备战高考化学原子结构与元素周期表综合题附答案解析.docx
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备战高考化学原子结构与元素周期表综合题附答案解析
备战高考化学原子结构与元素周期表综合题附答案解析
一、原子结构与元素周期表练习题（含详细答案解析）
1．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。
2．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。
3．为探究乙烯与溴的加成反应，甲同学设计并进行如下实验：
先取一定量的工业用乙烯气体（在储气瓶中），使气体通入溴水中，发现溶液褪色，即证明乙烯与溴水发生了加成反应；乙同学发现在甲同学的实验中，褪色后的溶液里有少许淡黄色浑浊物质，推测在工业上制得的乙烯中还可能含有少量还原性气体杂质，由此他提出必须先除去杂质，再让乙烯与溴水反应。
请回答下列问题：
（1）甲同学设计的实验________（填“能”或“不能”）验证乙烯与溴发生了加成反应，其理由是________（填序号）。
①使溴水褪色的反应不一定是加成反应
②使溴水褪色的反应就是加成反应
③使溴水褪色的物质不一定是乙烯
④使溴水褪色的物质就是乙烯
（2）乙同学推测此乙烯中一定含有的一种杂质气体是________，它与溴水反应的化学方程式是________________。
在实验前必须全部除去，除去该杂质的试剂可用________。
（3）为验证乙烯与溴发生的反应是加成反应而不是取代反应，丙同学提出可用
试纸来测试反应后溶液的酸性，理由是_____________________________________________________________________________。
【答案】不能①③
溶液（答案合理即可）若乙烯与
发生取代反应，必定生成
，溶液的酸性会明显增强，若乙烯与
发生加成反应，则生成
，溶液的酸性变化不大，故可用
试纸予以验证
【解析】
【分析】
根据乙同学发现在甲同学的实验中，褪色后的溶液里有少许淡黄色浑浊物质，推测在工业上制得的乙烯中还可能含有少量还原性气体杂质，该淡黄色的浑浊物质应该是具有还原性的硫化氢与溴水发生氧化还原反应生成的硫单质，反应方程式为
，据此分析解答。
【详解】
（1）根据乙同学发现在甲同学的实验中，褪色后的溶液里有少许淡黄色浑浊物质，推测在工业上制得的乙烯中还可能含有少量还原性气体杂质，则可能是该还原性气体与溴水发生氧化还原反应，使溴水褪色，则溴水褪色不能证明是乙烯与溴水发生了加成反应，所以①③正确，故答案为：
不能；①③；
（2）淡黄色的浑浊物质是具有还原性的硫化氢与溴水发生氧化还原反应生成的硫单质，反应方程式为
；选用的除杂试剂能够除去硫化氢气体，但是不能与乙烯反应，也不能引入新的气体杂质，根据除杂原则，可以选用
溶液，故答案为：
；
；
溶液（答案合理即可）；
（3）若乙烯与
发生取代反应，必定生成
，溶液的酸性会明显增强，若乙烯与
发生加成反应，则生成
，溶液的酸性变化不大，故可用
试纸予以验证，故答案为：
若乙烯与
发生取代反应，必定生成
，溶液的酸性会明显增强，若乙烯与
发生加成反应，则生成
，溶液的酸性变化不大，故可用
试纸予以验证。
4．如图是元素周期表中的前四周期，①～⑨为相应的元素，请从中选择合适的元素回答问题：
（1）根据元素原子的外围电子排布特征，元素周期表可划分为五个区域，元素⑦位于周期表的___区。
（2）写出元素③与元素⑤形成的稳定化合物的结构式______。
（3）②、⑥两元素形成的化合物其中心原子的杂化轨道类型为___。
（4）元素⑦与CO可形成X（CO）5型化合物，该化合物常温下呈液态，熔点为-20.5℃，沸点为103℃，易溶于非极性溶剂，据此可判断该化合物晶体属于____晶体（填晶体类型）。
（5）元素⑨的离子的氢氧化物不溶于水，但可溶于氨水，该离子与NH3间结合的作用力为____。
（6）将①、⑥形成的化合物溶于水，其与水间可能存在的氢键表示为____________（写一种即可）。
（7）金属⑦有δ、γ、α三种同素异形体，各晶胞如下图，则δ和α中原子的配位数之比为________。
【答案】dO=C=Osp2杂化分子配位键F－H…F、F－H…O、O－H…F、O－H…O4：
3
【解析】
【分析】
根据元素周期表可知①为H元素、②为B元素、③为C元素、④为N元素、⑤为O元素、⑥为F元素、⑦为Fe元素、⑧为Cu元素、⑨为Zn元素。
【详解】
（1）元素⑦为Fe元素，位于周期表的d区，故答案为：
d；
（2）元素③为C元素、元素⑤为O元素，其形成的稳定化合物为二氧化碳，结构式为：
O=C=O，故答案为：
O=C=O；
（3）②为B元素、⑥为F元素，两元素形成的化合物为BF3，中心原子是B，价层电子对个数=σ键+孤电子对个数=3+0=3，杂化轨道类型为：
sp2杂化，故答案为：
sp2杂化；
（4）元素⑦为Fe元素、与CO可形成Fe（CO）5型化合物，该化合物常温下呈液态，熔点为-20.5 ℃，沸点为103 ℃，易溶于非极性溶剂，据此可判断该化合物晶体属于分子晶体，故答案为：
分子；
（5）元素⑨Zn元素，氢氧化物为Zn（OH）2不溶于水，但可溶于氨水，Zn2+离子与NH3间结合的作用力为配位键，故答案为：
配位键；
（6）①为H元素、⑥为F元素，形成的化合物为HF，溶于水，与水分子间可能存在的氢键表示为：
F－H…F、F－H…O、O－H…F、O－H…O，故答案为：
F－H…F、F－H…O、O－H…F、O－H…O；
（7）金属⑦为Fe，有δ、γ、α三种同素异形体，δ为体心立方，α为简单立方，原子的配位数之比为8：
6＝4：
3，故答案为：
4：
3。
【点睛】
金属晶体的原子堆积模型：
①简单立方堆积，空间利用率
，配位数6；②体心立方堆积，空间利用率
，配位数8；③六方最密堆积，空间利用率
，配位数12；④面心立方最密堆积，空间利用率
，配位数12。
5．A、B、C、D、E五种短周期元素，它们的原子序数依次增大；A原子核内无中子；B元素的最高价氧化物对应水化物与其氢化物能反应生成盐F；D与A同主族，且与E同周期；E元素原子的最外层电子数是其次外层电子数的
，A、B、D、E这四种元素，每一种与C元素都能形成元素的原子个数比不相同的若干种化合物．请回答下列问题：
（1）C元素在元素周期表中的位置是___；C、D、E三种元素简单离子半径由大到小的顺序为：
___（用离子符号表示）。
（2）写出分别由A、D与C形成的原子个数比为1：
1的化合物的电子式___、___。
（3）A与C、E间分别形成甲、乙两种共价化合物，且甲有10个电子，乙有18个电子，则沸点较高的是___（填化学式）。
（4）F含有的化学键类型是___、___。
（5）D和C形成的一种化合物能与A和C形成的一种化合物反应产生C单质，该反应的离子方程式为___。
【答案】第二周期VIA族S2->O2->Na+
H2O离子键极性共价键2Na2O2+2H2O=4Na++4OH-+O2↑
【解析】
【分析】
A原子核内无中子，则A为氢元素；B元素的最高价氧化物对应水化物与其氢化物能反应生成盐F，B为氮元素，F为硝酸铵；E元素原子的最外层电子数是其次外层电子数的
，则E为硫元素，在第三周期；D与A同主族，且与E同周期，则D为钠元素；A、B、D、E这四种元素，每一种与C元素都能形成元素的原子个数比不相同的若干种化合物，则C为氧元素。
【详解】
（1）C为氧元素，在元素周期表中的位置是第二周期VIA族；Na+、O2-、S2-离子半径由大到小的顺序为S2->O2->Na+，故答案为：
第二周期VIA族；S2->O2->Na+；
（2）由H、Na与O形成的原子个数比为1：
1的化合物分别为H2O2、Na2O2，其电子式分别为
、
，故答案为：
；
（3）H与O、S间分别形成H2O、H2S两种共价化合物，因为水分子间存在氢键，则沸点较高，故答案为：
H2O；
（4）F为硝酸铵，含有离子键和极性共价键，故答案为：
离子键、极性共价键；
（5）过氧化钠与水反应能生成氧气，则该反应的离子方程式为2Na2O2+2H2O=4Na++4OH-+O2↑，故答案为：
2Na2O2+2H2O=4Na++4OH-+O2↑。
【点睛】
比较离子半径可以用“先层后核再电子”进行比较，S2-有三个电子层，则半径最大，Na+、O2-有两个电子层，但氧的序数小于钠的序数，则O2-的离子半径大于Na+，所以S2->O2->Na+。
6．下表为元素周期表的一部分，请参照元素①~⑧在表中的位置，回答下列问题：
（1）地壳中含量居于第二位的元素在周期表中的位置是_______。
（2）②的最高价氧化物的分子式为____。
（3）①、④、⑤中的某些元素可形成既含离子键又含共价键的离子化合物，写出符合要求的一种化合物的电子式_____。
（4）W是第四周期与④同主族的元素。
据此推测W不可能具有的性质是___
A．最高正化合价为+6B．气态氢化物比H2S稳定
C．最高价氧化物对应水化物的酸性比硫酸弱D．单质在常温下可与氢气化合
（5）已知X为第ⅡA族元素（第一到第四周期），其原子序数为a，Y与X位于同一周期，且为第ⅢA族元素，则Y的原子序数b与a所有可能的关系式为____。
【答案】第三周期第ⅣA族CO2NaOH：
或Na2O2：
BDb=a+1或b=a+11
【解析】
【分析】
由元素在周期表中的位置可知：
①为H、②为C、③为N、④为O、⑤为Na、⑥为Al、⑦为Si、⑧为Cl。
（1）地壳中含量居于第二位的元素为Si；
（2）②表示C元素，根据元素最高化合价等于原子最外层电子数等于原子序数分析；
（3）由H、O、Na中的某些元素可形成既含离子键又含共价键的离子化合物有NaOH、Na2O2等；
（4）W是第四周期与④同主族元素，④是O元素，则W为Se元素，根据元素周期律分析判断；
（5）根据元素周期表的位置与原子序数关系分析解答。
【详解】
由元素在周期表中的位置可知：
①为H、②为C、③为N、④为O、⑤为Na、⑥为Al、⑦为Si、⑧为Cl。
（1）地壳中含量居于第二位的元素为Si，Si原子核外电子排布为2、8、4，所以Si处于元素周期表中第三周期第ⅣA族；
（2）②表示C元素，C原子最外层有4个电子，所以其最高价氧化物的分子式为CO2；
（3）由H、O、Na中的某些元素可形成既含离子键又含共价键的离子化合物有NaOH、Na2O2等，其中NaOH的电子式为：
，Na2O2的电子式为：
；
（4）W是第四周期与④同主族元素，④是O元素，则W为Se元素。
A.Se原子最外层有6个电子，所以其最高正化合价为+6，A正确；
B.元素的非金属性越强，其相应的简单氢化物的稳定性就越强，由于元素的非金属性：
S>Se，所以气态氢化物稳定性：
H2S>H2Se，B错误；
C.同一主族的元素原子序数越大，元素的非金属性越强，其最高价氧化物对应水化物的酸性越强。
由于非金属性S>Se，所以H2SeO4D.元素的非金属性越强，其单质越容易与氢气化合，由于元素的非金属性：
S>Se，S与H2反应需在加热条件下进行，则Se单质与H2反应要求温度会更高，在常温下不可能与H2化合，D错误；
故合理选项是BD；
（5）X原子序数为a，Y原子序数为b，若X位于第二周期第ⅡA族元素，或X位于第三周期第IIA族，则其同一周期第IIIA的元素Y原子序数为b=a+1；若X位于第四周期第ⅡA族元素，由于第IIA族、第IIIA族之间增加了7个副族和1个第VIII族元素，共10纵行，所以其同一周期第IIIA的元素Y原子序数为b=a+10+1=a+11。
【点睛】
本题考查元素周期表与元素周期律、无机物推断、常用化学用语、元素化合物性质等，掌握元素周期表的结构、元素周期律是正确判断解答的关键，注意元素周期表的结构。
一般情况下同一周期相邻主族元素原子序数相差1，但第IIA、第IIIA有特殊性，还与其在周期表的周期序数有关。
在比较同一周期第IIA、第IIIA元素的原子序数时，若元素位于元素周期表第二、三周期时，原子序数相差1；若元素位于元素周期表第四、五周期时，由于在第IIA与第IIIA之间增加了7个副族和1个第VIII族，共10个纵行，元素的原子序数相差11；若元素位于第六周期，在第IIIB是15种镧系元素，在第七周期在第IIIB是15种锕系元素，元素的原子序数相差25。
7．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
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