备战高考化学压轴题专题元素周期律的经典综合题含答案.docx
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备战高考化学压轴题专题元素周期律的经典综合题含答案
2020-2021备战高考化学压轴题专题元素周期律的经典综合题含答案
一、元素周期律练习题（含详细答案解析）
1．有四种短周期元素，它们的结构、性质等信息如下表所述：
元素
结构、性质等信息
A
是短周期中（除稀有气体外）原子半径最大的元素，该元素的某种合金是原子反应堆的导热剂
B
B与A同周期，其最高价氧化物的水化物呈两性
C
元素的气态氢化物极易溶于水，可用作制冷剂
D
是海水中除氢、氧元素外含量最多的元素，其单质或化合物也是自来水生产过程中常用的消毒杀菌剂
请根据表中信息填写：
（1）A原子的核外电子排布式________________．
（2）B元素在周期表中的位置____________________；离子半径：
B________A（填“大于”或“小于”）．
（3）C原子的电子排布图是_______________________，其原子核外有___个未成对电子，能量最高的电子为___轨道上的电子，其轨道呈___________形．
（4）B的最高价氧化物对应的水化物与A的最高价氧化物对应的水化物反应的化学方程式为_______________________________，与D的氢化物的水化物反应的化学方程式为_____________________________．
【答案】1s22s22p63s1第三周期第ⅢA族小于
32p哑铃Al（OH）3+NaOH═NaAlO2+2H2O3HCl+Al（OH）3═AlCl3+3H2O
【解析】
【分析】
A是短周期中（除稀有气体外）原子半径最大的元素，该元素的某种合金是原子反应堆的导热剂，所以A为Na元素；B与A同周期，其最高价氧化物的水化物呈两性，则B为Al元素；C元素的气态氢化物极易溶于水，可用作制冷剂，则C为N元素；D是海水中除氢、氧元素外含量最多的元素，其单质或化合物也是自来水生产过程中常用的消毒杀菌剂，则D为Cl元素，据此回答；
【详解】
（1）A为钠元素，A原子的核外电子排布式1s22s22p63s1；
答案为：
1s22s22p63s1；
（2）B为铝元素，B元素在周期表中的位置第三周期第ⅢA族，电子层数相同的离子，核电荷数越大，离子半径越小，所以铝离子半径小于钠离子；
答案为：
第3周期第ⅢA族；小于；
（3）C为氮元素，C原子的基态原子的电子排布图是
，其原子核外有3个未成对电子，能量最高的电子为2p轨道上的电子，其轨道呈哑铃；
答案为：
；3；2p；哑铃；
（4）B为铝元素，A为Na元素，B的最高价氧化物对应的水化物与A的最高价氧化物的水化物反应的化学方程式为：
Al（OH）3+NaOH═NaAlO2+2H2O；D的氢化物HCl，氯化氢与氢氧化铝反应的离子方程式为：
3HCl+Al（OH）3═AlCl3+3H2O；
答案为：
Al（OH）3+NaOH═NaAlO2+2H2O；3HCl+Al（OH）3═AlCl3+3H2O。
【点睛】
（4）容易错，最高价氧化物的水化物与碱反应方程式为Al（OH）3+NaOH═NaAlO2+2H2O；实际做题时，常用同学找不出Al（OH）3而用最高价氧化物Al2O3替代。
2．NaClO、NaNO3、Na2SO3等钠盐在多领域有着较广的应用。
（1）上述三种盐所涉及的五种元素中，半径较小的原子是______________；原子核外最外层p亚层上电子自旋状态只有一种的元素是_____________。
（2）碱性条件下，铝粉可除去工业废水中的NaNO2，处理过程中产生一种能使湿润红色石蕊试纸变蓝的气体。
产物中铝元素的存在形式_____________（填化学符号）；每摩尔铝粉可处理_____________gNaNO2。
（3）新冠疫情发生后，有人用电解食盐水自制NaClO消毒液，装置如图（电极都是石墨）。
电极a应接在直流电源的_____________极；该装置中发生的化学方程式为_____________
（4）Na2SO3溶液中存在水解平衡
+H2O
+
设计简单实验证明该平衡存在__________________。
0.1mol/LNa2SO3溶液先升温再降温，过程中（溶液体积变化不计）PH如下。
时刻
①
②
③
④
温度/℃
25
30
40
25
PH
9.66
9.52
9.37
9.25
升温过程中PH减小的原因是_____________；①与④相比；C（
）①____________④（填“>”或“<”）.
【答案】ON
34.5正2NaCl+2H2O
2NaOH+H2
+Cl2
，Cl2+2NaOH→NaCl+NaClO+H2向溶液中滴加酚酞，发现变红温度升高，Kw变大，c（H+）增大，pH变小（Na2SO3被氧化）>
【解析】
【分析】
（1）电子层数越少，半径越小，电子层数相同，质子数越多半径越小；p亚层的电子数
，p亚层上电子自旋状态只有一种；根据洪特规则，当电子排布在同一能级的不同轨道时，基态原子中的电子总是优先单独占据一个轨道，而且自旋状态相同；
（2）铝在碱性条件下，生成偏铝酸盐；铝粉除去工业废水中的NaNO2，处理过程中产生氨气，反应方程式是
；
（3）氯气与氢氧化钠反应生成次氯酸钠，为使氯气与氢氧化钠充分反应，a极应生成氯气；
（4）由于该水解平衡的存在，使Na2SO3溶液显碱性；水电离吸热，升高温度，水的电离平衡正向移动；①与④相比，温度相同，①的pH大于④，说明④中
浓度减小。
【详解】
（1）上述三种盐所涉及的五种元素中，Na、Cl、S有3个电子层，半径较大，O、N有2个电子层，且O的质子数大于N，所以半径较小的原子是O；根据洪特规则，当电子排布在同一能级的不同轨道时，基态原子中的电子总是优先单独占据一个轨道，而且自旋状态相同，所以p亚层上电子自旋状态只有一种的元素是N；
（2）铝在碱性条件下，生成偏铝酸盐，产物中铝元素的存在形式是
；铝粉除去工业废水中的NaNO2，反应方程式是
，根据方程式1molAl粉处理0.5molNaNO2，质量是0.5mol×69g/mol=34.5g；
（3）a极氯离子失电子生成氯气，所以a极是阳极，应接在直流电源的正极；用石墨电极电解饱和食盐水生成氢氧化钠、氢气、氯气，氯气与氢氧化钠反应生成次氯酸钠，该装置中发生的化学方程式为2NaCl+2H2O
2NaOH+H2
+Cl2
，Cl2+2NaOH=NaCl+NaClO+H2O；
（4）该水解平衡的存在，Na2SO3使溶液显碱性，向溶液中滴加酚酞，发现变红，则证明该平衡的存在；水电离吸热，升高温度，水的电离平衡正向移动，Kw变大，c（H+）增大，pH变小；①与④相比，温度相同，①的pH大于④，说明④中
浓度减小，c（
）①>④。
3．原子序数依次增大的A、B、C、D、E、F六种元素。
其中A的基态原子有3个不同的能级，各能级中的电子数相等；C的基态原子2p能级上的未成对电子数与A原子的相同；D为它所在周期中原子半径最大的主族元素；E和C位于同一主族，F的原子序数为29。
（1）F原子基态的外围核外电子排布式为_______。
（2）在A、B、C三种元素中，第一电离能由小到大的顺序是_______（用元素符号回答）。
（3）元素B的简单气态氢化物的沸点________（高于，低于）元素A的简单气态氢化物的沸点，其主要原因是__________。
（4）由A、B、C形成的离子CAB－与AC2互为等电子体，则CAB－的结构式为__________。
（5）在元素A与E所形成的常见化合物中，A原子轨道的杂化类型为________。
（6）由B、C、D三种元素形成的化合物晶体的晶胞如图所示，则该化合物的化学式为______。
【答案】3d104s1C＜O＜N高于NH3分子之间存在氢键[N＝C＝O]－spNaNO2
【解析】
【分析】
原子序数依次增大的A、B、C、D、E、F六种元素，A的基态原于有3个不同的能级，各能级中的电子数相等，则A是C元素；C的基态原子2p能级上的未成对电子数与A原子的相同，C原子序数大于A，则C为O元素；B原子序数大于A而小于C，则B是N元素；E和C位于同一主族，则E是S元素；D为它所在周期中原子半径最大的主族元素，原子序数小于S，则D是Na元素；F的原子序数为29，为Cu元素；
（1）F是Cu元素，其原子核外有29个电子，根据构造原理书写F基态原子的外围核外电子排布式；
（2）A、B、C分别是C、N、O元素，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；
（3）含有氢键的氢化物熔点较高；
（4）由C、N、O形成的离子OCN-与CO2互为等电子体，等电子体原子个数相等、价电子数相等；
（5）在元素C与S所形成的常见化合物CS2中，根据价层电子对理论确定A原子轨道的杂化类型；
（6）由N、O、Na三种元素形成的化合物晶体的晶胞如图所示，利用均摊法确定其化学式。
【详解】
（1）F为ds区，因此核外电子排布式为：
1s22s22p63s23p63d104s1或[Ar]3d104s1，外围核外电子排布式为3d104s1；
（2）同周期从左向右第一电离能增大，但IIA＞IIIA、VA＞VIA，第一电离能大小顺序是C＜O＜N；
（3）B的氢化物是NH3，A的简单氢化物是CH4，NH3分子之间存在氢键，而CH4分子间的作用是范德华力，氢键比范德华力更强，NH3的沸点较高；
（4）CAB－的化学式为OCN－，AC2的化学式为CO2，两者为等电子体，它们的结构相似，因此OCN－的结构式为：
[N=C=O]−；
（5）形成的化合物是CS2，结构式为S=C=S，杂化轨道数等于价层电子对数，即C的杂化类型为sp；
（6）根据半径大小，大黑球是Na，大黑球位于晶胞的棱上，因此真正属于晶胞的个数为8×
=2，大白球为N，小白球为O，两者形成离子是NO2-，其位于顶点和体心，真正的个数为8×
+1=2，因此化学式为NaNO2。
4．南京理工教授制出了一种新的全氮阴离子盐—AgN5，目前已经合成出钠、锰、铁、钴、镍、镁等几种金属的全氮阴离子盐。
（1）基态Mn2+的价电子排布式为____；银与铜位于同一族，银元素位于元素周期表的___区。
（2）[Mg（H2O）6]2+[（N5）2（H2O）4]2-的晶体的部分结构如图1所示：
N、O、Mg元素的前3级电离能如下表所示：
元素
I1/kJ∙mol-1
I2/kJ∙mol-1
I3/kJ∙mol-1
X
737.7
1450.7
7732.7
Y
1313.9
3388.3
5300.5
Z
1402.3
2856.0
4578.1
①X、Y、Z中为N元素的是____，判断理由是__________。
②从作用力类型看，Mg2+与H2O之间是________、N5与H2O之间是________。
③N5-为平面正五边形，N原子的杂化类型是_______。
科学家预测将来还会制出含N4-、N6-等平面环状结构离子的盐，这一类离子中都存在大π键，可用符号π
表示，其中m代表参与形成大π键的原子数，n代表参与形成大π键的电子数（如苯分子中的大π键可表示为π
），则N4-中的大π键应表示为_________。
（3）AgN5的立方晶胞结构如图2所示，Ag+周围距离最近的Ag+有_______个。
若晶体中紧邻的N5-与Ag+的平均距离为anm，NA表示阿伏加德罗常数的值，则AgN5的密度可表示为_____g∙cm-3（用含a、NA的代数式表示）。
【答案】3d5dsZX最外层为2个电子，X为镁；N的2p轨道处于半充满的稳定状态，其失去第一个电子较难，I1较大，则Z为氮元素配位键氢键sp2
12
【解析】
【分析】
（1）根据构造原理书写出25号Mn元素的原子核外电子排布式，Mn原子失去最外层2个电子得到Mn2+；根据原子结构与元素在周期表的位置确定Ag在周期表所属区域；
（2）①根据元素的电离能大小结合原子结构确定X、Y、Z三种元素，然后判断哪种元素是N元素；
②根据图示，判断晶体中阳离子、阴离子中含有的作用力类型；
③结合N5-为平面正五边形结构，结合原子杂化类型与微粒构型关系分析判断，结合微粒的原子结构分析大π键的形成；
（3）根据晶胞中离子的相对位置判断Ag+的配位数，利用均摊方法计算1个晶胞中含有的AgN5的个数，结合ρ=
计算密度大小。
【详解】
（1）Mn是25号元素，根据构造原理可得Mn原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s2，Mn原子失去最外层2个电子得到Mn2+，其价电子排布式为3d5；Ag、Cu在周期表中位于第IB，发生变化的电子有最外层的s电子和次外层的d电子，属于ds区元素；
（2）①X的第一、第二电离能比较小且很接近，说明X原子最外层有2个电子，容易失去，则X为Mg元素，Z的第一电离能在三种元素中最大，结合N原子2p轨道处于半充满的稳定状态，其失去第一个电子较难，I1较大，可推知Z为N元素，Y是O元素；
②在该晶体中阳离子[Mg（H2O）6]2+的中心离子Mg2+含有空轨道，而配位体H2O的O原子上含有孤电子对，在结合时，Mg2+提供空轨道，H2O的O原子提供孤电子对，二者形成配位键；在阴离子[（N5）2（H2O）4]2-上N5-与H2O的H原子之间通过氢键结合在一起，形成N…H-O，故二者之间作用力为氢键；
③若原子采用sp3杂化，形成的物质结构为四面体形；若原子采用sp2杂化，形成的物质结构为平面形；若原子采用sp杂化，则形成的为直线型结构。
N5-为平面正五边形，说明N原子的杂化类型为sp2杂化；在N5-中，每个N原子的sp2杂化轨道形成2个σ键，N原子上还有1个孤电子对及1个垂直于N原子形成平面的p轨道，p轨道间形成大π键，N5-为4个N原子得到1个电子形成带有1个单位负电荷的阴离子，所以含有的电子数为5个，其中大π键是由4个原子、5个电子形成，可表示为
；
（3）根据AgN5的晶胞结构示意图可知，假设以晶胞顶点Ag+为研究对象，在晶胞中与该Ag+距离相等且最近的Ag+在晶胞面心上，通过该顶点Ag+可形成8个晶胞，每个面心上的Ag+被重复使用了2次，所以与Ag+距离相等且最近的Ag+的数目为
=12个；在一个晶胞中含有Ag+的数目为8×
+6×
=4，含有N5-的数目为1+12×
=4，晶胞体积为V=（2a×10-7）3cm3，则ρ=
g/cm3。
【点睛】
本题考查了物质结构，涉及电离能的应用、作用力类型的判断、大π的分析、晶胞计算，掌握物质结构知识和晶体密度计算方法是解题关键，要注意电离能变化规律及特殊性，利用均摊方法分析判断晶胞中含有微粒数目，结合密度计算公式解答。
5．A、B、C、D、E、F六种短周期主族元素，原子序数依次增大。
其中B的单质在常温下为双原子分子，它与A的单质可形成分子X，X的水溶液呈碱性；D的简单阳离子与X具有相同电子数，且D是同周期中简单离子半径最小的元素；E元素的原子最外层比次外层少两个电子，C、F两种元素的原子最外层共有13个电子。
则
（1）A的元素符号______________，D的元素名称____________。
（2）C在周期表中的位置：
___________，E的离子结构示意图________；
（3）B、C、E分别与A形成的化合物中最稳定的是________（写化学式）；E、F的最高价氧化物对应的水化物的酸性较强的是________（写化学式）
（4）F的单质在反应中常作氧化剂，该单质的水溶液与E的低价氧化物反应的离子方程式为________________。
（5）X在纯净的C单质中可以安静的燃烧，生成B的单质。
该方应的化学方程式为：
__________________。
【答案】H铝第二周期ⅥA族
H2OHClO4SO2+Cl2+2H2O=2Cl－+4H++SO42－4NH3+3O2（纯氧）
2N2+6H2O
【解析】
【分析】
A、B、C、D、E、F六种短周期主族元素，原子序数依次增大，其中B的单质在常温下为双原子分子，它与A的单质可形成分子X，X的水溶液呈碱性，A的原子序数比B小，则B为N元素，A为H元素，X为NH3；D的简单阳离子与X具有相同电子数，D的简单阳离子为10e-结构，且D是同周期中简单离子半径最小的元素，则D为Al元素；E元素的原子最外层比次外层少两个电子，E的原子序数大于Al，则E有3个电子层，最外层电子数为6，则E为S元素；F的原子序数比E大且为短周期主族元素，则F是Cl元素；C、F（Cl）两种元素的原子最外层共有13个电子，C最外层电子数=13-7=6，C的原子序数比Al小，则C为O元素，结合元素对应的单质、化合物的性质解答该题。
【详解】
（1）根据上述分析A为氢，元素符号为H，D的元素名称为铝，故答案为：
H；铝；
（2）C为O，原子序数为8，在周期表中第二周期VIIA族；E为硫，硫离子结构示意图为
，故答案为：
第二周期VIIA族；
；
（3）B、C、E分别与A形成的化合物分别是NH3、H2O、H2S，非金属越强，氢化物越稳定，非金属性O＞N＞S，所以氢化物稳定性H2O＞NH3＞H2S，即H2O最稳定；E为硫，F为氯，非金属性越强其最高价氧化物对应的水化物酸性越强，所以较强的是HClO4，故答案为：
H2O；HClO4；
（4）氯水与二氧化硫反应生成硫酸和盐酸，反应的离子方程式为：
SO2+Cl2+2H2O=2Cl-+4H++SO42-，故答案为：
SO2+Cl2+2H2O=2Cl-+4H++SO42-；
（5）氨气在氧气中燃烧生成氮气和水，反应方程式为：
4NH3+3O2（纯氧）
2N2+6H2O，故答案为：
4NH3+3O2（纯氧）
2N2+6H2O。
6．Ⅰ.在
、
N、
O、
Cl、
U、
U中：
（1）___和_____的质量数相等，但不能互称为同位素。
（2）___和____的中子数相等，但质子数不相等，所以不是同一种元素。
以上所列共有______种元素。
Ⅱ.物质的类别和核心元素的化合价是研究物质性质的两个基本视角。
（3）Y的分子式为________。
（4）图中X的电子式为
；其水溶液长期在空气中放置容易变浑浊，原因是________（用化学方程式表示）；该变化体现出：
S非金属性比O____（填“强”或“弱”）。
用原子结构解释原因：
同主族元素从上到下，__________，得电子能力逐渐减弱。
（5）Z与图表中某物质反应生成SO2的化学方程式是______________________。
【答案】
N
O5SO32H2S＋O2=2S↓＋2H2O弱电子层数增多，原子半径增大Na2SO3＋H2SO4=Na2SO4＋SO2↑＋H2O
【解析】
【分析】
Ⅰ.
（1）同位素中核素质子数相同；
（2）中子数=质量数-质子数；一种元素符号对应一种元素；
Ⅱ.（3）Y为S元素+6价的氧化物；
（4）H2S在空气中变浑浊是因为被氧气氧化为S；同主族元素最外层电子数相同，原子半径自上而下逐渐增大，得电子能力逐渐减弱，失电子能力逐渐增强；
（5）Z为S元素+4价的盐，可以与硫酸反应生成SO2。
【详解】
Ⅰ.
（1）同位素中核素质子数相同，因此质量数相等，但不能互称为同位素的核素为
和
，故答案为：
；
；
（2）中子数=质量数-质子数，上述核素的中子数分别为8、7、8、18、143、146，因此
和
的中子数相等，但质子数不相等，二者不是同一种元素；一种元素符号对应一种元素，因此上述一共有5种元素，故答案为：
；
；5；
Ⅱ.（3）Y为S元素+6价的氧化物SO3，故答案为：
SO3；
（4）X为H2S，H2S在空气中变浑浊是因为被氧气氧化为S，反应为2H2S＋O2=2S↓＋2H2O，所以S非金属性比O弱，从结构上可知，氧和硫同主族，同主族元素最外层电子数相同，从上到下，电子层数增多，原子半径增大，得电子能力逐渐减弱，故答案为：
2H2S＋O2=2S↓＋2H2O；弱；电子层数增多，原子半径增大；
（5）Z为S元素+4价的盐，如Na2SO3，可以与硫酸反应生成SO2，化学方程式为H2SO4+Na2SO3=Na2SO4+SO2↑+H2O，故答案为：
H2SO4+Na2SO3=Na2SO4+SO2↑+H2O。
【点睛】
本题注意区分Ⅰ，①不同核素可能具有相同的质子数，如
、
；也可能具有相同的中子数，如
、
；也可能具有相同的质量数，如
、
；
②同位素之间的转化，既不是物理变化也不是化学变化，是核反应；
③同位素之间可形成不同的同位素单质，如氢的三种同位素形成的单质有六种：
H2、D2、T2、HD、HT、DT，他们的物理性质（如密度）有所不同，但化学性质几乎完全相同；
④同位素之间可形成不同的同位素化合物，如水分子有H2O（普通水）、D2O（重水）、T2O（超重水）等，他们的相对分子质量不同，物理性质（如密度）有所不同，但化学性质几乎完全相同。
7．下表为元素周期表的一部分，请参照元素①－⑩在表中的位置，用相应的化学用语回答下列问题：
族
周期
IA
0
1
①
ⅡA
ⅢA
ⅣA
ⅤA
ⅥA
ⅦA
2
②
③
④
⑤
3
⑥
⑦
⑧
⑨
⑩
（1）表中用序号标出的10种元素中，化学性质最不活泼的元素的原子结构示意图是_____________________________。
（2）④、⑥、⑧的原子半径由小到大的顺序为___________（用元素符号作答）。
（3）②、③、⑨的最高价氧化物的水化物的酸性由弱到强的顺序是______________（用化学式作答）。
（4）由表中两种元素的原子按1：
1组成的共价化合物M，M为常见液态化合物，其稀溶液易被催化分解，请写出M的电子式_____________，M的结构式_____________。
（5）写出⑦元素的最高价氧化物对应水化物分别与元素⑥、⑧的最高价氧化物对应水化物的水溶液反应的离子方程式_____________、_____________。
（6）⑥的金属性强于⑦，下列表述中能证明这一事实的是_____________。
a．⑥的单质和⑦的单质熔沸点不同
b．⑥的最高价氧化物水化物的碱性比⑦的最高价氧化物水化物的碱性强
c．⑦最外层的电子数比⑥多
d．⑦的单质与稀盐酸反应比⑥的缓和一些
（7）①和④形成的气态氢化物与①和⑧形成的气态氢化物相比较，_____________沸点高（填化学式），理由是_______________________________________。
【答案】
OH-O-O-HAl（OH）3+OH-=AlO2-+2H2OAl（OH）3+3H+==Al3++3H2ObdH2OH2O分子间能形成氢键，氢键可以极大地提高水的熔沸点
【解析】
【分析】
由表中元素所在的位置，可以确定①为氢（H），②为碳（C），③为氮（N），④为氧（O），⑤为氟（F），⑥为钠（Na），⑦为铝（Al），⑧为硫（S），⑨为氯（Cl），⑩为氩（Ar）。
【详解
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