备战高考化学 原子结构与元素周期表 培优 易错 难题练习含答案附详细答案.docx

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备战高考化学原子结构与元素周期表培优易错难题练习含答案附详细答案

备战高考化学原子结构与元素周期表培优易错难题练习（含答案）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．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．下表是元素周期表的一部分，回答相关的问题。

（1）写出④的元素符号__。

（2）在这些元素中，最活泼的金属元素与水反应的离子方程式：

__。

（3）在这些元素中，最高价氧化物的水化物酸性最强的是__（填相应化学式，下同），碱性最强的是__。

（4）这些元素中（除⑨外），原子半径最小的是__（填元素符号，下同），原子半径最大的是__。

（5）②的单质与③的最高价氧化物的水化物的溶液反应，其产物之一是OX2，（O、X分别表示氧和②的元素符号，即OX2代表该化学式），该反应的离子方程式为（方程式中用具体元素符号表示）__。

（6）⑦的低价氧化物通入足量Ba（NO3）2溶液中的离子方程式__。

【答案】Mg2Na+2H2O=2Na++2OH-+H2↑HClO4NaOHFNa2F2+2OH-=OF2+2F-+H2O3SO2+2NO3-+3Ba2++2H2O=3BaSO4↓+2NO+4H+

【解析】

【分析】

根据元素在元素周期表正的位置可以得出，①为N元素，②为F元素，③为Na元素，④为Mg元素，⑤为Al元素，⑥Si元素，⑦为S元素，⑧为Cl元素，⑨为Ar元素，据此分析。

【详解】

（1）④为Mg元素，则④的元素符号为Mg；

（2）这些元素中最活泼的金属元素为Na，Na与水发生的反应的离子方程式为2Na+2H2O=2Na++2OH-+H2↑；

（3）这些元素中非金属性最强的是Cl元素，则最高价氧化物对应的水化物为HClO4，这些元素中金属性最强的元素是Na元素，则最高价氧化物对应的水化物为NaOH；

（4）根据元素半径大小比较规律，同一周期原子半径随原子序数的增大而减小，同一主族原子半径随原子序数的增大而增大，可以做得出，原子半径最小的是F元素，原子半径最大的是Na元素；

（5）F2与NaOH反应生成OF2，离子方程式为2F2+2OH-=OF2+2F-+H2O；

（6）⑦为S元素，⑦的低价氧化物为SO2，SO2在Ba（NO3）2溶液中发生氧化还原反应，SO2变成SO42-，NO3-变成NO，方程式为3SO2+2NO3-+3Ba2++2H2O=3BaSO4↓+2NO+4H+。

3．著名化学家徐光宪在稀土化学等领域取得了卓越成就，被誉为“稀土界的袁隆平”。

稀土元素包括钪、钇和镧系元素。

请回答下列问题：

（1）写出基态二价钪离子（Sc2+）的核外电子排布式____，其中电子占据的轨道数为____。

（2）在用重量法测定镧系元素和使镧系元素分离时，总是使之先转换成草酸盐，然后经过灼烧而得其氧化物，如2LnCl3+3H2C2O4+nH2O=Ln2（C2O4）3∙nH2O+6HCl。

①H2C2O4中碳原子的杂化轨道类型为____；1molH2C2O4分子中含σ键和π键的数目之比为___。

②H2O的VSEPR模型为___；写出与H2O互为等电子体的一种阴离子的化学式_______。

③HCI和H2O可以形成相对稳定的水合氢离子盐晶体，如HCl∙2H2O，HCl∙2H2O中含有H5O2+，结构为

，在该离子中，存在的作用力有___________

a.配位键b.极性键c.非极性键d.离子键e.金属键f氢键g.范德华力h.π键i.σ键

（3）表中列出了核电荷数为21～25的元素的最高正化合价：

元素名称

钪

钛

钒

铬

锰

元素符号

Sc

Ti

V

Cr

Mn

核电荷数

21

22

23

24

25

最高正价

+3

+4

+5

+6

+7

对比上述五种元素原子的核外电子排布与元素的最高正化合价，你发现的规律是___________

（4）PrO2（二氧化镨）的晶胞结构与CaF2相似，晶胞中Pr（镨）原子位于面心和顶点。

假设相距最近的Pr原子与O原子之间的距离为apm，则该晶体的密度为_____g∙cm-3（用NA表示阿伏加德罗常数的值，不必计算出结果）。

【答案】1s22s22p63s23p63d110sp2杂化7:

2四面体形NH2-abfi五种元素的最高正化合价数值等于各元素基态原子的最高能层s电子和次高能层d电子数目之和

【解析】

【分析】

（1）Sc（钪）为21号元素，1s22s22p63s23p63d14s2，据此写出基态Sc2+核外电子排布式；s、p、d能级分别含有1、3、5个轨道，基态Sc2+的核外电子3d轨道只占了一个轨道，据此计算Sc2+占据的轨道数；

（2）①根据杂化轨道理论进行分析；根据共价键的类型结合该分子的结构进行分析计算；

②根据价层电子对互斥理论分析H2O的分子空间构型；等电子体是原子数相同，电子数也相同的物质，据此写出与之为等电子体的阴离子；

③HCl∙2H2O中含有H5O2+，结构为

，据此分析该粒子存在的作用力；

（3）根据表中数据，分别写出Sc、Ti、V、Cr、Mn的外围电子排布式为：

3d14s2、3d24s2、3d34s2、3d54s1、3d54s2，则有五种元素的最高正化合价数值等于各元素基态原子的最高能层s电子和次高能层d电子数目之和；

（4）根据均摊法进行计算该晶胞中所含粒子的数目，根据密度=

进行计算。

【详解】

（1）Sc（钪）为21号元素，基态Sc2+失去两个电子，其核外电子排布式为：

1s22s22p63s23p63d1，s、p、d能级分别含有1、3、5个轨道，但基态Sc2+的核外电子3d轨道只占了一个轨道，故共占据1×3+3×2+1=10个，故答案为：

1s22s22p63s23p63d1；10；

（2）①H2C2O4的结构式为

，含碳氧双键，则碳原子的杂化轨道类型为sp2杂化，分子中含有7个σ键、2个π键，所以σ键和π键数目之比为：

7:

2，故答案为：

sp2杂化；7:

2；

②H2O中O原子的价层电子对数

，且含有两个2个孤对电子，所以H2O的VSPER模型为四面体形，分子空间构型为V形，等电子体是原子数相同，电子数也相同的物质，因此，与H2O互为等电子体的阴离子可以是NH2-，故答案为：

四面体形；NH2-；

③HCl∙2H2O中含有H5O2+，结构为

，存在的作用力有：

配位键、极性键、氢键和σ键，故答案为：

abfi；

（3）根据表中数据，分别写出Sc、Ti、V、Cr、Mn的外围电子排布式为：

3d14s2、3d24s2、3d34s2、3d54s1、3d54s2，则有五种元素的最高正化合价数值等于各元素基态原子的最高能层s电子和次高能层d电子数目之和，故答案为：

五种元素的最高正化合价数值等于各元素基态原子的最高能层s电子和次高能层d电子数目之和；

（4）由图可知，相距最近的Pr原子和O原子之间的距离为该立方体晶胞的体对角线的

，则该晶胞的晶胞参数

，每个晶胞中占有4个“PrO2”，则该晶胞的质量为

，根据

可得，该晶体的密度为：

，故答案为：

。

【点睛】

本题考查新情景下物质结构与性质的相关知识，意在考查考生对基础知识的掌握情况以及对知识的迁移能力；本题第

（2）小题的第②问中H2O的VSEPR模型容易习惯性写为空间构型V形，解答时一定要仔细审题，注意细节。

4．我国科学家受中医启发，发现As2O3（俗称砒霜）对白血病有疗效。

氮、磷、砷（As）是VA族、第二至第四周期的元素，这些元素的化合物在研究和生产中有许多重要用途。

完成下列填空：

（1）As原子最外层电子的轨道表示式为_____________；砷蒸气的分子式：

As4，其分子结构与白磷（P4）相似，也是正四面体，则As4中砷砷键的键角是__________。

（2）P的非金属性比As强，从原子结构的角度解释其原因_______；如图是元素周期表的一部分，请推测砷的单质或其化合物可能具有的性质_______________（写出两条即可）

（3）NH4NO3可做化肥，但易爆，300℃发生爆炸：

2NH4NO3→2N2↑+O2↑+4H2O。

每生成2molN2，反应中转移的电子为_____mol，氧化产物与还原产物的质量之比为_____。

（4）发电厂常用氨气吸收烟气中的CO2。

常温下，当CO2不断通入pH=11的氨水中时会产生微量的新离子：

NH2COO-。

（i）写出NH2COO-的电子式___________。

（ii）计算原氨水中c（NH4+）=_______mol/L。

【答案】

60oP原子核外有三个电子层，As原子核外有四个电子层，P的原子半径＜As，P吸引电子的能力更强，所以P的非金属性更强砷是半导体，砷的氧化物是两性氧化物、砷的最高价氧化物对应水化物是两性氢氧化物等1015:

7

10-3-10-11（或10-3）

【解析】

【分析】

【详解】

（1）As的最外层有5个电子，As原子最外层电子的轨道表示式为

；As4分子结构与白磷（P4）相似，也是正四面体，键角为60o；

（2）由于为P原子核外有三个电子层，As原子核外有四个电子层，P的原子半径小于As，P吸引电子的能力更强，所以P的非金属性更强；由位置可知，砷是半导体，则砷的氧化物是两性氧化物、砷的最高价氧化物对应水化物是两性氢氧化物；

（3）该反应2NH4NO3→2N2↑+O2↑+4H2O中N元素化合价由−3价、+5价变为0价，O元素的化合价由−2价升高为0，则氮气既是氧化产物也是还原产物，氧气为氧化产物，转移电子个数为10，则每生成2molN2，反应中转移的电子为10mol，氧化产物与还原产物的质量之比为（32+28）:

28=15:

7。

（4）①NH2COO−的电子式为

；

②pH=11的氨水中，c（H+）=10-11mol/L，c（OH-）=10-3mol/L，由电荷守恒可知，c（NH4+）+c（H+）=c（OH-），解得c（NH4+）=（10-3-10-11）mol/L或=10-3mol/L。

5．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。

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H2SeO4

D.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，H