高考化學(xué) 考點(diǎn)57 原子結(jié)構(gòu)與元素的性質(zhì)學(xué)案（含解析）

這是一份高考化學(xué) 考點(diǎn)57 原子結(jié)構(gòu)與元素的性質(zhì)學(xué)案（含解析），共6頁。學(xué)案主要包含了原子核外電子排布原理，原子結(jié)構(gòu)與元素性質(zhì)等內(nèi)容，歡迎下載使用。
一、原子核外電子排布原理
1．能層、能級與原子軌道
（1）能層(n)：在多電子原子中，核外電子的能量是不同的，按照電子的能量差異將其分成不同能層。通常用K、L、M、N、O、P、Q……表示相應(yīng)的第一、二、三、四、五、六、七……能層，能量依次升高。各能層最多可容納的電子數(shù)為2n2。
（2）能級：同一能層里的電子的能量也可能不同，又將其分成不同的能級，通常用s、p、d、f等表示，同一能層里，各能級的能量按s、p、d、f的順序升高，即：E(s)②>①
B．原子半徑：④>③>②>①
C．電負(fù)性：④>③>②>①
D．最高正化合價(jià)：④>③＝②>①
【答案】A
【解析】由電子排布式可知①為S，②為P，③為N，④為F。第一電離能為④>③>②>①，A正確；原子半徑應(yīng)是②最大，④最小，B不正確；電負(fù)性應(yīng)是④最大，②最小，C不正確；F無正價(jià)，②③最高正化合價(jià)為＋5，①的最高正化合價(jià)為＋6，D不正確。
3．下列曲線表示鹵族元素某種性質(zhì)隨核電荷數(shù)的變化趨勢，正確的是
【答案】A
【解析】選A。同主族元素從上到下電負(fù)性依次減小，A正確；鹵族元素中氟無正價(jià)，B錯(cuò)；HF分子間存在氫鍵，所以HF沸點(diǎn)最高，C錯(cuò)；鹵族元素從上到下單質(zhì)分子間范德華力依次增大，熔點(diǎn)依次升高，D錯(cuò)。
4．如圖是第三周期11～17號元素某些性質(zhì)變化趨勢的柱形圖，下列有關(guān)說法中正確的是
A．y軸表示的可能是第一電離能
B．y軸表示的可能是電負(fù)性
C．y軸表示的可能是原子半徑
D．y軸表示的可能是形成基態(tài)離子轉(zhuǎn)移的電子數(shù)
【答案】B
【解析】選B。對于第三周期11～17號元素，隨著原子序數(shù)的增大，第一電離能呈現(xiàn)增大的趨勢，但Mg、P特殊，A項(xiàng)錯(cuò)誤；原子半徑逐漸減小，C項(xiàng)錯(cuò)誤；形成基態(tài)離子轉(zhuǎn)移的電子數(shù)依次為Na為1，Mg為2，Al為3，Si不易形成離子，P為3，S為2，Cl為1，D項(xiàng)錯(cuò)誤。
5．下表為元素周期表前三周期的一部分：
（1）X的氫化物的穩(wěn)定性與W的氫化物的穩(wěn)定性比較________>________(填化學(xué)式)，原因是________。
（2）X的基態(tài)原子的電子排布圖是________(填序號)，
另一電子排布圖不能作為基態(tài)原子的電子排布圖是因?yàn)樗环蟔_______(填選項(xiàng)字母)。
A．能量最低原理 B．泡利原理C．洪特規(guī)則
（3）以上五種元素中，________(元素符號)元素第一電離能最大。
（4）由以上某種元素與氫元素組成的三角錐形分子E和由以上某種元素組成的直線形分子G反應(yīng)，生成兩種直線形分子L和M(組成E、G、L、M分子的元素原子序數(shù)均小于10)，反應(yīng)如圖所示，該反應(yīng)的化學(xué)方程式是________________________________________。
【答案】（1）NH3 PH3 氮元素的非金屬性(或電負(fù)性)比磷強(qiáng)(或者是N—H鍵的鍵長比P—H的短)
（2）② C
（3）Ne
（4）2NH3＋3F2===6HF＋N2
【解析】根據(jù)元素周期表的結(jié)構(gòu)可知X為N，Z為F，R為Ne，W為P，Y為S。
（1）X、W的氫化物為NH3和PH3，非金屬性越強(qiáng)氣態(tài)氫化物越穩(wěn)定。
（2）當(dāng)電子排布在同一能級的不同軌道時(shí)，總是優(yōu)先單獨(dú)占據(jù)一個(gè)軌道，且自旋狀態(tài)相同，因此氮元素的基態(tài)原子的電子排布圖為。
（3）原子失電子所需能量不僅與原子核對核外電子的吸引力有關(guān)，還與形成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的傾向有關(guān)。結(jié)構(gòu)越穩(wěn)定，失去電子所需能量越高，在所給五種元素中，氖元素最外層已達(dá)8電子的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，因此失去核外第一個(gè)電子需要的能量最多，即第一電離能最大。
（4）根據(jù)題給圖示可知E為NH3，G為F2，L為HF，M為N2，應(yīng)是2NH3＋3F2===6HF＋N2。
6．A、B、C、D是四種短周期元素，E是過渡元素，A、B、C同周期，C、D同主族，A的原子結(jié)構(gòu)示意圖為，B是同周期第一電離能最小的元素，C的最外層有三個(gè)成單電子，E的外圍電子排布式為3d64s2?；卮鹣铝袉栴}：
（1）寫出下列元素的符號：A__________，B__________，C__________，D__________。
（2）用化學(xué)式表示上述五種元素中最高價(jià)氧化物對應(yīng)水化物酸性最強(qiáng)的是__________(填化學(xué)式，下同)，堿性最強(qiáng)的是__________。
（3）用元素符號表示D所在周期第一電離能最大的元素是________，電負(fù)性最大的元素是________(填元素符號)。
（4）畫出D的核外電子排布圖：______________________________________________，這樣排布遵循了________原理和________規(guī)則。
【答案】（1）Si Na P N （2）HNO3 NaOH
（3）Ne F （4） 泡利 洪特
【解析】由A的原子結(jié)構(gòu)示意圖可知x＝2，原子序數(shù)為14，A是硅元素，則B是鈉元素，C的最外層電子排布式為3s23p3，是磷元素，則短周期D元素是氮元素；E的電子排布式為[Ar]3d64s2，核電荷數(shù)為18＋8＝26，是鐵元素，位于d區(qū)的第四周期Ⅷ族。五種元素中非金屬性最強(qiáng)的是N元素，對應(yīng)的HNO3酸性最強(qiáng)；金屬性最強(qiáng)的是Na元素，對應(yīng)的NaOH堿性最強(qiáng)。D所在周期第一電離能最大的元素是稀有氣體氖，電負(fù)性最大的元素是非金屬最強(qiáng)的氟。
7．有A、B、C、D、E 5種元素，它們的核電荷數(shù)依次增大，且都小于20。其中A為非金屬元素，A和E屬同一族，它們原子最外層電子排布式為ns1；B和D也屬同一族，它們原子最外層的p能級電子數(shù)是s能級電子數(shù)的兩倍；C原子最外層上電子數(shù)等于D原子最外層上電子數(shù)的一半。請回答下列問題：
（1）A是________，B是________，C是________，D是________，E是________。
（2）由這五種元素組成的一種化合物是________(寫化學(xué)式)。寫出該物質(zhì)的一種主要用途：____________。
（3）寫出C元素基態(tài)原子的核外電子排布式：________________。
（4）用電子排布圖表示D元素原子的價(jià)電子排布為__________________。
（5）元素B與D的電負(fù)性的大小關(guān)系是B________D，C與E的第一電離能的大小關(guān)系是C________E(填“＞”“＜”或“＝”)。
【答案】（1）H O Al S K
（2）KAl(SO4)2·12H2O 作凈水劑
（3）1s22s22p63s23p1
（4）
（5）＞ ＞
【解析】（1）A、B、C、D、E 5種元素的核電荷數(shù)都小于20，故都為主族元素。A、E屬同一族且最外層電子排布式為ns1，故為第ⅠA族元素，而A為非金屬元素，則A為氫；B、D為同一族，其原子最外層的p能級電子數(shù)是s能級電子數(shù)的兩倍，故其最外層電子排布式為ns2np4，為第ⅥA族元素，B核電荷數(shù)小于D，則B為氧，D為硫，E為鉀；C原子最外層上的電子數(shù)為硫原子最外層上電子數(shù)的一半，則C為鋁；（5）同主族元素自上而下電負(fù)性逐漸減小，故B(氧)的電負(fù)性大于D(硫)，E(鉀)的第一電離能小于鈉，故鈉的第一電離能小于C(鋁)，故第一電離能Al＞K。
8．（1）C、N、O、Al、Si、Cu是常見的六種元素。
①Si位于元素周期表第______周期第______族。
②N的基態(tài)原子核外電子排布式為____________。Cu的基態(tài)原子最外層有________個(gè)電子。
③用“＞”或“＜”填空：
（2）O、Na、P、Cl四種元素中電負(fù)性最大的是________(填元素符號)，其中P原子的核外電子排布式為________________________。
（3）周期表前四周期的元素a、b、c、d、e原子序數(shù)依次增大。a的核外電子總數(shù)與其周期數(shù)相同，b的價(jià)電子層中的未成對電子有3個(gè)，c的最外層電子數(shù)為其內(nèi)層電子數(shù)的3倍，d與c同族；e的最外層只有1個(gè)電子，但次外層有18個(gè)電子。b、c、d中第一電離能最大的是________(填元素符號)，e的價(jià)層電子軌道示意圖為___________________________。
（4）①N、Al、Si、Zn四種元素中，有一種元素的電離能數(shù)據(jù)如下：
則該元素是________(填寫元素符號)。
②基態(tài)鍺(Ge)原子的電子排布式是____________。Ge的最高價(jià)氯化物的分子式是__________。
③Ge元素可能的性質(zhì)或應(yīng)用有________。
A．是一種活潑的金屬元素
B．其電負(fù)性大于硫
C．其單質(zhì)可作為半導(dǎo)體材料
D．其最高價(jià)氯化物的沸點(diǎn)低于其溴化物的沸點(diǎn)
【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，原子序數(shù)越大，原子半徑越小，故原子半徑：Al＞Si；同周期元素，原子序數(shù)越大，電負(fù)性越強(qiáng)，故電負(fù)性：N＜O；金剛石和晶體硅都是原子晶體，但鍵能：C—C＞Si—Si，故熔點(diǎn)：金剛石＞晶體硅；CH4和SiH4都是分子晶體，且兩者結(jié)構(gòu)相似，SiH4的相對分子質(zhì)量大，故沸點(diǎn)：CH4＜SiH4。
（2）O、Na、P、Cl四種元素中，O元素的電負(fù)性最大。P原子核外有15個(gè)電子，其基態(tài)原子的核外電子排布式為1s22s22p63s23p3或[Ne]3s23p3。
（3）由原子序數(shù)最小且核外電子總數(shù)與其電子層數(shù)相同，確定a為H元素，由價(jià)電子層中的未成對電子有3個(gè)，確定b為N元素，由最外層電子數(shù)為其內(nèi)層電子數(shù)的3倍，確定c為O元素，由d與c同主族，確定d為S元素，由e的最外層只有1個(gè)電子且次外層有18個(gè)電子，確定e為Cu元素。N、O同周期，第一電離能N>O，O、S同主族，第一電離能O>S，即N、O、S中第一電離能最大的是N元素；Cu的價(jià)電子排布式為3d104s1，其價(jià)層電子軌道示意圖為。
（4）①由電離能數(shù)據(jù)可知，該元素呈＋3價(jià)，為Al；②Ge的最高正價(jià)為＋4價(jià)；③Ge位于金屬和非金屬的分界線上，故其可做半導(dǎo)體材料，其氯化物和溴化物為分子晶體，相對分子質(zhì)量越大，其沸點(diǎn)越高。
9．開發(fā)新型儲(chǔ)氫材料是氫能利用的重要研究方向。
（1）Ti(BH4)3是一種儲(chǔ)氫材料，可由TiCl4和LiBH4反應(yīng)制得。
①基態(tài)Ti3＋的未成對電子數(shù)有________個(gè)。
②LiBH4由Li＋和BHeq \\al(－,4)構(gòu)成，BHeq \\al(－,4)的等電子體是________(寫一種)。LiBH4中不存在的作用力有________(填序號)。
A．離子鍵 B．共價(jià)鍵C．金屬鍵 D．配位鍵
③Li、B、H元素的電負(fù)性由大到小排列順序?yàn)開_______。
（2）金屬氫化物是具有良好發(fā)展前景的儲(chǔ)氫材料。
①LiH中，離子半徑：Li＋________H－(填“＞”“＝”或“＜”)。
②某儲(chǔ)氫材料是短周期金屬元素M的氫化物，M的部分電離能如表格所示：
M是________(填元素符號)。
（3）某種新型儲(chǔ)氫材料的理論結(jié)構(gòu)模型如圖所示，圖中虛線框內(nèi)碳原子的雜化軌道類型有________種。
（4）若已知氟元素電負(fù)性大于氧元素，試解釋H2O沸點(diǎn)高于HF：____________________________；分子X可以通過氫鍵形成“籠狀結(jié)構(gòu)”而成為潛在的儲(chǔ)氫材料。X一定不是________(填序號)。
A．H2OB．CH4 C．HFD．CO(NH2)2
【答案】（1）①1 ②NHeq \\al(＋,4)或CH4等 C ③H＞B＞Li
（2）①＜ ②Mg
（3）3
（4）H2O分子間氫鍵數(shù)比HF多，所以H2O沸點(diǎn)高 BC
【解析】（1）①基態(tài)Ti3＋的核外電子排布式為1s22s22p63s23p63d1，其未成對電子數(shù)是1；②具有相同的價(jià)電子數(shù)和原子數(shù)的微?；榈入娮颖?，則BHeq \\al(－,4)的等電子體為NHeq \\al(＋,4)或CH4等；Li＋和BHeq \\al(－,4)之間存在離子鍵，B原子和H原子之間存在共價(jià)鍵、配位鍵，所以該化合物中不含金屬鍵；③元素非金屬性越強(qiáng)其電負(fù)性越大，非金屬性最強(qiáng)的是H元素，其次是B元素，最小的是Li元素，所以Li、B、H元素的電負(fù)性由大到小排列順序?yàn)镠＞B＞Li。
（2）①Li＋和H－的電子層結(jié)構(gòu)相同，Li元素的原子序數(shù)大于H元素，所以離子半徑：Li＋＜H－；②該元素的第三電離能劇增，則該元素屬于第ⅡA族，為Mg元素。
（3）圖中虛線框內(nèi)碳原子之間的化學(xué)鍵有C—C、C===C、C≡C，其雜化類型分別為sp3雜化、sp2雜化、sp雜化，所以雜化軌道類型有3種。
（4）分子間氫鍵數(shù)目越多，則沸點(diǎn)越高，H2O分子間氫鍵數(shù)比HF多，所以H2O沸點(diǎn)高；CH4分子間沒有氫鍵不能形成“籠狀結(jié)構(gòu)”，每個(gè)HF只能形成2個(gè)氫鍵，所以HF分子間只能形成鏈狀結(jié)構(gòu)。
1．（2020年新課標(biāo)Ⅰ）Gdenugh等人因在鋰離子電池及鈷酸鋰、磷酸鐵鋰等正極材料研究方面的卓越貢獻(xiàn)而獲得2019年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)?；卮鹣铝袉栴}：
（1）基態(tài)Fe2+與Fe3+離子中未成對的電子數(shù)之比為_________。
（2）Li及其周期表中相鄰元素的第一電離能(I1)如表所示。I1(Li)> I1(Na)，原因是_________。I1(Be)> I1(B)> I1(Li)，原因是________。
【答案】（1）4:5
（2）Na與Li同主族，Na的電子層數(shù)更多，原子半徑更大，故第一電離能更小 Li，Be和B為同周期元素，同周期元素從左至右，第一電離能呈現(xiàn)增大的趨勢；但由于基態(tài)Be原子的s能級軌道處于全充滿狀態(tài)，能量更低更穩(wěn)定，故其第一電離能大于B的
【解析】（1）基態(tài)鐵原子的價(jià)電子排布式為，失去外層電子轉(zhuǎn)化為Fe2+和Fe3+，這兩種基態(tài)離子的價(jià)電子排布式分別為和，根據(jù)Hund規(guī)則可知，基態(tài)Fe2+有4個(gè)未成對電子，基態(tài)Fe3+有5個(gè)未成對電子，所以未成對電子個(gè)數(shù)比為4:5；
（2）同主族元素，從上至下，原子半徑增大，第一電離能逐漸減小，所以；同周期元素，從左至右，第一電離能呈現(xiàn)增大的趨勢，但由于ⅡA元素基態(tài)原子s能級軌道處于全充滿的狀態(tài)，能量更低更穩(wěn)定，所以其第一電離能大于同一周期的ⅢA元素，因此；
2．（2020年新課標(biāo)Ⅲ）氨硼烷(NH3BH3)含氫量高、熱穩(wěn)定性好，是一種具有潛力的固體儲(chǔ)氫材料。回答下列問題：
（1）H、B、N中，原子半徑最大的是______。根據(jù)對角線規(guī)則，B的一些化學(xué)性質(zhì)與元素______的相似。
【答案】（1）B Si(硅)
【解析】（1）在所有元素中，H原子的半徑是最小的，同一周期從左到右，原子半徑依次減小，所以，H、B、N中原子半徑最大是B。B與Si在元素周期表中處于對角張的位置，根據(jù)對角線規(guī)則，B的一些化學(xué)性質(zhì)與Si元素相似。
3．（2020年天津卷）Fe、C、Ni是三種重要的金屬元素。回答下列問題:
（1）Fe、C、Ni在周期表中的位置為_________，基態(tài)Fe原子的電子排布式為__________。
【答案】（1）第四周期第VIII族 1s22s22p63s23p63d64s2或[Ar]3d64s2
【解析】（1）Fe、C、Ni分別為26、27、28號元素，它們在周期表中的位置為第四周期第VIII族，基態(tài)Fe原子的電子排布式為1s22s22p63s23p63d64s2或[Ar]3d64s2；故答案為：第四周期第VIII族；1s22s22p63s23p63d64s2或[Ar]3d64s2；。
4．（2020·天津高考真題）短周期元素X、Y、Z、W的原子序數(shù)依次增大。用表中信息判斷下列說法正確的是
A．元素電負(fù)性：ZX>W
C．簡單離子的半徑：W>X>Y>ZD．氫化物水溶液的酸性：Y>W
【答案】C
【解析】四種短周期主族元素，基態(tài)X原子的電子總數(shù)是其最高能級電子數(shù)的2倍，設(shè)若X為第二周期元素原子，則X可能為Be或O，若X為第三周期元素原子，則均不滿足題意，Z與X能形成Z2X2的淡黃色化合物，該淡黃色固體為Na2O2，則X為O元素，Z為Na元素；Y與W的最外層電子數(shù)相同，則Y為F元素，W為Cl元素，據(jù)此分析。A．同一周期從左向右第一電離能總趨勢為逐漸增大，同一主族從上到下第一電離能逐漸減小，故四種元素中第一電離能從大到小的順序?yàn)镕＞O＞Cl＞Na，A錯(cuò)誤；B．單質(zhì)的氧化性越強(qiáng)，簡單離子的還原性越弱，O、F、Cl三種元素中F2的氧化性最強(qiáng)O2的氧化性最弱，故簡單離子的還原性O(shè)2-＞Cl-＞F-，B錯(cuò)誤；C．電子層數(shù)越多簡單離子半徑越大，相同結(jié)構(gòu)的離子，原子序數(shù)越大半徑越小，故四種元素中離子半徑從大到小的順序?yàn)镃l-＞O2-＞F-＞Na+，C正確；D．F元素的非金屬性強(qiáng)于Cl元素，則形成氫化物后F原子束縛H原子的能力強(qiáng)于Cl原子，在水溶液中HF不容易發(fā)生電離，故HCl的酸性強(qiáng)于HF，D錯(cuò)誤；故選C。
6．[2019新課標(biāo)Ⅰ，節(jié)選] 在普通鋁中加入少量Cu和Mg后，形成一種稱為拉維斯相的MgCu2微小晶粒，其分散在Al中可使得鋁材的硬度增加、延展性減小，形成所謂“堅(jiān)鋁”，是制造飛機(jī)的主要村料?；卮鹣铝袉栴}：
（1）下列狀態(tài)的鎂中，電離最外層一個(gè)電子所需能量最大的是 (填標(biāo)號)。
A．B．C．D．
【答案】（1）A
【解析】（1）A．[Ne]3s1屬于基態(tài)的Mg+，由于Mg的第二電離能高于其第一電離能，故其再失去一個(gè)電子所需能量較高； B． [Ne] 3s2屬于基態(tài)Mg原子，其失去一個(gè)電子變?yōu)榛鶓B(tài)Mg+； C． [Ne] 3s13p1屬于激發(fā)態(tài)Mg原子，其失去一個(gè)電子所需能量低于基態(tài)Mg原子； D．[Ne] 3p1屬于激發(fā)態(tài)Mg+，其失去一個(gè)電子所需能量低于基態(tài)Mg+，綜上所述，電離最外層一個(gè)電子所需能量最大的是[Ne]3s1，答案選A；
7．[2019新課標(biāo)Ⅱ，節(jié)選] 近年來我國科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了一系列意義重大的鐵系超導(dǎo)材料，其中一類為Fe?Sm?As?F?O組成的化合物?；卮鹣铝袉栴}：
（1）元素As與N同族。預(yù)測As的氫化物分子的立體結(jié)構(gòu)為_______，其沸點(diǎn)比NH3的_______（填“高”或“低”），其判斷理由是________________________。
（2）Fe成為陽離子時(shí)首先失去______軌道電子，Sm的價(jià)層電子排布式為4f66s2，Sm3+的價(jià)層電子排布式為______________________。
（3）比較離子半徑：F?__________O2?（填“大于”等于”或“小于”）。
【答案】（1）三角錐形 低 NH3分子間存在氫鍵
（2）4s 4f5
（3）小于
【解析】（1）As與N同族，則AsH3分子的立體結(jié)構(gòu)類似于NH3，為三角錐形；由于NH3分子間存在氫鍵使沸點(diǎn)升高，故AsH3的沸點(diǎn)較NH3低，故答案為：三角錐形；低；NH3分子間存在氫鍵；
（2）Fe為26號元素，F(xiàn)e原子核外電子排布式為1s22s22p63s23p63d64s2，F(xiàn)e原子失去1個(gè)電子使4s軌道為半充滿狀態(tài)，能量較低，故首先失去4s軌道電子；Sm的價(jià)電子排布式為4f66s2，失去3個(gè)電子變成Sm3+成為穩(wěn)定狀態(tài)，則應(yīng)先失去能量較高的4s電子，所以Sm3+的價(jià)電子排布式為為4f5，故答案為：4s；4f5；
（3）F-和O2-的核外電子排布相同，核電荷數(shù)越大，則半徑越小，故半徑：F-