种元素原子的最外层电子数之和为17。
D与F同周期。
G的单质常用作半导体材料。
请回答:
(1)C和H分别与A形成的简单化合物沸点较高的是________(填化学式),理由是_____________。
(2)C、E形成的简单离子半径大小:
r(C)______r(E)(填>、<或=)
(3)请写出F最高价氧化物对应的水化物在水溶液中的电离方程式______________。
(4)B与G形成的化合物常用于做耐高温材料,工业可用碳热还原法制取:
将G的氧化物与B的单质在1400℃条件下和足量的碳反应,请写出化学反应方程式_____________。
【答案】H2OH2O分子间存在氢键>H++AlO2-+H2O
Al(OH)3
Al3++3OH-3SiO2+6C+2N2
Si3N4+6CO
【解析】
【分析】
A、B、C、D、E、F、G、H为八种短周期主族元素,原子序数依次增大。
A、F的最外层电子数分别等于各自的电子层数,其中A的单质在常温下为气体,则A为H;G的单质常用作半导体材料,G为Si,结合原子序数可知F为Al;C与B、H在元素周期表中处于相邻位置,这三种元素原子的最外层电子数之和为17,17÷3=5…2,B为N、C为O、H为S,D与F同周期,位于第三周期,D为Na、E为Mg,以此来解答。
【详解】
由上述分析可知,A为H、B为N、C为O、D为Na、E为Mg、F为Al、G为Si、H为S。
(1)C和H分别与A形成的简单化合物分别是H2O、H2S,其中沸点较高的是H2O,原因是H2O分子间存在氢键,增加了分子之间的吸引力;
(2)O2-、Mg2+核外电子排布相同。
具有相同电子排布的离子中,原子序数大的离子半径小,则C、E形成的简单离子半径大小:
r(C)>r(E);
(3)F最高价氧化物对应的水化物Al(OH)3是两性氢氧化物,在水溶液中存在酸式电离和碱式电离,电离方程式为H++AlO2-+H2O
Al(OH)3
Al3++3OH-;
(4)将G的氧化物与B的单质在1400℃条件下和足量的碳反应,其化学反应方程式为3SiO2+6C+2N2
Si3N4+6CO。
【点睛】
本题考查元素及化合物的推断及物质性质的方程式表示。
把握原子结构、元素的位置、质子数关系来推断元素为解答的关键,注意元素化合物知识的应用,题目侧重考查学生的分析与应用能力。
6.已知A、B、C三种元素的原子中,质于数:
A
A元素原子的最外层电子数是次外层电子数的2倍;B元素原子的M层电子数是L层电子数的一半;C元素原子的次外层电子数比最外层电子数多1。
试回答下列问题。
(1)写出三种元素的名称和符号:
A______,B______,C______。
(2)画出三种元素的原子结构示意图:
A______,B______,C______。
【答案】碳C硅Si氯Cl
【解析】
【分析】
A元素的原子最外层电子数是次外层电子数的2倍,则A原子核外电子排布为2、4,A是C元素;B元素的原子核外M层电子数是L层电子数的一半,则B原子核外电子排布为2、8、4,B为Si元素;C元素的原子次外层电子数比最外层电子数多1个,且原子序数大于B小于18,所以C原子核外电子排布为2、8、7,C是Cl元素,据此答题。
【详解】
根据上述分析可知A是C元素,B是Si元素,C是Cl元素。
(1)A为碳元素,元素符号为C;B为硅元素,元素符号为Si;C为氯元素,元素符号为Cl;
(2)碳原子的结构示意图为
,硅原子的结构示意图为
,氯原子的结构示意图为
。
【点睛】
本题主要考查了根据原子核外各层电子数的关系,确定元素的种类,解题时要熟悉常见元素的核外电子排布,注意规范书写结构示意图。
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.下图是中学化学中常见物质间的转化关系,其中甲、乙、丙均为非金属单质;A、B、E和丁均为化合物,其中A常温下呈液态;B和E为能产生温室效应的气体,且1molE中含有10mol电子。
乙和丁为黑色固体,将他们混合后加热发现固体由黑变红。
(1)写出化学式:
甲______;乙______;丙______;
(2)丁的摩尔质量______;
(3)写出丙和E反应生成A和B的化学方程式___________;
(4)有同学将乙和丁混合加热后收集到的标准状态下气体4.48L,测得该气体是氢气密度的16倍,若将气体通入足量澄清石灰水,得到白色沉淀物___g;
【答案】H2CO280g/mol
5
【解析】
【分析】
产生温室效应的气体有:
二氧化碳、甲烷、臭氧等,常见的黑色固体有:
碳、二氧化锰、四氧化三铁、铁粉、氧化铜等,由乙和丁为黑色固体且乙为非金属单质,所以乙为C,由丙是非金属单质,乙和丙反应产生温室效应气体B,所以丙是O2,B是CO2,B和E为能产生温室效应的气体且1mol E中含有 10mol电子,则E为CH4,再结合转化关系可知,A为水,甲为H2,丁为CuO。
【详解】
(1)由上述分析可知,甲、乙、丙分别为H2、C、O2;
(2)丁为CuO,相对分子质量为80,则摩尔质量为80 g/mol;
(3)丙和E反应生成A和B的化学方程式为
;
(4)测得该气体对氢气的相对密度为16,则M为16×2g/mol=32g/mol,标准状况下气体4.48L,为CO、CO2的混合物,n=
=0.2mol,设CO2的物质的量为xmol,则
=32,解得x=0.05mol,由C原子守恒可知,n(CO2)=n(CaCO3)=0.05mol,则白色沉淀物为0.05mol×100g/mol=5g。
9.如图所示,甲、乙、丙是三种常见单质,X、Y、Z是它们的化合物。
它们之间有如图所示的转化关系:
(1)若甲是具有还原性的金属单质,X、Y、Z中有一种是离子晶体,试推断:
①X、Y、Z中含有丙元素的是__________(填物质的化学式);
②写出化合物X的电子式________;
③X与甲反应的化学方程式是__________________。
(2)若甲是具有氧化性的黄绿色气体单质,丙通常是深红棕色液体,Y和Z具有相同的阳离子,X与Z含有相同的阴离子。
①写出单质甲的组成元素的原子结构示意图______________;
②实验室贮存丙单质时,通常需要加入______,其理由是_______________________;
③写出X与足量的甲在溶液中完全反应的离子方程式______________________。
【答案】CO和CO2
CO2+2Mg
2MgO+C
少量水加水可防止溴单质的挥发2Fe2++4Br-+3Cl2=2Fe3++2Br2+6Cl-
【解析】
【分析】
甲、乙、丙、是三种常见单质,X、Y、Z是常见的三种化合物,X与甲的反应为置换反应,
(1)若甲是具有还原性的单质,X、Y、Z中有一种是离子晶体,说明甲应为金属,常见发生置换反应的为2Mg+CO2
2MgO+C,则X为CO2,甲为Mg,Y为MgO,丙为C,Z为CO,乙为O2;
(2)丙在通常状况下深红棕色的液体,应为Br2,甲是具有氧化性的黄绿色气体单质,可置换出Br2,甲为Cl2,X为FeBr2,Z为FeBr3,乙为Fe,Y为FeCl3,,据此解答。
【详解】
甲、乙、丙、是三种常见单质,X、Y、Z是常见的三种化合物,X与甲的反应为置换反应。
(1)若甲是具有还原性的单质,X、Y、Z中有一种是离子晶体,说明甲应为金属,常见发生置换反应的为2Mg+CO2
2MgO+C,则X为CO2,甲为Mg,Y为MgO,丙为C,Z为CO,乙为O2;
①丙为C元素,分析可知X、Y、Z中含有丙元素的是X、Z,即CO和CO2;
②X为CO2,在CO2分子,C原子与2个O原子形成4对共用电子对,所以电子式为
;
③Mg可以在CO2中燃烧,反应时产生白烟,同时在容器器壁上有黑色固体碳生成,Mg与CO2反应的化学方程式为2Mg+CO2
2MgO+C;
(2)丙在通常状况下呈液态,为深红棕色,应为Br2,甲是具有氧化性的单质,可置换出Br2,甲为Cl2,X为FeBr2,Z为FeBr3,乙为Fe,Y为FeCl3,
①甲为Cl2,分子中2个Cl原子形成一对共用电子对,结构式为Cl-Cl;
②丙为Br2,易挥发,实验室保存时,需加入少量水,可防止溴单质的挥发;
③X与足量的甲在溶液中完全反应的离子方程式是2Fe2++4Br-+3Cl2=2Fe3++2Br2+6Cl-。
10.下表是元素周期表的一部分,对于表中元素①~⑧,填空回答:
族
周期
ⅠA
ⅡA
ⅢA
ⅣA
ⅤA
ⅥA
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