备战高考化学原子结构与元素周期表大题培优附详细答案.docx

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备战高考化学原子结构与元素周期表大题培优附详细答案

2020-2021备战高考化学原子结构与元素周期表（大题培优）附详细答案

一、原子结构与元素周期表练习题（含详细答案解析）

1．硅是构成矿物和岩石的主要成分，单质硅及其化合物具有广泛的用途。

完成下列填空：

I.某些硅酸盐具有筛选分子的功能，一种硅酸盐的组成为：

M2O·R2O3·2SiO2·nH2O，已知元素M、R均位于元素周期表的第3周期。

两元素原子的质子数之和为24。

（1）该硅酸盐中同周期元素原子半径由大到小的顺序为________________；

（2）写出M原子核外能量最高的电子的电子排布式：

__________________；

（3）常温下，不能与R单质发生反应的是___________（选填序号）；

a．CuCl2溶液b．Fe2O3c．浓硫酸d．Na2CO3溶液

（4）写出M、R两种元素的最高价氧化物对应的水化物反应的离子方程式：

____________________________________________。

II.氮化硅（Si3N4）陶瓷材料硬度大、熔点高。

可由下列反应制得：

SiO2+C+N2

Si3N4+CO

（5）Si3N4晶体中只有极性共价键，则氮原子的化合价为______，被还原的元素为______________。

（6）C3N4的结构与Si3N4相似。

请比较二者熔点高低。

并说明理由：

_____________________。

（7）配平上述反应的化学方程式，并标出电子转移的数目和方向。

_________________

（8）如果上述反应在10L的密闭容器中进行，一段时间后测得气体密度增加了2.8g/L，则制得的Si3N4质量为_____________。

【答案】Na>Al>Si3s1bd

-3N2中氮元素两者均为原子晶体，碳原子半径小于硅原子半径，因此C3N4中碳原子与氮原子形成的共价键键长较Si3N4中硅原子与氮原子形成的共价键键长小，键能较大，熔点较高

35g

【解析】

【分析】

【详解】

I．

（1）化合物的化合价代数和为0，因此M呈+1价，R呈+3价，M、R均位于元素周期表的第3周期，两元素原子的质子数之和为24，则M为Na，R为Al，该硅酸盐中Na、Al、Si为同周期元素，元素序数越大，其半径越小，因此半径大小关系为：

Na>Al>Si；

（2）M原子核外能量最高的电子位于第三能层，第三能层上只有1个电子，其电子排布式为：

3s1；

（3）常温下，Al与CuCl2溶液反应能将铜置换出来；Al与Fe2O3在高温反应；Al与浓硫酸发生钝化；Al与Na2CO3溶液在常温下不发生反应；

故答案为：

bd；

（4）Na、Al两种元素的最高价氧化物对应的水化物分别为：

NaOH、Al（OH）3，二者反应的离子方程式为：

；

II．（5）非金属性N>Si，因此Si3N4中N元素化合价为-3价；该反应中N元素化合价从0价降低至-3价，N元素被还原；

（6）Si3N4陶瓷材料硬度大、熔点高，晶体中只有极性共价键，说明Si3N4为原子晶体，C3N4的结构与Si3N4相似，说明C3N4为原子晶体，两者均为原子晶体，碳原子半径小于硅原子半径，因此C3N4中碳原子与氮原子形成的共价键键长较Si3N4中硅原子与氮原子形成的共价键键长小，键能较大，熔点较高；

（7）该反应中Si元素化合价不变，N元素化合价从0价降低至-3价，C元素化合价从0价升高至+2价，根据得失电子关系以及原子守恒配平方程式以及单线桥为：

；

（8）气体密度增加了2.8g/L，说明气体质量增加了2.8g/L×10L=28g，

因此生成的Si3N4质量为

=35g。

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．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。

4．元素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。

回答下列问题：

（1）b、c、d中第一电离能最大的是_____（填元素符号），e的价层电子轨道表示式为____。

（2）a和其他元素形成的二元共价化合物中，三角锥形分子的中心原子的杂化方式为____。

（3）这些元素形成的含氧酸中，HNO2、H2SO3的中心原子价层电子对数之和为____，H2SO3和H2SO4酸根的空间构型分别为____、____。

（4）e单质晶体结构如图1，此晶胞模型名称为____，e原子半径为rcm，e的相对原子质量为M，晶胞密度为ρg/cm3，则阿伏加德罗常数为_____mol-1（用r、ρ表示）。

（5）这5种元素形成的一种1∶1型离子化合物中，阴离子呈四面体结构；阳离子呈轴向狭长的八面体结构（如图2所示）。

该化合物中，阴离子为____，阳离子中存在的化学键类型有______；该化合物加热时首先失去的组分是______（填“H2O”或“NH3”），判断理由是_______。

【答案】N

sp37三角锥形正四面体面心立方晶胞

SO42-共价键和配位键H2OH2O与Cu2+的配位键键长较长而比较弱

【解析】

【分析】

元素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，则a为H元素；c的最外层电子数为其内层电子数的3倍，最外层电子数不超过8个，则c核外电子排布为2、6，因此c是O元素；b的价电子层中的未成对电子有3个，且原子序数小于c，则b核外电子排布式是1s22s22p3，b原子序数为7，所以b是N元素；e的最外层只有1个电子，但次外层有18个电子，则e原子核外电子数为2+8+18+1=29，e为Cu元素；d与c同族，且原子序数小于e ，所以d为S元素。

（1）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族和第VA族元素第一电离能大于其相邻主族元素，同一主族元素中，元素第一电离能随着原子序数增大而减小；e的价层电子为3d、4s电子；

（2）a和其他元素形成的二元共价化合物中，分子呈三角锥形，该分子为NH3，根据价层电子对互斥理论确定该分子的中心原子的杂化方式；

（3）根据价层电子对理论分析这些元素形成的含氧酸中的中心原子的价层电子对数之和，根据原子的价层电子对数确定H2SO3和H2SO4酸根的空间构型；

（4）根据晶胞结构判断晶胞晶体类型；根据晶胞的基本结构可知其中含有的Cu原子数，利用密度ρ=

计算阿伏伽德罗常数；

（5）这5种元素形成的一种1：

1型离子化合物中，阴离子呈四面体结构，说明该阴离子价层电子对个数是4且不含孤电子对；阳离子呈轴向狭长的八面体结构，根据图知：

其阳离子中铜离子配位数是6，在八面体上下顶点上的分子中含有两个共价键且含有两个孤电子对，为水分子，有两个H2O分子；正方形平面上四个顶点上的分子中含有3个共价键且含有一个孤电子对，该分子为NH3分子，共有4个NH3分子。

【详解】

根据上述分析可知：

 a为H元素；b是N元素；c是O元素；d为S元素；e为Cu元素。

（1）b是N，c是O，d为S。

由于同一周期元素的第一电离能随着原子序数增大而呈增大趋势，但第IIA族和第VA族元素第一电离能大于其相邻元素；同一主族元素的第一电离能随着原子序数增大而减小，所以b、c、d三种元素第一电离能最大的是N元素； e是Cu元素，其价层电子为3d、4s电子，则其价层电子排布图为

；

（2）a是H元素，H和其他元素形成的二元共价化合物中，物质分子呈三角锥形的为NH3，该分子的中心N原子形成3个共价健N-H，同时N原子上还含有一个孤电子对，价层电子对数为4，所以N原子的杂化方式为sp3杂化；

（3）这些形成的含氧酸中，HNO2的分子的中心N原子的价层电子对数为2+

=3，H2SO3的中心S原子的价层电子对数为3+

=4，所以HNO2、H2SO3的中心原子价层电子对数之和为3+4=7；亚硫酸H2SO3的酸根SO32-中的S原子价层电子对数为：

3+

=4，且含有一对孤电子对，所以其空间构型为三角锥形；硫酸H2SO4的酸根SO42-中的S原子价层电子对数为：

4+

=4，中心原子S上无孤对电子，所以其空间构型为正四面体形；

（4）根据Cu晶胞结构可知:

Cu晶胞模型类型为立方面心结构；在一个Cu晶胞中含有的Cu原子个数为：

8×

+6×

=4，Cu的相对原子质量为M，则晶胞质量m=

g，假设晶胞边长为L，Cu原子半径为rcm，则

L=4rcm，所以L=2

rcm，晶胞体积为V=

=

=16

cm3，则晶胞密度ρ=

，所以NA=

/mol；

（5）根据已知条件可知五种元素形成的1：

1型离子化合物的阴离子呈四面体结构，说明该阴离子价层电子对个数是4，且不含孤电子对，则该离子为SO42-；阳离子呈轴向狭长的八面体结构，根据图知，其阳离子中的中心离子Cu2+配位数是6，配位体是H2O、NH3，其中H2O有2个，NH3有4个，H2O、NH3与Cu2+之间通过配位键结合，H2O中存在H-O共价键，NH3中存在H-N共价键，故阳离子中含有配位键和共价键；元素的非金属性O>N，且原子半径O

【点睛】

本题考查元素及化合物的推断、元素电离能大小比较、杂化轨道理论、价层电子对理论及晶胞计算等，掌握物质结构知识和一定数学知识是解题关键，侧重考查学生空间想象能力、分析能力和知识运用能力。

5．X、Z、Q、R、T为前四周期元素，且原子序数依次增大。

X和Q属同族元素，X和R可形成化合物XR4；R2为黄绿色气体；Z与X同周期且基态原子的s轨道和p轨道的电子总数相等；T2+的3d轨道中有5个电子。

请回答下列问题：

（1）Z基态原子的电子排布式是______；Z所在周期元素中，最高价氧化物对应的水化物酸性最强的是______（填化学式）。

（2）利用价层电子对互斥理论判断RZ3-的立体构型是______；RZ3-的中心原子的杂化轨道类型为______。

（3）水中T含量超标，容易使洁具和衣物染色．RZ2可以用来除去水中超标的T2+，生成黑色沉淀TZ2，当消耗0.2molRZ2时，共转移了1mol电子，则反应的离子方程式为___________。

【答案】1s22s22p4HNO3三角锥形sp3杂化2ClO2+5Mn2++6H2O=5MnO2↓+2Cl﹣+12H+

【解析】

【分析】

X、Z、Q、R、T为前四周期元素，且原子序数依次增大，R2为黄绿色气体，则R为Cl；X和R可形成化合物XR4，则X为+4价，处于IVA族，X和Q属同族元素，可推知X为C元素、Q为Si；Z与X同周期且基态原子的s轨道和p轨道的电子总数相等，则Z核外电子排布为1s22s22p4，因此Z为O元素；T2+的3d轨道中有5个电子，原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s2，则T为Mn，据此解答。

【详解】

根据上述分析可知：

X是C元素，Z是O元素，Q是Si元素，R是Cl元素，T是Mn元素。

（1）Z是O元素，O基态原子的电子排布式是1s22s22p4；Z所在周期元素中，元素最高价氧化物对应的水化物酸性最强的是HNO3；

（2）RZ3-是ClO3-，ClO3-离子中中心原子Cl原子孤电子对数=

=1，价层电子对数为3+1=4，则ClO3-立体构型是三角锥形，其中心原子Cl原子的杂化轨道类型为sp3杂化；

（3）水中Mn含量超标，容易使洁具和衣物染色，ClO2可以用来除去水中超标的Mn2+，生成黑色沉淀MnO2，当消耗0.2molClO2时，共转移了1mol电子，假设Cl元素在还原产物中化合价为a，则0.2mol×（4-a）=1mol，解得a=-1，即ClO2被还原变为Cl-，根据电荷守恒可知，还产生了H+，则反应的离子方程式为：

2ClO2+5Mn2++6H2O=5MnO2↓+2Cl﹣+12H+。

【点睛】

本题考查结构、性质、位置关系应用、核外电子排布、杂化方式判断、氧化还原反应等，较为全面的考查了元素化合物、物质结构理论及氧化还原反应的分析与判断能力，是对学生对知识的迁移运用能力的综合考查。

6．下表为长式周期表的一部分，其中的编号代表对应的元素。

试填空。

（1）写出上表中元素⑨原子的外围电子排布式________________________。

（2）元素③与⑧形成的化合物中元素③的杂化方式为：

_______杂化，其形成的化合物的晶体类型是：

_________________。

（3）元素④、⑤的第一电离能大小顺序是：

____＞____（用元素符号表示）；元素④与元素①形成的X分子的空间构型为：

___________。

请写出与N3—互为等电子体的分子或离子的化学式__________，__________（各写一种）。

（4）在测定①与⑥形成的化合物的相对分子质量时，实验测得的值一般高于理论值的主要原因是：

_______________________。

（5）某些不同族元素的性质也有一定的相似性，如上表中元素⑦与元素②的氢氧化物有相似的性质，写出元素②的氢氧化物与NaOH溶液反应的化学方程式_____________。

（6）元素⑩在一定条件下形成的晶体的基本结构单元如下图1和图2所示，则在图1和图2的结构中与该元素一个原子等距离且最近的原子数之比为：

_________。

【答案】3d54s1sp3分子晶体NO三角锥形CO2或CS2、N2O、BeCl2CNO-HF分子之间有氢键，形成（HF）nNa2BeO22∶3，

【解析】

【分析】

由元素在周期表中的位置可知，①为H，②为Be，③为C，④为N，⑤为O，⑥为F，⑦为Al，⑧为Cl，⑨为Cr，⑩为Co；

（1）Cr的原子序数为24，注意外围电子的半满为稳定状态；

（2）元素③与⑧形成的化合物为CCl4，存在4个共价单键，没有孤对电子，构成微粒为分子；

（3）④为N，⑤为O，N原子的2p电子半满为稳定结构，则第一电离能大；X分子为NH3，与N3-互为等电子体的分子、离子，应具有3个原子和16个价电子；

（4）HF分子之间含有氢键；

（5）Al与Be位于对角线位置，性质相似；

（6）由图1可知，与体心原子距离最近的原子位于顶点，则有8个；由图2可知，与顶点原子距离最近的原子位于面心，1个晶胞中有3个，则晶体中有

=12个。

【详解】

由元素在周期表中的位置可知，①为H，②为Be，③为C，④为N，⑤为O，⑥为F，⑦为Al，⑧为Cl，⑨为Cr，⑩为Co；

（1）Cr的原子序数为24，注意外围电子的半满为稳定状态，则外围电子排布为3d54s1；

（2）元素③与⑧形成的化合物为CCl4，存在4个共价单键，没有孤对电子，则C原子为sp3杂化，构成微粒为分子，属于分子晶体；

（3）④为N，⑤为O，N原子的2p电子半满为稳定结构，则第一电离能大，即N＞O；X分子为NH3，空间构型为三角锥形；与N3-互