第1章 原子结构与元素性质 分层作业和课件（10份打包）（含解析）鲁科版（2019）高中化学选择性必修2

第1章　分层作业1　原子结构模型
A级 必备知识基础练
1.自从1803年英国化学家道尔顿提出原子论以来,人类对原子结构的认识不断深入、不断发展,通过实验事实不断地丰富、完善原子结构理论。请判断下列关于原子结构的说法正确的是(　　)
A.所有的原子都含有质子、中子和电子三种基本构成微粒
B.每一类原子中的质子、中子和电子三种基本构成微粒的个数都是相等的
C.原子核对电子的吸引作用的实质是原子核中的质子对核外电子的吸引
D.原子中的质子、中子和电子三种基本构成微粒不可能再进一步分成更小的微粒
2.[2023北京石景山高二期末]下列不包含d能级的能层是(　　)
A.L B.M
C.N D.O
3.[2023河北邢台二中高二期末]下列说法正确的是(　　)
A.3d、4d、5d能级最多所能容纳的电子数相同,它们所具有的能量也相同
B.d能级能量一定比s能级的能量高
C.同一能层内能级之间的能量差较小,而相邻能层之间的能量差较大
D.第n电子层共有n个能级,2n2个原子轨道
4.下列说法正确的是(　　)
A.1s轨道的电子云形状为圆形的面
B.2s的电子云半径比1s电子云半径大,说明2s能级的电子比1s的多
C.4f能级中有7个原子轨道
D.电子在1s轨道上运动像地球围绕太阳旋转
5.对于钠原子的第三层电子p能级的3px、3py、3pz间的差异,下列几种说法正确的是(　　)
A.电子云形状不同
B.原子轨道的对称类型不同
C.电子(基态)的能量不同
D.电子云空间伸展的方向不同
6.下列说法中正确的是(　　)
A.某原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s2,则该元素原子核外有4个能级填有电子
B.氢原子的发射光谱可以是电子从1s跃迁到2p产生的
C.根据构造原理可知同一原子的各能级能量高低为4f>4d>3d>3p
D.F与Cr原子的核外电子数相同,因此电子排布式相同
7.下列说法正确的是(　　)
A.不同电子层的p能级的轨道数不同
B.3d能级有3个原子轨道
C.第三电子层最多容纳8个电子
D.第n电子层中含有n个能级
8.下列叙述正确的是(　　)
A.在一个基态多电子的原子中,所有s轨道的能量都比p轨道小
B.在一个基态多电子的原子中,不可能有两个能量完全相同的电子
C.在一个基态多电子的原子中,M层上的电子能量肯定比L层上的电子能量高
D.处于同一原子轨道上的电子自旋状态只能有一种
9.下列关于氢原子电子云图的说法正确的是(　　)
A.通常用小黑点来表示电子的多少,黑点密度大,电子数目大
B.黑点密度大,单位体积内电子出现的概率大
C.通常用小黑点来表示电子绕核做高速圆周运动
D.电子云图是对电子运动轨迹无规律性的描述
10.与氯元素同族的短周期元素的原子,其最外电子层原子轨道数是　　　　;碘元素在元素周期表中的位置是　　　　　　;液溴的保存通常采取的方法是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
B级 关键能力提升练
以下选择题中有1~2个选项符合题意。
11.关于原子结构模型的演变过程,正确的是(　　)
A.汤姆孙原子结构模型→道尔顿原子结构模型→卢瑟福原子结构模型→玻尔原子结构模型→量子力学模型
B.汤姆孙原子结构模型→卢瑟福原子结构模型→玻尔原子结构模型→量子力学模型→道尔顿原子结构模型
C.道尔顿原子结构模型→卢瑟福原子结构模型→汤姆孙原子结构模型→玻尔原子结构模型→量子力学模型
D.道尔顿原子结构模型→汤姆孙原子结构模型→卢瑟福原子结构模型→玻尔原子结构模型→量子力学模型
12.图甲和图乙分别是电子云图、原子轨道图,则有关的说法中正确的是(　　)
甲
乙
A.电子云图就是原子轨道图
B.3p2表示3p能级中有两个轨道
C.由图乙可知s轨道呈圆形,有无数条对称轴
D.p能级最多可排6个电子
13.下列对核外电子运动状态的描述正确的是(　　)
A.人们不能同时准确地测定电子在核外运动的位置和速率
B.第三电子层有3s、3p、3d、3f四个能级
C.氢原子中只有一个电子,故氢原子只有一个轨道
D.在不同能级上运动的电子,其运动状态肯定不同
14.以下对核外电子运动状态的描述正确的是(　　)
A.电子的运动与行星相似,围绕原子核在固定的轨道上高速旋转
B.能量低的电子只能在s轨道上运动,能量高的电子总是在f轨道上运动
C.电子层序数越大,s轨道的半径越大
D.在同一原子轨道上运动的电子,其自旋状态有两种
15.玻尔理论、量子力学理论都是对核外电子运动的描述方法,根据对它们的理解,下列叙述正确的是(　　)
A.因为s轨道的形状是球形的,所以s电子做的是圆周运动
B.4px、4py、4pz的差异之处在于三者中电子(基态)的能量不同
C.钒原子核外有4个原子轨道
D.原子轨道和电子云都是用来形象地描述电子运动状态的
16.(1)K层有　　　个能级,用符号表示为　　　　;L层有　　个能级,用符号分别表示为　　　　;M层有　　　个能级,用符号分别表示为　　　　。由此可推知第n电子层有　　　　个能级。每个电子层中一定含有的能级符号为　　　,其对应的原子轨道电子云形状为　　　　。
(2)比较下列多电子的原子轨道的能量高低(填“>”“<”或“=”)。
2s　　　3s　2s　　　3d
2px　　　2py　4f　　　　6f
C级 学科素养拔高练
17.下表给出了五种元素的相关信息,其中A、B、C、D均为短周期元素,E是长周期元素。
元素 相关信息
A 在常温、常压下,其单质是气体,随着人类对环境的认识和要求的提高,它将成为备受青睐的清洁燃料
B 工业上通过分离液态空气获得其单质,其某种同素异形体是保护地球地表环境的重要屏障
C 植物生长三要素之一,它能形成多种氧化物,其中一种是早期医疗中使用的麻醉剂
D 室温下其单质呈粉末状固体,加热易熔化。该单质在氧气中燃烧,发出明亮的蓝紫色火焰
E 它是人体不可缺少的微量元素,其单质也是工业生产中不可缺少的金属原材料,常用于制造桥梁、楼房等
根据上述信息填空:
(1)B元素的基态原子含有　　　　个电子层,其中第二电子层中含有的能级为　　　　　　;画出D元素的原子结构示意图:　　　　　　　　。
(2)C与A形成的某一化合物能和C与B形成的另一无色化合物(这两种化合物分子中原子个数比均为1∶2)一起用作火箭助推剂,写出两者在催化剂条件下发生反应生成无毒物质的化学方程式:　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(3)某矿藏主要含D、E两种元素组成的化合物,它是我国生产某强酸的主要原料。试写出该生产过程中第一阶段主要反应的化学方程式:　　　　　　　　　　　　　。
答案：
1.C　解析 普通氢原子没有中子,大多数原子都含有质子、中子和电子三种基本构成微粒,故A错误;原子中质子数等于电子数,但中子数与质子数或电子数不一定相等,故B错误;质子带正电,中子不带电,电子带负电,则原子核对电子的吸引作用的实质是原子核中的质子对核外电子的吸引,故C正确;随着科学的发展,可认识到质子等微粒还可以再分成更小的微粒,故D错误。
2.A　解析 从第三能层开始,出现d能级,K能层只有s能级,L能层只有s、p能级,不包含d能级。
3.C　解析 3d、4d、5d能级最多所能容纳的电子数相同,均为10,但它们所具有的能量不相同,能量大小关系为3d<4d<5d,A项错误;同能层d能级能量一定比s能级的能量高,但不同能层d能级能量可能比s能级的能量低,如3d能级能量比5s能级能量低,B项错误;不同能层间能量差距大,同能层内能量差距小,C项正确;第n电子层共有n个能级,n2个原子轨道,最多容纳2n2个电子,D项错误。
4.C　解析 1s轨道的电子云形状为球形,故A错误;2s的电子云比1s的电子云大,是因为2s电子能量高,能在离核较远的区域运动,2s能级和1s能级均只能容纳2个电子,故B错误;每个f能级都有7个原子轨道,故C正确;电子在原子核外做无规则的运动,不会像地球围绕太阳一样做有规则的旋转,故D错误。
5.D　解析 3px、3py、3pz所表示的是同一电子层上同一能级中的三个不同的原子轨道,其能量都相同。3px、3py、3pz的电子云形状、原子轨道类型都相同,都分别相对于x、y、z轴对称。在空间伸展方向上,3px电子云沿x轴方向伸展,3py电子云沿y轴方向伸展,3pz电子云沿z轴方向伸展。
6.C　解析 电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s2的原子核外有7个能级填有电子,A错误;电子从1s跃迁到2p需要吸收能量,产生吸收光谱,B错误;同一原子中各能级的能量高低顺序为4f>4d>3d>3p,C正确;F与Cr的核外电子数相同,但电子排布式不同,前者为1s22s22p63s23p63d6,后者为1s22s22p63s23p63d54s1,D错误。
7.D　解析 不同电子层的p能级都有3个原子轨道,A项错误;3d能级有5个原子轨道,故B项错误;每一电子层最多容纳的电子数为2n2(n为电子层序数),第三电子层最多容纳18个电子,故C项错误;各电子层的能级数等于其所处的电子层序数,即第n电子层中含有n个能级,D项正确。
8.C　解析 在一个基态多电子原子中,3s轨道比2p轨道能量高,A错误;在同一电子层同一能级上的电子能量相同,故B错误;L层只有2s、2p能级,2s、2p能级能量比3s、3p、3d能级低,故M层上的电子能量肯定比L层上的电子能量高,故C正确;处于同一原子轨道上的电子自旋状态有两种,故D错误。
9.B　解析 小黑点不表示电子数目,小黑点密度大表示电子在原子核外此处单位体积内出现的概率大,故A错误、B正确;电子在核外的运动不是圆周运动,故C错误;电子云图表示电子在核外无规则运动时在某处出现的概率,不是运动轨迹的描述,故D错误。
10.答案 4　第5周期ⅦA族　用水封在棕色瓶中,密闭保存
解析 与氯元素同族的短周期元素原子为氟原子,氟原子核外有2个电子层,最外电子层是第二电子层,原子轨道数为4;碘元素在元素周期表中的位置是第5周期ⅦA族;液溴容易挥发,温度越高,挥发性越强,所以液溴通常用水形成水封并存放在棕色瓶中,并密闭保存。
11.D　解析 模型建立先后顺序为:道尔顿原子结构模型(1803年) 汤姆孙原子结构模型(1904年) 卢瑟福原子结构模型(1911年) 玻尔原子结构模型(1913年) 量子力学模型(20世纪20年代中期)。
12.D　解析 A项,原子轨道对应电子云轮廓图,圈出的是电子在原子核外空间出现概率为90%的空间,错误;B项,3p2表示3p能级中有两个电子,错误;C项,s轨道呈球形而不是圆形,错误。
13.AD　解析 人们不可能同时准确地测定电子运动的位置和速率,A项正确。第三电子层只有3s、3p、3d三个能级,B项错误。氢原子中只有1个电子,只填充在1s轨道,但还存在其他空轨道,C项错误。电子的运动状态与能层、能级、原子轨道和自旋状态有关,在不同能级上的电子运动状态不同,D项正确。
14.CD　解析 电子运动不是围绕原子核在固定的轨道上高速旋转,只是在某个区域出现的概率大些,故A错误;能量高的电子也可以在s轨道上运动,如7s轨道上的电子能量也很高,比4f轨道能量还高,故B错误;电子层序数越大,电子离原子核越远,所以电子层序数越大,s轨道上的电子距离原子核越远,则相应s轨道的半径越大,故C正确;在同一原子轨道上运动的电子,其自旋状态有两种,故D正确。
15.D　解析 s轨道是球形的,s轨道电子云图表示电子在核外空间某处单位体积内出现概率的大小,不能说明电子在做圆周运动,A错误;p能级有三个原子轨道,同一电子层上的p轨道能量相同,4px、4py、4pz能量相同,它们的差异是在空间延伸方向不同,B错误;钒元素位于第4周期,其原子核外原子轨道多于4个,C错误;电子云和原子轨道都能形象地描述电子的运动状态,D正确。
16.答案 (1)1　1s　2　2s、2p　3　3s、3p、3d　n　s　球形
(2)<　<　=　<
解析 (1)第n个电子层有n个能级;每个电子层中都含有s能级,s能级对应的原子轨道电子云形状为球形。
(2)相同电子层上原子轨道能量由低到高的顺序是ns17.答案 (1)2　2s、2p　
(2)2N2H4+N2O43N2+4H2O
(3)4FeS2+11O22Fe2O3+8SO2
解析 氢气是一种清洁燃料,所以A为氢元素;臭氧层对紫外线有吸收作用,是保护地球地表环境的重要屏障,所以B为氧元素。氮、磷、钾是植物生长的三要素,N2O俗名“笑气”,是早期医疗中使用的麻醉剂,所以C为氮元素;单质硫在氧气中燃烧时发出明亮的蓝紫色火焰,所以D为硫元素;E是长周期元素,且是工业生产中不可缺少的金属原材料,同时是人体微量元素,所以E为铁元素。
(1)氧元素基态原子含有K层与L层两个电子层,L层为第二电子层,L层有s、p两个能级;D元素原子结构示意图为。
(2)氮和氢形成的原子个数比为1∶2的化合物为N2H4,氮和氧形成的原子个数比为1∶2的化合物有NO2和N2O4,其中N2O4是无色气体,NO2是红棕色气体,N2H4和N2O4反应可生成无毒的N2和H2O。
(3)我国主要以黄铁矿(主要成分是FeS2)为原料制备硫酸,其第一阶段的主要反应是煅烧黄铁矿制备SO2。第1章　分层作业3　核外电子排布与元素周期表
A级 必备知识基础练
1.[2023山西太原五中高二期末]在元素周期表中,R元素的方格中注明“3d54s2”,下列推断错误的是(　　)
A.R元素位于ds区
B.R的基态原子核外电子排布式可简写为3d54s2
C.R元素的基态原子核外电子有15种空间运动状态
D.R元素的最高化合价为+7价
2.周期表中共有18个纵列,从左到右分别为1~18列,按这种规定,下列说法正确的是(　　)
A.第1列是碱金属元素
B.只有第2列元素的基态原子最外层电子排布为ns2
C.第1列和第18列所含元素种数相同且最多
D.第8列没有非金属元素
3.闪烁着银白色光泽的金属钛(22Ti)因具有密度小、强度大、无磁性等优良的机械性能,被广泛地应用于军事、医学等领域,号称“崛起的第三金属”。已知钛有48Ti、49Ti、50Ti等核素,下列关于金属钛的叙述不正确的是(　　)
A.上述钛原子中,中子数不可能为22
B.钛元素在元素周期表中处于第4周期
C.钛的不同核素在元素周期表中处于不同的位置
D.钛元素是d区的过渡元素
4.已知元素原子的下列结构或性质,能确定其在周期表中位置的是(　　)
A.某元素原子的第二电子层轨道表示式为
B.某元素在某种化合物中的化合价为+4价
C.某元素原子的最外层上电子数为6
D.某元素原子的价电子排布式为5s25p1
5.下列各组元素属于p区的是(　　)
A.原子序数为1、2、7的元素
B.S、O、P
C.Fe、Ar、Cl
D.Na、Li、Mg
6.某基态原子的价电子排布式为4d15s2,则下列说法正确的是(　　)
A.该元素原子最外层共有3个电子
B.该元素位于第5周期ⅡA族,处于ds区
C.该元素原子的M层上共有18个运动状态不同的电子
D.该元素原子的N层上有5个空轨道
7.半导体器件的研制正式开始于锗(元素符号为Ge),后来发展到研制与它同主族的硅,下列有关锗的叙述不合理的是(　　)
A.锗元素的氧化物化学式为GeO2
B.锗是原子序数为32的一种过渡元素
C.锗在周期表中的位置是第4周期ⅣA族
D.锗处于周期表中金属与非金属的交界处
8.[2022安徽芜湖第一中学月考]下列选项中的X和Y两种原子对应的元素在元素周期表中一定位于同一族的是(　　)
A.基态X原子和基态Y原子最外层都只有1个电子
B.基态X原子的电子排布式为1s2,基态Y原子的电子排布式为1s22s2
C.基态X原子的2p能级上有3个电子,基态Y原子的3p能级上有3个电子
D.基态X原子的M电子层上只有2个电子,基态Y原子的N电子层上也只有2个电子
9.请完成下列各题的填空:
(1)氢化钠(NaH)电子式为　　　　　　　,氢负离子的结构示意图为　　　　　。
(2)元素X的最外层电子数是次外层电子数的2倍,该元素名称是　　　,该元素核外电子排布式为　　　　　　,该元素的价电子轨道表示式为　　　　　　　　　。
(3)前四周期元素中,未成对电子数为5的元素符号是　　　　　　,该元素在周期表中的位置为第　　　　周期　　　　族,属于　　　区。
(4)C、N、O三种元素的原子核外未成对电子数依次为　　　　　。
B级 关键能力提升练
以下选择题中有1~2个选项符合题意。
10.[2023湖北省级示范高二四校联考]下列说法正确的是(　　)
A.d区、ds区、s区元素全部是金属元素
B.在周期表中,假设第8周期按照现有规则填满,则115号元素正下方将是165号元素
C.第4周期元素中,未成对电子数最多的主族元素位于钾元素后面第5位
D.气态Mn2+再失去一个电子比气态Fe2+再失去一个电子更难
11.下列各项叙述正确的是(　　)
A.基态原子核外电子排布式为[Ar]3d104s2和[Ar]4s2对应的元素同族
B.钠原子核外电子排布式由1s22s22p63s1→1s22s22p63d1过程中释放能量
C.某基态原子的价电子排布式为4d25s2,它是第5周期ⅣB族元素,属于d区元素
D.3s、3p能级上排满了电子且3d能级上未排电子的两原子对应的元素同周期
12.[2023安徽淮北一中高二期末]有5种元素X、Y、Z、Q、T。X原子M层p能级上有2个未成对电子且无空轨道;Y原子的价电子排布式为3d64s2;Z原子的L电子层的p能级上有一个空轨道;Q原子的L电子层的p能级上只有一对成对电子;T原子的M电子层上p轨道半充满。下列叙述不正确的是(　　)
A.X和Q结合生成的化合物为共价化合物
B.T元素属于p区
C.元素Y和Q只能形成化合物Y2Q3
D.Z的电子排布式为1s22s22,违反了泡利不相容规则
13.若A2+与Bn-的电子层结构相同,且2个A原子与3个B原子的电子总数相等,则下列说法正确的是(　　)
A.B为硫元素
B.B元素原子的价电子排布式为2s22p3
C.A元素原子的核外电子排布式为[Ne]3s2
D.A、B都是元素周期表中p区的元素
14.下图是元素周期表中短周期的一部分,A、B、C三种元素的原子核外电子数之和等于B的质量数,B元素的原子核内质子数等于中子数,下列叙述正确的是(　　)
A.B为第2周期的元素,也是p区元素
B.C的氢化物在同族中酸性最强
C.三种元素都处于s区
D.C的价电子排布式为2s22p5
15.根据核外电子的排布特点推断元素的性质:
(1)A元素基态原子的最外层有3个未成对电子,次外层有2个电子,其基态原子的轨道表示式为　　　　　　　,在周期表中位于　　　区。
(2)B元素基态原子的M层全充满,N层没有成对电子且只有一个未成对电子,B的基态原子的价电子排布式为　　　　　。
(3)请利用电子排布的相关知识分析。稳定性:Fe3+　　　(填“>”或“<”)Fe2+,原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(4)通过(3)的解答,请归纳基态原子核外电子排布除了符合构造原理、泡利不相容原理、洪特规则外,还有哪些结构稳定 　 　　　　　　　　。
C级 学科素养拔高练
16.已知A、B、C、D、E、F、G都是元素周期表中短周期主族元素,它们的原子序数依次增大。A是元素周期表中原子半径最小的元素,D3B中阴、阳离子具有相同的电子层结构,B、C均可分别与A形成10个电子分子,B、C属同一周期,且两者可以形成许多种共价化合物,C、F属同一主族,B原子最外电子层的p能级上的电子处于半充满状态,C的最外层电子数是内层电子数的3倍,E最外层电子数比最内层多1。请回答下列问题:
(1)E元素原子基态电子排布式为　　　　　　　　　　　　　　　。
(2)F元素原子的价电子轨道表示式为　　　　　　　　　　。
(3)F、G元素对应的最高价含氧酸中酸性较强的分子式为　　　　　　　　　　。
(4)A、C形成的两种常见分子中,其中一种为绿色氧化剂的电子式为　　　　　　　。
(5)基态G原子中,电子占据的最高电子层符号是　　　,该电子层有　　　　个能级,电子数是　　　。该原子有　　　种运动状态不同的电子,最高能级符号是　　　,未成对电子数为　　　　。
(6)与E同族有4个电子层的元素符号为　　　　,它的简化电子排布式为　　　　　,与该元素同周期且核电荷数比其小7的元素在周期表中的位置为　　　　　　　　,该元素的价电子排布式为　　　　　　,　　　　(填“能”或“不能”)满足构造原理。
答案：
1.A　解析 R的价电子排布式为3d54s2,R元素位于d区,A错误;核外电子排布式可简写为3d54s2,B正确;s能级有1种空间状态,p能级有3种空间状态,d能级有5种空间状态,故共有1+1+3+1+3+5+1=15种空间运动状态,C正确;R的价电子数为7,故其元素的最高化合价为+7价,D正确。
2.D　解析 ⅠA族中含H和碱金属元素,故A错误;第18列He元素的基态原子最外层电子排布为1s2,故B错误;第3列含锕系和镧系,元素种数最多,故C错误;8、9、10三列元素为Ⅷ族元素,都是金属元素,故D正确。
3.C　解析 钛元素的原子序数为22,位于第4周期ⅣB族,属于d区的过渡元素;根据题给三种核素的质量数可知,其中子数最小为26;钛的三种核素的质子数均为22,故位于元素周期表中同一位置。
4.D　解析 A项,不能确定第二电子层即为最外层;B项,SO2中S显+4价,CO2中C显+4价;C项,只能确定该元素在ⅥA族,不能确定周期。
5.B　解析 原子序数为1的H元素属于s区,故A错误;O、S、P原子最后填入的电子都是p电子,所以属于p区,故B正确;铁属于d区,故C错误;锂、钠最后填入的电子是s电子,属于s区,故D错误。
6.C　解析 由价电子排布式为4d15s2可知,最外层上有2个电子,故A错误;该元素位于第5周期ⅢB族,处于d区,故B错误;该元素基态原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p64d15s2,M能层上有18个电子,故C正确;该元素原子的N层的电子排布式为4s24p64d1,4d轨道有4个空轨道,4f轨道有7个空轨道,故D错误。
7.B　解析 因锗(Ge)元素为+4价,则其氧化物的化学式为GeO2,选项A正确;锗是原子序数为32的元素,位于第4周期ⅣA族,不属于过渡元素,选项B不正确、C正确;锗(Ge)是第4周期ⅣA族元素,处于周期表中金属区与非金属区的交界线上,选项D正确。
8.C　解析 A项元素可能是ⅠA族元素,如Na、K等,也可能是ⅠB族元素,如Cu、Ag等,错误;B项,电子排布式为1s2的基态原子是He,电子排布式为1s22s2的基态原子是Be,错误;C项,X是N,Y是P,元素N、P均位于ⅤA族,正确;D项,M电子层上只有2个电子的是Mg,N电子层上只有2个电子的可能是Ca、Sc、Ti、V、Mn、Fe、Co、Ni、Zn,错误。
9.答案 (1)　　
(2)碳　1s22s22p2　　
(3)Mn　4　ⅦB　d　(4)2、3、2
解析 (1)NaH是离子化合物,阴离子是H-,NaH的电子式为,
氢负离子的结构示意图为。
(2)由题意可知X是碳元素,核外电子排布式为1s22s22p2,
价电子轨道表示式为。
(3)前四周期元素中,未成对电子数为5即外围电子排布式为3d54s2,该元素原子序数为25,为Mn元素,该元素在周期表中的位置为第4周期ⅦB族,属于d区。
(4)C、N、O三种元素原子的核外电子排布式分别为1s22s22p2、1s22p22p3、1s22s22p4,则未成对电子数依次为2、3、2。
10.BD　解析 s区中H元素是非金属元素,A错误;按照目前规律,第8周期元素数目为50,故115号元素正下方的将是165号元素,B正确;第4周期元素中,未成对电子数最多的主族元素的价电子排布式为4s24p3,是第33号As元素,K是第19号元素,As位于K后第14位,C错误;Fe2+的核外价电子排布式为3d6,Mn2+的核外价电子排布式为3d5,Mn2+为半充满结构,再失去1个电子比Fe2+难,D正确。
11.C　解析 电子排布式为[Ar]3d104s2的元素是Zn元素,位于ⅡB族,[Ar]4s2为Ca元素原子的电子排布式,A项错误;原子由基态变为激发态需要吸收能量,B项错误;价电子排布式为4d25s2的元素位于d区,C项正确;D项中未说明4s能级上有无电子,故不一定处于同一周期,D项错误。
12.CD　解析 5种元素X、Y、Z、Q、T,X原子M层p能级上有2个未成对电子且无空轨道,其价电子排布式为3s23p4,则X为S元素;Y原子的价电子排布式为3d64s2,则Y为Fe元素;Z原子的L电子层的p能级上有一个空轨道,其价电子排布式为2s22p2,则Z为C元素;Q原子的L电子层的p能级上只有一对成对电子,其价电子排布式为2s22p4,则Q是O元素;T原子的M电子层上p轨道半充满,其价电子排布式为3s23p3,则T是P元素,属于p区。X和Q两者结合生成的化合物为SO2或者SO3,为共价化合物,A正确;Y和Q可形成Fe2O3、FeO、Fe3O4,C错误;1s22s22违反了洪特规则,Z的电子排布式应为1s22s22,D错误。
13.C　解析 设A的核电荷数为a,B的核电荷数为b,根据题意可得a-2=b+n,2a=3b,得b=2n+4。若n=1,b=6,a=9,不符合题意;若n=2,b=8,a=12,符合题意;若n=3,b=10,a=15,不符合题意,则A为镁,B为氧。B为氧元素,故A错误;B元素原子的价电子排布式为2s22p4,故B错误;Mg元素原子的核外电子排布式为[Ne]3s2,故C正确;B是元素周期表中p区的元素,A是元素周期表中s区的元素,故D错误。
14.D　解析 根据图示及元素周期表结构可知,B位于第3周期,A、C位于第2周期,设B的核外电子总数为x,B的核电荷数=质子数=x,B元素的原子核内质子数等于中子数,则B的质量数为2x;则A的核外电子数=原子序数=x-8-1,C的核外电子数为x-8+1,A、B、C三种元素的原子核外电子数之和等于B的质量数,则x+(x-8-1)+(x-8+1)=2x,解得x=16,则B为S元素、A为N元素、C为F元素。S为第3周期的元素,故A错误;C是F元素,为ⅦA族元素,HF为弱酸,而同主族的HCl、HBr、HI都属于强酸,故B错误;N、S、F三种元素都属于p区,故C错误;C是F元素,原子最外层有7个电子,故其价电子排布式为2s22p5,故D正确。
15.答案 (1)　p　
(2)3d104s1
(3)>　正三价铁离子的3d能级电子数为5,为半充满的稳定状态,二价铁离子3d能级电子数为6,为不稳定状态
(4)全充满、半充满、全空结构
解析 (1)A元素基态原子的最外层有3个未成对电子,次外层有2个电子,说明A原子有两个电子层,其基态原子的电子排布式为1s22s22p3,其基态原子的轨道表示式为,价电子排布式为2s22p3,在周期表中位于p区。
(2)B元素基态原子的M层全充满,则3d能级是全充满,N层没有成对电子且只有一个未成对电子,即4s能级上只有1个电子,B的基态原子的价电子排布式为3d104s1。
(3)根据电子排布的相关知识可知,稳定性:F>Fe2+,原因是正三价铁离子的3d能级为半充满,为稳定状态,二价铁离子3d能级电子数为6,为不稳定状态。
(4)通过(3)的解答,基态原子核外电子排布除了符合构造原理、泡利不相容原理、洪特规则外,还有全充满、半充满、全空结构稳定。
16.答案 (1)1s22s22p63s23p1
(2)
(3)HClO4　
(4)
(5)M　3　7　17　3p　1
(6)Ga　[Ar]3d104s24p1　第4周期ⅥB族　3d54s1　不能
解析 A、B、C、D、E、F、G都是元素周期表中短周期主族元素,它们的原子序数依次增大,A是元素周期表中原子半径最小的元素,则A是氢元素,D3B中阴、阳离子具有相同的电子层结构,B原子最外电子层的p能级上的电子处于半充满状态,为ⅤA族元素,B为-3价、D为+1价且D是金属元素,D的原子序数大于B、C,则D为钠元素、B为氮元素,B、C均可分别与A形成10个电子分子,B、C属同一周期,两者可以形成许多种共价化合物,C的最外层电子数是内层电子数的3倍,则C是氧元素,C、F属同一主族,则F是硫元素,E最外层电子数比最内层多1,则E最外层电子数为3,E是铝元素,G的原子序数大于F,且为短周期主族元素,则G是氯元素。
(1)E是铝元素,其原子核外有13个电子,根据构造原理知其基态原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p1。
(2)F为硫元素,其价电子轨道表示式为。
(3)元素的非金属性越强,其最高价氧化物的水化物酸性越强,氯元素的非金属性强于硫元素,则S、Cl元素对应的最高价含氧酸中酸性较强的分子式为HClO4。
(4)A、C形成的一种绿色氧化剂有广泛应用,该氧化剂是H2O2,其电子式为。
(5)基态氯原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p5,电子占据最高电子层为第三电子层,电子层符号为M;该电子层中有s、p、d三个能级;第三电子层中电子数为2+5=7;氯原子中电子数为17,因此共有17种运动状态不同的电子;最高能级符号为3p;价电子轨道表示式为,则核外未成对电子数为1。
(6)Al位于第3周期ⅢA族,第4周期ⅢA族元素为Ga,简化电子排布式为[Ar]3d104s24p1;ⅢA族位于从左至右的第13列,因此同周期且核电荷数比Ga小7的元素在周期表中的位置为第4周期ⅥB族,该元素核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s1,价电子排布式为3d54s1;其满足洪特规则特例,不满足构造原理。(共46张PPT)
分层作业2　基态原子的核外电子排布
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A 级 必备知识基础练
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1.下列各项叙述中,错误的是(　　)
A.原子的量子力学模型是根据量子力学理论和原子光谱建构的原子模型
B.单个电子的空间运动状态用原子轨道来描述
C.基态原子中,3d能级中电子的能量一定高于4s能级的电子
D.基态原子中处于同一原子轨道上的电子自旋状态一定不同
C
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解析 原子结构有多种模型,现代原子结构模型为原子的量子力学模型,是根据量子力学理论和原子光谱建构的原子模型,A正确。原子轨道用来描述单个电子的空间运动状态,B正确。不能一刀切地以为:多电子的所有基态原子中,3d能级中电子的能量一定高于4s能级的电子。不能单纯地按照基态原子电子排布式来判断3d能级中电子的能量一定高于4s能量;对副族元素的基态原子,当相邻能级能量相差不太大时,有1到2个电子占据能量稍高的能级,可能反而降低了电子排斥能,而使整个原子能量最低,C不正确。按泡利不相容原理,基态原子中处于同一原子轨道上的电子自旋状态一定不同,D正确。
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2.下列表示基态氮原子结构的化学用语中,对核外电子运动状态描述正确且能据此确定电子能级的是(　　)
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解析 A是氮原子的原子结构示意图,只能看出在原子核外各个电子层上含有的电子数的多少,不能描述核外电子运动状态,故A错误;B是氮原子的电子式,可以知道原子的最外电子层上有5个电子,不能描述核外电子运动状态,故B错误;C是氮原子的核外电子排布式,不仅知道原子核外有几个电子层,还知道各个电子层上有几个能级,并且能知道核外电子的运动状态,故C正确;D项违反了洪特规则,故D错误。
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3.下列各基态原子或离子的电子排布式正确的是(　　)
A.O2-　1s22s22p4
B.Ca　[Ar]3d2
C.Fe　[Ar]3d54s3
D.Si　1s22s22p63s23p2
D
解析 氧原子的质子数为8,得到2个电子变为离子,则O2-的电子排布式为1s22s22p6,故A错误;钙原子核外电子排布式为[Ar]4s2(或1s22s22p63s23p64s2),故B错误;铁原子核外电子排布式为[Ar]3d64s2,4s能级最多有2个电子,故C错误;硅原子的质子数为14,则硅原子的电子排布式为1s22s22p63s23p2,故D正确。
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4.[2023河北唐山开滦一中高二期末]已知元素X的原子外围电子排布式为nsn-1npn+2,则元素X的原子序数为(　　)
A.9 B.10
C.17 D.18
C
解析 元素X的原子外围电子排布式为nsn-1npn+2,n-1=2,则n=3,所以元素X的原子外围电子排布式为3s23p5,其核外电子排布式为1s22s22p63s23p5,核电荷数为17。
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5.[2023黑龙江牡丹江第三中学期末]已知三种微粒:
若将上述三种微粒归为同一类,下列微粒中也可归为此类的是(　　)
微粒 电子排布式
11X 1s22s22p6
19Y 1s22s22p63s23p6
20Z 1s22s22p63s23p6
C
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解析 11X、19Y、20Z都是金属阳离子,四个选项中A和D是原子,B是阴离子, C是金属阳离子。
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6.下列各微粒的电子排布式或轨道表示式不符合能量最低原理的是(　　)
A.Fe2+　1s22s22p63s23p63d6
B.Cu　1s22s22p63s23p63d94s2
B
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解析 Fe2+核外电子数为24,由能量最低原理可知,核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d6,故A符合能量最低原理;29号元素Cu的电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s1,这是因为3d能级为全充满状态(即3d能级填充10个电子)时能量相对较低,故B不符合能量最低原理;氟原子轨道表示式为 ,故C符合能量最低原理;Na+的轨道表示式为 ,故D符合能量最低原理。
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7.下列有关原子核外电子排布的说法,正确的是(　　)
A.电子排布式为[Ar]3d44s2的中性原子是基态原子
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解析 电子排布式为[Ar]3d44s2的中性原子是激发态Cr原子,基态Cr原子的电子排布式为[Ar]3d54s1,A不符合题意;该电子排布式没有违背洪特规则,是激发态原子的电子排布式,B不符合题意;泡利不相容原理指出,同一轨道的两个电子自旋状态不同,该轨道表示式中2s能级的两个电子自旋状态相同,违背泡利不相容原理,C符合题意;该原子为F原子,其电子排布式为1s22s22p5,其电子云有2种不同的形状,D不符合题意。
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8.某元素基态原子4s轨道上有1个电子,则该基态原子价电子排布式不可能是(　　)
A.3p64s1 B.4s1
C.3d54s1 D.3d104s1
A
解析 基态原子4s轨道上有1个电子,价电子排布式可能为4s1、3d54s1、3d104s1,当核外电子排布式为1s22s22p63s23p64s1时,价电子排布式为4s1,不是3p64s1,故A符合题意。
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9.元素X基态原子的第三电子层上有16个电子,该基态原子的价电子排布式为(　　)
A.3d16 B.3d84s2
C.3d94s1 D.3d94s2
B
解析 根据题意可知,该基态原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d84s2,则其价电子排布式为3d84s2。
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10.下列对电子排布式或轨道表示式书写的评价正确的是(　　)
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解析 电子应先充满同能级的轨道,违反了洪特规则,不符合题意,A错误;相同轨道中的两个电子运动状态应相反,违反了泡利不相容原理,不符合题意, B错误;Ca原子的电子排布式应为1s22s22p63s23p64s2,题给电子排布式违反了能量最低原理,符合题意,C正确;Br-的电子排布式为[Ar]3d104s24p6,正确,评价错误,D错误。
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11.前四周期元素中,基态原子中未成对电子数与其所在周期序数相同的元素有(　　)
A.3种 B.4种
C.5种 D.6种
C
解析 第1周期中,有一个未成对电子的是1s1;第2周期中,未成对电子是两个的有两种:1s22s22p2和1s22s22p4;第3周期中,未成对电子是三个的是: 1s22s22p63s23p3;第4周期中未成对电子是四个的是1s22s22p63s23p63d64s2,共有5种。
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12.回答下列问题:
(1)构成蛋白质的元素有C、H、O、N等,其中N元素的价电子轨道表示式为　　　。
(2)血红蛋白(如图乙)是一种含Fe的蛋白质:基态Fe原子的价电子排布式是　　　　　　,原子结构示意图是　　　　　　,甲中的有机化合物与亚铁离子结合生成血红
蛋白,Fe处于基态时,其未成对电子数是　　　。
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13.按要求回答下列各小题:
(1)镁元素基态原子核外M层电子的自旋状态　　　　(填“相同”或“相反”)。
(2)①Fe成为阳离子时首先失去　　　　轨道电子;Sm的价电子排布式为4f66s2,Sm3+的价电子排布式为　　　　　。
②比较离子半径:F-　　　　(填“大于”“等于”或“小于”)O2-。
(3)基态铁原子价电子的轨道表达式为　　　　　　　　　。
(4)基态锌原子核外电子排布式为　　　　　　　　　　　。
(5)基态砷原子的核外电子排布式为　　　　　　　　　　　　。
(6)基态钴原子核外电子排布式为　　　　　　　　　　　　　。
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(7)基态Fe3+核外电子排布式为　　　　　　　　。
(8)基态锗原子的核外电子排布式为[Ar]　　　　　　　,有　　　　个未成对电子。
(9)镍元素基态原子的电子排布式为　　　　　　　　　　　,3d能级上的未成对电子数为　　　。
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答案 (1)相反　
(2)①4s　4f5　②小于
(3)
(4)[Ar]3d104s2(或1s22s22p63s23p63d104s2)
(5)[Ar]3d104s24p3(或1s22s22p63s23p63d104s24p3)
(6)[Ar]3d74s2(或1s22s22p63s23p63d74s2)
(7)[Ar]3d5(或1s22s22p63s23p63d5)
(8)3d104s24p2　2
(9)[Ar]3d84s2(或1s22s22p63s23p63d84s2)　2
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解析 (1)镁元素原子的最外层电子数是2,占据了s轨道,s轨道最多容纳2个电子,且2个电子自旋状态相反。
(2)①Fe为26号元素,基态铁原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2,铁原子失去1个电子时首先失去4s轨道电子;Sm的价电子排布式为4f66s2,失去3个电子变成Sm3+成为稳定状态,则应先失去能量较高的电子,所以Sm3+的价电子排布式为4f5;②F-和O2-的核外电子排布相同,核电荷数越大,离子半径越小,故离子半径:F-(3)基态铁原子核外电子排布式为[Ar]3d64s2,则价电子轨道表示式为 。
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(4)Zn为第4周期ⅡB族元素,Zn的电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s2或[Ar]3d104s2。
(5)As位于第4周期ⅤA族,其基态原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p3或[Ar]3d104s24p3。
(6)Co是27号元素,位于元素周期表第4周期Ⅷ族,其基态原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d74s2或[Ar]3d74s2。
(7)Fe是26号元素,故基态Fe3+核外电子排布式为[Ar]3d5或1s22s22p63s23p63d5。
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(8)Ge的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p2或[Ar]3d104s24p2,其4p轨道有2个未成对电子。
(9)镍元素位于第4周期Ⅷ族,原子序数为28,依据能量最低原理,基态镍原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d84s2或[Ar]3d84s2,其3d能级上未成对电子数为2。
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B 级 关键能力提升练
以下选择题中有1~2个选项符合题意。
14.主族元素A和B可形成AB2型的离子化合物,则A、B两原子的最外层电子排布式分别为(　　)
A.ns2np2和ns2np4 B.ns2和ns2np4
C.ns2和ns2np5 D.ns2和ns1
C
解析 由A和B为主族元素,且二者能形成AB2型的离子化合物,则A为ⅡA族元素,B为ⅦA族元素,故A元素原子的最外层电子排布式为ns2,B元素原子的最外层电子排布式为ns2np5。
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15.下列氮原子的轨道表示式表示的状态中,能量由低到高的顺序是(　　)
A.①③②④ B.①③④②
C.④③②① D.②④③①
A
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解析 轨道中电子的能量:1s<2s<2p,能量较高的轨道中电子越多,该微粒能量越高,所以2p轨道上电子越多、1s轨道上电子越少,该微粒能量越高,根据图示可知能量由低到高的顺序是①<③<②<④。
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16.短周期元素Y的p轨道上有3个未成对电子,则该元素的最高价氧化物对应的水化物的化学式可能是(　　)
A.H3YO4 B.H4YO4
C.HYO2 D.H2YO4
A
解析 短周期元素Y的p轨道上有3个未成对电子,则Y的价电子排布式为ns2np3,即Y为ⅤA族的N或P,最高正化合价为+5价,故A正确。
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17.A、B属于短周期中不同主族的元素,A、B原子的最外层电子中,成对电子和未成对电子占据的轨道数相等,若A元素的原子序数为a,则B元素的原子序数可能为(　　)
①a-4　②a-5　③a+3　④a+4
A.①④ B.②③
C.①③ D.②④
B
解析 根据题意可写出各主族中符合题意的元素原子的最外层电子的轨道表示式:ⅢA族 、ⅥA族 。从中看出B、Al、O和S符合,其成对电子占据的轨道数和未成对电子占据的轨道数相等。结合A、B属于不同主族可得②、③符合。
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18.下列原子构成的单质中既能与稀硫酸反应又能与烧碱溶液反应,且都产生H2的是(　　)
A.核内无中子的原子
B.价电子排布式为3s23p3
C.最外层电子数等于倒数第三层上的电子数的原子
D.N层上无电子,最外层上的电子数等于电子层数的原子
D
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解析 核内无中子的原子是氢原子,其单质H2与酸、碱均不能发生反应,A错误;价电子排布式为3s23p3的原子是P,磷单质能与NaOH溶液发生反应但不能产生氢气,不能与稀硫酸反应,B错误;最外层电子数等于倒数第三层上的电子数的原子是Mg,Mg是比较活泼的金属,与NaOH溶液不能发生反应,C错误;N层上无电子,最外层上的电子数等于电子层数的原子是铝原子,单质Al是比较活泼的金属,能与稀硫酸和烧碱溶液发生反应产生氢气,D正确。
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19.已知X、Y和Z三种元素的原子序数之和等于42。X元素原子的4p轨道上有3个未成对电子,Y元素原子的最外层2p轨道上有2个未成对电子。X跟Y可形成化合物X2Y3,Z元素可以形成负一价离子。下列说法正确的是
(　　)
A.X元素原子基态时的电子排布式为[Ar]4s24p3
B.X元素是第4周期ⅤA族元素
C.Y元素原子的电子排布式为1s22s22p4
D.Z元素具有两性
BC
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解析 X元素原子的4p轨道上有3个未成对电子,所以X是砷,Y元素原子的最外层2p轨道上有2个未成对电子,所以Y是碳或氧,X跟Y可形成化合物X2Y3,所以Y是氧。X、Y和Z三种元素的原子序数之和等于42,所以Z是氢。X元素原子基态时的电子排布式为[Ar]3d104s24p3,故A错误;X元素是第4周期ⅤA族元素,故B正确;Y元素原子的电子排布式为1s22s22p4,故C正确;氢元素为非金属元素,故D错误。
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20.(1)基态钛原子的电子排布式为　　　　　　　　　　　;同周期的基态原子与钛原子未成对电子数相同的元素还有　　　种。
(2)据媒体报道,法国一家公司研发出比当前广泛使用的锂电池成本更低、寿命更长、充电速度更快的钠离子电池。
Te元素基态原子的价电子排布式为　　　　　　　;基态钠原子中,核外电子占据的原子轨道总数为　　　　。
(3)镍及其化合物是重要的合金材料和催化剂。基态镍原子的价电子排布式为　　　　　　　,排布时最高电子层的电子所占的原子轨道电子云为
　　　　形。
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答案 (1)[Ar]3d24s2(或1s22s22p63s23p63d24s2)　3
(2)5s25p4　6　(3)3d84s2　球
解析 (1)Ti是22号元素,基态钛原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d24s2或[Ar]3d24s2;钛原子的未成对电子数为2,同周期中基态原子与钛原子未成对电子数相同的元素原子的价电子排布式为3d84s2、4s24p2、4s24p4,共有3种。
(2)Te元素为52号元素,其价电子排布式为5s25p4;Na元素的原子序数为11,基态原子的电子排布式为1s22s22p63s1,其原子核外原子轨道数为6。
(3)Ni元素原子序数是28,其价电子排布式为3d84s2,最高电子层的电子为4s电子,原子轨道电子云为球形。
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21.A、B、C、D是四种短周期元素,E是过渡元素。A、B、C同周期,C、D同主族,A的原子结构示意图为 ,B是同周期除稀有气体元素外原子半径最大的元素,C的最外层有三个未成对电子,E的价电子排布式为3d64s2。
回答下列问题:
(1)A为　　　　(填元素符号,下同),电子排布式是　　　　　　　　　。
(2)B为　　　　　　,简化电子排布式是　　　　　　　　。
(3)C为　　　　　　,电子排布式是　　　　　　　　。
(4)D为　　　　　　,轨道表示式是　　　　　　　。
(5)E为　　　　　　,原子结构示意图是　　　　　　　。
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答案 (1)Si　1s22s22p63s23p2
(2)Na　[Ne]3s1
(3)P　1s22s22p63s23p3
解析 由题意可知,A为Si,B为Na,C为P,D为N,E为Fe。这五种元素原子的电子排布式分别为A:1s22s22p63s23p2,B:1s22s22p63s1,C:1s22s22p63s23p3, D:1s22s22p3,E:1s22s22p63s23p63d64s2。
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22.X、Y、Z、W是元素周期表前四周期中的常见元素,其原子序数依次增大。X的一种核素的质量数为12,中子数为6;Y是动植物生长不可缺少的、构成蛋白质的重要组成元素;Z的基态原子核外9个原子轨道上填充了电子且有2个未成对电子;W是一种常见元素,可以形成3种氧化物,其中一种氧化物是具有磁性的黑色晶体。
(1)写出下列元素的名称:X　　　　,Y　　　　,Z　　　　　　。
(2)写出X的单质与Z的最高价氧化物对应水化物的浓溶液反应的化学方程式: 　。
(3)W的基态原子的价电子排布式为　　　　　　　　　　。
(4)Y元素的原子核外电子轨道表示式为　　 　　　　　　　　。
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(5)已知一种Y4分子结构如图所示:
已知断裂1 mol Y—Y键吸收167 kJ的热量,生成1 mol Y≡Y键放出942 kJ热量。则由1 mol Y4气态分子生成2 mol Y2气态分子　　　(填“吸收”或“放出”)　　　 kJ热量。
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答案 (1)碳　氮　硫
(2)C+2H2SO4(浓) CO2↑+2SO2↑+2H2O
(3)3d64s2
(5)放出　882
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解析 X、Y、Z、W是元素周期表前四周期中的常见元素,其原子序数依次增大。X元素的一种核素的质量数为12,中子数为6,则其质子数=12-6=6,故X为碳元素;Y元素是动植物生长不可缺少、构成蛋白质的重要组成元素,则Y为氮元素;Z的基态原子核外9个轨道上填充了电子,且核外有2个未成对电子,则Z原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p4,则Z为硫元素;W是一种常见元素,可以形成3种氧化物,其中一种氧化物是具有磁性的黑色晶体,则W为铁元素。
(1)根据以上分析可知,X是碳元素,Y是氮元素,Z是硫元素。
(2)C与浓硫酸在加热条件下反应生成二氧化碳、二氧化硫及水,反应的化学方程式为C+2H2SO4(浓) CO2↑+2SO2↑+2H2O。
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(3)W为铁元素,铁原子核外有26个电子,其基态原子的价电子排布式是3d64s2。
(5)1 mol N4气态分子含有6 mol N—N键,断裂6 mol N—N键需要吸收167 kJ×6=1 002 kJ的能量,生成2 mol N2气态分子放出942 kJ×2=1 884 kJ的能量,所以由1 mol N4气态分子变成2 mol N2分子放出882 kJ的能量。
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C 级 学科素养拔高练
23.含氟化合物被用于预防龋齿、饮水加氟及其他口腔卫生产品中。起初是用氟化钠(NaF)来为饮用水加氟,但后来逐渐被氟硅酸(H2SiF6)及其盐氟硅酸钠(Na2SiF6)代替。完成下列填空:
(1)写出氟原子的电子排布式:　　　　　　,氟原子有　　　　种能量不同的电子。
(2)镁带能在CO2中燃烧生成氧化镁和单质碳。氧化镁的电子式为　 　,
CO2的结构式为　　　　　　。与镁同周期、离子半径最小的元素原子的价电子排布式为　　　　,其1个原子中能量最高的电子有　　　　个。
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解析 (1)氟原子的电子排布式为1s22s22p5,其中含有3种能量不同的电子。
(2)氧化镁的电子式为 ;CO2的结构式是O═C═O;第3周期元素中,离子电子层数越少,核电荷数越大,其离子半径越小,所以离子半径最小的是Al3+,铝原子核外最外层电子数是3且位于第三电子层上,所以铝原子价电子排布式为3s23p1;在含多个电子的原子中,能量最高的电子是离原子核最远的电子,铝原子中能量最高的电子有1个。第1章　分层作业5　电离能与电负性
A级 必备知识基础练
1.下列关于电离能和电负性的说法不正确的是(　　)
A.同族元素在性质上的相似性,取决于原子价电子排布的相似性
B.通常元素的第一电离能越小,元素的金属性越强
C.根据元素逐级电离能的数值可以确定主族元素的最高化合价
D.在形成化合物时,元素电负性大的显正价,电负性小的显负价
2.下列是几种基态原子的电子排布式,第一电离能最大的原子是(　　)
A.1s22s22p6 B.1s22s22p63s23p3
C.1s22s22p63s23p2 D.1s22s22p63s23p64s2
3.[2023河北唐山开滦一中高二期末]已知X、Y是主族元素,表中数据I1~I4为逐级电离能(单位 kJ·mol-1)。下列说法错误的是(　　)
元素 I1 I2 I3 I4
X 500 4 600 6 900 9 500
Y 580 1 800 2 700 11 600
A.元素Y是ⅢA族元素
B.X单质还原性比Y的强
C.元素X的常见化合价是+1价
D.若元素Y处于第3周期,其单质可与冷水剧烈反应
4.XY是由电负性相差最大的两种主族元素所形成的化合物(放射性元素除外),下列有关XY及其组成元素的说法不正确的是(　　)
A.X元素的第一电离能远大于其第二电离能
B.Y元素的单质中含有共价键
C.Y元素位于元素周期表的右上角
D.XY一定是离子化合物
5.下列说法或有关化学用语的表达正确的是(　　)
A.在基态多电子原子中,p轨道电子能量一定高于s轨道电子能量
B.基态锰原子的价电子轨道表示式为
C.因氧元素电负性比氮元素大,故氧原子第一电离能比氮原子第一电离能大
D.根据原子核外电子排布的特点,Cu在周期表中属于s区元素
6.[2023湖南衡阳八中高二期末]明矾[KAl(SO4)2·12H2O]是一种常用的净水剂。下列说法正确的是(　　)
A.电离能大小:I1(K)>I1(Al)
B.电负性大小:S>O
C.半径大小:r(K+)D.碱性强弱:Al(OH)3>KOH
7.同周期的三种元素X、Y、Z,已知其最高价氧化物对应水化物的酸性强弱为HXO4>H2YO4>H3ZO4,则下列判断错误的是(　　)
A.原子半径:X>Y>Z
B.气态氢化物的稳定性HX>H2Y>ZH3
C.电负性:X>Y>Z
D.非金属性:X>Y>Z
8.草酸铁铵的制备原理为Fe(OH)3+3NH4HC2O4══(NH4)3Fe(C2O4)3+3H2O,常用于摄影和蓝色印刷等。下列说法正确的是(　　)
A.草酸铁铵中的组成元素的第一电离能关系为O>N>C>Fe>H
B.铁元素与铜元素均属于过渡元素,且均在元素周期表的ds区
C.草酸铁铵中的组成元素的电负性关系为O>N>C>H>Fe
D.NH4HC2O4中组成元素的原子半径大小关系为O>N>C>H
9.W、X、Y、Z为原子序数依次增大的短周期元素,四种元素的核外电子总数满足X+Y=W+Z;化合物XW3与WZ相遇会产生白烟。下列叙述正确的是(　　)
A.电负性:W>X>Y>Z
B.原子半径:Z>Y>X>W
C.Z的含氧酸均为强酸
D.Y的氧化物的水化物为强碱
10.A、B、C、D的价电子排布式均为ns2np5,且原子序数依次增大,以下说法正确的是(　　)
A.四种元素是卤族元素,最高化合价均为+7
B.气态氢化物的稳定性顺序为:HA>HB>HC>HD
C.酸性强弱顺序为:HA>HB>HC>HD
D.A、B、C、D四种元素均为其所在周期第一电离能最大的元素
11.[2023山东临沂一中高二期末]现有四种元素的基态原子的核外电子排布式如下:①1s22s22p3;②1s22s22p4;③1s22s22p63s23p2;④1s22s22p63s23p3。下列说法错误的是(　　)
A.电负性:②>①>④>③
B.原子半径:③>④>①>②
C.简单气态氢化物的稳定性:①>②>③>④
D.第一电离能:①>②>④>③
12.按要求回答下列各小题。
(1)黄铜是人类最早使用的合金之一,主要由Zn和Cu组成。第一电离能I1(Zn)　　　　(填“大于”或“小于”)I1(Cu),原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(2)元素Mn与O中,第一电离能较大的是　　　　,基态原子核外未成对电子数较多的是　　　　。
(3)元素的基态气态原子得到一个电子形成气态负一价离子时所放出的能量称为第一电子亲和能。第2周期部分元素的电子亲和能变化趋势如图所示,其中除氮元素外,其他元素的电子亲和能自左而右依次增大的原因是　　　　　　　　　　　　　　;氮元素的电子亲和能呈现异常的原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(4)光催化还原CO2制备CH4反应中,带状纳米Zn2GeO4是该反应的良好催化剂。Zn、Ge、O电负性由大至小的顺序是　　　　　　。
(5)根据元素周期律,原子半径Ga　　　　(填“大于”或“小于”,下同)As,第一电离能Ga　　　　As。
(6)A、B、C、D为原子序数依次增大的四种元素,A2-和B+具有相同的电子层结构;C、D为同周期元素,C原子核外电子总数是最外层电子数的3倍;D元素原子最外层有一个未成对电子。四种元素中电负性最大的是　　　　(填元素符号)。
(7)N、O、S中第一电离能最大的是　　　　(填元素符号)。
B级 关键能力提升练
以下选择题中有1~2个选项符合题意。
13.氮气可以作食品包装、灯泡等的填充气。一种实验室制备氮气的方法是NH4Cl+NaNO2══NaCl+2H2O+N2↑。反应发生后即停止加热,反应仍可持续进行,直至反应完全。下列说法正确的是(　　)
A.该反应只有在低温下才能自发进行
B.NH4Cl的电子式:
C.元素的电负性:Cl>O>H
D.①和②示意图表示的钠原子失去最外层一个电子所需要的能量:①>②
14.金属Na溶解于液氨中形成氨合钠离子和氨合电子,向该溶液中加入穴醚类配体L,得到首个含碱金属阴离子的金黄色化合物[NaL]+Na-。下列说法错误的是(　　)
A.Na-的半径比F-的大
B.Na-的还原性比Na的强
C.Na-的第一电离能比H-的大
D.该事实说明Na也可表现出非金属性
15.五种短周期元素X、Y、Z、L、M的某些性质如下表所示,下列判断错误的是(　　)
元素 X Y Z L M
最低化合价 -4 -2 -1 -2 0
电负性 2.5 2.5 3.0 3.5 1.0
A.基态X原子的核外电子共占据3个原子轨道
B.Z在元素周期表中的位置为第2周期ⅦA族
C.借助电负性数值预测:YLZ2加入水中可生成YL2
D.元素L、M可形成离子化合物
16.下列叙述正确的有(　　)
①氧原子的轨道表示式写成,2p能级违背了泡利不相容原理
②处于最低能量状态的原子叫基态原子,1s22s22→1s22s22过程中形成的是发射光谱
③所有元素中,氟的第一电离能最大
④具有相同核外电子排布的粒子,化学性质相同
⑤电负性均小于2的是金属元素
⑥主族元素的电负性越大,其元素原子的第一电离能一定越大
A.0个 B.1个
C.2个 D.3个
17.以下有关元素性质的说法不正确的是(　　)
A.具有下列电子排布式的原子:
①1s22s22p63s23p2、②1s22s22p3、③1s22s22p2、④1s22s22p63s23p4,原子半径最大的是①
B.具有下列价电子排布式的原子:①3s23p1、②3s23p2、③3s23p3、④3s23p4,第一电离能最大的是③
C.①Na、K、Rb,②N、P、As,③O、S、Se,④Na、P、Cl四组元素中,元素的电负性随原子序数增大而递增的是④
D.某元素气态基态原子的逐级电离能分别为738、1 451、7 733、10 540、13 630、17 995、21 703,当它与氯气反应时可能生成的阳离子是X3+
18.已知1~18号元素的离子aw3+、bX+、cY2-、dZ-都具有相同的电子层结构,下列关系正确的是(　　)
A.质子数c>d,离子的还原性Y2->Z-
B.氢化物的稳定性H2Y>HZ
C.原子半径XD.电负性Z>Y>W>X
19.短周期主族元素X、Y、Z、W的原子序数依次增大,W的最外层电子数比X的最外层电子数少1,X、Y、Z为同一周期元素,X、Y、Z组成一种化合物(ZXY)2的结构式为。下列说法正确的是(　　)
A.第一电离能:Y>Z>X>W
B.简单离子半径:W>Z>Y
C.简单离子的还原性:Z>Y
D.最简单氢化物的稳定性:X>Y>Z
20.下表列出了前20号元素中的某些元素性质的有关数据。
元素性质 元素编号
① ② ③ ④ ⑤ ⑥ ⑦ ⑧ ⑨ ⑩
1.52 2.27 0.74 1.43 0.77 1.10 0.99 1.86 0.75 0.71
最高价态 +1 +1 — +3 +4 +5 +7 +1 +5 —
最低价态 — — -2 — -4 -3 -1 — -3 -1
元素R的原子半径为1.02×10-10m,下列有关叙述正确的是(　　)
A.表中10种元素的原子中,失去核外第一个电子所需能量最少的是②
B.由⑤、⑥、⑦三种元素中的某两种元素形成的化合物中,每个原子都满足最外层为8电子稳定结构的物质可能是PCl5和CCl4
C.元素R在周期表中位于第3周期Ⅵ族
D.若物质Na2R3是一种含有非极性共价键的离子化合物,则其化合物的电子式为
21.[2023山东德州高三上学期期中]X、Y、Z、W四种短周期元素在元素周期表中的相对位置如图所示。其中元素Z的基态原子价电子排布式为nsn-1npn+1,下列说法正确的是(　　)
X W
Y Z
A.Y、Z、W三种元素的最高正价依次递增
B.X、Z都是ⅥA族元素,电负性:W>X>Z
C.氢化物稳定性W>Z>Y
D.对应的简单离子半径:W>X>Z
22.[2023北京平谷高二期末]W、X、Y、Z、N是原子序数依次增大的五种短周期元素,部分信息如下表所示。
元素 元素性质或原子结构
W 电子只有一种自旋取向
X 基态原子的最外层有3个未成对电子
Y 原子核外s能级上的电子总数与p能级上的电子总数相等
Z 在同周期元素中,第一电离能最小
N 最高能级有两对成对电子
回答下列问题。
(1)X元素基态原子的电子排布式为　　　　。
(2)位于周期表p区的元素有　　　　(填元素符号,下同)。
(3)X、Y两种元素的原子半径:　　　　>　　　　;电负性:　　　　>　　　　。
(4)由Y、Z、N组成的化合物ZNY溶于水后,滴加酚酞呈红色,振荡后又褪色,结合化学用语解释原因 　。
23.现有七种元素,其中A、B、C、D、E为短周期主族元素,F、G为第4周期元素,它们的原子序数依次增大。请根据下列相关信息回答问题。
元素 相关信息
A 元素的原子核外电子数和电子层数相等,也是宇宙中最丰富的元素
B 元素原子的核外p电子数比s电子数少1
C 元素的第一至第四电离能分别是I1=738 kJ·mol-1、I2=1 451 kJ·mol-1、I3=7 733 kJ·mol-1、I4=10 540 kJ·mol-1
D 原子核外填充电子的所有p轨道全满或半满
E 元素的主族序数与周期序数的差为4
F 是前四周期中电负性最小的元素
G 在元素周期表的第七列
(1)B元素基态原子中能量最高的电子,其电子云在空间有　　　　个伸展方向。
(2)某同学根据上述信息,推断C元素基态原子的轨道表示式为,该同学所画的轨道表示式违背了　　　　　　　　。
(3)G位于　　　　族,属于　　　　　　区,价电子排布式为　　　　　　　　。
(4)检验F元素的方法是　　　　　　,请用原子结构的知识解释产生此现象的原因:　 　。
(5)写出E的单质与水反应的离子方程式:　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(6)写出DA3的电子式:　　　　　　　　　　　(用元素符号)。
24.A、B、C、D、E 5种元素,它们的核电荷数依次增大,且都小于36。其中C、E是金属元素;A和E属于同一族,它们原子的最外层电子排布为ns1。B和D也属于同一族,它们原子最外层的p能级电子数是s能级电子数的两倍,C原子最外层上电子数等于D原子最外层上电子数的一半。请回答下列问题:
(1)C、D、E三种元素的简单离子半径按由小到大的顺序为　　　　　　　　(用离子符号表示)。
(2)元素B与D的电负性大小关系是　　　　　　(用“>”“<”或“=”及元素符号表示,下同),C与E的第一电离能的大小关系是　　　　。
(3)用轨道表示式表示D元素原子的价电子排布:　　　　　　　　　　　　。
(4)C、E最高价氧化物对应的水化物相互反应的离子方程式为　　　　　　　　　。
(5)均为A、B、D、E四种元素组成的两种化合物可以相互反应,该反应的离子方程式为　　　　　　　　　　　　　　　　　。
C级 学科素养拔高练
25.新型储氢材料是开发利用氢能的重要研究方向。
(1)元素N的价电子排布式为3d24s2,其氯化物NCl4与LiBH4反应可制得储氢材料N(BH4)3。
①元素N在周期表中的位置为　　　　　　,该原子具有　　种运动状态不同的电子。
②化合物LiBH4中含有的化学键有　　　　　　　　　　,硼原子核外电子的轨道表示式为　 　　　　　　　　　　。
(2)金属氢化物是具有良好发展前景的储氢材料。
①LiH中,离子半径:Li+　　(填“>”“=”或“<”)H-。
②某储氢材料是短周期金属元素M的氢化物。M的部分电离能如下表所示:M的最高正价是　　　　　　　　　　　。
738 1 451 7 733
10 540 13 630
(3)基态砷原子的价电子排布式为　　　　　　　。与砷同周期的主族元素的基态原子中,第一电离能最大的为　　　　　　(填元素符号)。
(4)Na元素的焰色反应呈黄色,金属元素能产生焰色反应的微观原因为 　。
答案：
1.D　解析 同族元素最外层电子数相同,由结构决定性质可知,原子价电子排布的相似性决定同族元素在性质上的相似性,故A正确;元素的第一电离能是指气态基态原子失去1个电子所需要的最低能量,通常电离能越小,表示气态时该原子越易失去电子,元素的金属性越强,故B正确;同一电子层中电子的电离能数值相差不大,层与层之间电子的电离能数值会发生突变,相差较大,所以根据逐级电离能的数值可以确定元素的核外电子的分层排布情况,故C正确;在形成化合物时,元素电负性大的显负价,电负性小的显正价,故D错误。
2.A　解析 1s22s22p6是Ne元素的电子排布式,1s22s22p63s23p3是P元素的电子排布式,1s22s22p63s23p2是Si元素的电子排布式,1s22s22p63s23p64s2是Ca元素的电子排布式,这几种元素中Ne元素最外电子层达8电子稳定结构,最难失去电子的是Ne元素,所以第一电离能最大的是Ne元素。
3.D　解析 X的第二电离能与第一电离能相差较大,则说明X原子核外最外层有1个电子,则X属于ⅠA族元素;Y的第三电离能和第四电离能相差较大,说明Y原子核外最外层有3个电子,则Y是ⅢA族元素。根据上述分析可知,A正确、C正确;X第一电离能较小,失电子能力更强,即X的还原性大于Y的,故B正确;如果Y是第3周期元素,则Y为Al,单质Al和冷水不反应,故D错误。
4.A　解析 由题意分析可知,XY为CsF。Cs原子最高能级上有1个电子,第一电离能较小,第二电离能远远大于第一电离能,故A错误;Y为F元素,其单质F2中含有共价键,故B正确;Y为F元素,F元素位于元素周期表中第2周期ⅦA族,在元素周期表右上角,故C正确;CsF是由活泼的金属元素和活泼的非金属元素形成的化合物,属于离子化合物,故D正确。
5.B　解析 同一电子层中p轨道电子的能量一定比s轨道电子能量高,但外层s轨道电子能量则比内层p轨道电子的能量高,故A错误;基态锰原子价电子排布式为3d54s2,其轨道表示式为,故B正确;氮原子的2p轨道处于半充满状态,第一电离能大于氧原子,故C错误;铜原子的价电子排布式为3d104s1,位于元素周期表的ds区,故D错误。
6.C　解析 同主族自上而下第一电离能减小,同周期随原子序数增大,第一电离能呈增大趋势,因此Al的第一电离能大于K,A错误;同主族元素,从上到下元素的非金属性依次减弱,电负性依次减小,则硫元素的电负性小于氧元素,B错误;K+、S2-核外电子排布相同,电子层结构相同的离子,核电荷数越大,离子半径越小,则半径S2->K+,C正确;金属性:K>Al,则最高价氧化物对应水化物的碱性:KOH>Al(OH)3,D错误。
7.A　解析 同周期元素(稀有气体除外)的非金属性随着原子序数的增大而增强,元素的非金属性越强,其最高价氧化物的水化物酸性越强。同周期的X、Y、Z三种元素,其最高价氧化物对应水化物的酸性强弱顺序是:HXO4>H2YO4>H3ZO4,则X、Y、Z的原子序数大小顺序是X>Y>Z,元素的非金属性强弱顺序是X>Y>Z,D正确。同周期从左到右,原子半径逐渐减小,所以原子半径:XY>Z,所以气态氢化物的稳定性:HX>H2Y>ZH3,故B正确。非金属性X>Y>Z,元素的非金属性越强,其电负性越大,则电负性:X>Y>Z,故C正确。
8.C　解析 草酸铁铵的组成元素为N、O、C、Fe、H,N的第一电离能大于O,Fe为金属,第一电离能最小,故A错误;铁元素与铜元素均属于过渡元素,铁位于d区,铜位于ds区,故B错误;N、O、C、Fe、H元素中N、O、C属于同一周期元素,同一周期从左到右电负性逐渐增大,O>N>C,Fe为金属,电负性最小,H与C、N、O组成化合物时显正化合价,因此电负性关系为O>N>C>H>Fe,故C正确;NH4HC2O4的组成元素O、N、C、H中N、O、C属于同一周期元素,同一周期主族元素从左到右原子半径逐渐减小,因此原子半径大小关系为C>N>O,故D错误。
9.D　解析 根据题干信息可知,W、X、Y、Z为原子序数依次增大的短周期元素,化合物XW3与WZ相遇会产生白烟,则XW3为NH3,WZ为HCl,所以W为H元素,X为N元素,Z为Cl元素,四种元素的核外电子总数满足X+Y=W+Z,则Y的核外电子总数为11,Y为Na元素,据此分析解答。元素的非金属性越强,电负性越强,故四种元素的电负性从大到小为Cl>N>H>Na,A项错误;同周期元素从左到右原子半径依次减小,同主族元素从上到下原子半径依次增大,则原子半径:Na>Cl>N>H,B项错误;Cl元素的含氧酸HClO为弱酸,C项错误;Na元素的氧化物的水化物为NaOH,为强碱,D项正确。
10.B　解析 主族元素原子最外层电子数=最高正价(O、F除外),F无正价,Cl、Br、I的最高正化合价都为+7,故A错误;F、Cl、Br、I的非金属性逐渐减弱,对应的气态氢化物的稳定性逐渐减弱,故B正确;HI、HBr、HCl均为强酸,HF是弱酸,故C错误;同周期元素第一电离能从左到右有增大的趋势,第一电离能最小的是碱金属元素,最大的是稀有气体元素,故D错误。
11.C　解析 根据电子排布式,推出元素①、②、③、④分别为N、O、Si、P。同主族从上到下电负性逐渐减小,同周期从左向右电负性逐渐增大(稀有气体除外),因此电负性大小顺序是②>①>④>③,故A正确;同周期从左向右原子半径逐渐减小,同主族从上到下原子半径逐渐增大,原子半径大小顺序是③>④>①>②,故B正确;非金属性越强,其简单氢化物的稳定性越强,非金属性强弱顺序是O>N>P>Si,简单气态氢化物的稳定性:②>①>④>③,故C错误;同主族从上到下第一电离能逐渐减小,同周期从左向右第一电离能有增大的趋势,N、P的p轨道为半充满稳定状态,第一电离能大于同周期相邻元素,第一电离能:①>②>④>③,故D正确。
12.答案 (1)大于　Zn核外电子排布为全充满稳定结构,较难失电子　(2)O　Mn
(3)同周期元素随核电荷数依次增大,原子半径逐渐变小,越容易得到1个电子,故结合一个电子释放出的能量依次增大　N原子的2p轨道为半充满状态,具有一定的稳定性,故不易结合一个电子
(4)O>Ge>Zn　(5)大于　小于　(6)O　(7)N
解析 (1)根据洪特规则特例进行判断,失去一个电子时锌由稳定的全充满结构变为较稳定的半充满结构,而铜由较稳定的4s1半充满结构变为较稳定的4s0全空结构,故Zn的第一电离能较Cu的第一电离能大。
(2)元素Mn与O相比,由于O元素是非金属元素而Mn是金属元素,所以第一电离能较大的是O。O元素的基态原子价电子排布式为2s22p4,所以其核外未成对电子数是2,而Mn元素的基态原子价电子排布式为3d54s2,其核外未成对电子数是5,因此核外未成对电子数较多的是Mn。
(3)根据题图,同周期主族元素随着核电荷数依次增大,原子半径逐渐变小,故结合一个电子释放出的能量依次增大;氮元素的2p轨道为半充满状态,原子相对稳定,不易结合电子。
(4)结合元素周期律知识可知,同周期主族元素从左到右、同主族元素从下到上,元素的电负性增强,故电负性O>Ge>Zn。
(5)Ga和As同在第4周期,Ga为ⅢA族元素,As为ⅤA族元素,故原子半径Ga大于As,第一电离能Ga小于As。
(6)A、B、C、D为原子序数依次增大的四种元素,A2-和B+具有相同的电子层结构,C、D为同周期元素,C原子核外电子总数是最外层电子数的3倍,则C为P元素,D为Cl元素,则A为O元素,B为Na元素。非金属性越强,元素的电负性越大,则四种元素中电负性最大的是O元素。
(7)第一电离能的一般规律:同周期从左至右呈增大的趋势,同主族从上至下逐渐减小,但当原子轨道呈全充满、半充满、全空状态时比较稳定,第一电离能反常的大。
13.D　解析 题给反应发生后即停止加热,反应仍可持续进行,说明该反应是放热反应,即ΔH<0,由于反应的熵变ΔS>0,所以根据ΔG=ΔH-TΔS可知,该反应在任何温度下ΔG都小于0,即该反应在任意温度下都能自发进行,A错误;NH4Cl是离子化合物,其电子式为,B错误;元素的电负性越大,表示其原子在化合物中吸引电子的能力越强;在化合物ClO2中,O呈负价,Cl呈正价,说明O的电负性比Cl强,C错误;基态钠原子的核外电子排布为[Ne]3s1,则图①所示的钠原子为基态,而图②所示的钠原子为激发态,即该原子已经吸收了一部分能量,由于3s的轨道能量比3p的低,故失去最外层一个电子所需要的能量:①>②,D正确。
14.C　解析 Na-核外有3个电子层,F-核外有2个电子层,故Na-的半径比F-的大,A项正确;Na-的半径比Na的大,Na-中原子核对最外层电子的引力小,Na-的还原性比Na的强,B项正确;H-达到稀有气体的原子结构,Na-的第一电离能比H-的小,C项错误;该实验说明Na可以形成Na-,表现出非金属性,D项正确。
15.AB　解析 根据元素最低化合价和电负性可推断X、Y、Z、L、M分别为C、S、Cl、O、Li。
碳的核外电子排布式为1s22s22p2,共占据4个原子轨道,A错误;氯位于元素周期表第3周期ⅦA族,B错误;SOCl2可与水反应生成氯化氢和二氧化硫,C正确;锂和氧可形成离子化合物氧化锂,D正确。
16.A　解析 ①氧原子的轨道表示式写成,2p能级违背了洪特规则,故①错误;
②1s22s22→1s22s22过程中,由于同一电子层中p能级三个轨道的能量大小相同,因此不能形成发射光谱,故②错误;③稀有气体的原子结构是稳定结构,同周期稀有气体元素的第一电离能最大,同族自上而下第一电离能减小,故氦元素的第一电离能最大,故③错误;④两种粒子的核外电子排布相同,但化学性质不一定相似,可能相差较大,如Ne与Na+,故④错误;⑤一般金属元素的电负性小于2.0,非金属元素的电负性大于2.0,但两者之间没有严格的界限,不能把电负性为2.0作为划分金属和非金属的绝对标准,故⑤错误;⑥主族元素原子的第一电离能、电负性变化趋势基本一致,但电离能变化有特例,如第一电离能:ON,故⑥错误。
17.D　解析 核外电子排布式为①1s22s22p63s23p2、②1s22s22p3、③1s22s22p2、④1s22s22p63s23p4的元素依次为Si、N、C、S,其中Si原子半径最大,即①的原子半径最大,A项正确;价电子排布式①3s23p1、②3s23p2、③3s23p3、④3s23p4对应的元素分别为Al、Si、P、S,根据电离能变化规律可知,第一电离能:③>④>②>①,B项正确;同周期主族元素自左向右元素电负性增大,同主族自上而下元素电负性减小,故①Na、K、Rb电负性依次减小,②N、P、As的电负性依次减小,③O、S、Se的电负性依次减小,④Na、P、Cl的电负性依次增大,C项正确;D项所给元素第三电离能远大于第二电离能,其原子最外层应有2个电子,主要化合价为+2,当它与氯气反应时最可能生成的阳离子是X2+,故D项错误。
18.D　解析 离子aW3+、bX+、cY2-、dZ-都具有相同的电子层结构,则有a-3=b-1=c+2=d+1,可知原子序数a>b>d>c。Y、Z为非金属元素,处于第2周期,Y为O元素,Z为F元素,W、X为金属元素,处于第3周期,W为Al元素,X为Na元素。根据上述分析,质子数d>c,A项错误;非金属性F>O,氢化物稳定性HF>H2O,B项错误;同周期主族元素从左到右原子半径逐渐减小,则原子半径X>W,C项错误;同周期元素从左到右,电负性逐渐增大,同主族元素从上到下,电负性逐渐减小,则电负性F>O>Al>Na,即Z>Y>W>X,D项正确。
19.A　解析 X、Y、Z、W是四种原子序数依次增大的短周期主族元素,X、Y、Z位于同一周期,由化合物(ZXY)2的结构式可知,X形成4个共价键,位于ⅣA族,Y形成3个共价键,位于ⅤA族,Z形成2个共价键,位于ⅥA族,W的最外层电子数比X的最外层电子数少1,则W最外层电子数为3,为Al元素,结合原子序数大小可知X为C元素、Y为N元素、Z为O元素。同周期元素,从左到右第一电离能呈增大趋势,N原子的2p轨道为半充满稳定结构,其第一电离能大于O,则第一电离能由大到小的顺序为Y>Z>X>W,故A正确;核外电子排布相同的离子,随核电荷数的增大,离子半径减小,则电子层结构相同的铝离子、氧离子和氮离子中,铝离子的半径最小,故B错误;元素的非金属性越强,单质的氧化性越强,对应简单阴离子的还原性越弱,则氮离子的还原性强于氧离子,故C错误;元素的非金属性越强,最简单氢化物的稳定性越强,C、N、O三种元素中C元素的非金属性最弱,其最简单氢化物的稳定性最弱,故D错误。
20.AD　解析 ①②⑧最高正价为+1,为ⅠA族元素,原子半径都大于元素⑩的原子半径,结合原子半径数据可知,①是Li元素、②是K元素、⑧是Na元素;⑦⑩最低价为-1,为ⅦA族元素,⑦的原子半径大于⑩,所以⑦是Cl元素、⑩是F元素;③只有-2价,没有正化合价,则③是O元素;④只有+3价,为ⅢA族元素,原子半径大于Cl原子半径,所以④是Al元素;⑤的化合价有+4、-4,为ⅣA族元素,原子半径小于Cl原子半径,所以⑤是C元素;⑥⑨的化合价有+5、-3,为ⅤA族元素,⑥的原子半径大于⑨,则⑥是P元素、⑨是N元素。同周期自左而右元素第一电离能呈增大趋势,同主族自上而下第一电离能减小,故以上10种元素的原子中,失去核外第一个电子所需能量最少的是金属性最强的元素K,故A正确;⑤是C元素、⑥是P元素、⑦是Cl元素,⑤、⑥、⑦三种元素中的两种元素形成的化合物有PCl3、CCl4、PCl5,其中PCl5不满足每个原子最外层为8电子稳定结构,故B错误;某元素R的原子半径为1.02×10-10m,该原子半径在⑥⑦之间,⑥是P元素,⑦是Cl元素,则该元素是S元素,处于第3周期ⅥA族,故C错误;若物质Na2S3是一种含有非极性共价键的离子化合物,则存在,该离子中相邻硫原子之间形成1对共用电子对且都满足8电子稳定结构,故该化合物的电子式为,故D正确。
21.BC　解析 s轨道最多容纳2个电子,即n-1=2,所以n=3,则Z价电子排布式为3s23p4,Z是S元素。根据各种元素的相对位置可知X是O、Y是P、W是F。W元素原子半径很小,吸引电子能力很强,无最高正化合价,A错误;X、Z原子核外最外层都有6个电子,都是ⅥA族元素,由于同一周期的元素,原子序数越大,元素的电负性越大,同一主族的元素,原子序数越大,元素的电负性越小,所以元素的电负性:W>X>Z,B正确;元素的非金属性越强,其相应氢化物的稳定性越强,所以元素的氢化物的稳定性:W>Z>Y,C正确;X、W的离子核外有2个电子层,Z的离子核外有3个电子层,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,对于电子层结构不同的离子来说,离子核外电子层数越多,离子半径越大,所以离子半径:Z>X>W,D错误。
22.答案 (1)1s22s22p3　(2)N、O、Cl　(3)N　O　O　N
(4)NaClO溶于水后水解呈碱性ClO-+H2OHClO+OH-,产生的HClO具有漂白性,故滴加酚酞呈红色,振荡后又褪色
解析 W电子只有一种自旋取向,则W为H元素;X基态原子的最外层有3个未成对电子,价电子排布式为ns2np3,为ⅤA族元素;Y原子核外s能级上的电子总数与p能级上的电子总数相等,电子排布式为1s22s22p4或1s22s22p63s2;Z在同周期元素中,第一电离能最小,W、X、Y、Z、N是原子序数依次增大的短周期元素,W为H元素,则Z为Na元素,X为N元素,Y为O元素;N最高能级有两对成对电子,原子序数大于Na,则最高能级为3p能级,电子排布式为1s22s22p63s23p5,为Cl元素。
23.答案 (1)3　
(2)泡利不相容原理　
(3)ⅦB　d　3d54s2
(4)焰色反应　基态原子的电子吸收能量后会跃迁到较高的能级,变成激发态原子,电子从能量较高的激发态跃迁到能量较低的激发态或基态时,将以光的形式释放能量　
(5)Cl2+H2OH++Cl-+HClO　
(6)
解析 A、B、C、D、E为原子序数依次增大的短周期主族元素。A元素的原子核外电子数和电子层数相等,也是宇宙中最丰富的元素,A为H元素;B元素原子的核外p电子数比s电子数少1,B有2个电子层,核外电子排布式为1s22s22p3,故B为N元素;由C原子的第一至第四电离能数据可知,第三电离能突然增大,故C元素的常见化合价为+2,处于ⅡA族,原子序数大于N元素,故C为Mg元素;D处于第3周期,D原子核外填充电子的所有p轨道全满或半满,最外层电子排布式为3s23p3,故D为P元素;E处于第3周期,E元素的主族序数与周期序数的差为4,E处于ⅦA族,故E为Cl元素;F是前四周期中电负性最小的元素,且F为第4周期元素,故F为K元素,G在第4周期的第7列,则G为Mn元素。
(1)B是N元素,其基态原子中能量最高的电子排布在2p能级上,其电子云在空间有px、py、pz3个伸展方向。
(2)根据泡利不相容原理,1个原子轨道只能容纳2个自旋状态相反的电子,该同学所画的轨道表示式中3s能级上2个电子自旋状态相同,违背了泡利不相容原理。
(3)G为Mn元素,是25号元素,位于第4周期ⅦB族,最后填充的为d电子,为d区元素,价电子排布式为3d54s2。
(4)当基态原子的电子吸收能量后,电子会跃迁到较高的能级,变成激发态原子,电子从能量较高的激发态跃迁到较低能量的激发态或基态时,将以光的形式释放能量;含有K元素的溶液在酒精灯火焰上被灼烧时,透过蓝色钴玻璃能观察到紫色火焰,检验K元素的方法是焰色反应。
(5)E是Cl元素,氯气与水反应生成盐酸和次氯酸,反应的离子方程式是Cl2+H2OH++Cl-+HClO。
(6)PH3中心原子磷原子满足8电子稳定结构,其电子式为。
24.答案 (1)Al3+(2)O>S　Al>K
(3)
(4)Al(OH)3+OH-══[Al(OH)4]-
(5)HS+H+══H2O+SO2↑
解析 A、B、C、D、E5种元素,它们的核电荷数依次增大,且都小于36。其中C、E是金属元素;A和E属同一族,它们原子的最外层电子排布为ns1,即都位于ⅠA族,其中E是金属,因此A是H元素。B和D也属于同一族,它们原子最外层的p能级电子数是s能级电子数的两倍,所以B是O元素,D是S元素,则E是K元素。C原子最外层上电子数等于D原子最外层上电子数的一半,即C的最外层电子数是3,C的原子序数介于B和D之间,所以C是Al元素。
(1)离子的核外电子层数越多,离子半径越大。核外电子排布相同的微粒,其离子半径随原子序数的增大而减小,则C、D、E三种元素的简单离子按半径由小到大的顺序为Al3+(2)元素B(O)与D(S)的电负性的大小关系是O>S;C(Al)与E(K)的第一电离能的大小关系是Al>K。
(3)S的原子序数是16,则用轨道表示式表示D元素原子的价电子排布为。
(4)C、E最高价氧化物对应的水化物相互反应的离子方程式为Al(OH)3+OH-══ [Al(OH)4]-。
(5)均为A、B、D、E四种元素组成的两种化合物可以相互反应,该反应的离子方程式为HS+H+══H2O+SO2↑。
25.答案 (1)①第4周期ⅣB族　22　②离子键、共价键　　
(2)①<　②+2
(3)4s24p3　Br
(4)电子从较高能级的激发态跃迁到较低能级的激发态乃至基态时,会以光的形式释放能量
解析 (1)①元素N的价电子排布式为3d24s2,是钛元素,原子序数是22,钛元素在周期表中的位置为第4周期ⅣB族。Ti原子核外有22个电子,所以有22种运动状态不同的电子。②化合物LiBH4中,Li+和B间形成离子键,B与H间形成共价键;硼原子核外电子的轨道表示式为。
(2)①电子层结构相同的离子,离子半径随着原子序数增大而减小,所以离子半径:Li+(3)基态砷原子的价电子排布式为4s24p3。一般情况下,同周期主族元素从左到右,元素的第一电离能呈增大趋势,故第4周期主族元素中第一电离能最大的是Br。
(4)金属元素产生焰色反应的微观原因是电子从较高能级的激发态跃迁到较低能级的激发态乃至基态时,会以光的形式释放能量,从而产生焰色反应。(共66张PPT)
分层作业5　电离能与电负性
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A 级 必备知识基础练
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1.下列关于电离能和电负性的说法不正确的是(　　)
A.同族元素在性质上的相似性,取决于原子价电子排布的相似性
B.通常元素的第一电离能越小,元素的金属性越强
C.根据元素逐级电离能的数值可以确定主族元素的最高化合价
D.在形成化合物时,元素电负性大的显正价,电负性小的显负价
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解析 同族元素最外层电子数相同,由结构决定性质可知,原子价电子排布的相似性决定同族元素在性质上的相似性,故A正确;元素的第一电离能是指气态基态原子失去1个电子所需要的最低能量,通常电离能越小,表示气态时该原子越易失去电子,元素的金属性越强,故B正确;同一电子层中电子的电离能数值相差不大,层与层之间电子的电离能数值会发生突变,相差较大,所以根据逐级电离能的数值可以确定元素的核外电子的分层排布情况,故C正确;在形成化合物时,元素电负性大的显负价,电负性小的显正价,故D错误。
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2.下列是几种基态原子的电子排布式,第一电离能最大的原子是(　　)
A.1s22s22p6 B.1s22s22p63s23p3
C.1s22s22p63s23p2 D.1s22s22p63s23p64s2
A
解析 1s22s22p6是Ne元素的电子排布式,1s22s22p63s23p3是P元素的电子排布式,1s22s22p63s23p2是Si元素的电子排布式,1s22s22p63s23p64s2是Ca元素的电子排布式,这几种元素中Ne元素最外电子层达8电子稳定结构,最难失去电子的是Ne元素,所以第一电离能最大的是Ne元素。
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3.[2023河北唐山开滦一中高二期末]已知X、Y是主族元素,表中数据I1~I4为逐级电离能(单位 kJ·mol-1)。下列说法错误的是(　　)
元素 I1 I2 I3 I4
X 500 4 600 6 900 9 500
Y 580 1 800 2 700 11 600
A.元素Y是ⅢA族元素
B.X单质还原性比Y的强
C.元素X的常见化合价是+1价
D.若元素Y处于第3周期,其单质可与冷水剧烈反应
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解析 X的第二电离能与第一电离能相差较大,则说明X原子核外最外层有1个电子,则X属于ⅠA族元素;Y的第三电离能和第四电离能相差较大,说明Y原子核外最外层有3个电子,则Y是ⅢA族元素。根据上述分析可知,A正确、C正确;X第一电离能较小,失电子能力更强,即X的还原性大于Y的,故B正确;如果Y是第3周期元素,则Y为Al,单质Al和冷水不反应,故D错误。
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4.XY是由电负性相差最大的两种主族元素所形成的化合物(放射性元素除外),下列有关XY及其组成元素的说法不正确的是(　　)
A.X元素的第一电离能远大于其第二电离能
B.Y元素的单质中含有共价键
C.Y元素位于元素周期表的右上角
D.XY一定是离子化合物
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解析 由题意分析可知,XY为CsF。Cs原子最高能级上有1个电子,第一电离能较小,第二电离能远远大于第一电离能,故A错误;Y为F元素,其单质F2中含有共价键,故B正确;Y为F元素,F元素位于元素周期表中第2周期ⅦA族,在元素周期表右上角,故C正确;CsF是由活泼的金属元素和活泼的非金属元素形成的化合物,属于离子化合物,故D正确。
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5.下列说法或有关化学用语的表达正确的是(　　)
A.在基态多电子原子中,p轨道电子能量一定高于s轨道电子能量
B.基态锰原子的价电子轨道表示式为
C.因氧元素电负性比氮元素大,故氧原子第一电离能比氮原子第一电离能大
D.根据原子核外电子排布的特点,Cu在周期表中属于s区元素
B
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解析 同一电子层中p轨道电子的能量一定比s轨道电子能量高,但外层s轨道电子能量则比内层p轨道电子的能量高,故A错误;基态锰原子价电子排布式为3d54s2,其轨道表示式为 ,故B正确;氮原子的2p轨道处于半充满状态,第一电离能大于氧原子,故C错误;铜原子的价电子排布式为3d104s1,位于元素周期表的ds区,故D错误。
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6.[2023湖南衡阳八中高二期末]明矾[KAl(SO4)2·12H2O]是一种常用的净水剂。下列说法正确的是(　　)
A.电离能大小:I1(K)>I1(Al) B.电负性大小:S>O
C.半径大小:r(K+)KOH
C
解析 同主族自上而下第一电离能减小,同周期随原子序数增大,第一电离能呈增大趋势,因此Al的第一电离能大于K,A错误;同主族元素,从上到下元素的非金属性依次减弱,电负性依次减小,则硫元素的电负性小于氧元素,B错误;K+、S2-核外电子排布相同,电子层结构相同的离子,核电荷数越大,离子半径越小,则半径S2->K+,C正确;金属性:K>Al,则最高价氧化物对应水化物的碱性:KOH>Al(OH)3,D错误。
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7.同周期的三种元素X、Y、Z,已知其最高价氧化物对应水化物的酸性强弱为HXO4>H2YO4>H3ZO4,则下列判断错误的是(　　)
A.原子半径:X>Y>Z
B.气态氢化物的稳定性HX>H2Y>ZH3
C.电负性:X>Y>Z
D.非金属性:X>Y>Z
A
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解析 同周期元素(稀有气体除外)的非金属性随着原子序数的增大而增强,元素的非金属性越强,其最高价氧化物的水化物酸性越强。同周期的X、Y、Z三种元素,其最高价氧化物对应水化物的酸性强弱顺序是: HXO4>H2YO4>H3ZO4,则X、Y、Z的原子序数大小顺序是X>Y>Z,元素的非金属性强弱顺序是X>Y>Z,D正确。同周期从左到右,原子半径逐渐减小,所以原子半径:XY>Z,所以气态氢化物的稳定性:HX>H2Y>ZH3,故B正确。非金属性X>Y>Z,元素的非金属性越强,其电负性越大,则电负性:X>Y>Z,故C正确。
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8.草酸铁铵的制备原理为Fe(OH)3+3NH4HC2O4══(NH4)3Fe(C2O4)3+3H2O,常用于摄影和蓝色印刷等。下列说法正确的是(　　)
A.草酸铁铵中的组成元素的第一电离能关系为O>N>C>Fe>H
B.铁元素与铜元素均属于过渡元素,且均在元素周期表的ds区
C.草酸铁铵中的组成元素的电负性关系为O>N>C>H>Fe
D.NH4HC2O4中组成元素的原子半径大小关系为O>N>C>H
C
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解析 草酸铁铵的组成元素为N、O、C、Fe、H,N的第一电离能大于O,Fe为金属,第一电离能最小,故A错误;铁元素与铜元素均属于过渡元素,铁位于d区,铜位于ds区,故B错误;N、O、C、Fe、H元素中N、O、C属于同一周期元素,同一周期从左到右电负性逐渐增大,O>N>C,Fe为金属,电负性最小,H与C、N、O组成化合物时显正化合价,因此电负性关系为O>N>C>H>Fe,故C正确;NH4HC2O4的组成元素O、N、C、H中N、O、C属于同一周期元素,同一周期主族元素从左到右原子半径逐渐减小,因此原子半径大小关系为C>N>O,故D错误。
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9.W、X、Y、Z为原子序数依次增大的短周期元素,四种元素的核外电子总数满足X+Y=W+Z;化合物XW3与WZ相遇会产生白烟。下列叙述正确的是(　　)
A.电负性:W>X>Y>Z
B.原子半径:Z>Y>X>W
C.Z的含氧酸均为强酸
D.Y的氧化物的水化物为强碱
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解析 根据题干信息可知,W、X、Y、Z为原子序数依次增大的短周期元素,化合物XW3与WZ相遇会产生白烟,则XW3为NH3,WZ为HCl,所以W为H元素,X为N元素,Z为Cl元素,四种元素的核外电子总数满足X+Y=W+Z,则Y的核外电子总数为11,Y为Na元素,据此分析解答。元素的非金属性越强,电负性越强,故四种元素的电负性从大到小为Cl>N>H>Na,A项错误;同周期元素从左到右原子半径依次减小,同主族元素从上到下原子半径依次增大,则原子半径:Na>Cl>N>H,B项错误;Cl元素的含氧酸HClO为弱酸,C项错误;Na元素的氧化物的水化物为NaOH,为强碱,D项正确。
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10.A、B、C、D的价电子排布式均为ns2np5,且原子序数依次增大,以下说法正确的是(　　)
A.四种元素是卤族元素,最高化合价均为+7
B.气态氢化物的稳定性顺序为:HA>HB>HC>HD
C.酸性强弱顺序为:HA>HB>HC>HD
D.A、B、C、D四种元素均为其所在周期第一电离能最大的元素
B
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解析 主族元素原子最外层电子数=最高正价(O、F除外),F无正价,Cl、Br、I的最高正化合价都为+7,故A错误;F、Cl、Br、I的非金属性逐渐减弱,对应的气态氢化物的稳定性逐渐减弱,故B正确;HI、HBr、HCl均为强酸,HF是弱酸,故C错误;同周期元素第一电离能从左到右有增大的趋势,第一电离能最小的是碱金属元素,最大的是稀有气体元素,故D错误。
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11.[2023山东临沂一中高二期末]现有四种元素的基态原子的核外电子排布式如下:①1s22s22p3;②1s22s22p4;③1s22s22p63s23p2;④1s22s22p63s23p3。
下列说法错误的是(　　)
A.电负性:②>①>④>③
B.原子半径:③>④>①>②
C.简单气态氢化物的稳定性:①>②>③>④
D.第一电离能:①>②>④>③
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解析 根据电子排布式,推出元素①、②、③、④分别为N、O、Si、P。同主族从上到下电负性逐渐减小,同周期从左向右电负性逐渐增大(稀有气体除外),因此电负性大小顺序是②>①>④>③,故A正确;同周期从左向右原子半径逐渐减小,同主族从上到下原子半径逐渐增大,原子半径大小顺序是③>④>①>②,故B正确;非金属性越强,其简单氢化物的稳定性越强,非金属性强弱顺序是O>N>P>Si,简单气态氢化物的稳定性:②>①>④>③,故C错误;同主族从上到下第一电离能逐渐减小,同周期从左向右第一电离能有增大的趋势,N、P的p轨道为半充满稳定状态,第一电离能大于同周期相邻元素,第一电离能:①>②>④>③,故D正确。
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12.按要求回答下列各小题。
(1)黄铜是人类最早使用的合金之一,主要由Zn和Cu组成。第一电离能I1(Zn)　　　　(填“大于”或“小于”)I1(Cu),原因是　　　　　　　　。
(2)元素Mn与O中,第一电离能较大的是　　　　,
基态原子核外未成对电子数较多的是　　　　。
(3)元素的基态气态原子得到一个电子形成气态负一价
离子时所放出的能量称为第一电子亲和能。第2周期部
分元素的电子亲和能变化趋势如图所示,其中除氮元素
外,其他元素的电子亲和能自左而右依次增大的原因是
　　　　　　　　　　　　　　;氮元素的电子亲和能呈现异常的原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
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(4)光催化还原CO2制备CH4反应中,带状纳米Zn2GeO4是该反应的良好催化剂。Zn、Ge、O电负性由大至小的顺序是　　　　　　。
(5)根据元素周期律,原子半径Ga　　　　(填“大于”或“小于”,下同)As,第一电离能Ga　　　　As。
(6)A、B、C、D为原子序数依次增大的四种元素,A2-和B+具有相同的电子层结构;C、D为同周期元素,C原子核外电子总数是最外层电子数的3倍;D元素原子最外层有一个未成对电子。四种元素中电负性最大的是
　　　　(填元素符号)。
(7)N、O、S中第一电离能最大的是　　　　(填元素符号)。
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答案 (1)大于　Zn核外电子排布为全充满稳定结构,较难失电子　
(2)O　Mn
(3)同周期元素随核电荷数依次增大,原子半径逐渐变小,越容易得到1个电子,故结合一个电子释放出的能量依次增大　N原子的2p轨道为半充满状态,具有一定的稳定性,故不易结合一个电子
(4)O>Ge>Zn　
(5)大于　小于　
(6)O　
(7)N
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解析 (1)根据洪特规则特例进行判断,失去一个电子时锌由稳定的全充满结构变为较稳定的半充满结构,而铜由较稳定的4s1半充满结构变为较稳定的4s0全空结构,故Zn的第一电离能较Cu的第一电离能大。
(2)元素Mn与O相比,由于O元素是非金属元素而Mn是金属元素,所以第一电离能较大的是O。O元素的基态原子价电子排布式为2s22p4,所以其核外未成对电子数是2,而Mn元素的基态原子价电子排布式为3d54s2,其核外未成对电子数是5,因此核外未成对电子数较多的是Mn。
(3)根据题图,同周期主族元素随着核电荷数依次增大,原子半径逐渐变小,故结合一个电子释放出的能量依次增大;氮元素的2p轨道为半充满状态,原子相对稳定,不易结合电子。
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(4)结合元素周期律知识可知,同周期主族元素从左到右、同主族元素从下到上,元素的电负性增强,故电负性O>Ge>Zn。
(5)Ga和As同在第4周期,Ga为ⅢA族元素,As为ⅤA族元素,故原子半径Ga大于As,第一电离能Ga小于As。
(6)A、B、C、D为原子序数依次增大的四种元素,A2-和B+具有相同的电子层结构,C、D为同周期元素,C原子核外电子总数是最外层电子数的3倍,则C为P元素,D为Cl元素,则A为O元素,B为Na元素。非金属性越强,元素的电负性越大,则四种元素中电负性最大的是O元素。
(7)第一电离能的一般规律:同周期从左至右呈增大的趋势,同主族从上至下逐渐减小,但当原子轨道呈全充满、半充满、全空状态时比较稳定,第一电离能反常的大。
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B 级 关键能力提升练
以下选择题中有1~2个选项符合题意。
13.氮气可以作食品包装、灯泡等的填充气。一种实验室制备氮气的方法是NH4Cl+NaNO2══NaCl+2H2O+N2↑。反应发生后即停止加热,反应仍可持续进行,直至反应完全。下列说法正确的是(　　)
A.该反应只有在低温下才能自发进行
B.NH4Cl的电子式:
C.元素的电负性:Cl>O>H
D.①和②示意图表示的钠原子失去最外层一个电子所需要的能量:①>②
D
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解析 题给反应发生后即停止加热,反应仍可持续进行,说明该反应是放热反应,即ΔH<0,由于反应的熵变ΔS>0,所以根据ΔG=ΔH-TΔS可知,该反应在任何温度下ΔG都小于0,即该反应在任意温度下都能自发进行,A错误;
NH4Cl是离子化合物,其电子式为 ,B错误;元素的电负
性越大,表示其原子在化合物中吸引电子的能力越强;在化合物ClO2中,O呈负价,Cl呈正价,说明O的电负性比Cl强,C错误;基态钠原子的核外电子排布为[Ne]3s1,则图①所示的钠原子为基态,而图②所示的钠原子为激发态,即该原子已经吸收了一部分能量,由于3s的轨道能量比3p的低,故失去最外层一个电子所需要的能量:①>②,D正确。
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14.金属Na溶解于液氨中形成氨合钠离子和氨合电子,向该溶液中加入穴醚类配体L,得到首个含碱金属阴离子的金黄色化合物[NaL]+Na-。下列说法错误的是(　　)
A.Na-的半径比F-的大
B.Na-的还原性比Na的强
C.Na-的第一电离能比H-的大
D.该事实说明Na也可表现出非金属性
C
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解析 Na-核外有3个电子层,F-核外有2个电子层,故Na-的半径比F-的大,A项正确;Na-的半径比Na的大,Na-中原子核对最外层电子的引力小,Na-的还原性比Na的强,B项正确;H-达到稀有气体的原子结构,Na-的第一电离能比H-的小,C项错误;该实验说明Na可以形成Na-,表现出非金属性,D项正确。
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15.五种短周期元素X、Y、Z、L、M的某些性质如下表所示,下列判断错误的是(　　)
元素 X Y Z L M
最低化合价 -4 -2 -1 -2 0
电负性 2.5 2.5 3.0 3.5 1.0
A.基态X原子的核外电子共占据3个原子轨道
B.Z在元素周期表中的位置为第2周期ⅦA族
C.借助电负性数值预测:YLZ2加入水中可生成YL2
D.元素L、M可形成离子化合物
AB
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解析 根据元素最低化合价和电负性可推断X、Y、Z、L、M分别为C、S、Cl、O、Li。
碳的核外电子排布式为1s22s22p2,共占据4个原子轨道,A错误;氯位于元素周期表第3周期ⅦA族,B错误;SOCl2可与水反应生成氯化氢和二氧化硫,C正确;锂和氧可形成离子化合物氧化锂,D正确。
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16.下列叙述正确的有(　　)
的是发射光谱
③所有元素中,氟的第一电离能最大
④具有相同核外电子排布的粒子,化学性质相同
⑤电负性均小于2的是金属元素
⑥主族元素的电负性越大,其元素原子的第一电离能一定越大
A.0个 B.1个 C.2个 D.3个
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解析 ①氧原子的轨道表示式写成 ,2p能级违背了洪特规则,故①错误;② 过程中,由于同一电子层中p能级三个轨道的能量大小相同,因此不能形成发射光谱,故②错误;③稀有气体的原子结构是稳定结构,同周期稀有气体元素的第一电离能最大,同族自上而下第一电离能减小,故氦元素的第一电离能最大,故③错误;④两种粒子的核外电子排布相同,但化学性质不一定相似,可能相差较大,如Ne与Na+,故④错误;⑤一般金属元素的电负性小于2.0,非金属元素的电负性大于2.0,但两者之间没有严格的界限,不能把电负性为2.0作为划分金属和非金属的绝对标准,故⑤错误;⑥主族元素原子的第一电离能、电负性变化趋势基本一致,但电离能变化有特例,如第一电离能:ON,故⑥错误。
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17.以下有关元素性质的说法不正确的是(　　)
A.具有下列电子排布式的原子:
①1s22s22p63s23p2、②1s22s22p3、③1s22s22p2、④1s22s22p63s23p4,原子半径最大的是①
B.具有下列价电子排布式的原子:①3s23p1、②3s23p2、③3s23p3、④3s23p4,第一电离能最大的是③
C.①Na、K、Rb,②N、P、As,③O、S、Se,④Na、P、Cl四组元素中,元素的电负性随原子序数增大而递增的是④
D.某元素气态基态原子的逐级电离能分别为738、1 451、7 733、10 540、13 630、17 995、21 703,当它与氯气反应时可能生成的阳离子是X3+
D
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解析 核外电子排布式为①1s22s22p63s23p2、②1s22s22p3、③1s22s22p2、④1s22s22p63s23p4的元素依次为Si、N、C、S,其中Si原子半径最大,即①的原子半径最大,A项正确;价电子排布式①3s23p1、②3s23p2、③3s23p3、④3s23p4对应的元素分别为Al、Si、P、S,根据电离能变化规律可知,第一电离能:③>④>②>①,B项正确;同周期主族元素自左向右元素电负性增大,同主族自上而下元素电负性减小,故①Na、K、Rb电负性依次减小,②N、P、As的电负性依次减小,③O、S、Se的电负性依次减小,④Na、P、Cl的电负性依次增大,C项正确;D项所给元素第三电离能远大于第二电离能,其原子最外层应有2个电子,主要化合价为+2,当它与氯气反应时最可能生成的阳离子是X2+,故D项错误。
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18.已知1~18号元素的离子aw3+、bX+、cY2-、dZ-都具有相同的电子层结构,下列关系正确的是(　　)
A.质子数c>d,离子的还原性Y2->Z-
B.氢化物的稳定性H2Y>HZ
C.原子半径XD.电负性Z>Y>W>X
D
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解析 离子aW3+、bX+、cY2-、dZ-都具有相同的电子层结构,则有a-3=b-1 =c+2=d+1,可知原子序数a>b>d>c。Y、Z为非金属元素,处于第2周期,Y为O元素,Z为F元素,W、X为金属元素,处于第3周期,W为Al元素,X为Na元素。根据上述分析,质子数d>c,A项错误;非金属性F>O,氢化物稳定性HF>H2O,B项错误;同周期主族元素从左到右原子半径逐渐减小,则原子半径X>W,C项错误;同周期元素从左到右,电负性逐渐增大,同主族元素从上到下,电负性逐渐减小,则电负性F>O>Al>Na,即Z>Y>W>X,D项正确。
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19.短周期主族元素X、Y、Z、W的原子序数依次增大,W的最外层电子数比X的最外层电子数少1,X、Y、Z为同一周期元素,X、Y、Z组成一种化合物(ZXY)2的结构式为 。下列说法正确的是(　　)
A.第一电离能:Y>Z>X>W
B.简单离子半径:W>Z>Y
C.简单离子的还原性:Z>Y
D.最简单氢化物的稳定性:X>Y>Z
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解析 X、Y、Z、W是四种原子序数依次增大的短周期主族元素,X、Y、Z位于同一周期,由化合物(ZXY)2的结构式可知,X形成4个共价键,位于ⅣA族,Y形成3个共价键,位于ⅤA族,Z形成2个共价键,位于ⅥA族,W的最外层电子数比X的最外层电子数少1,则W最外层电子数为3,为Al元素,结合原子序数大小可知X为C元素、Y为N元素、Z为O元素。同周期元素,从左到右第一电离能呈增大趋势,N原子的2p轨道为半充满稳定结构,其第一电离能大于O,则第一电离能由大到小的顺序为Y>Z>X>W,故A正确;核外电子排布相同的离子,随核电荷数的增大,离子半径减小,则电子层结构相同的铝离子、氧离子和氮离子中,铝离子的半径最小,故B错误;
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元素的非金属性越强,单质的氧化性越强,对应简单阴离子的还原性越弱,则氮离子的还原性强于氧离子,故C错误;元素的非金属性越强,最简单氢化物的稳定性越强,C、N、O三种元素中C元素的非金属性最弱,其最简单氢化物的稳定性最弱,故D错误。
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20.下表列出了前20号元素中的某些元素性质的有关数据。
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元素R的原子半径为1.02×10-10m,下列有关叙述正确的是(　　)
A.表中10种元素的原子中,失去核外第一个电子所需能量最少的是②
B.由⑤、⑥、⑦三种元素中的某两种元素形成的化合物中,每个原子都满足最外层为8电子稳定结构的物质可能是PCl5和CCl4
C.元素R在周期表中位于第3周期Ⅵ族
D.若物质Na2R3是一种含有非极性共价键的离子化合物,则其化合物的电子式为
AD
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解析 ①②⑧最高正价为+1,为ⅠA族元素,原子半径都大于元素⑩的原子半径,结合原子半径数据可知,①是Li元素、②是K元素、⑧是Na元素;⑦⑩最低价为-1,为ⅦA族元素,⑦的原子半径大于⑩,所以⑦是Cl元素、⑩是F元素;③只有-2价,没有正化合价,则③是O元素;④只有+3价,为ⅢA族元素,原子半径大于Cl原子半径,所以④是Al元素;⑤的化合价有+4、-4,为ⅣA族元素,原子半径小于Cl原子半径,所以⑤是C元素;⑥⑨的化合价有+5、-3,为ⅤA族元素,⑥的原子半径大于⑨,则⑥是P元素、⑨是N元素。同周期自左而右元素第一电离能呈增大趋势,同主族自上而下第一电离能减小,故以上10种元素的原子中,失去核外第一个电子所需能量最少的是金属性最强的元素K,故A正确;
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⑤是C元素、⑥是P元素、⑦是Cl元素,⑤、⑥、⑦三种元素中的两种元素形成的化合物有PCl3、CCl4、PCl5,其中PCl5不满足每个原子最外层为8电子稳定结构,故B错误;某元素R的原子半径为1.02×10-10 m,该原子半径在⑥⑦之间,⑥是P元素,⑦是Cl元素,则该元素是S元素,处于第3周期ⅥA族,故C错误;若物质Na2S3是一种含有非极性共价键的离子化合物,则存在 ,该离子中相邻硫原子之间形成1对共用电子对且都满足8电子稳定结构,故该
化合物的电子式为 ,故D正确。
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21.[2023山东德州高三上学期期中]X、Y、Z、W四种短周期元素在元素周期表中的相对位置如图所示。其中元素Z的基态原子价电子排布式为nsn-1npn+1,下列说法正确的是(　　)
X W
Y Z
A.Y、Z、W三种元素的最高正价依次递增
B.X、Z都是ⅥA族元素,电负性:W>X>Z
C.氢化物稳定性W>Z>Y
D.对应的简单离子半径:W>X>Z
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解析 s轨道最多容纳2个电子,即n-1=2,所以n=3,则Z价电子排布式为3s23p4, Z是S元素。根据各种元素的相对位置可知X是O、Y是P、W是F。W元素原子半径很小,吸引电子能力很强,无最高正化合价,A错误;X、Z原子核外最外层都有6个电子,都是ⅥA族元素,由于同一周期的元素,原子序数越大,元素的电负性越大,同一主族的元素,原子序数越大,元素的电负性越小,所以元素的电负性:W>X>Z,B正确;元素的非金属性越强,其相应氢化物的稳定性越强,所以元素的氢化物的稳定性:W>Z>Y,C正确;X、W的离子核外有2个电子层,Z的离子核外有3个电子层,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,对于电子层结构不同的离子来说,离子核外电子层数越多,离子半径越大,所以离子半径:Z>X>W,D错误。
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22.[2023北京平谷高二期末]W、X、Y、Z、N是原子序数依次增大的五种短周期元素,部分信息如下表所示。
元素 元素性质或原子结构
W 电子只有一种自旋取向
X 基态原子的最外层有3个未成对电子
Y 原子核外s能级上的电子总数与p能级上的电子总数相等
Z 在同周期元素中,第一电离能最小
N 最高能级有两对成对电子
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回答下列问题。
(1)X元素基态原子的电子排布式为　　　　。
(2)位于周期表p区的元素有　　　　(填元素符号,下同)。
(3)X、Y两种元素的原子半径:　　　　>　　　　;
电负性:　　　　>　　　　。
(4)由Y、Z、N组成的化合物ZNY溶于水后,滴加酚酞呈红色,振荡后又褪色,结合化学用语解释原因 　。
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答案 (1)1s22s22p3　(2)N、O、Cl　(3)N　O　O　N
(4)NaClO溶于水后水解呈碱性ClO-+H2O HClO+OH-,产生的HClO具有漂白性,故滴加酚酞呈红色,振荡后又褪色
解析 W电子只有一种自旋取向,则W为H元素;X基态原子的最外层有3个未成对电子,价电子排布式为ns2np3,为ⅤA族元素;Y原子核外s能级上的电子总数与p能级上的电子总数相等,电子排布式为1s22s22p4或1s22s22p63s2;Z在同周期元素中,第一电离能最小,W、X、Y、Z、N是原子序数依次增大的短周期元素,W为H元素,则Z为Na元素,X为N元素,Y为O元素;N最高能级有两对成对电子,原子序数大于Na,则最高能级为3p能级,电子排布式为1s22s22p63s23p5,为Cl元素。
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23.现有七种元素,其中A、B、C、D、E为短周期主族元素,F、G为第4周期元素,它们的原子序数依次增大。请根据下列相关信息回答问题。
元素 相关信息
A 元素的原子核外电子数和电子层数相等,也是宇宙中最丰富的元素
B 元素原子的核外p电子数比s电子数少1
C 元素的第一至第四电离能分别是I1=738 kJ·mol-1、I2=1 451 kJ·mol-1、I3=7 733 kJ·mol-1、I4=10 540 kJ·mol-1
D 原子核外填充电子的所有p轨道全满或半满
E 元素的主族序数与周期序数的差为4
F 是前四周期中电负性最小的元素
G 在元素周期表的第七列
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(1)B元素基态原子中能量最高的电子,其电子云在空间有　　　　个伸展方向。
(2)某同学根据上述信息,推断C元素基态原子的轨道表示式为
,该同学所画的轨道表示式违背了　　　　　　　　。
(3)G位于　　　　族,属于　　　　区,价电子排布式为　　　　　　　　。
(4)检验F元素的方法是　　　　　　,请用原子结构的知识解释产生此现象的原因:　 　。
(5)写出E的单质与水反应的离子方程式:　　　　　　　　　　　　。
(6)写出DA3的电子式:　　　　　　　　　　　(用元素符号)。
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答案 (1)3　
(2)泡利不相容原理　
(3)ⅦB　d　3d54s2
(4)焰色反应　基态原子的电子吸收能量后会跃迁到较高的能级,变成激发态原子,电子从能量较高的激发态跃迁到能量较低的激发态或基态时,将以光的形式释放能量　
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解析 A、B、C、D、E为原子序数依次增大的短周期主族元素。A元素的原子核外电子数和电子层数相等,也是宇宙中最丰富的元素,A为H元素;B元素原子的核外p电子数比s电子数少1,B有2个电子层,核外电子排布式为1s22s22p3,故B为N元素;由C原子的第一至第四电离能数据可知,第三电离能突然增大,故C元素的常见化合价为+2,处于ⅡA族,原子序数大于N元素,故C为Mg元素;D处于第3周期,D原子核外填充电子的所有p轨道全满或半满,最外层电子排布式为3s23p3,故D为P元素;E处于第3周期,E元素的主族序数与周期序数的差为4,E处于ⅦA族,故E为Cl元素;F是前四周期中电负性最小的元素,且F为第4周期元素,故F为K元素,G在第4周期的第7列,则G为Mn元素。
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(1)B是N元素,其基态原子中能量最高的电子排布在2p能级上,其电子云在空间有px、py、pz3个伸展方向。
(2)根据泡利不相容原理,1个原子轨道只能容纳2个自旋状态相反的电子,该同学所画的轨道表示式中3s能级上2个电子自旋状态相同,违背了泡利不相容原理。
(3)G为Mn元素,是25号元素,位于第4周期ⅦB族,最后填充的为d电子,为d区元素,价电子排布式为3d54s2。
(4)当基态原子的电子吸收能量后,电子会跃迁到较高的能级,变成激发态原子,电子从能量较高的激发态跃迁到较低能量的激发态或基态时,将以光的形式释放能量;含有K元素的溶液在酒精灯火焰上被灼烧时,透过蓝色钴玻璃能观察到紫色火焰,检验K元素的方法是焰色反应。
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(5)E是Cl元素,氯气与水反应生成盐酸和次氯酸,反应的离子方程式是Cl2+H2O H++Cl-+HClO。
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24.A、B、C、D、E 5种元素,它们的核电荷数依次增大,且都小于36。其中C、E是金属元素;A和E属于同一族,它们原子的最外层电子排布为ns1。B和D也属于同一族,它们原子最外层的p能级电子数是s能级电子数的两倍,C原子最外层上电子数等于D原子最外层上电子数的一半。请回答下列问题:
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(1)C、D、E三种元素的简单离子半径按由小到大的顺序为
　　　　　　　　(用离子符号表示)。
(2)元素B与D的电负性大小关系是　　　　　　(用“>”“<”或“=”及元素符号表示,下同),C与E的第一电离能的大小关系是　　　　。
(3)用轨道表示式表示D元素原子的价电子排布:　　　　　　　　　。
(4)C、E最高价氧化物对应的水化物相互反应的离子方程式为
　　　　　　　　　。
(5)均为A、B、D、E四种元素组成的两种化合物可以相互反应,该反应的离子方程式为　　　　　　　　　　　　　　　　　。
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答案 (1)Al3+(2)O>S　Al>K
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解析 A、B、C、D、E 5种元素,它们的核电荷数依次增大,且都小于36。其中C、E是金属元素;A和E属同一族,它们原子的最外层电子排布为ns1,即都位于ⅠA族,其中E是金属,因此A是H元素。B和D也属于同一族,它们原子最外层的p能级电子数是s能级电子数的两倍,所以B是O元素,D是S元素,则E是K元素。C原子最外层上电子数等于D原子最外层上电子数的一半,即C的最外层电子数是3,C的原子序数介于B和D之间,所以C是Al元素。
(1)离子的核外电子层数越多,离子半径越大。核外电子排布相同的微粒,其离子半径随原子序数的增大而减小,则C、D、E三种元素的简单离子按半径由小到大的顺序为Al3+(2)元素B(O)与D(S)的电负性的大小关系是O>S;C(Al)与E(K)的第一电离能的大小关系是Al>K。
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(3)S的原子序数是16,则用轨道表示式表示D元素原子的价电子排布为
。
(4)C、E最高价氧化物对应的水化物相互反应的离子方程式为Al(OH)3+OH-══ [Al(OH)4]-。
(5)均为A、B、D、E四种元素组成的两种化合物可以相互反应,该反应的离子方程式为 +H+══H2O+SO2↑。
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C 级 学科素养拔高练
25.新型储氢材料是开发利用氢能的重要研究方向。
(1)元素N的价电子排布式为3d24s2,其氯化物NCl4与LiBH4反应可制得储氢材料N(BH4)3。
①元素N在周期表中的位置为　　　　　　,该原子具有　　种运动状态不同的电子。
②化合物LiBH4中含有的化学键有　　　　　　　　　　,硼原子核外电子的轨道表示式为　 　　　　　　　　　　。
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(2)金属氢化物是具有良好发展前景的储氢材料。
①LiH中,离子半径:Li+　　(填“>”“=”或“<”)H-。
②某储氢材料是短周期金属元素M的氢化物。M的部分电离能如下表所示:M的最高正价是　　　　　　　　　　　。
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(3)基态砷原子的价电子排布式为　　　　　　　。与砷同周期的主族元素的基态原子中,第一电离能最大的为　　　　　　(填元素符号)。
(4)Na元素的焰色反应呈黄色,金属元素能产生焰色反应的微观原因为
　。
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答案 (1)①第4周期ⅣB族　22　②离子键、共价键　　
(2)①<　②+2
(3)4s24p3　Br
(4)电子从较高能级的激发态跃迁到较低能级的激发态乃至基态时,会以光的形式释放能量
解析 (1)①元素N的价电子排布式为3d24s2,是钛元素,原子序数是22,钛元素在周期表中的位置为第4周期ⅣB族。Ti原子核外有22个电子,所以有22种运动状态不同的电子。②化合物LiBH4中,Li+和 间形成离子键,B与H间形成共价键;硼原子核外电子的轨道表示式为 。
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(2)①电子层结构相同的离子,离子半径随着原子序数增大而减小,所以离子半径:Li+(3)基态砷原子的价电子排布式为4s24p3。一般情况下,同周期主族元素从左到右,元素的第一电离能呈增大趋势,故第4周期主族元素中第一电离能最大的是Br。
(4)金属元素产生焰色反应的微观原因是电子从较高能级的激发态跃迁到较低能级的激发态乃至基态时,会以光的形式释放能量,从而产生焰色反应。第1章　分层作业2　基态原子的核外电子排布
A级 必备知识基础练
1.下列各项叙述中,错误的是(　　)
A.原子的量子力学模型是根据量子力学理论和原子光谱建构的原子模型
B.单个电子的空间运动状态用原子轨道来描述
C.基态原子中,3d能级中电子的能量一定高于4s能级的电子
D.基态原子中处于同一原子轨道上的电子自旋状态一定不同
2.下列表示基态氮原子结构的化学用语中,对核外电子运动状态描述正确且能据此确定电子能级的是(　　)
A.
B.
C.1s22s22p3
D.
3.下列各基态原子或离子的电子排布式正确的是(　　)
A.O2-　1s22s22p4
B.Ca　[Ar]3d2
C.Fe　[Ar]3d54s3
D.Si　1s22s22p63s23p2
4.[2023河北唐山开滦一中高二期末]已知元素X的原子外围电子排布式为nsn-1npn+2,则元素X的原子序数为(　　)
A.9 B.10
C.17 D.18
5.[2023黑龙江牡丹江第三中学期末]已知三种微粒:
微粒 电子排布式
11X 1s22s22p6
19Y 1s22s22p63s23p6
20Z 1s22s22p63s23p6
若将上述三种微粒归为同一类,下列微粒中也可归为此类的是(　　)
6.下列各微粒的电子排布式或轨道表示式不符合能量最低原理的是(　　)
A.Fe2+　1s22s22p63s23p63d6
B.Cu　1s22s22p63s23p63d94s2
C.F　
D.Na+　
7.下列有关原子核外电子排布的说法,正确的是(　　)
A.电子排布式为[Ar]3d44s2的中性原子是基态原子
B.1s22s12违背了洪特规则,是激发态原子的电子排布
C.不符合泡利不相容原理
D.原子结构示意图为的原子,核外电子云有3种不同的形状
8.某元素基态原子4s轨道上有1个电子,则该基态原子价电子排布式不可能是(　　)
A.3p64s1 B.4s1
C.3d54s1 D.3d104s1
9.元素X基态原子的第三电子层上有16个电子,该基态原子的价电子排布式为(　　)
A.3d16 B.3d84s2
C.3d94s1 D.3d94s2
10.下列对电子排布式或轨道表示式书写的评价正确的是(　　)
选项 电子排布式或轨道表示式 评价
A O原子的轨道表示式: 错误;违反泡利不相容原理
B N原子的轨道表示式: 错误;违反洪特规则
C Ca原子的电子排布式:1s22s22p63s23p63d2 错误;违反能量最低原理
D Br-的电子排布式:[Ar]3d104s24p6 错误;违反能量最低原理
11.前四周期元素中,基态原子中未成对电子数与其所在周期序数相同的元素有(　　)
A.3种 B.4种
C.5种 D.6种
12.回答下列问题:
(1)构成蛋白质的元素有C、H、O、N等,其中N元素的价电子轨道表示式为　　　。
(2)血红蛋白(如图乙)是一种含Fe的蛋白质:
基态Fe原子的价电子排布式是　　　　　　,原子结构示意图是　　　　　　,甲中的有机化合物与亚铁离子结合生成血红蛋白,Fe处于基态时,其未成对电子数是　　　。
13.按要求回答下列各小题:
(1)镁元素基态原子核外M层电子的自旋状态　　　　(填“相同”或“相反”)。
(2)①Fe成为阳离子时首先失去　　　　轨道电子;Sm的价电子排布式为4f66s2,Sm3+的价电子排布式为　　　　　。
②比较离子半径:F-　　　　(填“大于”“等于”或“小于”)O2-。
(3)基态铁原子价电子的轨道表达式为　　　　　　　　　。
(4)基态锌原子核外电子排布式为　　　　　　　　　　　。
(5)基态砷原子的核外电子排布式为　　　　　　　　　　　　。
(6)基态钴原子核外电子排布式为　　　　　　　　　　　　　。
(7)基态Fe3+核外电子排布式为　　　　　　　　。
(8)基态锗原子的核外电子排布式为[Ar]　　　　　　　,有　　　　个未成对电子。
(9)镍元素基态原子的电子排布式为　　　　　　　　　　　,3d能级上的未成对电子数为　　　。
B级 关键能力提升练
以下选择题中有1~2个选项符合题意。
14.主族元素A和B可形成AB2型的离子化合物,则A、B两原子的最外层电子排布式分别为(　　)
A.ns2np2和ns2np4
B.ns2和ns2np4
C.ns2和ns2np5
D.ns2和ns1
15.下列氮原子的轨道表示式表示的状态中,能量由低到高的顺序是(　　)
A.①③②④ B.①③④②
C.④③②① D.②④③①
16.短周期元素Y的p轨道上有3个未成对电子,则该元素的最高价氧化物对应的水化物的化学式可能是(　　)
A.H3YO4 B.H4YO4
C.HYO2 D.H2YO4
17.A、B属于短周期中不同主族的元素,A、B原子的最外层电子中,成对电子和未成对电子占据的轨道数相等,若A元素的原子序数为a,则B元素的原子序数可能为(　　)
①a-4　②a-5　③a+3　④a+4
A.①④ B.②③
C.①③ D.②④
18.下列原子构成的单质中既能与稀硫酸反应又能与烧碱溶液反应,且都产生H2的是(　　)
A.核内无中子的原子
B.价电子排布式为3s23p3
C.最外层电子数等于倒数第三层上的电子数的原子
D.N层上无电子,最外层上的电子数等于电子层数的原子
19.已知X、Y和Z三种元素的原子序数之和等于42。X元素原子的4p轨道上有3个未成对电子,Y元素原子的最外层2p轨道上有2个未成对电子。X跟Y可形成化合物X2Y3,Z元素可以形成负一价离子。下列说法正确的是(　　)
A.X元素原子基态时的电子排布式为[Ar]4s24p3
B.X元素是第4周期ⅤA族元素
C.Y元素原子的电子排布式为1s22s22p4
D.Z元素具有两性
20.(1)基态钛原子的电子排布式为　　　　　　　　　　　;同周期的基态原子与钛原子未成对电子数相同的元素还有　　　种。
(2)据媒体报道,法国一家公司研发出比当前广泛使用的锂电池成本更低、寿命更长、充电速度更快的钠离子电池。
Te元素基态原子的价电子排布式为　　　　　　　;基态钠原子中,核外电子占据的原子轨道总数为　　　　。
(3)镍及其化合物是重要的合金材料和催化剂。基态镍原子的价电子排布式为　　　　　　　,排布时最高电子层的电子所占的原子轨道电子云为　　　　形。
21.A、B、C、D是四种短周期元素,E是过渡元素。A、B、C同周期,C、D同主族,A的原子结构示意图为,B是同周期除稀有气体元素外原子半径最大的元素,C的最外层有三个未成对电子,E的价电子排布式为3d64s2。
回答下列问题:
(1)A为　　　　(填元素符号,下同),电子排布式是　　　　　　　　　。
(2)B为　　　　　　,简化电子排布式是　　　　　　　　。
(3)C为　　　　　　,电子排布式是　　　　　　　　。
(4)D为　　　　　　,轨道表示式是　　　　　　　。
(5)E为　　　　　　,原子结构示意图是　　　　　　　。
22.X、Y、Z、W是元素周期表前四周期中的常见元素,其原子序数依次增大。X的一种核素的质量数为12,中子数为6;Y是动植物生长不可缺少的、构成蛋白质的重要组成元素;Z的基态原子核外9个原子轨道上填充了电子且有2个未成对电子;W是一种常见元素,可以形成3种氧化物,其中一种氧化物是具有磁性的黑色晶体。
(1)写出下列元素的名称:X　　　　,Y　　　　,Z　　　　　　。
(2)写出X的单质与Z的最高价氧化物对应水化物的浓溶液反应的化学方程式: 　。
(3)W的基态原子的价电子排布式为　　　　　　　　　　。
(4)Y元素的原子核外电子轨道表示式为　　 　　　　　　　　。
(5)已知一种Y4分子结构如图所示:
已知断裂1 mol Y—Y键吸收167 kJ的热量,生成1 mol Y≡Y键放出942 kJ热量。则由1 mol Y4气态分子生成2 mol Y2气态分子　　　(填“吸收”或“放出”)　　　 kJ热量。
C级 学科素养拔高练
23.含氟化合物被用于预防龋齿、饮水加氟及其他口腔卫生产品中。起初是用氟化钠(NaF)来为饮用水加氟,但后来逐渐被氟硅酸(H2SiF6)及其盐氟硅酸钠(Na2SiF6)代替。完成下列填空:
(1)写出氟原子的电子排布式:　　　　　　,氟原子有　　　　种能量不同的电子。
(2)镁带能在CO2中燃烧生成氧化镁和单质碳。氧化镁的电子式为　　　　　　,CO2的结构式为　　　　　　。与镁同周期、离子半径最小的元素原子的价电子排布式为　　　　　　,其1个原子中能量最高的电子有　　　　个。
答案：
1.C　解析 原子结构有多种模型,现代原子结构模型为原子的量子力学模型,是根据量子力学理论和原子光谱建构的原子模型,A正确。原子轨道用来描述单个电子的空间运动状态,B正确。不能一刀切地以为:多电子的所有基态原子中,3d能级中电子的能量一定高于4s能级的电子。不能单纯地按照基态原子电子排布式来判断3d能级中电子的能量一定高于4s能量;对副族元素的基态原子,当相邻能级能量相差不太大时,有1到2个电子占据能量稍高的能级,可能反而降低了电子排斥能,而使整个原子能量最低,C不正确。按泡利不相容原理,基态原子中处于同一原子轨道上的电子自旋状态一定不同,D正确。
2.C　解析 A是氮原子的原子结构示意图,只能看出在原子核外各个电子层上含有的电子数的多少,不能描述核外电子运动状态,故A错误;B是氮原子的电子式,可以知道原子的最外电子层上有5个电子,不能描述核外电子运动状态,故B错误;C是氮原子的核外电子排布式,不仅知道原子核外有几个电子层,还知道各个电子层上有几个能级,并且能知道核外电子的运动状态,故C正确;D项违反了洪特规则,故D错误。
3.D　解析 氧原子的质子数为8,得到2个电子变为离子,则O2-的电子排布式为1s22s22p6,故A错误;钙原子核外电子排布式为[Ar]4s2(或1s22s22p63s23p64s2),故B错误;铁原子核外电子排布式为[Ar]3d64s2,4s能级最多有2个电子,故C错误;硅原子的质子数为14,则硅原子的电子排布式为1s22s22p63s23p2,故D正确。
4.C　解析 元素X的原子外围电子排布式为nsn-1npn+2,n-1=2,则n=3,所以元素X的原子外围电子排布式为3s23p5,其核外电子排布式为1s22s22p63s23p5,核电荷数为17。
5.C　解析 11X、19Y、20Z都是金属阳离子,四个选项中A和D是原子,B是阴离子,C是金属阳离子。
6.B　解析 Fe2+核外电子数为24,由能量最低原理可知,核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d6,故A符合能量最低原理;29号元素Cu的电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s1,这是因为3d能级为全充满状态(即3d能级填充10个电子)时能量相对较低,故B不符合能量最低原理;氟原子轨道表示式为,故C符合能量最低原理;Na+的轨道表示式为,故D符合能量最低原理。
7.C　解析 电子排布式为[Ar]3d44s2的中性原子是激发态Cr原子,基态Cr原子的电子排布式为[Ar]3d54s1,A不符合题意;该电子排布式没有违背洪特规则,是激发态原子的电子排布式,B不符合题意;泡利不相容原理指出,同一轨道的两个电子自旋状态不同,该轨道表示式中2s能级的两个电子自旋状态相同,违背泡利不相容原理,C符合题意;该原子为F原子,其电子排布式为1s22s22p5,其电子云有2种不同的形状,D不符合题意。
8.A　解析 基态原子4s轨道上有1个电子,价电子排布式可能为4s1、3d54s1、3d104s1,当核外电子排布式为1s22s22p63s23p64s1时,价电子排布式为4s1,不是3p64s1,故A符合题意。
9.B　解析 根据题意可知,该基态原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d84s2,则其价电子排布式为3d84s2。
10.C　解析 电子应先充满同能级的轨道,违反了洪特规则,不符合题意,A错误;相同轨道中的两个电子运动状态应相反,违反了泡利不相容原理,不符合题意,B错误;Ca原子的电子排布式应为1s22s22p63s23p64s2,题给电子排布式违反了能量最低原理,符合题意,C正确;Br-的电子排布式为[Ar]3d104s24p6,正确,评价错误,D错误。
11.C　解析 第1周期中,有一个未成对电子的是1s1;第2周期中,未成对电子是两个的有两种:1s22s22p2和1s22s22p4;第3周期中,未成对电子是三个的是:1s22s22p63s23p3;第4周期中未成对电子是四个的是1s22s22p63s23p63d64s2,共有5种。
12.答案 (1)
(2)3d64s2　　4
解析 (1)N处于第2周期ⅤA族,2p能级有3个电子,价电子轨道表示式为。
(2)Fe为26号元素,则基态Fe原子的价电子排布式是3d64s2;Fe原子核外有26个电子,电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2,原子结构示意图为,有4个未成对电子。
13.答案 (1)相反　
(2)①4s　4f5　②小于
(3)
(4)[Ar]3d104s2(或1s22s22p63s23p63d104s2)
(5)[Ar]3d104s24p3(或1s22s22p63s23p63d104s24p3)
(6)[Ar]3d74s2(或1s22s22p63s23p63d74s2)
(7)[Ar]3d5(或1s22s22p63s23p63d5)
(8)3d104s24p2　2
(9)[Ar]3d84s2(或1s22s22p63s23p63d84s2)　2
解析 (1)镁元素原子的最外层电子数是2,占据了s轨道,s轨道最多容纳2个电子,且2个电子自旋状态相反。
(2)①Fe为26号元素,基态铁原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2,铁原子失去1个电子时首先失去4s轨道电子;Sm的价电子排布式为4f66s2,失去3个电子变成Sm3+成为稳定状态,则应先失去能量较高的电子,所以Sm3+的价电子排布式为4f5;②F-和O2-的核外电子排布相同,核电荷数越大,离子半径越小,故离子半径:F-(3)基态铁原子核外电子排布式为[Ar]3d64s2,则价电子轨道表示式为。
(4)Zn为第4周期ⅡB族元素,Zn的电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s2或[Ar]3d104s2。
(5)As位于第4周期ⅤA族,其基态原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p3或[Ar]3d104s24p3。
(6)Co是27号元素,位于元素周期表第4周期Ⅷ族,其基态原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d74s2或[Ar]3d74s2。
(7)Fe是26号元素,故基态Fe3+核外电子排布式为[Ar]3d5或1s22s22p63s23p63d5。
(8)Ge的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p2或[Ar]3d104s24p2,其4p轨道有2个未成对电子。
(9)镍元素位于第4周期Ⅷ族,原子序数为28,依据能量最低原理,基态镍原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d84s2或[Ar]3d84s2,其3d能级上未成对电子数为2。
14.C　解析 由A和B为主族元素,且二者能形成AB2型的离子化合物,则A为ⅡA族元素,B为ⅦA族元素,故A元素原子的最外层电子排布式为ns2,B元素原子的最外层电子排布式为ns2np5。
15.A　解析 轨道中电子的能量:1s<2s<2p,能量较高的轨道中电子越多,该微粒能量越高,所以2p轨道上电子越多、1s轨道上电子越少,该微粒能量越高,根据图示可知能量由低到高的顺序是①<③<②<④。
16.A　解析 短周期元素Y的p轨道上有3个未成对电子,则Y的价电子排布式为ns2np3,即Y为ⅤA族的N或P,最高正化合价为+5价,故A正确。
17.B　解析 根据题意可写出各主族中符合题意的元素原子的最外层电子的轨道表示式:ⅢA族、ⅥA族。从中看出B、Al、O和S符合,其成对电子占据的轨道数和未成对电子占据的轨道数相等。结合A、B属于不同主族可得②、③符合。
18.D　解析 核内无中子的原子是氢原子,其单质H2与酸、碱均不能发生反应,A错误;价电子排布式为3s23p3的原子是P,磷单质能与NaOH溶液发生反应但不能产生氢气,不能与稀硫酸反应,B错误;最外层电子数等于倒数第三层上的电子数的原子是Mg,Mg是比较活泼的金属,与NaOH溶液不能发生反应,C错误;N层上无电子,最外层上的电子数等于电子层数的原子是铝原子,单质Al是比较活泼的金属,能与稀硫酸和烧碱溶液发生反应产生氢气,D正确。
19.BC　解析 X元素原子的4p轨道上有3个未成对电子,所以X是砷,Y元素原子的最外层2p轨道上有2个未成对电子,所以Y是碳或氧,X跟Y可形成化合物X2Y3,所以Y是氧。X、Y和Z三种元素的原子序数之和等于42,所以Z是氢。X元素原子基态时的电子排布式为[Ar]3d104s24p3,故A错误;X元素是第4周期ⅤA族元素,故B正确;Y元素原子的电子排布式为1s22s22p4,故C正确;氢元素为非金属元素,故D错误。
20.答案 (1)[Ar]3d24s2(或1s22s22p63s23p63d24s2)　3
(2)5s25p4　6　(3)3d84s2　球
解析 (1)Ti是22号元素,基态钛原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d24s2或[Ar]3d24s2;钛原子的未成对电子数为2,同周期中基态原子与钛原子未成对电子数相同的元素原子的价电子排布式为3d84s2、4s24p2、4s24p4,共有3种。
(2)Te元素为52号元素,其价电子排布式为5s25p4;Na元素的原子序数为11,基态原子的电子排布式为1s22s22p63s1,其原子核外原子轨道数为6。
(3)Ni元素原子序数是28,其价电子排布式为3d84s2,最高电子层的电子为4s电子,原子轨道电子云为球形。
21.答案 (1)Si　1s22s22p63s23p2
(2)Na　[Ne]3s1　(3)P　1s22s22p63s23p3
(4)N　
(5)Fe　
解析 由题意可知,A为Si,B为Na,C为P,D为N,E为Fe。这五种元素原子的电子排布式分别为A:1s22s22p63s23p2,
B:1s22s22p63s1,C:1s22s22p63s23p3,D:1s22s22p3,
E:1s22s22p63s23p63d64s2。
22.答案 (1)碳　氮　硫
(2)C+2H2SO4(浓)CO2↑+2SO2↑+2H2O
(3)3d64s2
(4)
(5)放出　882
解析 X、Y、Z、W是元素周期表前四周期中的常见元素,其原子序数依次增大。X元素的一种核素的质量数为12,中子数为6,则其质子数=12-6=6,故X为碳元素;Y元素是动植物生长不可缺少、构成蛋白质的重要组成元素,则Y为氮元素;Z的基态原子核外9个轨道上填充了电子,且核外有2个未成对电子,则Z原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p4,则Z为硫元素;W是一种常见元素,可以形成3种氧化物,其中一种氧化物是具有磁性的黑色晶体,则W为铁元素。
(1)根据以上分析可知,X是碳元素,Y是氮元素,Z是硫元素。
(2)C与浓硫酸在加热条件下反应生成二氧化碳、二氧化硫及水,反应的化学方程式为C+2H2SO4(浓)CO2↑+2SO2↑+2H2O。
(3)W为铁元素,铁原子核外有26个电子,其基态原子的价电子排布式是3d64s2。
(4)Y为氮元素,Y原子核外电子轨道表示式为。
(5)1molN4气态分子含有6molN—N键,断裂6molN—N键需要吸收167kJ×6=1002kJ的能量,生成2molN2气态分子放出942kJ×2=1884kJ的能量,所以由1molN4气态分子变成2molN2分子放出882kJ的能量。
23.答案 (1)1s22s22p5　3　
(2) 　O═C═O　3s23p1　1
解析 (1)氟原子的电子排布式为1s22s22p5,其中含有3种能量不同的电子。
(2)氧化镁的电子式为;CO2的结构式是O═C═O;第3周期元素中,离子电子层数越少,核电荷数越大,其离子半径越小,所以离子半径最小的是Al3+,铝原子核外最外层电子数是3且位于第三电子层上,所以铝原子价电子排布式为3s23p1;在含多个电子的原子中,能量最高的电子是离原子核最远的电子,铝原子中能量最高的电子有1个。(共30张PPT)
分层作业1　原子结构模型
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A 级 必备知识基础练
1.自从1803年英国化学家道尔顿提出原子论以来,人类对原子结构的认识不断深入、不断发展,通过实验事实不断地丰富、完善原子结构理论。请判断下列关于原子结构的说法正确的是(　　)
A.所有的原子都含有质子、中子和电子三种基本构成微粒
B.每一类原子中的质子、中子和电子三种基本构成微粒的个数都是相等的
C.原子核对电子的吸引作用的实质是原子核中的质子对核外电子的吸引
D.原子中的质子、中子和电子三种基本构成微粒不可能再进一步分成更小的微粒
C
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解析 普通氢原子没有中子,大多数原子都含有质子、中子和电子三种基本构成微粒,故A错误;原子中质子数等于电子数,但中子数与质子数或电子数不一定相等,故B错误;质子带正电,中子不带电,电子带负电,则原子核对电子的吸引作用的实质是原子核中的质子对核外电子的吸引,故C正确;随着科学的发展,可认识到质子等微粒还可以再分成更小的微粒,故D错误。
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2.[2023北京石景山高二期末]下列不包含d能级的能层是(　　)
A.L B.M
C.N D.O
A
解析 从第三能层开始,出现d能级,K能层只有s能级,L能层只有s、p能级,不包含d能级。
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3.[2023河北邢台二中高二期末]下列说法正确的是(　　)
A.3d、4d、5d能级最多所能容纳的电子数相同,它们所具有的能量也相同
B.d能级能量一定比s能级的能量高
C.同一能层内能级之间的能量差较小,而相邻能层之间的能量差较大
D.第n电子层共有n个能级,2n2个原子轨道
C
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解析 3d、4d、5d能级最多所能容纳的电子数相同,均为10,但它们所具有的能量不相同,能量大小关系为3d<4d<5d,A项错误;同能层d能级能量一定比s能级的能量高,但不同能层d能级能量可能比s能级的能量低,如3d能级能量比5s能级能量低,B项错误;不同能层间能量差距大,同能层内能量差距小,C项正确;第n电子层共有n个能级,n2个原子轨道,最多容纳2n2个电子,D项错误。
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4.下列说法正确的是(　　)
A.1s轨道的电子云形状为圆形的面
B.2s的电子云半径比1s电子云半径大,说明2s能级的电子比1s的多
C.4f能级中有7个原子轨道
D.电子在1s轨道上运动像地球围绕太阳旋转
C
解析 1s轨道的电子云形状为球形,故A错误;2s的电子云比1s的电子云大,是因为2s电子能量高,能在离核较远的区域运动,2s能级和1s能级均只能容纳2个电子,故B错误;每个f能级都有7个原子轨道,故C正确;电子在原子核外做无规则的运动,不会像地球围绕太阳一样做有规则的旋转,故D错误。
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5.对于钠原子的第三层电子p能级的3px、3py、3pz间的差异,下列几种说法正确的是(　　)
A.电子云形状不同
B.原子轨道的对称类型不同
C.电子(基态)的能量不同
D.电子云空间伸展的方向不同
D
解析 3px、3py、3pz所表示的是同一电子层上同一能级中的三个不同的原子轨道,其能量都相同。3px、3py、3pz的电子云形状、原子轨道类型都相同,都分别相对于x、y、z轴对称。在空间伸展方向上,3px电子云沿x轴方向伸展,3py电子云沿y轴方向伸展,3pz电子云沿z轴方向伸展。
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6.下列说法中正确的是(　　)
A.某原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s2,则该元素原子核外有4个能级填有电子
B.氢原子的发射光谱可以是电子从1s跃迁到2p产生的
C.根据构造原理可知同一原子的各能级能量高低为4f>4d>3d>3p
D.Fe2+与Cr原子的核外电子数相同,因此电子排布式相同
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解析 电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s2的原子核外有7个能级填有电子,A错误;电子从1s跃迁到2p需要吸收能量,产生吸收光谱,B错误;同一原子中各能级的能量高低顺序为4f>4d>3d>3p,C正确;Fe2+与Cr的核外电子数相同,但电子排布式不同,前者为1s22s22p63s23p63d6,后者为1s22s22p63s23p63d54s1,D错误。
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7.下列说法正确的是(　　)
A.不同电子层的p能级的轨道数不同
B.3d能级有3个原子轨道
C.第三电子层最多容纳8个电子
D.第n电子层中含有n个能级
D
解析 不同电子层的p能级都有3个原子轨道,A项错误;3d能级有5个原子轨道,故B项错误;每一电子层最多容纳的电子数为2n2(n为电子层序数),第三电子层最多容纳18个电子,故C项错误;各电子层的能级数等于其所处的电子层序数,即第n电子层中含有n个能级,D项正确。
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8.下列叙述正确的是(　　)
A.在一个基态多电子的原子中,所有s轨道的能量都比p轨道小
B.在一个基态多电子的原子中,不可能有两个能量完全相同的电子
C.在一个基态多电子的原子中,M层上的电子能量肯定比L层上的电子能量高
D.处于同一原子轨道上的电子自旋状态只能有一种
C
解析 在一个基态多电子原子中,3s轨道比2p轨道能量高,A错误;在同一电子层同一能级上的电子能量相同,故B错误;L层只有2s、2p能级,2s、2p能级能量比3s、3p、3d能级低,故M层上的电子能量肯定比L层上的电子能量高,故C正确;处于同一原子轨道上的电子自旋状态有两种,故D错误。
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9.下列关于氢原子电子云图的说法正确的是(　　)
A.通常用小黑点来表示电子的多少,黑点密度大,电子数目大
B.黑点密度大,单位体积内电子出现的概率大
C.通常用小黑点来表示电子绕核做高速圆周运动
D.电子云图是对电子运动轨迹无规律性的描述
B
解析 小黑点不表示电子数目,小黑点密度大表示电子在原子核外此处单位体积内出现的概率大,故A错误、B正确;电子在核外的运动不是圆周运动,故C错误;电子云图表示电子在核外无规则运动时在某处出现的概率,不是运动轨迹的描述,故D错误。
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10.与氯元素同族的短周期元素的原子,其最外电子层原子轨道数是　　　　;碘元素在元素周期表中的位置是　　　　　　;液溴的保存通常采取的方法是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
答案 4　第5周期ⅦA族　用水封在棕色瓶中,密闭保存
解析 与氯元素同族的短周期元素原子为氟原子,氟原子核外有2个电子层,最外电子层是第二电子层,原子轨道数为4;碘元素在元素周期表中的位置是第5周期ⅦA族;液溴容易挥发,温度越高,挥发性越强,所以液溴通常用水形成水封并存放在棕色瓶中,并密闭保存。
B 级 关键能力提升练
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以下选择题中有1~2个选项符合题意。
11.关于原子结构模型的演变过程,正确的是(　　)
A.汤姆孙原子结构模型→道尔顿原子结构模型→卢瑟福原子结构模型→玻尔原子结构模型→量子力学模型
B.汤姆孙原子结构模型→卢瑟福原子结构模型→玻尔原子结构模型→量子力学模型→道尔顿原子结构模型
C.道尔顿原子结构模型→卢瑟福原子结构模型→汤姆孙原子结构模型→玻尔原子结构模型→量子力学模型
D.道尔顿原子结构模型→汤姆孙原子结构模型→卢瑟福原子结构模型→玻尔原子结构模型→量子力学模型
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解析 模型建立先后顺序为:道尔顿原子结构模型(1803年) 汤姆孙原子结构模型(1904年) 卢瑟福原子结构模型(1911年) 玻尔原子结构模型(1913年) 量子力学模型(20世纪20年代中期)。
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12.图甲和图乙分别是电子云图、原子轨道图,则有关的说法中正确的是(　　)
A.电子云图就是原子轨道图
B.3p2表示3p能级中有两个轨道
C.由图乙可知s轨道呈圆形,有无数条对称轴
D.p能级最多可排6个电子
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解析 A项,原子轨道对应电子云轮廓图,圈出的是电子在原子核外空间出现概率为90%的空间,错误;B项,3p2表示3p能级中有两个电子,错误;C项,s轨道呈球形而不是圆形,错误。
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13.下列对核外电子运动状态的描述正确的是(　　)
A.人们不能同时准确地测定电子在核外运动的位置和速率
B.第三电子层有3s、3p、3d、3f四个能级
C.氢原子中只有一个电子,故氢原子只有一个轨道
D.在不同能级上运动的电子,其运动状态肯定不同
AD
解析 人们不可能同时准确地测定电子运动的位置和速率,A项正确。第三电子层只有3s、3p、3d三个能级,B项错误。氢原子中只有1个电子,只填充在1s轨道,但还存在其他空轨道,C项错误。电子的运动状态与能层、能级、原子轨道和自旋状态有关,在不同能级上的电子运动状态不同,D项正确。
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14.以下对核外电子运动状态的描述正确的是(　　)
A.电子的运动与行星相似,围绕原子核在固定的轨道上高速旋转
B.能量低的电子只能在s轨道上运动,能量高的电子总是在f轨道上运动
C.电子层序数越大,s轨道的半径越大
D.在同一原子轨道上运动的电子,其自旋状态有两种
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解析 电子运动不是围绕原子核在固定的轨道上高速旋转,只是在某个区域出现的概率大些,故A错误;能量高的电子也可以在s轨道上运动,如7s轨道上的电子能量也很高,比4f轨道能量还高,故B错误;电子层序数越大,电子离原子核越远,所以电子层序数越大,s轨道上的电子距离原子核越远,则相应s轨道的半径越大,故C正确;在同一原子轨道上运动的电子,其自旋状态有两种,故D正确。
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15.玻尔理论、量子力学理论都是对核外电子运动的描述方法,根据对它们的理解,下列叙述正确的是(　　)
A.因为s轨道的形状是球形的,所以s电子做的是圆周运动
B.4px、4py、4pz的差异之处在于三者中电子(基态)的能量不同
C.钒原子核外有4个原子轨道
D.原子轨道和电子云都是用来形象地描述电子运动状态的
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解析 s轨道是球形的,s轨道电子云图表示电子在核外空间某处单位体积内出现概率的大小,不能说明电子在做圆周运动,A错误;p能级有三个原子轨道,同一电子层上的p轨道能量相同,4px、4py、4pz能量相同,它们的差异是在空间延伸方向不同,B错误;钒元素位于第4周期,其原子核外原子轨道多于4个,C错误;电子云和原子轨道都能形象地描述电子的运动状态,D正确。
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16.(1)K层有　　　个能级,用符号表示为　　　　;L层有　　个能级,用符号分别表示为　　　　;M层有　　　个能级,用符号分别表示为　　　　。由此可推知第n电子层有　　　　个能级。每个电子层中一定含有的能级符号为　　　,其对应的原子轨道电子云形状为　　　　。
(2)比较下列多电子的原子轨道的能量高低(填“>”“<”或“=”)。
2s　　　3s　2s　　　3d
2px　　　2py　4f　　　　6f
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答案 (1)1　1s　2　2s、2p　3　3s、3p、3d　n　s　球形
(2)<　<　=　<
解析 (1)第n个电子层有n个能级;每个电子层中都含有s能级,s能级对应的原子轨道电子云形状为球形。
(2)相同电子层上原子轨道能量由低到高的顺序是ns1
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C 级 学科素养拔高练
17.下表给出了五种元素的相关信息,其中A、B、C、D均为短周期元素,E是长周期元素。
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元素 相关信息
A 在常温、常压下,其单质是气体,随着人类对环境的认识和要求的提高,它将成为备受青睐的清洁燃料
B 工业上通过分离液态空气获得其单质,其某种同素异形体是保护地球地表环境的重要屏障
C 植物生长三要素之一,它能形成多种氧化物,其中一种是早期医疗中使用的麻醉剂
D 室温下其单质呈粉末状固体,加热易熔化。该单质在氧气中燃烧,发出明亮的蓝紫色火焰
E 它是人体不可缺少的微量元素,其单质也是工业生产中不可缺少的金属原材料,常用于制造桥梁、楼房等
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根据上述信息填空:
(1)B元素的基态原子含有　　　　个电子层,其中第二电子层中含有的能级为　　　　　　;画出D元素的原子结构示意图:　　　　　　　　。
(2)C与A形成的某一化合物能和C与B形成的另一无色化合物(这两种化合物分子中原子个数比均为1∶2)一起用作火箭助推剂,写出两者在催化剂条件下发生反应生成无毒物质的化学方程式:　　　　　　　　　　　。
(3)某矿藏主要含D、E两种元素组成的化合物,它是我国生产某强酸的主要原料。试写出该生产过程中第一阶段主要反应的化学方程式:
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解析 氢气是一种清洁燃料,所以A为氢元素;臭氧层对紫外线有吸收作用,是保护地球地表环境的重要屏障,所以B为氧元素。氮、磷、钾是植物生长的三要素,N2O俗名“笑气”,是早期医疗中使用的麻醉剂,所以C为氮元素;单质硫在氧气中燃烧时发出明亮的蓝紫色火焰,所以D为硫元素;E是长周期元素,且是工业生产中不可缺少的金属原材料,同时是人体微量元素,所以E为铁元素。
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(1)氧元素基态原子含有K层与L层两个电子层,L层为第二电子层,L层有s、
p两个能级;D元素原子结构示意图为 。
(2)氮和氢形成的原子个数比为1∶2的化合物为N2H4,氮和氧形成的原子个数比为1∶2的化合物有NO2和N2O4,其中N2O4是无色气体,NO2是红棕色气体,N2H4和N2O4反应可生成无毒的N2和H2O。
(3)我国主要以黄铁矿(主要成分是FeS2)为原料制备硫酸,其第一阶段的主要反应是煅烧黄铁矿制备SO2。第1章　分层作业4　原子半径及其变化规律
A级 必备知识基础练
1.下列各组微粒不是按半径逐渐增大的顺序排列的是(　　)
A.Na、K、Rb B.F、Cl、Br
C.Mg2+、Al3+、Zn2+ D.Cl-、Br-、I-
2.有3种微粒:①[Ar]4s2、②、③1s22s22p63s23p4,它们的半径大小顺序正确的是(　　)
A.①>②>③ B.①>③>②
C.②>③>① D.③>②>①
3.X和Y两元素的阳离子具有相同的电子层结构,X元素的阳离子半径大于Y元素的阳离子半径,Z和Y两元素的原子核外电子层数相同,Z元素的原子半径小于Y元素的原子半径。X、Y、Z三种元素原子序数的关系是(　　)
A.X>Y>Z B.Y>X>Z
C.Z>X>Y D.Z>Y>X
4.X、Y、Z均为元素周期表中前20号元素,Xb+、Yb-、Z(b+1)-三种简单离子的电子层结构相同,下列说法正确的是(　　)
A.原子半径:Z>Y>X
B.离子半径:Yb->Z(b+1)->Xb+
C.Z(b+1)-的还原性一定强于Yb-
D.气态氢化物的稳定性:Hb+1Z>HbY
5.[2023北京朝阳区高二期末]下列所述的粒子(均为36号以前的元素),按半径由大到小的顺序排列正确的是(　　)
①基态X原子的结构示意图为
②基态Y-的价电子排布式为3s23p6
③基态Z2-的轨道表示式为
④基态E+的最高能级的电子对数等于其最高能层的电子层数
A.②>③>① B.④>③>②
C.③>②>④ D.④>②>③
6.下列有关物质的性质或结构的说法正确的是(　　)
A.第2周期元素最高价与其原子最外层电子数相等
B.Na的原子半径比Cl的大,但Na+的半径比Cl-的小
C.Li、Na、K、Rb、Cs都属于碱金属元素,它们单质的还原性随原子序数的增大而减弱
D.Cl与I同属于ⅦA族元素,则两者最高价氧化物对应水化物的酸性:HClO47.门捷列夫在描述元素周期表时,许多元素尚未发现,但他为第4周期的三种元素留下了空位,并对它们的一些性质做了预测,X是其中的一种“类硅”元素,后来被德国化学家文克勒发现,并证实门捷列夫当时的预测相当准确。根据元素周期律,下列有关X性质的描述错误的是(　　)
A.X单质不易与水反应
B.XO2可被碳或氢气还原为X的单质
C.其价电子排布为4s24p2
D.XH4的稳定性比SiH4的强
8.下列各组元素性质递变规律不正确的是(　　)
A.Li、Be、B原子半径依次减小
B.PH3、H2S、HCl还原性依次减弱
C.N、O、F的氢化物稳定性依次减弱
D.NaOH、KOH、RbOH的碱性依次增强
9.已知短周期主族元素的离子aA2+、bB+、cC3-、dD-都具有相同的电子层结构,则下列叙述正确的是(　　)
A.原子半径:A>B>D>C
B.原子序数:d>c>b>a
C.离子半径:C>D>B>A
D.单质的还原性:A>B>D>C
10.a、b、c、d是四种短周期元素。a、b、d同周期,c、d同主族。a的原子结构示意图为,b与c形成的化合物的电子式为。下列说法中正确的是(　　)
A.原子半径:a>c>d>b
B.非金属性:a>b>d>c
C.原子序数:d>a>c>b
D.最高价含氧酸的酸性:c>d>a
11.五种元素的原子电子层结构如下:A.1s22s1;B.1s22s22p4;C.1s22s22p6;D.1s22s22p63s23p2;E.[Ar]3d104s1
(1)上述元素之间能形成X2Y型化合物的化学式是　　　　　　　　。
(2)元素的活泼性最弱的是　　(填元素符号,下同)。
(3)属于过渡元素的是　　　　。
(4)元素的非金属性最强的是　　　　。
B级 关键能力提升练
以下选择题中有1~2个选项符合题意。
12.下列递变规律不正确的是(　　)
A.HClO4、H2SO4、H3PO4的酸性依次增强
B.钠、镁、铝的还原性依次减弱
C.HCl、HBr、HI的稳定性依次增强
D.P、S、Cl三种元素的最高正化合价依次升高
13.2016年IUPAC命名117号元素为Ts(中文名“”,tián),下列有关Ts的说法不正确的是(　　)
A.Ts原子的电子所在最高电子层符号是Q
B.Ts原子核外有一个未成对电子
C.Ts的非金属性在同周期主族元素中最强
D.Ts原子有7种能量不同的电子
14.[2023山东济宁一中月考]科学家利用原子序数递增的W、X、Y、Z四种短周期主族元素,“组合”成一种具有高效催化性能的超分子,其分子结构示意图如下所示(短线代表共价键)。其中W、X、Z分别位于不同周期,Z是短周期主族元素中原子半径最大的。下列说法正确的是(　　)
A.简单离子半径:Z>Y>W
B.Y与W、X、Z均能形成至少两种化合物
C.W、X、Y、Z四种元素中X的原子半径最小
D.1 mol ZW与水发生反应生成1 mol W2,转移电子1 mol
15.X、Y、Z、M和W五种短周期元素的原子序数依次增大,其中M与W位于同一主族且能形成二元化合物WM2。化合物甲常用于农药、染料、医药及有机合成等,其结构简式如下图。下列说法错误的是(　　)
甲
A.简单阴离子半径:W>M>Z
B.最高价氧化物对应水化物的酸性:YC.X、Z和W三种元素形成的化合物可能含离子键
D.化合物甲中除X外,其他原子最外层均为8e-
16.短周期主族元素X、Y、Z、W的原子序数依次增大。X与W同主族,X、W的单质在标准状况下的状态不同。Y是空气中含量最高的元素,Z原子最外层电子数是其内层电子总数的3倍,Z2-与W+具有相同的电子层结构。下列说法正确的是(　　)
A.原子半径大小顺序:r(W)>r(Z)>r(Y)>r(X)
B.由X、Y、Z三种元素形成的化合物的水溶液可能呈碱性
C.元素Y的简单气态氢化物的热稳定性比Z的弱
D.化合物X2Z2与W2Z2所含化学键类型完全相同
17.M、N、R均为短周期主族元素,它们原子的最外层电子数之和为10,M与R同族,N最外层电子数等于M次外层电子数,且N原子半径大于R原子半径。下列叙述不正确的是(　　)
A.熔点:M的氧化物比N的氧化物高
B.热稳定性:M的最简单氢化物大于R的最简单氢化物
C.M与R形成的是共价化合物RM
D.N的单质能溶于浓硝酸,R的单质不溶于浓硝酸
18.下列结论错误的是(　　)
①微粒半径:r(K+)>r(Al3+)>r(S2-)>r(Cl-)
②氢化物的稳定性:HF>HCl>H2S>PH3>SiH4
③还原性:S2->Cl->Br->I-
④氧化性:Cl2>S>Se>Te
⑤酸性:H2SO4>H3PO4>H2CO3>HClO
⑥非金属性:O>N>P>Si
⑦金属性:BeA.①⑦
B.①③
C.②④⑤⑥⑦
D.①③⑤
19.X、Y、Z、M、W、N六种元素的原子序数依次增大,其中X、Y、Z、M、W为五种短周期元素。X元素的某种核素无中子,W原子核外电子数是M原子最外层电子数的2倍,Y、Z、M、W在元素周期表中的相对位置如图所示,N是用量最多的金属元素。下列说法不正确的是(　　)
Y Z M
W
A.原子半径:W>Y>Z>M>X
B.N的一种氧化物可用作油漆和涂料
C.氢化物的沸点:Z小于M
D.工业上制备W单质的方法为电解熔融的W的氧化物
20.下表是元素周期表的一部分,表中每一序号分别代表一种元素。
(1)元素⑥的名称是　　　。元素⑤位于元素周期表　　　区。
(2)元素①原子的价电子数是　　　。元素⑨在元素周期表的第4周期　　　族。
(3)在元素①、②、③中,非金属性最强的是　　　(用所对应的元素符号表示),元素③、⑦、⑧的简单离子的半径由大到小的顺序为　　　　　(请填序号,不要加任何连接符号)。
(4)元素⑩的单质可能具有的性质是　　　(填字母)。
a.能导电、导热
b.能与稀盐酸反应生成氢气
c.能与NaOH溶液反应
(5)在元素④、⑤、⑥的最高价氧化物中,具有两性的是　　　　　(填化学式)。在元素①~⑩的最高价氧化物的水化物中,酸性最强的是　　　　(填化学式)。
(6)元素⑨原子的价电子排布式为　　　　。
21.X、Y、Z、W为元素周期表中前4周期的元素,它们的原子序数依次增大。X的基态原子有3个不同的能级,各能级中电子数相等;Y与X同周期,其简单氢化物的水溶液呈碱性;Z的基态原子2p能级上的未成对电子数与X原子相同;W元素原子最外层只有未成对电子,其内层所有轨道全部充满,但并不是ⅠA族元素。
(1)请写出基态W原子的电子排布式:　　　　　　　　　　。
(2)写出X原子价电子的轨道表示式:　　　　　　　　　。
(3)X、Y、Z三种元素的非金属性由强到弱的顺序是　　　　　　　。
C级 学科素养拔高练
22.(1)自然界中存在一种碘的稳定性核素是碘-127I)。某次核电站事故释放出的放射性物质中含有人工放射性核素碘-131(I)。碘-131一旦被人体吸入,可能会引发甲状腺疾病。下列关于这两种核素的说法正确的是　　　　(填字母)。
A. I和I原子核外的价电子排布式不同
B I和I互为同位素
CI原子的核外价电子排布式为5s25p5
DI的中子数与质子数之差为74
(2)有四种短周期元素,它们的结构、性质等信息如下表所示:
元素 结构、性质等信息
A 在短周期元素中(除稀有气体外)原子半径最大
B 与A同周期,其最高价氧化物对应的水化物呈两性
C 其气态氢化物极易溶于水,液态时可用作制冷剂
D 原子核外电子共有17种不同的运动状态
①A元素原子的核外电子排布式为　　　　　　　　　　　。
②离子半径:B　　　　　　(填“>”或“<”)A。
③C元素原子的核外电子轨道表示式为　　　　　　　　　　,其原子核外有　　　　个未成对电子,能量最高的电子为　　　　　能级上的电子。
④写出B、D两元素的最高价氧化物对应的水化物反应的离子方程式:　　　　　　。
答案：
1.C　解析 同主族元素,从上到下,原子半径(离子半径)逐渐增大,A、B、D项中的各微粒的半径逐渐增大;电子层结构相同的离子,核电荷数越大,离子半径越小,Mg2+、Al3+的电子层结构相同,但Al3+的核电荷数大,所以Al3+的半径小,选C。
2.A　解析 微粒半径大小规律:一般来说,电子层数多的半径大;同种元素阴离子半径大于其原子半径。微粒①代表Ca,电子层数最多,半径最大;②代表S2-,③代表S,S2-半径大于S,故答案为A。
3.D　解析 X、Y两元素的阳离子具有相同的电子层结构,二者处于同一周期,X元素的阳离子半径大于Y元素阳离子半径,由于原子序数越大,离子半径越小,则原子序数为Y>X,又Z和Y两元素的原子核外电子层数相同,则在同一周期,Z元素的原子半径小于Y元素的原子半径,则原子序数为Z>Y,所以X、Y、Z三种元素原子序数的关系为Z>Y>X。
4.C　解析 由Xb+、Yb-、Z(b+1)-三种简单离子的电子层结构相同可知,原子序数X>Y>Z,X位于Y、Z的下一周期,原子半径:X>Z>Y,A错误;电子层结构相同的离子,离子半径随原子序数的增大而减小,所以离子半径:Z(b+1)->Yb->Xb+,B错误;Y、Z位于同一周期,原子序数Y>Z,所以非金属性Y>Z,对应阴离子的还原性Z(b+1)-一定强于Yb-,C正确;元素非金属性越强,对应气态氢化物越稳定,所以Hb+1Z的稳定性弱于HbY,D错误。
5.B　解析 ①X为F元素,②Y为Cl元素,③Z为S元素,④E为K元素,根据元素周期律,判断原子半径K>S>Cl>F,即④>③>②>①。
6.B　解析 第2周期元素中主族元素(O、F除外)的最高价与其原子最外层电子数相等,A错误;钠离子有两个电子层而氯离子有三个电子层,所以钠离子的半径小于氯离子的半径,B正确;碱金属元素单质的还原性随原子序数的增大而增大,C错误;高氯酸的酸性强于高碘酸,D错误。
7.D　解析 X和Si的性质相似,则X单质和水不反应,选项A正确;X位于元素周期表第4周期,非金属性比Si弱,XO2可被碳或氢气还原为X单质,选项B正确;X位于元素周期表第4周期ⅣA族,其价电子排布为4s24p2,选项C正确;X的非金属性比Si弱,则XH4的稳定性比SiH4的弱,选项D错误。
8.C　解析 Li、Be、B位于元素周期表相同周期,原子序数逐渐增大,半径逐渐减小,故A正确;非金属性:P9.C　解析 首先根据离子结构推断4种元素在元素周期表中的相对位置,均为短周期主族元素,则原子序数均小于18。阳离子对应元素应该位于阴离子对应元素的下一周期,则A、B为第3周期的镁、钠,C、D为第2周期的氮、氟。
10.D　解析 由a的原子结构示意图分析可知,a应为硅元素,位于第3周期;因为a、b、d同周期,b元素显+1价,故b应为钠元素;又因c显-3价,则c应为氮或磷,但d为第3周期元素,且c与d同主族,故d应为磷元素,c应为氮元素。依次分析可知D正确。
11.答案 (1)Li2O、Cu2O　(2)Ne　(3)Cu　(4)O
解析 根据题中给出的元素原子电子排布式可知,A是Li元素,B是O元素,C是Ne元素,D是Si元素,E是Cu元素。
(1)O元素与Li、Cu两种元素可分别形成Li2O、Cu2O。
(2)元素活泼性最弱的是Ne。
(3)Cu是过渡元素。
(4)氧元素的非金属性最强。
12.AC　解析 非金属性:Cl>S>P,元素的非金属性越强,对应的最高价氧化物的水化物的酸性越强,则HClO4、H2SO4、H3PO4的酸性依次减弱,A错误;金属性Na>Mg>Al,元素的金属性越强,对应的单质的还原性越强,则钠、镁、铝的还原性依次减弱,B正确;非金属性:Cl>Br>I,元素的非金属性越强,对应的氢化物越稳定,则HCl、HBr、HI的稳定性依次减弱,C错误;P、S、Cl三种元素的最外层电子数分别为5、6、7,最高正价分别为+5、+6、+7,依次升高,D正确。
13.D　解析 Ts原子核外有7个电子层,最外层7个电子位于能量最高的Q电子层,故A正确;Ts的价电子排布式为7s27p5,p能级上有一个未成对电子,故B正确;同一周期主族元素从左到右非金属性逐渐增强,所以Ts的非金属性在同周期主族元素中最强,故C正确;同一能级上的电子能量是相等的,Ts原子有19个能级,所以Ts的基态原子有19种能量不同的电子,故D错误。
14.BD　解析 W、X、Y、Z为短周期主族元素,原子序数递增,Z是短周期主族元素中原子半径最大的,且W、X、Z分别位于不同周期,知Z为Na,W为H,X、Y位于第2周期;由超分子的结构示意图知,X形成四个键、Y形成两个键,则X为C,Y为O。简单离子半径O2->Na+>H+,即Y>Z>W,A错误;O与H可形成H2O、H2O2,O与C可形成CO、CO2,O与Na可形成Na2O、Na2O2,B正确;W、X、Y、Z四种元素中氢元素的原子半径最小,C错误;1molNaH和H2O发生反应生成1molH2,NaH+H2O══H2↑+NaOH,转移1mol电子,D正确。
15.A　解析 X、Y、Z成键数目分别为1、4、3,根据成键数目,可推知X、Y、Z分别为H、C、N;M与W位于同一主族且能形成二元化合物WM2,推知M和W分别为O和S;代入检验推理正确。一般而言,电子层数越多半径越大;电子层数相同时,核电荷数越大,半径越小;同一元素不同粒子,核外电子数越多,半径越大,简单阴离子半径为S2->N3->O2-,A项错误。根据非金属性越强,最高价氧化物对应水化物的酸性越强,H2CO3酸性小于H2SO4,B项正确。NH4HS等化合物中含离子键,C项正确。化合物甲中除H外,其他原子最外层均为8e-,D项正确。
16.BC　解析 短周期主族元素X、Y、Z、W的原子序数依次增大,Y是空气中含量最高的元素,则Y为N元素;Z原子最外层电子数是其内层电子总数的3倍,原子只能有2个电子层,最外层电子数为6,则Z为O元素;Z2-与W+具有相同的电子层结构,则W为Na元素;X与W同主族,X、W的单质在标准状况下的状态不同,则X应为H元素。同周期自左向右原子半径逐渐减小(稀有气体元素除外),同主族自上而下原子半径逐渐增大,氢原子半径最小,故原子半径r(Na)>r(N)>r(O)>r(H),选项A错误;由X(H)、Y(N)、Z(O)三种元素形成的化合物中,一水合氨的水溶液呈碱性,选项B正确;非金属性Z(O)>Y(N),元素非金属性越强,简单气态氢化物越稳定,因此H2O的热稳定性强于NH3,选项C正确;化合物H2O2只含有共价键,而Na2O2含有共价键、离子键,所含化学键类型不完全相同,选项D错误。
17.A　解析 N最外层电子数等于M次外层电子数,则M的次外层电子数为2,M为第2周期元素;N原子半径大于R原子半径,则N与R都为第3周期元素,且N在R的左边,由此得出N为Mg;再据同主族元素M、R的最外层电子数之和为10-2=8,可确定M为C,R为Si。M的氧化物CO2常温下为气体,N的氧化物MgO常温下为固体,则后者熔点高,A不正确;M的最简单氢化物为CH4,R的最简单氢化物为SiH4,C的非金属性强于Si,所以前者稳定性强,B正确;M与R形成SiC,为共价化合物,C正确;Mg能溶于浓硝酸,Si不溶于浓硝酸,D正确。
18.B　解析 ①钾离子与氯离子、硫离子的电子层结构相同,核电荷数越多,离子半径越小,则微粒半径:S2->Cl->K+>Al3+,错误;②元素的非金属性越强,则氢化物的稳定性越强,所以氢化物的稳定性:HF>HCl>H2S>PH3>SiH4,正确;③非金属性越强,相应阴离子的还原性越弱,则离子的还原性:S2->I->Br->Cl-,错误;④元素的非金属性越强,其单质的氧化性越强,所以氧化性:Cl2>S>Se>Te,正确;⑤非金属性越强,最高价含氧酸的酸性越强,则酸性:H2SO4>H3PO4>H2CO3,氯元素的非金属性强,但HClO不是其最高价含氧酸,HClO是比碳酸弱的酸,正确;⑥同周期元素的非金属性从左到右逐渐增强,同主族从上到下逐渐减弱,所以非金属性:O>N>P>Si,正确;⑦同周期元素从左到右金属性逐渐减弱,同主族元素的金属性从上到下逐渐增强,所以金属性:Be19.D　解析 X、Y、Z、M、W、N六种元素的原子序数依次增大,其中X、Y、Z、M、W为五种短周期元素。X元素的某种核素无中子,X为H元素,W原子核外电子数是M原子最外层电子数的2倍,结合Y、Z、M、W在元素周期表中的位置可知,M为O元素,最外层电子数为6,W为Mg元素,Y、Z分别是C、N元素,N是Fe元素。同周期主族元素自左而右原子半径减小,同主族元素自上而下原子半径增大,故原子半径Mg>C>N>O>H,故A正确;Fe的氧化物Fe2O3可用作油漆和涂料,故B正确;NH3的沸点小于H2O,故C正确;Mg常用电解熔融氯化镁的方法冶炼,故D错误。
20.答案 (1)铝　s　(2)4　Ⅷ　(3)O　⑦⑧③　(4)ab　(5)Al2O3　HClO4　(6)3d64s2
解析 从①~⑩这十种元素分别是:C、N、O、Na、Mg、Al、S、Cl、Fe、In。
(1)元素⑥的名称是铝,元素⑤即Mg的价电子排布式为3s2,位于元素周期表s区。
(2)元素①为C,其价电子数是4。元素⑨即铁位于元素周期表的第4周期Ⅷ族。
(3)元素①、②、③分别为C、N、O,非金属性最强的是O,元素③、⑦、⑧分别为O、S、Cl,简单离子中,硫离子、氯离子都有18个电子,电子层结构相同,核电荷数越大,离子半径越小,所以硫离子半径大于氯离子半径,氧离子有十个电子,电子数少,半径相对较小,则离子半径由大到小的顺序为⑦⑧③。
(4)元素⑩与Al位于同一主族,其单质化学性质和铝有一定相似性,但是金属性比铝强,不能与NaOH溶液反应,则可能具有的性质是ab。
(5)元素④、⑤、⑥即Na、Mg、Al,最高价氧化物中具有两性的是氧化铝;在元素①~⑩的最高价氧化物的水化物中,酸性最强的是HClO4。
(6)元素⑨为26号元素铁,其原子的价电子排布式为3d64s2。
21.答案 (1)1s22s22p63s23p63d104s1　(2)　(3)O>N>C
解析 X、Y、Z、W为元素周期表中前4周期元素,它们的原子序数依次增大。X的基态原子有3个不同的能级,各能级中电子数相等,核外电子排布式为1s22s22p2,则X是碳;Y与X同周期,其简单氢化物的水溶液呈碱性,则Y为氮;Z的基态原子2p能级上的未成对电子数与X原子相同,则Z为氧;W元素原子最外层只有未成对电子,其内层所有轨道全部充满,但并不是ⅠA族元素,则核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s1,则W为29号元素铜。
(1)根据上述分析可知W为铜,其原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s1。
(2)X是C,基态碳原子的核外电子排布式为1s22s22p2,其价电子的轨道表示式:。
(3)X是C,Y为N,Z为O,同周期主族元素从左到右,元素非金属性逐渐增强。
22.答案 (1)BC　
(2)①1s22s22p63s1　②<　③　3　2p　④Al(OH)3+3H+══Al3++3H2O
解析 (1I和I属于同一种元素,原子核外电子排布相同,价电子排布式也相同,故A错误I和I的质子数相同,中子数不同,二者互为同位素,B正确I原子的核外价电子排布式为5s25p5,C正确I的中子数=127-53=74,所以中子数与质子数的差为74-53=21,故D错误。
(2)根据表中信息可推出A为Na,B为Al,C为N,D为Cl。①A为Na,其核外电子排布式为1s22s22p63s1。②B为Al,其在元素周期表中位于第3周期ⅢA族。Na+与Al3+的核外电子排布相同,故半径r(Al3+)分层作业4　原子半径及其变化规律
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A 级 必备知识基础练
1.下列各组微粒不是按半径逐渐增大的顺序排列的是(　　)
A.Na、K、Rb B.F、Cl、Br
C.Mg2+、Al3+、Zn2+ D.Cl-、Br-、I-
C
解析 同主族元素,从上到下,原子半径(离子半径)逐渐增大,A、B、D项中的各微粒的半径逐渐增大;电子层结构相同的离子,核电荷数越大,离子半径越小,Mg2+、Al3+的电子层结构相同,但Al3+的核电荷数大,所以Al3+的半径小,选C。
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2.有3种微粒:①[Ar]4s2、② 、③1s22s22p63s23p4,它们的半径大小顺序正确的是(　　)
A.①>②>③ B.①>③>②
C.②>③>① D.③>②>①
A
解析 微粒半径大小规律:一般来说,电子层数多的半径大;同种元素阴离子半径大于其原子半径。微粒①代表Ca,电子层数最多,半径最大;②代表S2-,③代表S,S2-半径大于S,故答案为A。
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3.X和Y两元素的阳离子具有相同的电子层结构,X元素的阳离子半径大于Y元素的阳离子半径,Z和Y两元素的原子核外电子层数相同,Z元素的原子半径小于Y元素的原子半径。X、Y、Z三种元素原子序数的关系是(　　)
A.X>Y>Z B.Y>X>Z
C.Z>X>Y D.Z>Y>X
D
解析 X、Y两元素的阳离子具有相同的电子层结构,二者处于同一周期,X元素的阳离子半径大于Y元素阳离子半径,由于原子序数越大,离子半径越小,则原子序数为Y>X,又Z和Y两元素的原子核外电子层数相同,则在同一周期,Z元素的原子半径小于Y元素的原子半径,则原子序数为Z>Y,所以X、Y、Z三种元素原子序数的关系为Z>Y>X。
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4.X、Y、Z均为元素周期表中前20号元素,Xb+、Yb-、Z(b+1)-三种简单离子的电子层结构相同,下列说法正确的是(　　)
A.原子半径:Z>Y>X
B.离子半径:Yb->Z(b+1)->Xb+
C.Z(b+1)-的还原性一定强于Yb-
D.气态氢化物的稳定性:Hb+1Z>HbY
C
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解析 由Xb+、Yb-、Z(b+1)-三种简单离子的电子层结构相同可知,原子序数X>Y>Z,X位于Y、Z的下一周期,原子半径:X>Z>Y,A错误;电子层结构相同的离子,离子半径随原子序数的增大而减小,所以离子半径:Z(b+1)->Yb->Xb+, B错误;Y、Z位于同一周期,原子序数Y>Z,所以非金属性Y>Z,对应阴离子的还原性Z(b+1)-一定强于Yb-,C正确;元素非金属性越强,对应气态氢化物越稳定,所以Hb+1Z的稳定性弱于HbY,D错误。
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5.[2023北京朝阳区高二期末]下列所述的粒子(均为36号以前的元素),按半径由大到小的顺序排列正确的是(　　)
④基态E+的最高能级的电子对数等于其最高能层的电子层数
A.②>③>① B.④>③>②
C.③>②>④ D.④>②>③
B
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解析 ①X为F元素,②Y为Cl元素,③Z为S元素,④E为K元素,根据元素周期律,判断原子半径K>S>Cl>F,即④>③>②>①。
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6.下列有关物质的性质或结构的说法正确的是(　　)
A.第2周期元素最高价与其原子最外层电子数相等
B.Na的原子半径比Cl的大,但Na+的半径比Cl-的小
C.Li、Na、K、Rb、Cs都属于碱金属元素,它们单质的还原性随原子序数的增大而减弱
D.Cl与I同属于ⅦA族元素,则两者最高价氧化物对应水化物的酸性:
HClO4B
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解析 第2周期元素中主族元素(O、F除外)的最高价与其原子最外层电子数相等,A错误;钠离子有两个电子层而氯离子有三个电子层,所以钠离子的半径小于氯离子的半径,B正确;碱金属元素单质的还原性随原子序数的增大而增大,C错误;高氯酸的酸性强于高碘酸,D错误。
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7.门捷列夫在描述元素周期表时,许多元素尚未发现,但他为第4周期的三种元素留下了空位,并对它们的一些性质做了预测,X是其中的一种“类硅”元素,后来被德国化学家文克勒发现,并证实门捷列夫当时的预测相当准确。根据元素周期律,下列有关X性质的描述错误的是(　　)
A.X单质不易与水反应
B.XO2可被碳或氢气还原为X的单质
C.其价电子排布为4s24p2
D.XH4的稳定性比SiH4的强
D
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解析 X和Si的性质相似,则X单质和水不反应,选项A正确;X位于元素周期表第4周期,非金属性比Si弱,XO2可被碳或氢气还原为X单质,选项B正确;X位于元素周期表第4周期ⅣA族,其价电子排布为4s24p2,选项C正确;X的非金属性比Si弱,则XH4的稳定性比SiH4的弱,选项D错误。
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8.下列各组元素性质递变规律不正确的是(　　)
A.Li、Be、B原子半径依次减小
B.PH3、H2S、HCl还原性依次减弱
C.N、O、F的氢化物稳定性依次减弱
D.NaOH、KOH、RbOH的碱性依次增强
C
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解析 Li、Be、B位于元素周期表相同周期,原子序数逐渐增大,半径逐渐减小,故A正确;非金属性:P1
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9.已知短周期主族元素的离子aA2+、bB+、cC3-、dD-都具有相同的电子层结构,则下列叙述正确的是(　　)
A.原子半径:A>B>D>C
B.原子序数:d>c>b>a
C.离子半径:C>D>B>A
D.单质的还原性:A>B>D>C
C
解析 首先根据离子结构推断4种元素在元素周期表中的相对位置,均为短周期主族元素,则原子序数均小于18。阳离子对应元素应该位于阴离子对应元素的下一周期,则A、B为第3周期的镁、钠,C、D为第2周期的氮、氟。
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下列说法中正确的是(　　)
A.原子半径:a>c>d>b
B.非金属性:a>b>d>c
C.原子序数:d>a>c>b
D.最高价含氧酸的酸性:c>d>a
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解析 由a的原子结构示意图分析可知,a应为硅元素,位于第3周期;因为a、b、d同周期,b元素显+1价,故b应为钠元素;又因c显-3价,则c应为氮或磷,但d为第3周期元素,且c与d同主族,故d应为磷元素,c应为氮元素。依次分析可知D正确。
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11.五种元素的原子电子层结构如下:
A.1s22s1;B.1s22s22p4;C.1s22s22p6;D.1s22s22p63s23p2;E.[Ar]3d104s1
(1)上述元素之间能形成X2Y型化合物的化学式是　　　　　　　　。
(2)元素的活泼性最弱的是　　(填元素符号,下同)。
(3)属于过渡元素的是　　　　。
(4)元素的非金属性最强的是　　　　。
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答案 (1)Li2O、Cu2O　(2)Ne　(3)Cu　(4)O
解析 根据题中给出的元素原子电子排布式可知,A是Li元素,B是O元素,C是Ne元素,D是Si元素,E是Cu元素。
(1)O元素与Li、Cu两种元素可分别形成Li2O、Cu2O。
(2)元素活泼性最弱的是Ne。
(3)Cu是过渡元素。
(4)氧元素的非金属性最强。
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B 级 关键能力提升练
以下选择题中有1~2个选项符合题意。
12.下列递变规律不正确的是(　　)
A.HClO4、H2SO4、H3PO4的酸性依次增强
B.钠、镁、铝的还原性依次减弱
C.HCl、HBr、HI的稳定性依次增强
D.P、S、Cl三种元素的最高正化合价依次升高
AC
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解析 非金属性:Cl>S>P,元素的非金属性越强,对应的最高价氧化物的水化物的酸性越强,则HClO4、H2SO4、H3PO4的酸性依次减弱,A错误;金属性Na>Mg>Al,元素的金属性越强,对应的单质的还原性越强,则钠、镁、铝的还原性依次减弱,B正确;非金属性:Cl>Br>I,元素的非金属性越强,对应的氢化物越稳定,则HCl、HBr、HI的稳定性依次减弱,C错误;P、S、Cl三种元素的最外层电子数分别为5、6、7,最高正价分别为+5、+6、+7,依次升高, D正确。
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13.2016年IUPAC命名117号元素为Ts(中文名“ ”,tián),下列有关Ts的说法不正确的是(　　)
A.Ts原子的电子所在最高电子层符号是Q
B.Ts原子核外有一个未成对电子
C.Ts的非金属性在同周期主族元素中最强
D.Ts原子有7种能量不同的电子
D
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解析 Ts原子核外有7个电子层,最外层7个电子位于能量最高的Q电子层,故A正确;Ts的价电子排布式为7s27p5,p能级上有一个未成对电子,故B正确;同一周期主族元素从左到右非金属性逐渐增强,所以Ts的非金属性在同周期主族元素中最强,故C正确;同一能级上的电子能量是相等的,Ts原子有19个能级,所以Ts的基态原子有19种能量不同的电子,故D错误。
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14.[2023山东济宁一中月考]科学家利用原子序数递增的W、X、Y、Z四种短周期主族元素,“组合”成一种具有高效催化性能的超分子,其分子结构示意图如下所示(短线代表共价键)。其中W、X、Z分别位于不同周期,Z是短周期主族元素中原子半径最大的。
下列说法正确的是(　　)
A.简单离子半径:Z>Y>W
B.Y与W、X、Z均能形成至少两种化合物
C.W、X、Y、Z四种元素中X的原子半径最小
D.1 mol ZW与水发生反应生成1 mol W2,转移电子1 mol
BD
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解析 W、X、Y、Z为短周期主族元素,原子序数递增,Z是短周期主族元素中原子半径最大的,且W、X、Z分别位于不同周期,知Z为Na,W为H,X、Y位于第2周期;由超分子的结构示意图知,X形成四个键、Y形成两个键,则X为C,Y为O。简单离子半径O2->Na+>H+,即Y>Z>W,A错误;O与H可形成H2O、H2O2,O与C可形成CO、CO2,O与Na可形成Na2O、Na2O2,B正确;W、X、Y、Z四种元素中氢元素的原子半径最小,C错误;1 mol NaH和H2O发生反应生成1 mol H2,NaH+H2O══H2↑+NaOH,转移1 mol电子,D正确。
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15.X、Y、Z、M和W五种短周期元素的原子序数依次增大,其中M与W位于同一主族且能形成二元化合物WM2。化合物甲常用于农药、染料、医药及有机合成等,其结构简式如下图。
下列说法错误的是(　　)
A.简单阴离子半径:W>M>Z
B.最高价氧化物对应水化物的酸性:YC.X、Z和W三种元素形成的化合物可能含离子键
D.化合物甲中除X外,其他原子最外层均为8e-
甲
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解析 X、Y、Z成键数目分别为1、4、3,根据成键数目,可推知X、Y、Z分别为H、C、N;M与W位于同一主族且能形成二元化合物WM2,推知M和W分别为O和S;代入检验推理正确。一般而言,电子层数越多半径越大;电子层数相同时,核电荷数越大,半径越小;同一元素不同粒子,核外电子数越多,半径越大,简单阴离子半径为S2->N3->O2-,A项错误。根据非金属性越强,最高价氧化物对应水化物的酸性越强,H2CO3酸性小于H2SO4,B项正确。NH4HS等化合物中含离子键,C项正确。化合物甲中除H外,其他原子最外层均为8e-,D项正确。
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16.短周期主族元素X、Y、Z、W的原子序数依次增大。X与W同主族,X、W的单质在标准状况下的状态不同。Y是空气中含量最高的元素,Z原子最外层电子数是其内层电子总数的3倍,Z2-与W+具有相同的电子层结构。下列说法正确的是(　　)
A.原子半径大小顺序:r(W)>r(Z)>r(Y)>r(X)
B.由X、Y、Z三种元素形成的化合物的水溶液可能呈碱性
C.元素Y的简单气态氢化物的热稳定性比Z的弱
D.化合物X2Z2与W2Z2所含化学键类型完全相同
BC
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解析 短周期主族元素X、Y、Z、W的原子序数依次增大,Y是空气中含量最高的元素,则Y为N元素;Z原子最外层电子数是其内层电子总数的3倍,原子只能有2个电子层,最外层电子数为6,则Z为O元素;Z2-与W+具有相同的电子层结构,则W为Na元素;X与W同主族,X、W的单质在标准状况下的状态不同,则X应为H元素。同周期自左向右原子半径逐渐减小(稀有气体元素除外),同主族自上而下原子半径逐渐增大,氢原子半径最小,故原子半径r(Na)>r(N)>r(O)>r(H),选项A错误;由X(H)、Y(N)、Z(O)三种元素形成的化合物中,一水合氨的水溶液呈碱性,选项B正确;非金属性Z(O)>Y(N),元素非金属性越强,简单气态氢化物越稳定,因此H2O的热稳定性强于NH3,选项C正确;化合物H2O2只含有共价键,而Na2O2含有共价键、离子键,所含化学键类型不完全相同,选项D错误。
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17.M、N、R均为短周期主族元素,它们原子的最外层电子数之和为10,M与R同族,N最外层电子数等于M次外层电子数,且N原子半径大于R原子半径。下列叙述不正确的是(　　)
A.熔点:M的氧化物比N的氧化物高
B.热稳定性:M的最简单氢化物大于R的最简单氢化物
C.M与R形成的是共价化合物RM
D.N的单质能溶于浓硝酸,R的单质不溶于浓硝酸
A
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解析 N最外层电子数等于M次外层电子数,则M的次外层电子数为2,M为第2周期元素;N原子半径大于R原子半径,则N与R都为第3周期元素,且N在R的左边,由此得出N为Mg;再据同主族元素M、R的最外层电子数之和为10-2=8,可确定M为C,R为Si。M的氧化物CO2常温下为气体,N的氧化物MgO常温下为固体,则后者熔点高,A不正确;M的最简单氢化物为CH4,R的最简单氢化物为SiH4,C的非金属性强于Si,所以前者稳定性强,B正确;M与R形成SiC,为共价化合物,C正确;Mg能溶于浓硝酸,Si不溶于浓硝酸,D正确。
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18.下列结论错误的是(　　)
①微粒半径:r(K+)>r(Al3+)>r(S2-)>r(Cl-)
②氢化物的稳定性:HF>HCl>H2S>PH3>SiH4
③还原性:S2->Cl->Br->I-
④氧化性:Cl2>S>Se>Te
⑤酸性:H2SO4>H3PO4>H2CO3>HClO
⑥非金属性:O>N>P>Si
⑦金属性:BeA.①⑦ B.①③
C.②④⑤⑥⑦ D.①③⑤
B
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解析 ①钾离子与氯离子、硫离子的电子层结构相同,核电荷数越多,离子半径越小,则微粒半径:S2->Cl->K+>Al3+,错误;②元素的非金属性越强,则氢化物的稳定性越强,所以氢化物的稳定性:HF>HCl>H2S>PH3>SiH4,正确;③非金属性越强,相应阴离子的还原性越弱,则离子的还原性:S2->I->Br->Cl-,错误;④元素的非金属性越强,其单质的氧化性越强,所以氧化性: Cl2>S>Se>Te,正确;⑤非金属性越强,最高价含氧酸的酸性越强,则酸性: H2SO4>H3PO4>H2CO3,氯元素的非金属性强,但HClO不是其最高价含氧酸, HClO是比碳酸弱的酸,正确;⑥同周期元素的非金属性从左到右逐渐增强,同主族从上到下逐渐减弱,所以非金属性:O>N>P>Si,正确;⑦同周期元素从左到右金属性逐渐减弱,同主族元素的金属性从上到下逐渐增强,所以金属性:Be1
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19.X、Y、Z、M、W、N六种元素的原子序数依次增大,其中X、Y、Z、M、W为五种短周期元素。X元素的某种核素无中子,W原子核外电子数是M原子最外层电子数的2倍,Y、Z、M、W在元素周期表中的相对位置如图所示,N是用量最多的金属元素。下列说法不正确的是(　　)
Y Z M
W
A.原子半径:W>Y>Z>M>X
B.N的一种氧化物可用作油漆和涂料
C.氢化物的沸点:Z小于M
D.工业上制备W单质的方法为电解熔融的W的氧化物
D
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解析 X、Y、Z、M、W、N六种元素的原子序数依次增大,其中X、Y、Z、M、W为五种短周期元素。X元素的某种核素无中子,X为H元素,W原子核外电子数是M原子最外层电子数的2倍,结合Y、Z、M、W在元素周期表中的位置可知,M为O元素,最外层电子数为6,W为Mg元素,Y、Z分别是C、N元素,N是Fe元素。同周期主族元素自左而右原子半径减小,同主族元素自上而下原子半径增大,故原子半径Mg>C>N>O>H,故A正确;Fe的氧化物Fe2O3可用作油漆和涂料,故B正确;NH3的沸点小于H2O,故C正确;Mg常用电解熔融氯化镁的方法冶炼,故D错误。
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20.下表是元素周期表的一部分,表中每一序号分别代表一种元素。
(1)元素⑥的名称是　　　。元素⑤位于元素周期表　　　区。
(2)元素①原子的价电子数是　　　。元素⑨在元素周期表的第4周期
　　　族。
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(3)在元素①、②、③中,非金属性最强的是　　　(用所对应的元素符号表示),元素③、⑦、⑧的简单离子的半径由大到小的顺序为　　　　(请填序号,不要加任何连接符号)。
(4)元素⑩的单质可能具有的性质是　　　(填字母)。
a.能导电、导热
b.能与稀盐酸反应生成氢气
c.能与NaOH溶液反应
(5)在元素④、⑤、⑥的最高价氧化物中,具有两性的是　　　　　(填化学式)。在元素①~⑩的最高价氧化物的水化物中,酸性最强的是　　　(填化学式)。
(6)元素⑨原子的价电子排布式为　　　　。
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答案 (1)铝　s　(2)4　Ⅷ　(3)O　⑦⑧③　(4)ab　(5)Al2O3　HClO4　(6)3d64s2
解析 从①~⑩这十种元素分别是:C、N、O、Na、Mg、Al、S、Cl、Fe、In。
(1)元素⑥的名称是铝,元素⑤即Mg的价电子排布式为3s2,位于元素周期表s区。
(2)元素①为C,其价电子数是4。元素⑨即铁位于元素周期表的第4周期Ⅷ族。
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(3)元素①、②、③分别为C、N、O,非金属性最强的是O,元素③、⑦、⑧分别为O、S、Cl,简单离子中,硫离子、氯离子都有18个电子,电子层结构相同,核电荷数越大,离子半径越小,所以硫离子半径大于氯离子半径,氧离子有十个电子,电子数少,半径相对较小,则离子半径由大到小的顺序为⑦⑧③。
(4)元素⑩与Al位于同一主族,其单质化学性质和铝有一定相似性,但是金属性比铝强,不能与NaOH溶液反应,则可能具有的性质是ab。
(5)元素④、⑤、⑥即Na、Mg、Al,最高价氧化物中具有两性的是氧化铝;在元素①~⑩的最高价氧化物的水化物中,酸性最强的是HClO4。
(6)元素⑨为26号元素铁,其原子的价电子排布式为3d64s2。
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21.X、Y、Z、W为元素周期表中前4周期的元素,它们的原子序数依次增大。X的基态原子有3个不同的能级,各能级中电子数相等;Y与X同周期,其简单氢化物的水溶液呈碱性;Z的基态原子2p能级上的未成对电子数与X原子相同;W元素原子最外层只有未成对电子,其内层所有轨道全部充满,但并不是ⅠA族元素。
(1)请写出基态W原子的电子排布式:　　　　　　　　　　。
(2)写出X原子价电子的轨道表示式:　　　　　　　　　。
(3)X、Y、Z三种元素的非金属性由强到弱的顺序是　　　　　　　。
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答案 (1)1s22s22p63s23p63d104s1　(2)　 (3)O>N>C
解析 X、Y、Z、W为元素周期表中前4周期元素,它们的原子序数依次增大。X的基态原子有3个不同的能级,各能级中电子数相等,核外电子排布式为1s22s22p2,则X是碳;Y与X同周期,其简单氢化物的水溶液呈碱性,则Y为氮;Z的基态原子2p能级上的未成对电子数与X原子相同,则Z为氧;W元素原子最外层只有未成对电子,其内层所有轨道全部充满,但并不是ⅠA族元素,则核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s1,则W为29号元素铜。
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(1)根据上述分析可知W为铜,其原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s1。
(2)X是C,基态碳原子的核外电子排布式为1s22s22p2,其价电子的轨道表示式: 。
(3)X是C,Y为N,Z为O,同周期主族元素从左到右,元素非金属性逐渐增强。
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C 级 学科素养拔高练
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下列关于这两种核素的说法正确的是　　　　(填字母)。
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(2)有四种短周期元素,它们的结构、性质等信息如下表所示:
元素 结构、性质等信息
A 在短周期元素中(除稀有气体外)原子半径最大
B 与A同周期,其最高价氧化物对应的水化物呈两性
C 其气态氢化物极易溶于水,液态时可用作制冷剂
D 原子核外电子共有17种不同的运动状态
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①A元素原子的核外电子排布式为　　　　　　　　　　　。
②离子半径:B　　　　　　(填“>”或“<”)A。
③C元素原子的核外电子轨道表示式为　　　　　　　　　　,其原子核外有　　　　个未成对电子,能量最高的电子为　　　　　能级上的电子。
④写出B、D两元素的最高价氧化物对应的水化物反应的离子方程式:
　　　　　　。
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答案 (1)BC　
(2)①1s22s22p63s1　②<　③　 3　2p　
④Al(OH)3+3H+══Al3++3H2O
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(2)根据表中信息可推出A为Na,B为Al,C为N,D为Cl。①A为Na,其核外电子排布式为1s22s22p63s1。②B为Al,其在元素周期表中位于第3周期ⅢA族。Na+与Al3+的核外电子排布相同,故半径r(Al3+)分层作业3　核外电子排布与元素周期表
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A 级 必备知识基础练
1.[2023山西太原五中高二期末]在元素周期表中,R元素的方格中注明“3d54s2”,下列推断错误的是(　　)
A.R元素位于ds区
B.R的基态原子核外电子排布式可简写为3d54s2
C.R元素的基态原子核外电子有15种空间运动状态
D.R元素的最高化合价为+7价
A
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解析 R的价电子排布式为3d54s2,R元素位于d区,A错误;核外电子排布式可简写为3d54s2,B正确;s能级有1种空间状态,p能级有3种空间状态,d能级有5种空间状态,故共有1+1+3+1+3+5+1=15种空间运动状态,C正确;R的价电子数为7,故其元素的最高化合价为+7价,D正确。
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2.周期表中共有18个纵列,从左到右分别为1~18列,按这种规定,下列说法正确的是(　　)
A.第1列是碱金属元素
B.只有第2列元素的基态原子最外层电子排布为ns2
C.第1列和第18列所含元素种数相同且最多
D.第8列没有非金属元素
D
解析 ⅠA族中含H和碱金属元素,故A错误;第18列He元素的基态原子最外层电子排布为1s2,故B错误;第3列含锕系和镧系,元素种数最多,故C错误;8、9、10三列元素为Ⅷ族元素,都是金属元素,故D正确。
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3.闪烁着银白色光泽的金属钛(22Ti)因具有密度小、强度大、无磁性等优良的机械性能,被广泛地应用于军事、医学等领域,号称“崛起的第三金属”。已知钛有48Ti、49Ti、50Ti等核素,下列关于金属钛的叙述不正确的是(　　)
A.上述钛原子中,中子数不可能为22
B.钛元素在元素周期表中处于第4周期
C.钛的不同核素在元素周期表中处于不同的位置
D.钛元素是d区的过渡元素
C
解析 钛元素的原子序数为22,位于第4周期ⅣB族,属于d区的过渡元素;根据题给三种核素的质量数可知,其中子数最小为26;钛的三种核素的质子数均为22,故位于元素周期表中同一位置。
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4.已知元素原子的下列结构或性质,能确定其在周期表中位置的是(　　)
A.某元素原子的第二电子层轨道表示式为
B.某元素在某种化合物中的化合价为+4价
C.某元素原子的最外层上电子数为6
D.某元素原子的价电子排布式为5s25p1
D
解析 A项,不能确定第二电子层即为最外层;B项,SO2中S显+4价,CO2中C显+4价;C项,只能确定该元素在ⅥA族,不能确定周期。
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5.下列各组元素属于p区的是(　　)
A.原子序数为1、2、7的元素
B.S、O、P
C.Fe、Ar、Cl
D.Na、Li、Mg
B
解析 原子序数为1的H元素属于s区,故A错误;O、S、P原子最后填入的电子都是p电子,所以属于p区,故B正确;铁属于d区,故C错误;锂、钠最后填入的电子是s电子,属于s区,故D错误。
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6.某基态原子的价电子排布式为4d15s2,则下列说法正确的是(　　)
A.该元素原子最外层共有3个电子
B.该元素位于第5周期ⅡA族,处于ds区
C.该元素原子的M层上共有18个运动状态不同的电子
D.该元素原子的N层上有5个空轨道
C
解析 由价电子排布式为4d15s2可知,最外层上有2个电子,故A错误;该元素位于第5周期ⅢB族,处于d区,故B错误;该元素基态原子的电子排布式为
1s22s22p63s23p63d104s24p64d15s2,M能层上有18个电子,故C正确;该元素原子的N层的电子排布式为4s24p64d1,4d轨道有4个空轨道,4f轨道有7个空轨道,故D错误。
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7.半导体器件的研制正式开始于锗(元素符号为Ge),后来发展到研制与它同主族的硅,下列有关锗的叙述不合理的是(　　)
A.锗元素的氧化物化学式为GeO2
B.锗是原子序数为32的一种过渡元素
C.锗在周期表中的位置是第4周期ⅣA族
D.锗处于周期表中金属与非金属的交界处
B
解析 因锗(Ge)元素为+4价,则其氧化物的化学式为GeO2,选项A正确;锗是原子序数为32的元素,位于第4周期ⅣA族,不属于过渡元素,选项B不正确、C正确;锗(Ge)是第4周期ⅣA族元素,处于周期表中金属区与非金属区的交界线上,选项D正确。
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8.[2022安徽芜湖第一中学月考]下列选项中的X和Y两种原子对应的元素在元素周期表中一定位于同一族的是(　　)
A.基态X原子和基态Y原子最外层都只有1个电子
B.基态X原子的电子排布式为1s2,基态Y原子的电子排布式为1s22s2
C.基态X原子的2p能级上有3个电子,基态Y原子的3p能级上有3个电子
D.基态X原子的M电子层上只有2个电子,基态Y原子的N电子层上也只有2个电子
C
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解析 A项元素可能是ⅠA族元素,如Na、K等,也可能是ⅠB族元素,如Cu、Ag等,错误;B项,电子排布式为1s2的基态原子是He,电子排布式为1s22s2的基态原子是Be,错误;C项,X是N,Y是P,元素N、P均位于ⅤA族,正确;D项,M电子层上只有2个电子的是Mg,N电子层上只有2个电子的可能是Ca、Sc、Ti、V、Mn、Fe、Co、Ni、Zn,错误。
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9.请完成下列各题的填空:
(1)氢化钠(NaH)电子式为　　　　　　　,氢负离子的结构示意图为　　　　　。
(2)元素X的最外层电子数是次外层电子数的2倍,该元素名称是　　　,该元素核外电子排布式为　　　　　　,该元素的价电子轨道表示式为
　　　　　　　　　。
(3)前四周期元素中,未成对电子数为5的元素符号是　　　　　　,该元素在周期表中的位置为第　　　　周期　　　　族,属于　　　区。
(4)C、N、O三种元素的原子核外未成对电子数依次为　　　　　。
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(3)前四周期元素中,未成对电子数为5即外围电子排布式为3d54s2,该元素原子序数为25,为Mn元素,该元素在周期表中的位置为第4周期ⅦB族,属于d区。
(4)C、N、O三种元素原子的核外电子排布式分别为1s22s22p2、1s22p22p3、1s22s22p4,则未成对电子数依次为2、3、2。
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B 级 关键能力提升练
以下选择题中有1~2个选项符合题意。
10.[2023湖北省级示范高二四校联考]下列说法正确的是(　　)
A.d区、ds区、s区元素全部是金属元素
B.在周期表中,假设第8周期按照现有规则填满,则115号元素正下方将是165号元素
C.第4周期元素中,未成对电子数最多的主族元素位于钾元素后面第5位
D.气态Mn2+再失去一个电子比气态Fe2+再失去一个电子更难
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解析 s区中H元素是非金属元素,A错误;按照目前规律,第8周期元素数目为50,故115号元素正下方的将是165号元素,B正确;第4周期元素中,未成对电子数最多的主族元素的价电子排布式为4s24p3,是第33号As元素,K是第19号元素,As位于K后第14位,C错误;Fe2+的核外价电子排布式为3d6,Mn2+的核外价电子排布式为3d5,Mn2+为半充满结构,再失去1个电子比Fe2+难,D正确。
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11.下列各项叙述正确的是(　　)
A.基态原子核外电子排布式为[Ar]3d104s2和[Ar]4s2对应的元素同族
B.钠原子核外电子排布式由1s22s22p63s1→1s22s22p63d1过程中释放能量
C.某基态原子的价电子排布式为4d25s2,它是第5周期ⅣB族元素,属于d区元素
D.3s、3p能级上排满了电子且3d能级上未排电子的两原子对应的元素同周期
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解析 电子排布式为[Ar]3d104s2的元素是Zn元素,位于ⅡB族,[Ar]4s2为Ca元素原子的电子排布式,A项错误;原子由基态变为激发态需要吸收能量,B项错误;价电子排布式为4d25s2的元素位于d区,C项正确;D项中未说明4s能级上有无电子,故不一定处于同一周期,D项错误。
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12.[2023安徽淮北一中高二期末]有5种元素X、Y、Z、Q、T。X原子M层p能级上有2个未成对电子且无空轨道;Y原子的价电子排布式为3d64s2;Z原子的L电子层的p能级上有一个空轨道;Q原子的L电子层的p能级上只有一对成对电子;T原子的M电子层上p轨道半充满。下列叙述不正确的是(　　)
A.X和Q结合生成的化合物为共价化合物
B.T元素属于p区
C.元素Y和Q只能形成化合物Y2Q3
D.Z的电子排布式为1s22s22,违反了泡利不相容规则
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解析 5种元素X、Y、Z、Q、T,X原子M层p能级上有2个未成对电子且无空轨道,其价电子排布式为3s23p4,则X为S元素;Y原子的价电子排布式为3d64s2,则Y为Fe元素;Z原子的L电子层的p能级上有一个空轨道,其价电子排布式为2s22p2,则Z为C元素;Q原子的L电子层的p能级上只有一对成对电子,其价电子排布式为2s22p4,则Q是O元素;T原子的M电子层上p轨道半充满,其价电子排布式为3s23p3,则T是P元素,属于p区。X和Q两者结合生成的化合物为SO2或者SO3,为共价化合物,A正确;Y和Q可形成Fe2O3、FeO、
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13.若A2+与Bn-的电子层结构相同,且2个A原子与3个B原子的电子总数相等,则下列说法正确的是(　　)
A.B为硫元素
B.B元素原子的价电子排布式为2s22p3
C.A元素原子的核外电子排布式为[Ne]3s2
D.A、B都是元素周期表中p区的元素
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解析 设A的核电荷数为a,B的核电荷数为b,根据题意可得a-2=b+n,2a=3b,得b=2n+4。若n=1,b=6,a=9,不符合题意;若n=2,b=8,a=12,符合题意;若n=3,b=10,a=15,不符合题意,则A为镁,B为氧。B为氧元素,故A错误;B元素原子的价电子排布式为2s22p4,故B错误;Mg元素原子的核外电子排布式为[Ne]3s2,故C正确;B是元素周期表中p区的元素,A是元素周期表中s区的元素,故D错误。
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14.下图是元素周期表中短周期的一部分,A、B、C三种元素的原子核外电子数之和等于B的质量数,B元素的原子核内质子数等于中子数,下列叙述正确的是(　　)
A.B为第2周期的元素,也是p区元素
B.C的氢化物在同族中酸性最强
C.三种元素都处于s区
D.C的价电子排布式为2s22p5
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解析 根据图示及元素周期表结构可知,B位于第3周期,A、C位于第2周期,设B的核外电子总数为x,B的核电荷数=质子数=x,B元素的原子核内质子数等于中子数,则B的质量数为2x;则A的核外电子数=原子序数=x-8-1,C的核外电子数为x-8+1,A、B、C三种元素的原子核外电子数之和等于B的质量数,则x+(x-8-1)+(x-8+1)=2x,解得x=16,则B为S元素、A为N元素、C为F元素。S为第3周期的元素,故A错误;C是F元素,为ⅦA族元素,HF为弱酸,而同主族的HCl、HBr、HI都属于强酸,故B错误;N、S、F三种元素都属于p区,故C错误;C是F元素,原子最外层有7个电子,故其价电子排布式为2s22p5,故D正确。
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15.根据核外电子的排布特点推断元素的性质:
(1)A元素基态原子的最外层有3个未成对电子,次外层有2个电子,其基态原子的轨道表示式为　　　　　　　,在周期表中位于　　　区。
(2)B元素基态原子的M层全充满,N层没有成对电子且只有一个未成对电子,B的基态原子的价电子排布式为　　　　　。
(3)请利用电子排布的相关知识分析。稳定性:Fe3+　　　(填“>”或“<”)Fe2+,原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(4)通过(3)的解答,请归纳基态原子核外电子排布除了符合构造原理、泡利不相容原理、洪特规则外,还有哪些结构稳定 　 　　　　　　　　。
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(2)3d104s1
(3)>　正三价铁离子的3d能级电子数为5,为半充满的稳定状态,二价铁离子3d能级电子数为6,为不稳定状态
(4)全充满、半充满、全空结构
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解析 (1)A元素基态原子的最外层有3个未成对电子,次外层有2个电子,说明A原子有两个电子层,其基态原子的电子排布式为1s22s22p3,其基态原子的轨道表示式为 ,价电子排布式为2s22p3,在周期表中位于p区。
(2)B元素基态原子的M层全充满,则3d能级是全充满,N层没有成对电子且只有一个未成对电子,即4s能级上只有1个电子,B的基态原子的价电子排布式为3d104s1。
(3)根据电子排布的相关知识可知,稳定性:Fe3+>Fe2+,原因是正三价铁离子的3d能级为半充满,为稳定状态,二价铁离子3d能级电子数为6,为不稳定状态。
(4)通过(3)的解答,基态原子核外电子排布除了符合构造原理、泡利不相容原理、洪特规则外,还有全充满、半充满、全空结构稳定。
C 级 学科素养拔高练
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16.已知A、B、C、D、E、F、G都是元素周期表中短周期主族元素,它们的原子序数依次增大。A是元素周期表中原子半径最小的元素,D3B中阴、阳离子具有相同的电子层结构,B、C均可分别与A形成10个电子分子,B、C属同一周期,且两者可以形成许多种共价化合物,C、F属同一主族,B原子最外电子层的p能级上的电子处于半充满状态,C的最外层电子数是内层电子数的3倍,E最外层电子数比最内层多1。请回答下列问题:
(1)E元素原子基态电子排布式为　　　　　　　　　　　　　　　。
(2)F元素原子的价电子轨道表示式为　　　　　　　　　　。
(3)F、G元素对应的最高价含氧酸中酸性较强的分子式为　　　　　　。
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(4)A、C形成的两种常见分子中,其中一种为绿色氧化剂的电子式为　　　　　　　。
(5)基态G原子中,电子占据的最高电子层符号是　　　,该电子层有　　个能级,电子数是　　　。该原子有　　　种运动状态不同的电子,最高能级符号是　　　,未成对电子数为　　　　。
(6)与E同族有4个电子层的元素符号为　　　　,它的简化电子排布式为　　　　　,与该元素同周期且核电荷数比其小7的元素在周期表中的位置为　　　　　　　　,该元素的价电子排布式为　　　　　　,
　　　　(填“能”或“不能”)满足构造原理。
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答案 (1)1s22s22p63s23p1
(5)M　3　7　17　3p　1
(6)Ga　[Ar]3d104s24p1　第4周期ⅥB族　3d54s1　不能
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解析 A、B、C、D、E、F、G都是元素周期表中短周期主族元素,它们的原子序数依次增大,A是元素周期表中原子半径最小的元素,则A是氢元素,D3B中阴、阳离子具有相同的电子层结构,B原子最外电子层的p能级上的电子处于半充满状态,为ⅤA族元素,B为-3价、D为+1价且D是金属元素,D的原子序数大于B、C,则D为钠元素、B为氮元素,B、C均可分别与A形成10个电子分子,B、C属同一周期,两者可以形成许多种共价化合物,C的最外层电子数是内层电子数的3倍,则C是氧元素,C、F属同一主族,则F是硫元素,E最外层电子数比最内层多1,则E最外层电子数为3,E是铝元素,G的原子序数大于F,且为短周期主族元素,则G是氯元素。
(1)E是铝元素,其原子核外有13个电子,根据构造原理知其基态原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p1。
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(2)F为硫元素,其价电子轨道表示式为 。
(3)元素的非金属性越强,其最高价氧化物的水化物酸性越强,氯元素的非金属性强于硫元素,则S、Cl元素对应的最高价含氧酸中酸性较强的分子式为HClO4。
(4)A、C形成的一种绿色氧化剂有广泛应用,该氧化剂是H2O2,其电子式为 。
(5)基态氯原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p5,电子占据最高电子层为第三电子层,电子层符号为M;该电子层中有s、p、d三个能级;第三电子层中电子数为2+5=7;氯原子中电子数为17,因此共有17种运动状态不同的电子;最高能级符号为3p;价电子轨道表示式为 ,则核外未成对电子数为1。
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(6)Al位于第3周期ⅢA族,第4周期ⅢA族元素为Ga,简化电子排布式为[Ar]3d104s24p1;ⅢA族位于从左至右的第13列,因此同周期且核电荷数比Ga小7的元素在周期表中的位置为第4周期ⅥB族,该元素核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s1,价电子排布式为3d54s1;其满足洪特规则特例,不满足构造原理。