高考化学考点一遍过考点57 原子结构与元素的性质

一、原子核外电子排布原理 1．能层、能级与原子轨道 （1）能层(n)：在多电子原子中，核外电子的能量是不同的，按照电子的能量差异将其分成不同能层。 通常用 K、L、M、N、O、P、Q……表示相应的第一、二、三、四、五、六、七……能层，能量依次升高。 各能层最多可容纳的电子数为 2n2。 （2）能级：同一能层里的电子的能量也可能不同，又将其分成不同的能级，通常用 s、p、d、f 等表示， 同一能层里，各能级的能量按 s、p、d、f 的顺序升高，即：E(s)Si （2）< （3）5 （4）C2H4 （5） 5．A、B、C、D 是四种短周期元素，E 是过渡元素，A、B、C 同周期，C、D 同主族，A 的原子结构示意 图为 ，B 是同周期第一电离能最小的元素，C 的最外层有三个成单电子，E 的外围电子排布式 为 3d64s2。回答下列问题： （1）写出下列元素的符号：A__________，B__________，C__________，D__________。 （2）用化学式表示上述五种元素中最高价氧化物对应水化物酸性最强的是__________(填化学式，下同)， 碱性最强的是__________。 （3）用元素符号表示 D 所在周期第一电离能最大的元素是________，电负性最大的元素是________(填 元素符号)。 （4）画出 D 的核外电子排布图：______________________________________________，这样排布遵循 了________原理和________规则。 1．下列说法正确的是 A．原子核外电子排布式为 1s2 的原子与原子核外电子排布式为 1s22s2 的原子化学性质相似 B．Zn2＋的最外层电子排布式为 3s23p63d10 C．基态铜原子的最外层电子排布图： D．基态碳原子的最外层电子排布图： 2．Cr 原子处于基态时，价电子排布可用电子排布图表示成 ，而不是 。下 列说法中，正确的是 A．这两种排布方式都符合能量最低原理 B．这两种排布方式都符合泡利原理 C．这两种排布方式都符合洪特规则 D．这个实例说明洪特规则有时候和能量最低原理是矛盾的 3．第三周期元素的基态原子中，不可能出现 d 电子，主要依据是 A．能量守恒原理 B．泡利不相容原理 C．洪特规则 D．近似能级图中的顺序 3d 轨道能量比 4s 轨道高 4．下面的电子结构中，第一电离能最小的原子可能是 A．ns2np3 B．ns2np5 C．ns2np4 D．ns2np6 5．具有下列能层结构的原子，其对应元素一定属于同一周期的是 A．两种原子的能层上全部都是 s 电子 B．3p 能级上只有一个空轨道的原子和 3p 能级上只有一个未成对电子的原子 C．最外层电子排布为 2s22p6 的原子和最外层电子排布为 2s22p6 的离子 D．原子核外 M 层上的 s 能级和 p 能级都填满了电子，而 d 轨道上尚未有电子的两种原子 6．下列曲线表示卤族元素某种性质随核电荷数的变化趋势，正确的是 7．气态中性原子失去一个电子转化为气态正离子所需要的最低能量叫做第一电离能(I1)，气态正离子继续失 去电子所需要的最低能量依次称为第二电离能(I2)、第三电离能(I3)……下表是第三周期部分元素的电离 能[单位：eV(电子伏特)]数据： 元素 I1/eV I2/eV I3/eV 甲 5.7 47.4 71.8 乙 7.7 15.1 80.3 丙 13.0 23.9 40.0 丁 15.7 27.6 40.7 下列说法正确的是 A．甲的金属性比乙强 B．乙的化合价为＋1 价 C．丙不可能为非金属元素 D．丁一定为金属元素 8．如图是第三周期 11～17 号元素某些性质变化趋势的柱形图，下列有关说法中正确的是 A．y 轴表示的可能是第一电离能 B．y 轴表示的可能是电负性 C．y 轴表示的可能是原子半径 D．y 轴表示的可能是形成基态离子转移的电子数 9．以下有关结构与性质的说法不正确的是 A．下列基态原子中：①1s22s22p63s23p2；②1s22s22p3；③1s22s22p2，电负性最大的是② B．下列基态原子中：①[Ne]3s23p2；②[Ne]3s23p3；③[Ne]3s23p4，第一电离能最大的是③ C．某主族元素的逐级电离能分别为 738、1451、7733、10 540、13 630……，当它与氯气反应时生成的 阳离子是 X2＋ D．物质的熔点高低：金刚石>晶体硅>钠>干冰 10．下列各组原子中，彼此化学性质一定相似的是 A．原子核外电子排布式为 1s2 的 X 原子与原子核外电子排布式为 1s22s2 的 Y 原子 B．原子核外 M 层上仅有两个电子的 X 原子与原子核外 N 层上仅有两个电子的 Y 原子 C．2p 轨道上只有一个电子的 X 原子与 3p 轨道上只有一个电子的 Y 原子 D．最外层都只有一个电子的 X、Y 原子 11．X、Y、Z、W 是短周期元素，X 元素原子的最外层未达到 8 电子稳定结构，工业上通过分离液态空气 获得其单质；Y 元素原子最外电子层上 s、p 电子数相等；Z 元素+2 价阳离子的核外电子排布与氖原子 相同；W 元素原子的 M 层有 1 个未成对的 p 电子。下列有关这些元素性质的说法一定正确的是 A．X 元素的氢化物的水溶液显碱性 B．Z 元素的离子半径大于 W 元素的离子半径 C．Z 元素的单质在一定条件下能与 X 元素的单质反应 D．Y 元素最高价氧化物的晶体具有很高的熔点和沸点 12．以下有关元素性质的说法不正确的是 A．根据对角线规则，Be 与 NaOH 溶液反应的离子方程式为 Be+2OH− Be 2 2O  +H2↑ B．具有下列价电子排布式的原子中：①3s23p1，②3s23p2，③3s23p3，④3s23p4，第一电离能最大的是③ C．①Na、K、Rb，②N、P、As，③O、S、Se，④Na、P、Cl 中，元素的电负性随原子序数增大而递 增的是④ D．某元素气态基态原子的逐级电离能分别为 738、1 451、7 733、10 540、13 630、17 995、21 703， 当它与氯气反应时可能生成的阳离子是 X3+ 13．（1） C、N、O、Al、Si、Cu 是常见的六种元素。 ①Si 位于元素周期表第______周期第______族。 ②N 的基态原子核外电子排布式为____________。Cu 的基态原子最外层有________个电子。 ③用“＞”或“＜”填空： 原子半径 电负性 熔点 沸点 Al____Si N____O 金刚石____晶体硅 CH4____SiH4 （2） O、Na、P、Cl 四种元素中电负性最大的是________(填元素符号)，其中 P 原子的核外电子排布 式为________________________。 （3）周期表前四周期的元素 a、b、c、d、e 原子序数依次增大。a 的核外电子总数与其周期数相同，b 的价电子层中的未成对电子有 3 个，c 的最外层电子数为其内层电子数的 3 倍，d 与 c 同族；e 的 最外层只有 1 个电子，但次外层有 18 个电子。b、c、d 中第一电离能最大的是________(填元素符 号)，e 的价层电子轨道示意图为___________________________。 （4）①N、Al、Si、Zn 四种元素中，有一种元素的电离能数据如下： 电离能 I1 I2 I3 I4 …… In/(kJ·mol－1) 578 1817 2745 11 578 …… 则该元素是________(填写元素符号)。 ②基态锗(Ge)原子的电子排布式是____________。Ge 的最高价氯化物的分子式是__________。 ③Ge 元素可能的性质或应用有________。 A．是一种活泼的金属元素 B．其电负性大于硫 C．其单质可作为半导体材料 D．其最高价氯化物的沸点低于其溴化物的沸点 14．X、Y、Z 为原子序数依次增大的三种元素，其中 X、Y 为短周期元素，Z 为第四周期元素，Z 还是前 四周期中电负性最小的元素。 已知：X 原子核外所有 p 轨道为全充满或半充满；Y 元素的族序数与周期序数的差为 3； （1）Z 代表的元素对应的离子的核外电子排布式： 。 （2）某同学根据题目信息和掌握的知识分析 X 的核外电子排布为： 该同学所画的轨道式违背了 原理。 （3）元素 X 与元素 Y 相比，非金属性较强的是 (用元素符号表示)，下列表述中能证明这一 事实的是 。 a.常温下 X 的单质和 Y 的单质状态不同 b.Y 的氢化物比 X 的氢化物稳定 c.一定条件下 Y 的单质能与氢氧化钠溶液反应，而 X 的单质不容易反应 d.Y 的最高价氧化物对应的水化物的酸性比 X 的最高价氧化物对应的水化物酸性强 （4）元素 X 和元素 Y 的第一电离能的大小关系为 (填元素符号)，理由为 。 15．下表为长式周期表的一部分，其中的编号代表对应的元素。 请回答下列问题: （1）表中属于 d 区的元素是__________(填编号)。 （2）表中元素①的 6 个原子与元素③的 6 个原子形成的某种环状分子名称为__________。 （3）④⑤⑥⑦四种元素的第一电离能由大到小的顺序是__________(用元素符号表示)。 （4）按原子轨道的重叠方式，③与⑥形成的化合物中σ键有__________个，π键有__________个。 （5）某元素的特征电子排布式为 nsnnpn+1，该元素原子的核外最外层电子的孤对电子数为__________； 该元素与元素①形成的分子 X 的空间构型为__________。 （6）某些不同族元素的性质也有一定的相似性，如上表中元素⑤与元素②的氢氧化物有相似的性质。 请写出元素②的氢氧化物与 NaOH 溶液反应的化学方程式:_______________________________。 1．[2018 新课标Ⅰ卷，节选] Li 是最轻的固体金属，采用 Li 作为负极材料的电池具有小而轻、能量密度大 等优良性能，得到广泛应用。回答下列问题： （1）下列 Li 原子电子排布图表示的状态中，能量最低和最高的分别为_____、_____（填标号）。 A． B． C． D． （2）Li+与 H−具有相同的电子构型，r（Li+）小于 r（H−），原因是______。 2．[2018 新课标Ⅱ卷，节选] 硫及其化合物有许多用途，相关物质的物理常数如下表所示： H2S S8 FeS2 SO2 SO3 H2SO4 熔点/℃ −85.5 115.2 >600（分解） −75.5 16.8 10.3 沸点/℃ −60.3 444.6 −10.0 45.0 337.0 回答下列问题： （1）基态Fe原子价层电子的电子排布图（轨道表达式）为__________，基态S原子电子占据最高能级的 电子云轮廓图为_________形。 3．[2018 新课标Ⅲ卷，节选]锌在工业中有重要作用，也是人体必需的微量元素。回答下列问题： 锌在工业中有重要作用，也是人体必需的微量元素。回答下列问题： （1）Zn 原子核外电子排布式为________________。 （2）黄铜是人类最早使用的合金之一，主要由 Zn 和 Cu 组成。第一电离能Ⅰ1（Zn）_______Ⅰ1（Cu)(填 “大于”或“小于”)。原因是________________。 4．[2017 江苏]铁氮化合物(FexNy)在磁记录材料领域有着广泛的应用前景。某 FexNy 的制备需铁、氮气、丙 酮和乙醇参与。 （1）Fe3+基态核外电子排布式为____________________。 （2）丙酮( )分子中碳原子轨道的杂化类型是_______________，1 mol 丙酮分子中含有σ 键的数目为______________。 （3）C、H、O 三种元素的电负性由小到大的顺序为________________。 5．[2017·新课标 I]钾和碘的相关化合物在化工、医药、材料等领域有着广泛的应用。回答下列问题： （1）元素 K 的焰色反应呈紫红色，其中紫色对应的辐射波长为_______nm（填标号）。 A．404.4 B．553.5 C．589.2 D．670.8 E．766.5 （2）基态 K 原子中，核外电子占据最高能层的符号是_________，占据该能层电子的电子云轮廓图形状 为___________。K 和 Cr 属于同一周期，且核外最外层电子构型相同，但金属 K 的熔点、沸点等 都比金属 Cr 低，原因是___________________________。 （3）X 射线衍射测定等发现，I3AsF6 中存在 + 3I 离子。 + 3I 离子的几何构型为_____________，中心原子的 杂化形式为________________。 （4）KIO3 晶体是一种性能良好的非线性光学材料，具有钙钛矿型的立方结构，边长为 a=0.446 nm，晶 胞中 K、I、O 分别处于顶角、体心、面心位置，如图所示。K 与 O 间的最短距离为______nm，与 K 紧邻的 O 个数为__________。 （5）在 KIO3 晶胞结构的另一种表示中，I 处于各顶角位置，则 K 处于______位置，O 处于______位置。 6．[2016·新课标Ⅲ]砷化镓(GaAs)是优良的半导体材料，可用于制作微型激光器或太阳能电池的材料等。回 答下列问题： （1）写出基态 As 原子的核外电子排布式 。 （2）根据元素周期律，原子半径 Ga As，第一电离能 Ga As。(填“大于”或“小于”) （3）AsCl3 分子的立体构型为 ，其中 As 的杂化轨道类型为 。 （4）GaF3 的熔点高于 1 000 ℃，GaCl3 的熔点为 77.9 ℃，其原因是 。 （5）GaAs 的熔点为 1 238 ℃，密度为ρ g·cm−3，其晶胞结构如图所示。该晶体的类型为 ， Ga 与 As 以 键键合。Ga 和 As 的摩尔质量分别为 MGa g·mol−1 和 MAs g·mol−1，原子半径 分别为 rGa pm 和 rAs pm，阿伏加德罗常数值为 NA，则 GaAs 晶胞中原子的体积占晶胞体积的百分率 为 。 7．[2015·新课标 I]碳及其化合物广泛存在于自然界中。回答下列问题： （1）处于一定空间运动状态的电子在原子核外出现的概率密度分布可用 形象化描述。 在基态 14C 原子中，核外存在 对自旋相反的电子。 （2）碳在形成化合物时，其键型以共价键为主，原因是 。 （3）CS2 分子中，共价键的类型有 ，C 原子的杂化轨道类型是 ，写出两个与 CS2 具有相同空间构型和键合形式的分子或离子 。 （4）CO 能与金属 Fe 形成 Fe(CO)5，该化合物的熔点为 253 K，沸点为 376 K，其固体属于 晶 体。 （5）碳有多种同素异形体，其中石墨烯与金刚石的晶体结构如图所示： ①在石墨烯晶体中，每个 C 原子连接 个六元环，每个六元环占有 个 C 原子。 ②在金刚石晶体中，C 原子所连接的最小环也为六元环，每个 C 原子连接 个六元环，六元 环中最多有 个 C 原子在同一平面。 1．【答案】（1）电子云 2 （2）4 1s22s22p63s23p63d5 （3）[Ar]3d10 或 1s22s22p63s23p63d10 （4）M 9 4 （5）1s22s22p63s23p4 （6）1s22s22p63s23p63d104s1 或[Ar]3d104s1 （7）1s22s22p63s23p63d104s24p2 （8） 【解析】（1）核外电子出现的概率密度可以用电子云表示；根据 14C 的核外电子排布式 1s22s22p2，可知 1s22s2 上存在两对自旋相反的电子。 （2）基态 Fe 原子的电子排布式为[Ar]3d64s2，外围电子轨道表示式为 ，故基态 Fe 原子的未成对电子数为 4；Fe3+的电子排布式为[Ar]3d5 或 1s22s22p63s23p63d5。 （3）Cu 原子的核外电子排布式为 1s22s22p63s23p63d104s1，则 Cu+的核外电子排布式为 1s22s22p63s23p63d10 或[Ar]3d10。 （4）基态 Si 原子的电子排布式为 1s22s22p63s23p2，电子占据的最高能层为第三层，符号为 M，该能层 原子轨道总数=1(3s 轨道)+3(3p 轨道)+5(3d 轨道)=9，电子数为 4。 （5）S 原子原子序数为 16，其基态原子的核外电子排布式为 1s22s22p63s23p4。 （6）铜为 29 号元素，(根据构造原理)可直接写出，要注意按能层数由低到高顺序书写能级符号。 （7）锗为 32 号元素，位于第四周期，第ⅣA 族，所以核外电子排布式为 1s22s22p63s23p63d104s24p2。 变式拓展 （8）Ni 原子失去最外层 2 个电子形成 Ni2+，Ni2+的外围电子轨道表示式为 。 2．【答案】（1）3 哑铃 （2）泡利原理 （3）ⅦA p 3s23p5 3．【答案】（1）Na Mg （2）五 ⅠA 【解析】（1）由信息所给的图可以看出，同周期的第ⅠA 族元素的第一电离能最小，而第ⅢA 族元素 的第一电离能小于第 ⅡA 族元素的第一电离能，故 Al 的第一电离能：NaN>O，所以第一电离能最小的原子可能是第 ⅥA 族元素。 考点冲关 6．【答案】A 【解析】选 A。同主族元素从上到下电负性依次减小，A 正确；卤族元素中氟无正价，B 错；HF 分子间 存在氢键，所以 HF 沸点最高，C 错；卤族元素从上到下单质分子间范德华力依次增大，熔点依次升高， D 错。 7．【答案】A 【解析】由表格可知，甲的第一电离能小于乙，表明甲比乙易失去第一个电子，故甲的金属性比乙强， A 正确；乙失去第二个电子也较易，且失去第三个电子很难，则乙的化合价可能为＋2 价，B 错误；对 丙而言，失去电子较难，所以可能是非金属元素，C 错误；对丁而言，失电子比丙还难，而第三周期只 有 3 种金属元素，可知丁一定是非金属元素，D 错误。 8．【答案】B 【解析】选 B。对于第三周期 11～17 号元素，随着原子序数的增大，第一电离能呈现增大的趋势，但 Mg、P 特殊，A 项错误；原子半径逐渐减小，C 项错误；形成基态离子转移的电子数依次为 Na 为 1， Mg 为 2，Al 为 3，Si 不易形成离子，P 为 3，S 为 2，Cl 为 1，D 项错误。 9．【答案】B 【解析】A 项，①为 Si，②为 N，③为 C，同周期从左向右电负性逐渐增大，因此电负性最大的是 N， 故 A 正确；B 项，①为 Si，②为 P，③S，同周期从左向右第一电离能增大，但ⅡA>ⅢA、ⅤA>ⅥA， 因此第一电离能最大的是 P，故 B 错误；C 项，第二电离能到第三电离能发生突变，说明 X 元素最外层 只有 2 个电子，即 X 和氯气发生反应生成 XCl2，故 C 正确；D 项，金刚石、晶体硅属于原子晶体，原 子晶体熔沸点的高低通过键长或键能比较，键长越短键能越大，熔沸点越高，C 的原子半径比 Si 的原子 半径短，因此金刚石的熔点高于晶体硅，金属钠常温下为固体，干冰常温下为气体，因此熔点的高低是 金刚石>晶体硅>金属钠>干冰，故 D 正确。 11．【答案】C 【解析】根据题意，Z 为 Mg 元素，Y 原子最外层电子排布为 ns2np2，是 C 或 Si 元素，X 为 N 或 O 元素， W 为 Al 或 Cl 元素，N 的氢化物的水溶液显碱性，但 O 的氢化物的水溶液显中性或弱酸性，A 错误； Al3+的半径比 Mg2+小，Cl−半径比 Mg2+大，B 错误；氮气、氧气均能与镁反应，C 正确；CO2 形成的晶体 熔、沸点低，D 错误。 12．【答案】D 【解析】根据对角线规则，Be 与 Al 的性质相似，由 Al 与 NaOH 溶液反应的离子方程式推知，A 正确； ①为 Al，②为 Si，③为 P，④为 S，第一电离能最大的为 P，B 正确；同一主族元素，电负性从上到下 逐渐减小；同一周期元素，电负性从左到右呈增大趋势，C 正确；根据各级电离能变化趋势，基态原子 的最外层应有 2 个电子，所以与 Cl2 反应时应呈+2 价，D 不正确。 13．【答案】（1）①三 ⅣA ②1s22s22p3 1 ③＞ ＜ ＞ ＜ （2）O 1s22s22p63s23p3 或[Ne]3s23p3 （3）N （4）①Al ②1s22s22p63s23p63d104s24p2 或[Ar]3d104s24p2 GeCl4 ③CD 【解析】（1）③同周期元素，原子序数越大，原子半径越小，故原子半径：Al＞Si；同周期元素，原子 序数越大，电负性越强，故电负性：N＜O；金刚石和晶体硅都是原子晶体，但键能：C—C＞Si—Si， 故熔点：金刚石＞晶体硅；CH4 和 SiH4 都是分子晶体，且两者结构相似，SiH4 的相对分子质量大，故沸 点：CH4＜SiH4。 （2）O、Na、P、Cl 四种元素中，O 元素的电负性最大。P 原子核外有 15 个电子，其基态原子的核外电 子排布式为 1s22s22p63s23p3 或[Ne]3s23p3。 14．【答案】（1）1s22s22p63s23p6 （2）能量最低 （3）S b、d （4）SMg>Al （4）2 2 （5）1 三角锥形 （6）Be(OH)2+2NaOH Na2BeO2+2H2O （5）某元素的特征电子排布式为 nsnnpn+1，则该元素是第ⅤA 族元素。所以该元素原子的核外最外层电 子的孤对电子数为 1；该元素与元素①形成的分子 X 是氨气，其空间构型为三角锥形结构，属于极性分 子； （6）某些不同族元素的性质也有一定的相似性，如上表中元素⑤与元素②的氢氧化物有相似的性质。 由于⑤是铝元素，氢氧化铝能和氢氧化钠溶液反应生成偏铝酸钠和水，则元素②即 Be 的氢氧化物与 NaOH 溶液反应的化学方程式为 Be(OH)2+2NaOH Na2BeO2+2H2O。 1．【答案】（1）D C （2）Li+核电荷数较大 【解析】分析：（1）根据处于基态时能量低，处于激发态时能量高判断； （2）根据原子核对最外层电子的吸引力判断； 详解：（1）根据核外电子排布规律可知 Li 的基态核外电子排布式为 1s22s1，则 D 中能量最低；选项 C 中 有 2 个电子处于 2p 能级上，能量最高； （2）由于锂的核电荷数较大，原子核对最外层电子的吸引力较大，因此 Li＋半径小于 H－。 2．【答案】（1） 哑铃（纺锤） 【解析】（1）基态 Fe 原子的核外电子排布式为 1s22s22p63s23p63d64s2，则其价层电子的电子排布图（轨道 表达式）为 ；基态 S 原子的核外电子排布式为 1s22s22p63s23p4，则电子占据最 高能级是 3p，其电子云轮廓图为哑铃（纺锤）形。 3．【答案】（1）[Ar]3d104s2 （2）大于 Zn 核外电子排布为全满稳定结构，较难失电子 【解析】（1）Zn 是第 30 号元素，所以核外电子排布式为[Ar]3d104s2。 （2）Zn 的第一电离能应该高于 Cu 的第一电离能，原因是，Zn 的核外电子排布已经达到了每个能级都 直通高考 是全满的稳定结构，所以失电子比较困难。同时也可以考虑到 Zn 最外层上是一对电子，而 Cu 的最外层 是一个电子，Zn 电离最外层一个电子还要拆开电子对，额外吸收能量。 4．【答案】（1）[Ar]3d5 或 1s22s22p63s23p63d5 （2）sp2 和 sp3 9 mol （3）H