第一章 检测试题
(限时:75分钟 分值:100分)
一、选择题:本题共14小题,每小题3分,共42分。每小题只有一个选项符合题意。
1.下列说法正确的是( )
[A] 自然界中的所有原子都处于基态
[B] 同一原子处于激发态时的能量一定高于基态时的能量
[C] 无论原子种类是否相同,基态原子的能量总是低于激发态原子的能量
[D] 激发态原子的能量较高,极易失去电子,表现出较强的还原性
【答案】 B
【解析】 自然界中存在放射性元素,其原子处于激发态,故A错误;基态原子吸收能量变为激发态原子,所以激发态原子的能量高于基态原子的能量,故B正确;基态原子吸收不同的能量变为不同的激发态原子,只有相同原子,基态原子的能量才低于激发态原子的能量,故C错误;激发态原子的能量较高,其电子易跃迁到能量较低的轨道里,但不一定易失去,故D错误。
2.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] 3px、3py、3pz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种形状的原子轨道
[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
【答案】 D
【解析】 s轨道是球形的,这是电子云轮廓图,表示电子在原子核外出现的概率密度,不是说电子在做圆周运动,A错误;p能级有三个原子轨道,同一能层上的p轨道能量相同,3px、3py、3pz能量相同,它们的差异是延伸方向不同,B错误;23号钒原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d34s2,能级有s、p、d三种,对应的原子轨道形状有3种,C错误;常用电子云轮廓图表示原子轨道,形象地描述电子的运动状态,D正确。
3.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] 氮原子的轨道表示式: 错误;违反洪特规则
[B] 氧原子的轨道表示式: 错误;违反泡利不相容原理
[C] 钾原子的电子排布式: 1s22s22p63s23p63d1 错误;违反泡利不相容原理
[D] C的电子排布式: 1s22s22 错误;违反洪特规则
【答案】 D
【解析】 相同轨道中的两个电子运动方向相同,违反了泡利不相容原理,故A不符合题意;电子应先充满同能级的轨道,违反了洪特规则,故B不符合题意;1s22s22p63s23p63d1违反了能量最低原理,故C不符合题意;电子应先充满同能级的轨道,1s22s22违反了洪特规则,故D符合题意。
4.下列表示卤族元素或其单质性质随核电荷数变化趋势的曲线正确的是( )
[A] [B]
[C] [D]
【答案】 C
【解析】 氟元素没有正价,故A错误;随核电荷数的增大,卤族元素的单质沸点逐渐升高,故B错误;随核电荷数的增大,卤族元素原子半径逐渐增大,第一电离能逐渐减小,故C正确;随核电荷数的增大,卤族元素非金属性逐渐减弱,电负性逐渐减小,故D错误。
5.反应SO2+PCl5SOCl2+POCl3可用于制备染料中间体亚硫酰氯(SOCl2)。下列说法正确的是( )
[A] 半径大小:r(P)
[B] 电负性大小:χ(P)<χ(S)<χ(Cl)
[C] 电离能大小:I1(P)[D] 酸性强弱:H3PO4【答案】 B
【解析】 同一周期主族元素从左到右,随着原子序数的增大,原子半径逐渐减小,所以半径大小:r(P)>r(S)>r(Cl),故A错误;同一周期主族元素从左到右,元素电负性逐渐增大,电负性大小:χ(P)<χ(S)<χ(Cl),故B正确;同一周期主族元素从左到右,元素的第一电离能呈增大的趋势,但第ⅡA族、第ⅤA族元素的第一电离能大于同周期相邻元素的第一电离能,电离能大小:I1(S)6.锂是密度最小的金属,可用于原子反应堆、制轻合金及电池等。下列锂原子的电子轨道表示式的对应状态,能量由低到高的顺序是( )
[A] ④①②③ [B] ③②①④
[C] ④②①③ [D] ①②③④
【答案】 A
【解析】 基态锂原子的核外电子排布式为1s22s1,已知能量高低为1s<2s<2p,故①是1s上的1个电子跃迁到了2s上,②是 1s上的2个电子跃迁到了2p上,③是1s上的2个电子跃迁到了2p上且在同一轨道中,根据洪特规则可知,其能量高于②,④ 为基态原子,能量最低,故能量由低到高的顺序为④①②③。
7.如图所示,在物体内部,原子核表面生成光子的过程称作原子核“长毛”,由于原子核与核外电子及周围粒子的相互作用,原子核表面的“毛发”易脱落而成为一个自由态光子,这就是我们通常观察到的运动光子。从原子核脱落的光子,通常和核外电子一样围绕原子核运动,称作束缚态光子。下列说法错误的是( )
[A] 电子能级跃迁后的状态为原子的激发态
[B] 光子的能量不同,获得的光谱图也不同
[C] 光子和电子一样,都只能绕原子核运动
[D] 电子能级跃迁前的状态到电子能级跃迁后的状态得到的光谱为原子吸收光谱
【答案】 C
【解析】 自由态光子不是只能绕原子核运动,C错误。
8.下列关于元素周期表说法正确的是( )
[A] 除ds区外,各区的名称来自按照构造原理最后填入电子的能级的符号
[B] 最外层电子数为2的元素都分布在s区
[C] 第二周期元素中,第一电离能介于B、N之间的有1种元素
[D] 第四周期的金属元素从左到右,元素的金属性依次减弱
【答案】 A
【解析】 最外层电子数为2的元素不都分布在s区,如He在p区,Sc、Ti、V、Mn、Fe、Co、Ni等在d区,B错误;同一周期从左到右,元素的第一电离能呈增大趋势,第ⅡA族与第ⅢA族、第ⅤA族与第ⅥA族之间反常,故第二周期元素中,第一电离能介于B、N之间的有Be、C、O 3种元素,C错误;同一周期主族元素的金属性从左往右依次减弱,但副族元素不符合这一规律,故第四周期的主族金属元素从左到右,元素的金属性依次减弱,副族元素不一定,如Zn>Fe,D错误。
9.前四周期主族元素X、Y、Z、W的原子序数依次增大,X原子的最外层电子数是次外层的2倍,基态Y原子的价层电子排布式为2s22p4,Z是第四周期主族元素中原子半径最大的元素,W与X同主族。下列说法不正确的是( )
[A] XY2的电子式为
[B] X的基态原子的轨道表示式:
[C] Z2Y2中阴、阳离子的个数比为1∶2
[D] W的单质可作半导体材料
【答案】 A
【解析】 前四周期主族元素X、Y、Z、W原子序数依次增大,X原子的最外层电子数是次外层的2倍,则X为C;基态Y原子的价层电子排布式为2s22p4,则Y为O;Z是第四周期主族元素中原子半径最大的元素,则Z为K;W与X同主族,则W为Ge。二氧化碳是含有碳氧双键的共价化合物,电子式为,故A错误;碳元素的原子序数为6,基态原子的电子排布式为1s22s22p2,轨道表示式为,故B正确;过氧化钾是离子化合物,化合物中过氧根离子和钾离子的个数比为1∶2,故C正确;锗元素位于元素周期表中金属元素和非金属元素分界线附近,单质可作半导体材料,故D正确。
10.粒子X和Y,肯定属于同族元素且化学性质相似的是( )
[A] 原子核外电子排布式:X为1s22s2,Y为1s2
[B] 结构示意图:X为,Y为
[C] X基态原子2p轨道上有1对成对电子,Y基态原子3p轨道上有1对成对电子
[D] X基态原子2p轨道上有1个未成对电子,Y基态原子3p轨道上有1个未成对电子
【答案】 C
【解析】 X原子核外电子排布式为1s22s2,在第ⅡA族,Y原子核外电子排布式为1s2,在0族,故A不符合题意;X是Ne,Y是Na+,不在同族,故B不符合题意;X基态原子2p轨道上有1对成对电子,为O,Y基态原子3p轨道上有1对成对电子,为S,属于同族元素,化学性质相似,故C符合题意;X基态原子2p轨道上有1个未成对电子,可能是硼原子或氟原子,Y基态原子3p轨道上有1个未成对电子,可能是铝原子或氯原子,故D不符合题意。
11.元素周期表前四周期元素的一部分如图所示,X、Y、Z、M均为主族元素,其中M元素原子的最外层电子数为其次外层电子数的。下列说法错误的是( )
[A] 第一电离能:Z>M
[B] 电负性:Y>M>Z
[C] 离子半径:X->Y2-
[D] Y元素基态原子的简化电子排布式:[Ne]3s23p4
【答案】 C
【解析】 X、Y、Z、M均为主族元素,其中M元素原子的最外层电子数为其次外层电子数的,则M的原子结构示意图为,为第四周期第ⅥA族元素,为Se,则Z为As,Y为S,X为F。由分析可知,Z为As,M为Se,同一周期从左往右,元素的第一电离能呈增大趋势,第ⅤA族元素的第一电离能大于其相邻元素,故As>Se,即Z>M,A正确;由分析可知,Y为S、M为Se、Z为As,同一周期从左往右,元素电负性依次增大,同一主族从上往下,元素电负性依次减小,故电负性S>Se>As即Y>M>Z,B正确;由分析可知,X为F,Y为S,一般电子层数越多,离子半径越大,故离子半径S2->F-即X-12.金属Na溶解于液氨中形成蓝色溶液:Na+(x+y)NH3Na(NH3+e(NH3,蓝色是由于生成了氨合电子e(NH3(强还原剂);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-。下列说法正确的是( )
[A] 粒子半径:Na-[B] 第一电离能I1∶H->Na-
[C] e(NH3易得电子
[D] 还原性:Na-【答案】 B
【解析】 Na-核外有3个电子层,Mg核外也有三个电子层,Mg核电荷数大,吸引力大,半径Na->Mg,A错误;H-的1s轨道上有2个电子,1s离核近,不易失去电子,第一电离能I1大,B正确;e(NH3具有强还原性,易失电子,C错误;Na-的半径比Na的半径大,受核吸引力小,易失电子,故Na-的还原性比Na的强,D错误。
13.下表是a、b、c、d、e五种短周期元素的某些性质,下列判断正确的是( )
元素 a b c d e
最低化合价 -4 -2 -1 -2 -1
电负性 2.5 2.5 3.0 3.5 4.0
[A] c、d、e的简单气态氢化物的热稳定性:c>d>e
[B] 元素a的原子最外层轨道中无自旋状态相同的电子
[C] 元素b、c之间不可能形成化合物
[D] 与元素b同周期且第一电离能最小的元素的单质能与H2O发生置换反应
【答案】 D
【解析】 根据电负性和最低化合价,推知a为C、b为S、c为Cl、d为O、e为F。c、d、e的简单气态氢化物分别为HCl、H2O、HF,热稳定性HF>H2O>HCl,故A错误;元素a的原子最外层电子排布式为2s22p2,2p能级上的两个电子分占两个原子轨道且自旋状态相同,故B错误;S的最外层有6个电子,Cl的最外层有7个电子,它们之间可形成S2Cl2等化合物,故C错误;Na能与H2O发生置换反应生成NaOH和H2,故D正确。
14.某种化合物(如图)由W、X、Y、Z四种短周期元素组成,其中W、Y、Z分别位于三个不同周期,Y原子核外最外层电子数是W原子核外最外层电子数的两倍;元素W、X、Y的简单离子的核外电子排布相同。下列说法正确的是( )
[A] 原子半径:W[B] 简单离子的氧化性:W[C] X与Y、Y与Z均可形成具有漂白性的化合物
[D] W元素只能形成离子化合物
【答案】 C
【解析】 Y原子核外最外层电子数是W原子核外最外层电子数的两倍,W、Y、Z分别位于三个不同周期,则Z为氢元素;Y能够形成2个共价单键,则Y最外层含有6个电子,结合元素W、X、Y的简单离子的核外电子排布相同可知,Y为氧元素,W为铝元素;根据题图化合物的结构可知,X为钠元素。原子核外电子层数越多,原子半径越大,同一周期元素从左到右,原子半径逐渐减小,则原子半径:ZX,故B错误;Na与O形成的过氧化钠、O与H形成的过氧化氢都是强氧化剂,具有漂白性,故C正确;Al可以形成共价化合物AlCl3,故D错误。
二、非选择题:本题共4小题,除标注外每空2分,共58分。
15.(18分)嫦娥五号返回器带回月球土壤样品。研究发现,月球土壤样品中存在含铁、金、银、铅、锌、铜等元素的矿物颗粒。请回答下列问题。
(1)基态铁原子的价层电子排布式为 ,在元素周期表中的位置为 ,基态Fe2+与Fe3+中未成对电子数之比为 。
(2)写出基态硅原子的电子轨道表示式: ,其中最高能级轨道电子云轮廓图的形状为 。
(3)碳、氮和氧3种元素第一电离能由小到大的顺序为 (填元素符号,下同),碳、氮和氧3种元素的电负性最大的是 。
(4)分析Cu、Zn的核外电子排布,推测Cu的第二电离能I2 (填“大于”“小于”或“等于”)Zn的第二电离能I2。
(5)资料显示:N的电负性略大于Cl的;NCl3可溶于水发生水解反应。试写出NCl3可能的水解方程式: 。
【答案】 (1)3d64s2 第四周期第Ⅷ族 4∶5
(2) 哑铃形
(3)C(4)大于 (5)NCl3+3H2O3HClO+NH3(或NCl3+4H2O3HClO+NH3·H2O)
【解析】 (1)Fe是26号元素,根据构造原理可知基态铁原子的核外电子排布式是1s22s22p63s23p63d64s2,则其价层电子排布式为3d64s2;在元素周期表中的位置为第四周期第Ⅷ族;基态Fe2+是铁原子失去最外层的2个4s电子形成的,则Fe2+核外电子排布式是1s22s22p63s23p63d6,其未成对电子数是4;基态Fe3+是Fe2+再失去1个3d电子形成的,Fe3+的核外电子排布式是1s22s22p63s23p63d5,未成对电子数是5,故基态Fe2+与Fe3+中未成对电子数之比为4∶5。
(2)硅元素是元素周期表中第14号元素,基态硅原子的轨道表示式为
,具有最高能量的电子所处能级符号为3p,该能级轨道电子云轮廓图形状为哑铃形。
(3)同周期元素从左到右,第一电离能呈增大趋势,C、N、O位于第二周期,由于N的2p轨道为半充满的稳定结构,O的第一电离能比N的小,因此它们的第一电离能由小到大的顺序为C(4)Cu是29号元素,基态铜原子核外电子排布式是1s22s22p63s23p63d104s1,其第二电离能是由1s22s22p63s23p63d10再失去1个电子变为1s22s22p63s23p63d9,由于最高能级轨道电子处于全满、半满或全空时是稳定结构,因此从稳定的1s22s22p63s23p63d10再失去1个电子变为不稳定的1s22s22p63s23p63d9,电离就会消耗很多的能量,即Cu的第二电离能较大;而基态锌原子的核外电子排布式是1s22s22p63s23p63d104s2,其第二电离能是由1s22s22p63s23p63d104s1失去1个电子变为稳定的1s22s22p63s23p63d10,其电离消耗能量比较少,即Zn第二电离能比较小,所以Cu的第二电离能I2大于Zn的第二电离能I2。
(5)根据资料推断,NCl3可能的水解方程式为NCl3+3H2O3HClO+NH3或NCl3+4H2O3HClO+NH3·H2O。
16.(16分)化合物X是一种维生素,对维持人体基本机能具有重要作用。化合物X由元素A、D、E、G、M、Q组成,它们是原子序数依次增大的前四周期元素,相关信息如下:
元素 信息
A 核外电子只有一种自旋取向
D 基态原子价层电子排布式为nsnnpn
E 基态原子中的未成对电子数是同周期中最多的
G 基态原子有8个不同运动状态的电子
M 与E为同主族元素
Q 在化合物X中呈+3价,Q3+与Fe2+具有相同的核外电子排布
(1)A的元素符号为 。
(2)D在元素周期表中的位置为 。
(3)第一电离能:E>G,从基态原子的核外电子排布角度解释原因: (3分)。
(4)E、M的最高价氧化物对应的水化物的酸性:E (填“>”或“<”)M,并从元素周期律角度解释原因: (3分)。
(5)Q处于元素周期表中的 (填“s”“p”“d”或“ds”)区,基态Q3+的价层电子排布式为 。
【答案】 (1)H
(2)第二周期第ⅣA族
(3)N的2p轨道为半满较稳定结构,其第一电离能大于相邻元素的第一电离能
(4)> N、P位于同主族,同主族元素从上到下非金属性减弱,对应最高价含氧酸的酸性减弱
(5)d 3d6
【解析】 A、D、E、G、M、Q为原子序数依次增大的前四周期元素,A的核外电子只有一种自旋取向,A为H;D的基态原子价层电子排布式为nsnnpn,n只能为2,D为C;G的基态原子有8个不同运动状态的电子,其电子排布式为1s22s22p4,G为O;E的基态原子中的未成对电子数是同周期中最多的,结合原子序数可知,其电子排布式为1s22s22p3,E为N;M与E为同主族元素,M为P;Q在化合物X中呈+3价,Q3+与Fe2+具有相同的核外电子排布,Q的电子排布式为1s22s22p63s23p63d74s2,Q为Co;由上述分析可知,A为H、D为C、E为N、G为O、M为P、Q为Co。
(1)A的元素符号为H。
(2)D为C,其在元素周期表中的位置为第二周期第ⅣA族。
(3)第一电离能N>O,从基态原子的核外电子排布角度解释原因为N的2p轨道为半满较稳定结构,其第一电离能大于相邻元素的第一电离能。
(4)N、P的最高价氧化物对应的水化物的酸性N>P,从元素周期律角度解释原因为N、P位于同主族,同主族元素从上到下非金属性减弱,对应最高价含氧酸的酸性减弱。
(5)Q为Co,其电子排布式为1s22s22p63s23p63d74s2,则Co处于元素周期表中的d区,基态Q3+的价层电子排布式为3d6。
17.(13分)元素周期表前四周期有B、C、D、E四种元素,B元素原子的价层电子排布式为ns2np2,C元素位于第二周期且原子中p能级与s能级电子总数相等,D元素原子的M能层的p能级中有3个未成对电子,E元素原子有5个未成对电子。
(1)(每空1分)写出元素名称。
C ,D ,E 。
(2)C元素基态原子的电子排布图为 。
(3)当n=2时,B的最简单气态氢化物的电子式为 ,BC2分子的结构式是 ;
当n=3时,B与C形成的化合物与氢氧化钠溶液反应的离子方程式是 。
(4)E元素原子的价层电子排布式是 。
【答案】 (1)氧 磷 锰
(2)
(3) OCO
SiO2+2OH-Si+H2O
(4)3d54s2
【解析】 由题干信息可知,B元素原子的价层电子排布式为ns2np2,则B为第ⅣA族元素;C元素位于第二周期且原子中p能级与s能级电子总数相等,则C元素为氧元素;D元素原子的M能层的p能级中有3个未成对电子,则D元素为磷元素;E元素原子有5个未成对电子,则E元素为25号元素锰元素。
(3)当n=2时,B元素为碳元素,则B元素的最简单气态氢化物的电子式为,CO2的结构式是OCO;当n=3时,B元素为硅元素,SiO2与氢氧化钠溶液反应的离子方程式是SiO2+2OH-Si+H2O。
(4)由分析可知,E元素是锰元素,原子序数为25,位于元素周期表第四周期第ⅦB族,所以价层电子排布式为3d54s2。
18.(11分)FeS2是具有重要发展前景的二次电池电极材料。某科研团队通过研究实现了镁电池FeS2正极材料的稳定储镁。回答下列问题。
(1)铁元素在周期表中的位置是 ,其基态原子核外电子有 种空间运动状态。
(2)原子中的电子有两种相反的自旋状态,若一种自旋状态用+表示,与之相反的用-表示,称为电子的自旋磁量子数。对于基态的硫原子,其价层电子自旋磁量子数的代数和为 。
(3)依据第三周期元素第一电离能的变化规律,参照如图Mg、S的位置,用小黑点标出Al、Si、P三种元素的相对位置。
(4)Fe3+比Co3+氧化性更 (填“强”或“弱”,1分),从结构上分析,其原因是 。
【答案】 (1)第四周期第Ⅷ族 15
(2)+1或-1
(3)
(4)弱 Fe3+的基态价层电子排布式为3d5,Co3+的基态价层电子排布式为3d6,Fe3+具有半充满结构,而Co3+不具有半充满结构,因此Fe3+的氧化性比Co3+的弱
【解析】 (1)Fe为26号元素,位于第四周期第Ⅷ族;基态Fe的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2,则其基态原子核外电子有15种空间运动状态。
(2)基态硫原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p4,其中1s、2s、2p、3s轨道的电子自旋状态相反,自旋磁量子数的代数和为0,根据洪特规则可知,其3p轨道有3个电子的自旋状态相同、1个不同,因此基态硫原子的价层电子自旋磁量子数的代数和为+1或-1。
(3)第三周期元素的第一电离能随原子序数的增加而呈增大趋势,但Mg比Al、P比S的第一电离能要高,据此可标出Al、Si、P三种元素的相对位置。
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一、原子结构及核外电子排布规律
思考1.如何比较不同能层中同一能级的能量 同一能层中,各能级之间的能量大小有怎样的关系
提示:不同能层中的同一能级,能层序数越大,能量越高。同一能层中,各能级之间的能量大小关系是s思考2.钠原子第三能层只有3s能级填充电子,是否可以说钠原子第三能层只有3s能级 钠原子有3个能层填充电子,是否可以说钠原子只有3个能层
提示:不可以;钠原子第三能层有3s、3p、3d能级,只有3s能级填充电子,3p、3d能级没有电子。不可以;钠原子具有若干能层,但只有K、L、M 3个能层填充电子,其他能层没有电子。
思考3.为什么K的原子结构示意图不是,而是 呢
提示:由于出现能级交错现象,K排满第一层和第二层后,在排第三层时,先排满3s能级、3p能级,最后一个电子进入4s能级而不是3d能级,所以它
的原子结构示意图为。
思考4.所有原子和核外电子排布都遵循构造原理吗
提示:不是。构造原理是根据光谱事实总结的一般规律,适用于绝大多数原子。
思考5.写出Fe的原子结构示意图、24号铬元素原子的电子排布式、N的基态原子电子排布图(轨道表示式)。
提示:Fe的原子结构示意图为;24号铬元素原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s1;N的基态原子电子排布图为。
思考6.写出14号元素的简化电子排布式;50号元素与14号元素同主族,写出其价层电子排布式。
提示:14号元素Si的简化电子排布式为[Ne]3s23p2;50号元素的价层电子排布式为5s25p2。
二、元素周期表和元素周期律
思考7.元素周期表划分区的依据是什么
提示:元素周期表划分区的依据是原子的价层电子排布。
思考8.s区、p区、d区元素最后填入的电子的能级符号分别是什么
提示:s区、p区、d区元素最后填入的电子的能级符号分别是ns、np、nd。
思考9.原子序数1～36的某元素基态原子的最外层电子排布式为ns2,该元素可能属于哪一族
提示:0族(He)、第ⅡA族、第ⅡB族、第ⅢB族、第ⅣB族、第ⅤB族、第ⅦB族、第Ⅷ族。
思考10.已知A的原子半径大于B的原子半径,那么A的离子半径一定大于B的离子半径吗
提示:不一定,原子半径与离子半径大小不同,有时可能出现相反的结果,如原子半径Na>F,而离子半径Na+思考11.某元素位于周期表中第四周期第ⅤA族,你能否据此写出该元素的价层电子排布式、电子排布式
提示:元素的价层电子排布式为4s24p3,电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p3。
思考12.价层电子排布式为5s25p1的元素,在元素周期表中处于什么位置 据此分析元素的价层电子排布与元素在周期表中的位置有何关系。
提示:位于第五周期第ⅢA族。元素能级中最高能层序数=周期序数,主族元素原子的价层电子数=该元素在元素周期表中的主族序数。
思考13.第ⅡA族元素和第ⅤA族元素第一电离能的反常现象如何解释
提示:一般地,同周期元素从左到右,第一电离能逐渐增大,但第ⅡA族元素第一电离能大于同周期第ⅢA族元素,第ⅤA族元素第一电离能大于同周期第ⅥA族元素。因为第ⅡA族元素的价电子层s轨道全满、p轨道是全空结构,第ⅤA族元素的价电子层p轨道是半充满结构,它们都比较稳定,所以第一电离能Be比B大,N比O大,Mg比Al大,P比S大。
考点一 原子的核外电子排布
1.(1)(2024·北京卷)Sn位于元素周期表的第五周期第 ⅣA族。将Sn的基态原子最外层轨道表示式补充完整。
(2)(2024·山东卷)Mn在元素周期表中位于第 周期第 族;同周期中,基态原子未成对电子数比Mn多的元素是 (填元素符号)。
(3)(2024·全国甲卷)第ⅣA族元素具有丰富的化学性质,其化合物有着广泛的应用。该族元素基态原子核外未成对电子数为 ,在与其他元素形成化合物时,呈现的最高化合价为 。
(4)(2024·重庆卷)已知基态Ru的核外电子排布式为[Kr]4d75s1,则Ru在元素周期表中位于第 周期第 族。
【答案】 (1)
(2)四 ⅦB Cr
(3)2 +4
(4)五 Ⅷ
【解析】 (1)Sn位于元素周期表的第五周期第ⅣA族,其基态原子的价层电子排布式为5s25p2,所以其轨道表示式为。
(2)Mn的原子序数为25,位于元素周期表第四周期第ⅦB族;基态Mn的电子排布式为[Ar]3d54s2,未成对电子数为5,同周期中,基态原子未成对电子数比Mn多的元素是Cr,基态Cr的电子排布式为[Ar]3d54s1,有6个未成对电子。
(3)第ⅣA族元素基态原子的价层电子排布式为ns2np2,其核外未成对电子数为2,因最外层电子数均为4,所以在与其他元素形成化合物时,呈现的最高化合价为+4。
(4)根据Ru的核外电子排布式为[Kr]4d75s1可知,Ru在周期表中的位置是第五周期第Ⅷ族。
2.(2021·全国乙卷,节选)过渡金属元素铬(Cr)是不锈钢的重要成分,在工农业生产和国防建设中有着广泛应用。对于基态Cr原子,下列叙述正确的是 (填字母)。
A.轨道处于半充满时体系总能量低,核外电子排布应为[Ar]3d54s1
B.4s电子能量较高,总是在比3s电子离核更远的地方运动
C.电负性比钾高,原子对键合电子的吸引力比钾大
【答案】 AC
【解析】 轨道处于半充满状态时体系总能量低,基态Cr原子核外电子排布式为[Ar]3d54s1,A正确;由量子力学的基本理论可知,4s轨道的电子也会出现在离核较近的位置,B错误;铬的电负性比钾的大,对键合电子的吸引力比钾的大,C正确。
3.按要求回答下列问题。
(1)(2023·北京卷)基态S价层电子排布式是 。
(2)(2023·全国乙卷)基态Fe的价层电子排布式为 。
(3)(2022·湖南卷)基态Se的核外电子排布式为[Ar] 。
(4)(2022·广东卷)Se与S同族,基态硒原子价层电子排布式为 。
(5)(2022·山东卷)基态Ni的价层电子排布式为 ,在元素周期表中位置为 。
(6)(2022·全国甲卷)基态F的价层电子排布图(轨道表示式)为 。
(7)(2022·全国乙卷)氟原子激发态的电子排布式有 ,其中能量较高的是 。(填字母)
a.1s22s22p43s1 b.1s22s22p43d2
c.1s22s12p5 d.1s22s22p33p2
(8)(2021·河北卷)在KH2PO4的四种组成元素各自所能形成的简单离子中,核外电子排布相同的是 (填离子符号)。
(9)(2021·湖南卷)基态硅原子最外层的电子排布图为 。
【答案】 (1)3s23p4
(2)3d64s2
(3)3d104s24p4
(4)4s24p4
(5)3d84s2 第四周期第Ⅷ族
(6)
(7)ad d
(8)K+、P3-
(9)
【解析】 (1)S是第三周期第ⅥA族元素,基态S价层电子排布式为3s23p4。
(2)Fe为26号元素,基态Fe的价层电子排布式为3d64s2。
(3)硒元素的原子序数为34,基态Se的核外电子排布式为[Ar]3d104s24p4。
(4)S属于第三周期第ⅥA族,价层电子排布式为3s23p4,硒位于第四周期第ⅥA族,则基态硒原子价层电子排布式为4s24p4。
(5)Ni是28号元素,故基态Ni的价层电子排布式为3d84s2,在元素周期表中第四横行第10纵列即位于第四周期第Ⅷ族。
(6)基态F的价层电子排布式为2s22p5,则其价层电子排布图为。
(7)F的原子序数为9,其基态原子电子排布式为1s22s22p5,根据电子总数可知,a、d正确;而同一原子3p能级的能量比3s能级的能量高,因此能量最高的是1s22s22p33p2,故选d。
(8)K+和P3-的结构示意图分别为和,二者核外电子排布相同。
考点二 元素周期律的综合考查
4.(2024·江苏卷)明矾[KAl(SO4)2·12H2O]可用作净水剂。下列说法正确的是( )
[A] 半径:r(Al3+)>r(K+)
[B] 电负性:χ(O)>χ(S)
[C] 沸点:H2S>H2O
[D] 碱性:Al(OH)3>KOH
【答案】 B
【解析】 Al3+有2个电子层,而K+有3个电子层,因此,K+的半径较大,A错误;同一主族的元素,其电负性从上到下依次减小,O和S都是第ⅥA族的元素,氧元素的电负性较大,B正确;虽然H2S的相对分子质量较大,但是H2O分子间可形成氢键,因此H2O的沸点较高,C错误;元素的金属性越强,其最高价氧化物对应水化物的碱性越强,K的金属性强于Al的,因此KOH的碱性较强,D错误。
5.(2020·山东卷)短周期主族元素X、Y、Z、W的原子序数依次增大,基态X原子的电子总数是其最高能级电子数的2倍,Z可与X形成淡黄色化合物Z2X2,Y、W最外层电子数相同。下列说法正确的是( )
[A] 第一电离能:W>X>Y>Z
[B] 简单离子的还原性:Y>X>W
[C] 简单离子的半径:W>X>Y>Z
[D] 氢化物水溶液的酸性:Y>W
【答案】 C
【解析】 根据Z与X可形成淡黄色化合物Z2X2,即该化合物为Na2O2,结合原子序数关系可知,X为氧元素,Z为钠元素;基态O原子核外有8个电子,是最高能级2p上排布的电子数的2倍;由原子序数关系可知Y为氟元素,则与其同主族的W为氯元素。根据第一电离能递变规律,可知其相对大小顺序为F>O>Cl>Na,A项错误;根据非金属性为F>O>Cl,可知简单离子的还原性为Cl->O2->F-,B项错误;根据离子半径的变化规律,可知简单离子半径为Cl->O2->F->
Na+,C项正确;氢化物水溶液的酸性为HF6.(2022·辽宁卷)短周期元素X、Y、Z、W、Q原子序数依次增大。基态X、Z、Q原子均有两个单电子,W简单离子在同周期离子中半径最小,Q与Z同主族。下列说法错误的是( )
[A] X能与多种元素形成共价键
[B] 简单氢化物沸点:Z[C] 第一电离能:Y>Z
[D] 电负性:W【答案】 B
【解析】 短周期元素X、Y、Z、W、Q原子序数依次增大,W简单离子在同周期离子中半径最小,说明W为第三周期元素Al。短周期元素的基态原子中有两个单电子,可分类讨论,①为第二周期元素时,最外层电子排布为2s22p2或2s22p4,即C或O;②为第三周期元素时,最外层电子排布为3s23p2或3s23p4,即Si或S。Q与Z同主族,结合原子序数大小关系可知,X、Z、Q分别为C、O和S,则Y为N。X为C,能与多种元素(H、O、N、P、S等)形成共价键,A正确;Z和Q形成的简单氢化物为H2O和H2S,由于H2O分子间能形成氢键,故H2O的沸点高于H2S的,B错误;Y为N,Z为O,N的最外层p轨道电子为半充满结构,比较稳定,故第一电离能N比O大,C正确;W为Al,Z为O,O的电负性更大,D正确。
7.(2023·湖南卷)日光灯中用到的某种荧光粉的主要成分为3W3(ZX4)2·WY2。已知:X、Y、Z和W为原子序数依次增大的前20号元素,W为金属元素。基态X原子s轨道上的电子数和p轨道上的电子数相等,基态X、Y、Z原子的未成对电子数之比为2∶1∶3。下列说法正确的是( )
[A] 电负性:X>Y>Z>W
[B] 原子半径:X[C] Y和W的单质都能与水反应生成气体
[D] Z元素最高价氧化物对应的水化物具有强氧化性
【答案】 C
【解析】 根据题中所给的信息,基态X原子s轨道上的电子数与p轨道上的电子数相等,可以推测X为O或Mg,由题给化学式可知,X主要形成的是酸根离子,则X为O;基态X原子中未成对电子数为2,则Y的未成对电子数为1,因X、Y、Z、W的原子序数依次增大,故Y可能为F、Na、Cl,因W为金属元素且题给化学式中Y与W化合,故Y为F或Cl;Z原子的未成对电子数为3,且其原子序数大于Y,故Y应为F、Z应为P;由题给化学式可知W为+2价元素,故其为Ca;综上所述,X、Y、Z、W四种元素分别为O、F、P、Ca。同一周期元素从左到右,电负性依次增大,同一主族元素从上到下,电负性依次减小,故四种元素的电负性大小为Y>X>Z>W,A错误;同周期主族元素原子半径从左到右依次减小,同主族元素原子半径从上到下依次增大,故四种元素的原子半径大小为Y8.(1)(2024·浙江6月选考,节选)下列有关单核粒子的描述正确的是 (填字母,下同)。
A.Ar的基态原子电子排布方式只有一种
B.Na的第二电离能>Ne的第一电离能
C.Ge的基态原子简化电子排布式为[Ar]4s24p2
D.Fe变成Fe+,优先失去3d轨道上的电子
(2)(2024·浙江1月选考,节选)下列说法正确的是 。
A.电负性:B>N>O
B.离子半径:P3-C.第一电离能:GeD.基态Cr2+的简化电子排布式:[Ar] 3d4
【答案】 (1)AB (2)CD
【解析】 (1)根据原子核外电子排布规律知,基态氩原子的电子排布方式只有1s22s22p63s23p6一种,A项正确;Na的第二电离能指气态基态Na+失去一个电子转化为气态基态正离子所需的最低能量,Na+和Ne具有相同的电子层结构,Na+的核电荷数大于Ne的,Na+的原子核对外层电子的引力大于Ne的,故Na的第二电离能>Ne的第一电离能,B项正确;Ge的原子序数为32,基态Ge的简化电子排布式为[Ar]3d104s24p2,C项错误;基态Fe的价层电子排布式为3d64s2,Fe变成Fe+,优先失去4s轨道上的电子,D项错误。
(2)同一周期元素从左到右,电负性依次增大,故电负性大小为O>N>B,A错误;核外电子排布相同,核电荷数越大,离子半径越小,故离子半径大小为P3->S2->Cl-,B错误;同一周期元素从左到右,第一电离能呈增大的趋势,第ⅤA族和第ⅥA族相反,故第一电离能大小为Ge9.按要求回答下列问题。
(1)(2023·全国乙卷)中国第一辆火星车“祝融号”成功登陆火星。探测发现火星上存在大量橄榄石矿物(MgxFe2-xSiO4)。橄榄石中,各元素电负性大小顺序为 ,铁的化合价为 。
(2)(2023·北京卷)比较S和O的第一电离能大小,从原子结构的角度说明理由: 。
(3)(2022·全国甲卷)图a、b、c分别表示C、N、O和F的逐级电离能I变化趋势(纵坐标的标度不同)。第一电离能的变化图是 (填标号),判断的根据是 ;
第三电离能的变化图是 (填标号)。
(4)(2021·福建卷)N、O、S的第一电离能(I1)大小为I1(N)>I1(O)>I1(S),原因是 。
(5)(2020·全国Ⅰ卷)Li及其周期表中相邻元素的第一电离能(I1)如表所示。I1(Li)>I1(Na),原因是 。
I1(Be)>I1(B)>I1(Li),原因是 。
I1/(kJ·mol-1)
Li 520 Be 900 B 801
Na 496 Mg 738 Al 578
(6)(2020·全国Ⅲ卷)H、B、N中,原子半径最大的是 。根据对角线规则,B的一些化学性质与元素 的相似。
(7)(2020·江苏卷)C、N、O元素的第一电离能由大到小的顺序为 。
【答案】 (1)O>Si>Fe>Mg +2
(2)I1(O)>I1(S),氧原子半径小,原子核对最外层电子的吸引力大,不易失去一个电子
(3)图a 同一周期元素的第一电离能从左到右总体趋势是依次升高的,但由于N的2p能级为半充满状态,相对较稳定,因此N的第一电离能较C、O两种元素的高 图b
(4)N原子2p轨道半充满,比相邻的O原子更稳定,更难失电子;O和S同主族,S原子半径大于O原子,更易失去电子
(5)Na与Li同族,Na电子层数多,原子半径大,易失电子 Li、Be、B同周期,核电荷数依次增加。Be为1s22s2全充满稳定结构,第一电离能最大。与Li相比,B核电荷数大,原子半径小,较难失去电子,第一电离能较大
(6)B Si(硅)
(7)N>O>C
【解析】 (1)元素的金属性越强,其电负性越小,元素的非金属性越强,则其电负性越大,因此,橄榄石(MgxFe2-xSiO4)中,各元素电负性大小顺序为O>Si>Fe>Mg;因为MgxFe2-xSiO4中Mg、Si、O的化合价分别为+2、+4和-2,根据化合物中各元素的化合价的代数和为0,可以确定铁的化合价为+2。
(2)S和O为同主族元素,O原子核外有2个电子层,S原子核外有3个电子层,O原子半径小,原子核对最外层电子的吸引力大,不易失去 1个电子,即O的第一电离能大于S的第一电
离能。
(3)C、N、O、F四种元素在同一周期,同一周期元素的第一电离能从左向右总体趋势是依次升高的,但由于N的2p能级为半充满状态,因此N的第一电离能较C、O两种元素的高,因此C、N、O、F四种元素的第一电离能从小到大的顺序为C(4)N、O、S的第一电离能(I1)大小为I1(N)>I1(O)>I1(S),原因是相同电子层数的原子,N的核外电子排布式是1s22s22p3,p轨道处在半充满状态,比较稳定,原子核对核外电子的束缚作用较强,较难失去第一个电子,第一电离能N大于O;O和S是同一主族元素,O的半径较小,原子核对核外电子的束缚作用较强,较难失去第一个电子,第一电离能O大于S。故第一电离能(I1)大小为I1(N)>I1(O)>I1(S)。
(5)同主族元素从上到下,原子半径逐渐增大,第一电离能逐渐减小,所以I1(Li)>I1(Na);同周期元素从左到右,第一电离能呈现增大的趋势,但由于第ⅡA族元素基态原子s能级轨道处于全充满的状态,能量更低,更稳定,所以其第一电离能大于同一周期第ⅢA族元素的,因此I1(Be)>I1(B)>I1(Li)。
(6)在所有元素中,H的半径是最小的,同一周期从左到右,主族元素原子半径依次减小,所以,H、B、N中原子半径最大的是B。B与Si在元素周期表中处于对角线的位置,根据对角线规则,B的一些化学性质与Si相似。
(7)同周期主族元素的第一电离能从左到右呈增大趋势,但第ⅤA族元素的第一电离能出现反常,所以C、N、O的第一电离能N>O>C。
(时间:30分钟 满分:72分)
(选择题1～12题,每小题3分,共36分)
(一)原子结构及核外电子排布规律
1.(2025·江苏四校开学考)土壤中的硝酸盐可通过其中的硫化物分解,其主要化学反应原理:
5K2S+8KNO3+4H2O4N2↑+5K2SO4+8KOH。下列表示相关粒子的化学用语正确的是( )
[A] 中子数为9的氮原子N
[B] KOH的电子式:
[C] S2-的结构示意图:
[D] 基态O的电子排布图:
【答案】 C
【解析】 中子数为9的氮原子,质量数为16,表示为N,A错误;KOH为离子化合物,电子式为 K+[]-,B错误;S2-的核电荷数为16,核外电子数为18,S2-的结构示意图为,C正确;基态O的电子排布图为,D错误。
2.(2025·江苏江阴某校月考)下列化学用语表述正确的是( )
[A] 在电子云图中,用小点表示绕核做高速圆周运动的电子
[B] p能级能量一定比s能级的能量高
[C] 电子从较低能级跃迁到较高能级将释放能量
[D] 镁原子由1s22s22p63s13p1→1s22s22p63s2时,原子释放能量,由激发态转化成基态
【答案】 D
【解析】 在电子云图中,用小点表示1s电子在原子核外出现的概率密度,小点越密,表示概率密度越大,故A错误;p能级能量不一定比s能级的能量高,如3s能级的能量高于2p能级的,故B错误;电子从较低能级吸收能量跃迁到较高能级,故C错误;镁原子由1s22s22p63s13p1→1s22s22p63s2时,由能量较高的激发态转化成能量较低的基态,原子会释放能量,故D正确。
3.(2024·河北承德月考)在下列元素的基态原子中,其最外电子层未成对电子数最多的是( )
[A] C [B] P
[C] Al [D] Si
【答案】 B
【解析】 C为6号元素,价层电子排布式为2s22p2,最外层有2个未成对电子;P为15号元素,价层电子排布式为3s23p3,最外层有3个未成对电子;Al为 13号元素,价层电子排布式为3s23p1,最外层有1个未成对电子;Si为14号元素,价层电子排布式为3s23p2,最外层有2个未成对电子;由上述分析可知,P的最外层未成对电子数最多,故选B。
4.(2024·天津实验中学月考)下列各项叙述不正确的是( )
[A] 若硫原子核外电子排布图为,则违反了泡利原理
[B] 若21号元素Sc的基态原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d3,则违反了构造原理
[C] 铍原子核外有4种运动状态不同的电子
[D] 原子的电子排布式由1s22s22p33s1→1s22s22p4能释放特定能量产生发射光谱
【答案】 A
【解析】 3p轨道应该尽可能分占不同的原子轨道,若硫原子核外电子排布图为
,违反了洪特规则,不是违反了泡利原理,故A错误;
1s22s22p63s23p63d3违反了构造原理,Sc的基态原子的电子排布式应该为1s22s22p63s23p63d14s2,故B正确;Be是4号元素,核外电子数为4,每个电子的运动状态都不同,故有4种运动状态不同的电子,故C正确;3s能级的能量大于2p能级的能量,原子的电子排布式由1s22s22p33s1→
1s22s22p4,由激发态转化为基态,所以能释放特定能量产生发射光谱,故D正确。
(二)元素周期表和元素周期律
5.具有下列价层电子排布的同周期元素原子中,第一电离能最小的是( )
[A] ns2np3 [B] ns2np4
[C] ns2np5 [D] ns2np6
【答案】 B
【解析】 ns2np3中np轨道处于半充满状态,ns2np6中np轨道处于全充满状态,均是能量较低的状态,不易失去电子;ns2np4和ns2np5相比,ns2np4更容易失去一个电子变成ns2np3,因此其第一电离能最小,故B项符合题意。
6.(2024·河南部分高中联考)下列说法正确的是( )
[A] 元素周期表每一周期元素原子的最外层电子排布均是从ns1过渡到ns2np6
[B] 元素周期表中可以把元素分成s、p、d、f四个区
[C] 最外层电子数为8的都是稀有气体元素的原子
[D] 元素周期表中第ⅢB族到第ⅡB族的10列元素都是金属元素,所以称为过渡金属元素
【答案】 D
【解析】 第一周期元素的最外层电子排布由1s1过渡到1s2,A错误;元素周期表共分成5个区,s区(ⅠA、ⅡA)、p区(ⅢA～ⅦA、0族)、d区(ⅢB～ⅦB、Ⅷ族)、ds区(ⅠB、ⅡB)、f区(镧系、锕系),B错误;最外层电子数为8的粒子可能是稀有气体元素原子,也可能是离子,比如Na+、F-等,C错误;元素周期表中第ⅢB族到第ⅡB族的元素称为过渡元素,又因这10列均为金属元素,所以又叫过渡金属元素,D正确。
7.(2024·湖南衡阳期末)主族元素X、Y、Z、R的原子序数依次增大,元素的某种性质递变规律如图所示。下列对应的元素和性质正确的是( )
[A] 原子半径:F、Cl、Br、I
[B] 电负性:O、S、Se、Te
[C] 第一电离能:Si、P、S、Cl
[D] 最高正化合价:C、N、O、F
【答案】 C
【解析】 根据图示知,随着原子序数递增,元素性质总体呈增大趋势,但是Y元素出现“反常”。F、Cl、Br、I的原子半径依次增大,与图像不符,A项不符合题意;O、S、Se、Te的电负性依次减小,与图像不符,B项不符合题意;Si、P、S、Cl的第一电离能呈增大趋势,但P的3p能级电子排布是半充满的,比较稳定,第一电离能高于相邻元素,与图像相符,C项符合题意;氧元素没有最高正化合价,氟元素没有正价,与图像不符,D项不符合题意。
8.(2025·江苏省扬州中学月考)短周期主族元素X、Y、Z、W的原子序数依次增大,X元素原子最外层电子数是内层的2倍,元素Y的核电荷数等于W原子的最外层电子数,金属元素Z的原子最外层电子数与最内层相同。下列说法正确的是( )
[A] 电负性:χ(X)>χ(Y)
[B] 最高价氧化物对应水化物的酸性:W>X
[C] 原子半径:r(Z)[D] X、W形成的化合物中有离子键
【答案】 B
【解析】 短周期主族元素X、Y、Z、W的原子序数依次增大,X元素原子最外层电子数是内层的2倍,则X为碳元素;金属元素Z的原子最外层电子数与最内层相同,则Z为镁元素;元素Y的核电荷数等于W原子的最外层电子数,短周期主族元素最外层电子数小于8,则Y元素的核电荷数小于8,大于6,则Y为氮元素,W为氯元素。同周期元素电负性从左到右依次增大,电负性:CC,则最高价氧化物对应水化物的酸性:W>X,B正确;电子层数越多,原子半径越大,同周期元素从左到右,原子半径逐渐减小,则原子半径:r(Z)>r(W),C错误;碳和氯形成的化合物中只有共价键,D错误。
综合应用
9.(2025·江苏泗阳县实验中学调研)2023年诺贝尔化学奖颁给合成量子点的三位科学家。量子点是一种重要的低维半导体材料,常由硅(Si)、磷(P)、硫(S)、硒(Se)等元素组成。下列说法正确的是( )
[A] 原子半径:r(Si)>r(S)>r(Se)
[B] 电负性:χ(Se)>χ(S)>χ(Si)
[C] 第一电离能:I1(P)>I1(S)>I1(Si)
[D] 氢化物的稳定性:H2Se>H2S>PH3
【答案】 C
【解析】 Si、P、S为同一周期元素,Se在S的下一周期,两者同主族。根据原子半径递变规律知,原子半径由大到小的顺序为r(Se)>r(Si)>r(S),故A错误;根据位置关系推知,S的电负性应该大于Se的,故B错误;根据同一周期第一电离能的递变规律,第ⅤA族出现反常,可知第一电离能:I1(P)>I1(S)>I1(Si),故C正确;H2S的稳定性强于H2Se的 ,故D错误。
10.元素处于基态时的气态原子获得一个电子成为-1价阴离子时所放出的能量叫作该元素的第一电子亲和能。-1价阴离子再获得一个电子的能量变化叫作第二电子亲和能。表中给出了几种元素或离子的电子亲和能数据:
元素 Li Na K O O- F
电子亲 和能/(kJ·mol-1) 59.8 52.7 48.4 141 -844.2 327.9
下列说法正确的是( )
[A] 电子亲和能越大,说明越难得到电子
[B] 一个基态的气态氟原子得到一个电子成为氟离子时吸收327.9 kJ的能量
[C] 氧元素的第二电子亲和能是 -844.2 kJ·mol-1
[D] 基态的气态氧原子得到两个电子成为O2-需要放出能量
【答案】 C
【解析】 根据表中数据知,元素得电子能力越强,其电子亲和能越大,所以电子亲和能越大说明越容易得到电子,故A错误;由题给信息可知,一个基态的气态氟原子得到一个电子成为氟离子时放出327.9 kJ的能量,故B错误;O-的电子亲和能就是氧元素的第二电子亲和能,所以氧元素的第二电子亲和能是-844.2 kJ· mol-1,故C正确;氧原子的电子亲和能为41 kJ·mol-1、O-的电子亲和能为-844.2 kJ·mol-1,氧元素的第一电子亲和能小于第二电子亲和能的绝对值,所以基态的气态氧原子得到两个电子成为O2-需要吸收能量,故D错误。
11.(2025·江苏泗阳县实验中学调研)短周期主族元素X、Y、Z、W原子序数依次增大,X的基态原子2p轨道中未成对电子数同周期最多,Y是地壳中含量最高的非金属元素,Z的基态原子3s轨道中只有1个电子,W与Y同主族。下列说法正确的是( )
[A] W的基态原子电子排布式为1s22s22p63s23p3
[B] 原子半径:r(W)>r(Z)>r(Y)
[C] 第一电离能:I1(X)>I1(Y)>I1(W)
[D] 简单氢化物的稳定性:W>Y
【答案】 C
【解析】 X、Y、Z、W为短周期中原子序数依次增大的四种主族元素,X的基态原子2p轨道中未成对电子数同周期最多,则X为N;Y是地壳中含量最高的非金属元素,则Y为O;Z的基态原子3s轨道中只有1个电子,则Z为Na;W与Y同主族,则W为S。硫的基态原子的电子排布式为1s22s22p63s23p4,A错误;电子层数越多,原子半径越大,电子层数相同时,核电荷数越大,原子半径越小,则原子半径:r(Na)>r(S)>r(O),B错误;同一主族元素随原子序数变大,第一电离能变小,同一周期元素随着原子序数变大,第一电离能呈增大趋势,N的2p轨道为半充满稳定状态,第一电离能大于同周期相邻元素,故C、N、O的第一电离能大小:N>O>S,C正确;元素非金属性越强,其简单氢化物稳定性越强,则简单氢化物的稳定性:H2O>H2S,D错误。
12.(2025·贵州贵阳一中月考)短周期主族元素X、Y、Z、M的原子序数依次增大,M的最高正化合价与最低负化合价的绝对值之差为4,Z的基态原子的2p轨道半充满,由这4种元素组成的一种分子的结构如图所示。下列说法错误的是( )
[A] 第一电离能:Y[B] 简单气态氢化物的热稳定性:Z>Y
[C] 原子半径:M[D] X与Z、M能形成离子化合物
【答案】 C
【解析】 短周期主族元素X、Y、Z、M的原子序数依次增大,Z的基态原子的2p轨道半充满,可知Z的核外电子排布式为1s22s22p3,Z的核外电子数为7,则Z为N;M的最高正化合价与最低负化合价的绝对值之差为4,且最高正化合价与最低负化合价绝对值之和为8,可知M的最高正价为 +6价,最低负价为-2价,则M为S;结合由这4种元素组成的一种分子的结构可知,X形成1个共价键,且X的原子序数小于Z(N)的,则X为H;Y均形成4个共价键,且原子序数小于Z(N)的,则Y为C。综上所述,X、Y、Z、M分别为H、C、N、S。N的2p能级处于半充满的稳定状态,其第一电离能大于同周期相邻元素,则第一电离能N>C,即YCH4,即Z>Y,B正确;Y为C,M为S,电子层数越多,原子半径越大,则原子半径:S>C,即M>Y,C错误;X为H,Z为N,M为S,则X与Z、M可形成离子化合物(NH4)2S或NH4HS,D正确。
13.(20分)(2025·江苏江阴月考)根据原子结构与性质的相关知识,回答下列问题。
(1)基态S的电子占据最高能层的符号是 ,最高能级的电子云轮廓图为 形。
(2)下列Li的电子排布图表示的状态中,能量最低和最高的分别为 、 (填字母)。
A B
C D
(3)根据元素周期律推断,原子半径:As (填“大于”或“小于”,下同)Se,电负性:As Se。
(4)元素铜与镍的第二电离能分别为ICu=1 958 kJ·mol-1,INi=1 753 kJ·mol-1,ICu>INi的原因是
。
(5)钒(23V)是我国的丰产元素,广泛用于催化及钢铁工业中。钒在元素周期表中的位置为 。
(6)基态Se的简化电子排布式为 。
(7)Cr3+的价层电子排布式为 。
【答案】 (1)M 哑铃
(2)D C
(3)大于 小于
(4)铜失去的第二个电子是全充满的3d10轨道上的电子,镍失去的第二个电子是4s1轨道上的电子
(5)第四周期第ⅤB族
(6)[Ar]3d104s24p4
(7)3d3
【解析】 (1)S的原子核外有3个电子层,最高能层为M层,基态S的电子占据的能级有1s、2s、2p、3s、3p,最高能级为3p,其电子云轮廓图为哑铃形。
(2)原子核外电子排布中,电子所占的轨道能级越高,该原子能量越高,根据图知,电子排布能量最低的是1s、2s能级,能量最高的是2s、2p能级。
(3)同一周期元素从左到右,原子半径随着原子序数增大而减小,电负性逐渐增大,则原子半径:As大于Se,电负性:As小于Se。
(4)基态铜原子和基态镍原子的价层电子排布式分别为3d104s1、3d84s2,铜的第二电离能是失去全充满的3d10轨道上的电子,较难失去,镍的第二电离能是失去4s1轨道上的电子,较易失去,故铜的第二电离能大于镍的。
(5)钒是第23号元素,在元素周期表中的位置为第四周期第ⅤB族。
(6)Se是元素周期表中第34号元素,处于第四周期第ⅥA族,其基态原子的简化电子排布式为[Ar]3d104s24p4。
(7)Cr的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s1,失去4s能级上的1个电子、3d能级上的2个电子形成Cr3+,故基态Cr3+的价层电子排布式为3d3。
14.(16分)(2024·江苏省句容中学月考)如图是元素周期表的一部分,图中所列字母分别代表一种化学元素。
请回答下列问题。
(1)元素b位于周期表中 区,其基态原子的电子排布式为 。
(2)基态c原子中有 个未成对电子,其中能量最高的电子所在原子轨道的电子云轮廓图为 形。
(3)ca5理论上为离子化合物,推测其电子式为 。
(4)基态g2+价层电子的轨道表示式为 ,已知高温下,化合物g2d比化合物gd更稳定,试从核外电子排布的角度解释原因: 。
(5)基态f原子的原子结构示意图为 。
【答案】 (1)p 1s22s22p2 (2)3 哑铃
(3)
(4) Cu+的最外层电子排布式为3d10,而Cu2+的最外层电子排布式为3d9,最外层电子排布达到全充满状态时稳定
(5)
【解析】 由图可知,元素a、b、c、d、e、f、g分别为H、C、N、O、Na、Fe、Cu。
(1)b是C,位于周期表中p区;其基态原子的电子排布式为1s22s22p2。
(2)基态c原子为N,其有3个未成对电子,其中能量最高的电子所在原子轨道为2p轨道,电子云轮廓图为哑铃形。
(3)根据铵根离子与氢负离子推测,离子化合物NH5为NH4H,其电子式为。
(4)基态Cu2+价层电子的轨道表示式为;Cu+的最外层电子排布式为3d10,而Cu2+的最外层电子排布式为3d9,最外层电子排布达到全充满状态时稳定,所以高温下化合物Cu2O比化合物CuO更稳定。
(5)基态Fe的原子结构示意图为。
第一章 检测试题
(限时:75分钟 分值:100分)
一、选择题:本题共14小题,每小题3分,共42分。每小题只有一个选项符合题意。
1.下列说法正确的是( )
[A] 自然界中的所有原子都处于基态
[B] 同一原子处于激发态时的能量一定高于基态时的能量
[C] 无论原子种类是否相同,基态原子的能量总是低于激发态原子的能量
[D] 激发态原子的能量较高,极易失去电子,表现出较强的还原性
【答案】 B
【解析】 自然界中存在放射性元素,其原子处于激发态,故A错误;基态原子吸收能量变为激发态原子,所以激发态原子的能量高于基态原子的能量,故B正确;基态原子吸收不同的能量变为不同的激发态原子,只有相同原子,基态原子的能量才低于激发态原子的能量,故C错误;激发态原子的能量较高,其电子易跃迁到能量较低的轨道里,但不一定易失去,故D错误。
2.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] 3px、3py、3pz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种形状的原子轨道
[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
【答案】 D
【解析】 s轨道是球形的,这是电子云轮廓图,表示电子在原子核外出现的概率密度,不是说电子在做圆周运动,A错误;p能级有三个原子轨道,同一能层上的p轨道能量相同,3px、3py、3pz能量相同,它们的差异是延伸方向不同,B错误;23号钒原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d34s2,能级有s、p、d三种,对应的原子轨道形状有3种,C错误;常用电子云轮廓图表示原子轨道,形象地描述电子的运动状态,D正确。
3.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] 氮原子的轨道表示式: 错误;违反洪特规则
[B] 氧原子的轨道表示式: 错误;违反泡利不相容原理
[C] 钾原子的电子排布式: 1s22s22p63s23p63d1 错误;违反泡利不相容原理
[D] C的电子排布式: 1s22s22 错误;违反洪特规则
【答案】 D
【解析】 相同轨道中的两个电子运动方向相同,违反了泡利不相容原理,故A不符合题意;电子应先充满同能级的轨道,违反了洪特规则,故B不符合题意;1s22s22p63s23p63d1违反了能量最低原理,故C不符合题意;电子应先充满同能级的轨道,1s22s22违反了洪特规则,故D符合题意。
4.下列表示卤族元素或其单质性质随核电荷数变化趋势的曲线正确的是( )
[A] [B]
[C] [D]
【答案】 C
【解析】 氟元素没有正价,故A错误;随核电荷数的增大,卤族元素的单质沸点逐渐升高,故B错误;随核电荷数的增大,卤族元素原子半径逐渐增大,第一电离能逐渐减小,故C正确;随核电荷数的增大,卤族元素非金属性逐渐减弱,电负性逐渐减小,故D错误。
5.反应SO2+PCl5SOCl2+POCl3可用于制备染料中间体亚硫酰氯(SOCl2)。下列说法正确的是( )
[A] 半径大小:r(P)[B] 电负性大小:χ(P)<χ(S)<χ(Cl)
[C] 电离能大小:I1(P)[D] 酸性强弱:H3PO4【答案】 B
【解析】 同一周期主族元素从左到右,随着原子序数的增大,原子半径逐渐减小,所以半径大小:r(P)>r(S)>r(Cl),故A错误;同一周期主族元素从左到右,元素电负性逐渐增大,电负性大小:χ(P)<χ(S)<χ(Cl),故B正确;同一周期主族元素从左到右,元素的第一电离能呈增大的趋势,但第ⅡA族、第ⅤA族元素的第一电离能大于同周期相邻元素的第一电离能,电离能大小:I1(S)6.锂是密度最小的金属,可用于原子反应堆、制轻合金及电池等。下列锂原子的电子轨道表示式的对应状态,能量由低到高的顺序是( )
[A] ④①②③ [B] ③②①④
[C] ④②①③ [D] ①②③④
【答案】 A
【解析】 基态锂原子的核外电子排布式为1s22s1,已知能量高低为1s<2s<2p,故①是1s上的1个电子跃迁到了2s上,②是 1s上的2个电子跃迁到了2p上,③是1s上的2个电子跃迁到了2p上且在同一轨道中,根据洪特规则可知,其能量高于②,④ 为基态原子,能量最低,故能量由低到高的顺序为④①②③。
7.如图所示,在物体内部,原子核表面生成光子的过程称作原子核“长毛”,由于原子核与核外电子及周围粒子的相互作用,原子核表面的“毛发”易脱落而成为一个自由态光子,这就是我们通常观察到的运动光子。从原子核脱落的光子,通常和核外电子一样围绕原子核运动,称作束缚态光子。下列说法错误的是( )
[A] 电子能级跃迁后的状态为原子的激发态
[B] 光子的能量不同,获得的光谱图也不同
[C] 光子和电子一样,都只能绕原子核运动
[D] 电子能级跃迁前的状态到电子能级跃迁后的状态得到的光谱为原子吸收光谱
【答案】 C
【解析】 自由态光子不是只能绕原子核运动,C错误。
8.下列关于元素周期表说法正确的是( )
[A] 除ds区外,各区的名称来自按照构造原理最后填入电子的能级的符号
[B] 最外层电子数为2的元素都分布在s区
[C] 第二周期元素中,第一电离能介于B、N之间的有1种元素
[D] 第四周期的金属元素从左到右,元素的金属性依次减弱
【答案】 A
【解析】 最外层电子数为2的元素不都分布在s区,如He在p区,Sc、Ti、V、Mn、Fe、Co、Ni等在d区,B错误;同一周期从左到右,元素的第一电离能呈增大趋势,第ⅡA族与第ⅢA族、第ⅤA族与第ⅥA族之间反常,故第二周期元素中,第一电离能介于B、N之间的有Be、C、O 3种元素,C错误;同一周期主族元素的金属性从左往右依次减弱,但副族元素不符合这一规律,故第四周期的主族金属元素从左到右,元素的金属性依次减弱,副族元素不一定,如Zn>Fe,D错误。
9.前四周期主族元素X、Y、Z、W的原子序数依次增大,X原子的最外层电子数是次外层的2倍,基态Y原子的价层电子排布式为2s22p4,Z是第四周期主族元素中原子半径最大的元素,W与X同主族。下列说法不正确的是( )
[A] XY2的电子式为
[B] X的基态原子的轨道表示式:
[C] Z2Y2中阴、阳离子的个数比为1∶2
[D] W的单质可作半导体材料
【答案】 A
【解析】 前四周期主族元素X、Y、Z、W原子序数依次增大,X原子的最外层电子数是次外层的2倍,则X为C;基态Y原子的价层电子排布式为2s22p4,则Y为O;Z是第四周期主族元素中原子半径最大的元素,则Z为K;W与X同主族,则W为Ge。二氧化碳是含有碳氧双键的共价化合物,电子式为,故A错误;碳元素的原子序数为6,基态原子的电子排布式为1s22s22p2,轨道表示式为,故B正确;过氧化钾是离子化合物,化合物中过氧根离子和钾离子的个数比为1∶2,故C正确;锗元素位于元素周期表中金属元素和非金属元素分界线附近,单质可作半导体材料,故D正确。
10.粒子X和Y,肯定属于同族元素且化学性质相似的是( )
[A] 原子核外电子排布式:X为1s22s2,Y为1s2
[B] 结构示意图:X为,Y为
[C] X基态原子2p轨道上有1对成对电子,Y基态原子3p轨道上有1对成对电子
[D] X基态原子2p轨道上有1个未成对电子,Y基态原子3p轨道上有1个未成对电子
【答案】 C
【解析】 X原子核外电子排布式为1s22s2,在第ⅡA族,Y原子核外电子排布式为1s2,在0族,故A不符合题意;X是Ne,Y是Na+,不在同族,故B不符合题意;X基态原子2p轨道上有1对成对电子,为O,Y基态原子3p轨道上有1对成对电子,为S,属于同族元素,化学性质相似,故C符合题意;X基态原子2p轨道上有1个未成对电子,可能是硼原子或氟原子,Y基态原子3p轨道上有1个未成对电子,可能是铝原子或氯原子,故D不符合题意。
11.元素周期表前四周期元素的一部分如图所示,X、Y、Z、M均为主族元素,其中M元素原子的最外层电子数为其次外层电子数的。下列说法错误的是( )
[A] 第一电离能:Z>M
[B] 电负性:Y>M>Z
[C] 离子半径:X->Y2-
[D] Y元素基态原子的简化电子排布式:[Ne]3s23p4
【答案】 C
【解析】 X、Y、Z、M均为主族元素,其中M元素原子的最外层电子数为其次外层电子数的,则M的原子结构示意图为,为第四周期第ⅥA族元素,为Se,则Z为As,Y为S,X为F。由分析可知,Z为As,M为Se,同一周期从左往右,元素的第一电离能呈增大趋势,第ⅤA族元素的第一电离能大于其相邻元素,故As>Se,即Z>M,A正确;由分析可知,Y为S、M为Se、Z为As,同一周期从左往右,元素电负性依次增大,同一主族从上往下,元素电负性依次减小,故电负性S>Se>As即Y>M>Z,B正确;由分析可知,X为F,Y为S,一般电子层数越多,离子半径越大,故离子半径S2->F-即X-12.金属Na溶解于液氨中形成蓝色溶液:Na+(x+y)NH3Na(NH3+e(NH3,蓝色是由于生成了氨合电子e(NH3(强还原剂);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-。下列说法正确的是( )
[A] 粒子半径:Na-[B] 第一电离能I1∶H->Na-
[C] e(NH3易得电子
[D] 还原性:Na-【答案】 B
【解析】 Na-核外有3个电子层,Mg核外也有三个电子层,Mg核电荷数大,吸引力大,半径Na->Mg,A错误;H-的1s轨道上有2个电子,1s离核近,不易失去电子,第一电离能I1大,B正确;e(NH3具有强还原性,易失电子,C错误;Na-的半径比Na的半径大,受核吸引力小,易失电子,故Na-的还原性比Na的强,D错误。
13.下表是a、b、c、d、e五种短周期元素的某些性质,下列判断正确的是( )
元素 a b c d e
最低化合价 -4 -2 -1 -2 -1
电负性 2.5 2.5 3.0 3.5 4.0
[A] c、d、e的简单气态氢化物的热稳定性:c>d>e
[B] 元素a的原子最外层轨道中无自旋状态相同的电子
[C] 元素b、c之间不可能形成化合物
[D] 与元素b同周期且第一电离能最小的元素的单质能与H2O发生置换反应
【答案】 D
【解析】 根据电负性和最低化合价,推知a为C、b为S、c为Cl、d为O、e为F。c、d、e的简单气态氢化物分别为HCl、H2O、HF,热稳定性HF>H2O>HCl,故A错误;元素a的原子最外层电子排布式为2s22p2,2p能级上的两个电子分占两个原子轨道且自旋状态相同,故B错误;S的最外层有6个电子,Cl的最外层有7个电子,它们之间可形成S2Cl2等化合物,故C错误;Na能与H2O发生置换反应生成NaOH和H2,故D正确。
14.某种化合物(如图)由W、X、Y、Z四种短周期元素组成,其中W、Y、Z分别位于三个不同周期,Y原子核外最外层电子数是W原子核外最外层电子数的两倍;元素W、X、Y的简单离子的核外电子排布相同。下列说法正确的是( )
[A] 原子半径:W[B] 简单离子的氧化性:W[C] X与Y、Y与Z均可形成具有漂白性的化合物
[D] W元素只能形成离子化合物
【答案】 C
【解析】 Y原子核外最外层电子数是W原子核外最外层电子数的两倍,W、Y、Z分别位于三个不同周期,则Z为氢元素;Y能够形成2个共价单键,则Y最外层含有6个电子,结合元素W、X、Y的简单离子的核外电子排布相同可知,Y为氧元素,W为铝元素;根据题图化合物的结构可知,X为钠元素。原子核外电子层数越多,原子半径越大,同一周期元素从左到右,原子半径逐渐减小,则原子半径:ZX,故B错误;Na与O形成的过氧化钠、O与H形成的过氧化氢都是强氧化剂,具有漂白性,故C正确;Al可以形成共价化合物AlCl3,故D错误。
二、非选择题:本题共4小题,除标注外每空2分,共58分。
15.(18分)嫦娥五号返回器带回月球土壤样品。研究发现,月球土壤样品中存在含铁、金、银、铅、锌、铜等元素的矿物颗粒。请回答下列问题。
(1)基态铁原子的价层电子排布式为 ,在元素周期表中的位置为 ,基态Fe2+与Fe3+中未成对电子数之比为 。
(2)写出基态硅原子的电子轨道表示式: ,其中最高能级轨道电子云轮廓图的形状为 。
(3)碳、氮和氧3种元素第一电离能由小到大的顺序为 (填元素符号,下同),碳、氮和氧3种元素的电负性最大的是 。
(4)分析Cu、Zn的核外电子排布,推测Cu的第二电离能I2 (填“大于”“小于”或“等于”)Zn的第二电离能I2。
(5)资料显示:N的电负性略大于Cl的;NCl3可溶于水发生水解反应。试写出NCl3可能的水解方程式: 。
【答案】 (1)3d64s2 第四周期第Ⅷ族 4∶5
(2) 哑铃形
(3)C(4)大于 (5)NCl3+3H2O3HClO+NH3(或NCl3+4H2O3HClO+NH3·H2O)
【解析】 (1)Fe是26号元素,根据构造原理可知基态铁原子的核外电子排布式是1s22s22p63s23p63d64s2,则其价层电子排布式为3d64s2;在元素周期表中的位置为第四周期第Ⅷ族;基态Fe2+是铁原子失去最外层的2个4s电子形成的,则Fe2+核外电子排布式是1s22s22p63s23p63d6,其未成对电子数是4;基态Fe3+是Fe2+再失去1个3d电子形成的,Fe3+的核外电子排布式是1s22s22p63s23p63d5,未成对电子数是5,故基态Fe2+与Fe3+中未成对电子数之比为4∶5。
(2)硅元素是元素周期表中第14号元素,基态硅原子的轨道表示式为
,具有最高能量的电子所处能级符号为3p,该能级轨道电子云轮廓图形状为哑铃形。
(3)同周期元素从左到右,第一电离能呈增大趋势,C、N、O位于第二周期,由于N的2p轨道为半充满的稳定结构,O的第一电离能比N的小,因此它们的第一电离能由小到大的顺序为C(4)Cu是29号元素,基态铜原子核外电子排布式是1s22s22p63s23p63d104s1,其第二电离能是由1s22s22p63s23p63d10再失去1个电子变为1s22s22p63s23p63d9,由于最高能级轨道电子处于全满、半满或全空时是稳定结构,因此从稳定的1s22s22p63s23p63d10再失去1个电子变为不稳定的1s22s22p63s23p63d9,电离就会消耗很多的能量,即Cu的第二电离能较大;而基态锌原子的核外电子排布式是1s22s22p63s23p63d104s2,其第二电离能是由1s22s22p63s23p63d104s1失去1个电子变为稳定的1s22s22p63s23p63d10,其电离消耗能量比较少,即Zn第二电离能比较小,所以Cu的第二电离能I2大于Zn的第二电离能I2。
(5)根据资料推断,NCl3可能的水解方程式为NCl3+3H2O3HClO+NH3或NCl3+4H2O3HClO+NH3·H2O。
16.(16分)化合物X是一种维生素,对维持人体基本机能具有重要作用。化合物X由元素A、D、E、G、M、Q组成,它们是原子序数依次增大的前四周期元素,相关信息如下:
元素 信息
A 核外电子只有一种自旋取向
D 基态原子价层电子排布式为nsnnpn
E 基态原子中的未成对电子数是同周期中最多的
G 基态原子有8个不同运动状态的电子
M 与E为同主族元素
Q 在化合物X中呈+3价,Q3+与Fe2+具有相同的核外电子排布
(1)A的元素符号为 。
(2)D在元素周期表中的位置为 。
(3)第一电离能:E>G,从基态原子的核外电子排布角度解释原因: (3分)。
(4)E、M的最高价氧化物对应的水化物的酸性:E (填“>”或“<”)M,并从元素周期律角度解释原因: (3分)。
(5)Q处于元素周期表中的 (填“s”“p”“d”或“ds”)区,基态Q3+的价层电子排布式为 。
【答案】 (1)H
(2)第二周期第ⅣA族
(3)N的2p轨道为半满较稳定结构,其第一电离能大于相邻元素的第一电离能
(4)> N、P位于同主族,同主族元素从上到下非金属性减弱,对应最高价含氧酸的酸性减弱
(5)d 3d6
【解析】 A、D、E、G、M、Q为原子序数依次增大的前四周期元素,A的核外电子只有一种自旋取向,A为H;D的基态原子价层电子排布式为nsnnpn,n只能为2,D为C;G的基态原子有8个不同运动状态的电子,其电子排布式为1s22s22p4,G为O;E的基态原子中的未成对电子数是同周期中最多的,结合原子序数可知,其电子排布式为1s22s22p3,E为N;M与E为同主族元素,M为P;Q在化合物X中呈+3价,Q3+与Fe2+具有相同的核外电子排布,Q的电子排布式为1s22s22p63s23p63d74s2,Q为Co;由上述分析可知,A为H、D为C、E为N、G为O、M为P、Q为Co。
(1)A的元素符号为H。
(2)D为C,其在元素周期表中的位置为第二周期第ⅣA族。
(3)第一电离能N>O,从基态原子的核外电子排布角度解释原因为N的2p轨道为半满较稳定结构,其第一电离能大于相邻元素的第一电离能。
(4)N、P的最高价氧化物对应的水化物的酸性N>P,从元素周期律角度解释原因为N、P位于同主族,同主族元素从上到下非金属性减弱,对应最高价含氧酸的酸性减弱。
(5)Q为Co,其电子排布式为1s22s22p63s23p63d74s2,则Co处于元素周期表中的d区,基态Q3+的价层电子排布式为3d6。
17.(13分)元素周期表前四周期有B、C、D、E四种元素,B元素原子的价层电子排布式为ns2np2,C元素位于第二周期且原子中p能级与s能级电子总数相等,D元素原子的M能层的p能级中有3个未成对电子,E元素原子有5个未成对电子。
(1)(每空1分)写出元素名称。
C ,D ,E 。
(2)C元素基态原子的电子排布图为 。
(3)当n=2时,B的最简单气态氢化物的电子式为 ,BC2分子的结构式是 ;
当n=3时,B与C形成的化合物与氢氧化钠溶液反应的离子方程式是 。
(4)E元素原子的价层电子排布式是 。
【答案】 (1)氧 磷 锰
(2)
(3) OCO
SiO2+2OH-Si+H2O
(4)3d54s2
【解析】 由题干信息可知,B元素原子的价层电子排布式为ns2np2,则B为第ⅣA族元素;C元素位于第二周期且原子中p能级与s能级电子总数相等,则C元素为氧元素;D元素原子的M能层的p能级中有3个未成对电子,则D元素为磷元素;E元素原子有5个未成对电子,则E元素为25号元素锰元素。
(3)当n=2时,B元素为碳元素,则B元素的最简单气态氢化物的电子式为,CO2的结构式是OCO;当n=3时,B元素为硅元素,SiO2与氢氧化钠溶液反应的离子方程式是SiO2+2OH-Si+H2O。
(4)由分析可知,E元素是锰元素,原子序数为25,位于元素周期表第四周期第ⅦB族,所以价层电子排布式为3d54s2。
18.(11分)FeS2是具有重要发展前景的二次电池电极材料。某科研团队通过研究实现了镁电池FeS2正极材料的稳定储镁。回答下列问题。
(1)铁元素在周期表中的位置是 ,其基态原子核外电子有 种空间运动状态。
(2)原子中的电子有两种相反的自旋状态,若一种自旋状态用+表示,与之相反的用-表示,称为电子的自旋磁量子数。对于基态的硫原子,其价层电子自旋磁量子数的代数和为 。
(3)依据第三周期元素第一电离能的变化规律,参照如图Mg、S的位置,用小黑点标出Al、Si、P三种元素的相对位置。
(4)Fe3+比Co3+氧化性更 (填“强”或“弱”,1分),从结构上分析,其原因是 。
【答案】 (1)第四周期第Ⅷ族 15
(2)+1或-1
(3)
(4)弱 Fe3+的基态价层电子排布式为3d5,Co3+的基态价层电子排布式为3d6,Fe3+具有半充满结构,而Co3+不具有半充满结构,因此Fe3+的氧化性比Co3+的弱
【解析】 (1)Fe为26号元素,位于第四周期第Ⅷ族;基态Fe的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2,则其基态原子核外电子有15种空间运动状态。
(2)基态硫原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p4,其中1s、2s、2p、3s轨道的电子自旋状态相反,自旋磁量子数的代数和为0,根据洪特规则可知,其3p轨道有3个电子的自旋状态相同、1个不同,因此基态硫原子的价层电子自旋磁量子数的代数和为+1或-1。
(3)第三周期元素的第一电离能随原子序数的增加而呈增大趋势,但Mg比Al、P比S的第一电离能要高,据此可标出Al、Si、P三种元素的相对位置。
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章末整合 素养提升
一、原子结构及核外电子排布规律
思考1.如何比较不同能层中同一能级的能量 同一能层中,各能级之间的能量大小有怎样的关系
提示:不同能层中的同一能级,能层序数越大,能量越高。同一能层中,各能级之间的能量大小关系是s思考2.钠原子第三能层只有3s能级填充电子,是否可以说钠原子第三能层只有3s能级 钠原子有3个能层填充电子,是否可以说钠原子只有3个能层
提示:不可以;钠原子第三能层有3s、3p、3d能级,只有3s能级填充电子,3p、3d能级没有电子。不可以;钠原子具有若干能层,但只有K、L、M 3个能层填充电子,其他能层没有电子。
思考4.所有原子和核外电子排布都遵循构造原理吗
提示:不是。构造原理是根据光谱事实总结的一般规律,适用于绝大多数原子。
思考5.写出Fe的原子结构示意图、24号铬元素原子的电子排布式、N的基态原子电子排布图(轨道表示式)。
思考6.写出14号元素的简化电子排布式;50号元素与14号元素同主族,写出其价层电子排布式。
提示:14号元素Si的简化电子排布式为[Ne]3s23p2;50号元素的价层电子排布式为5s25p2。
二、元素周期表和元素周期律
思考7.元素周期表划分区的依据是什么
提示:元素周期表划分区的依据是原子的价层电子排布。
思考8.s区、p区、d区元素最后填入的电子的能级符号分别是什么
提示:s区、p区、d区元素最后填入的电子的能级符号分别是ns、np、nd。
思考9.原子序数1～36的某元素基态原子的最外层电子排布式为ns2,该元素可能属于哪一族
提示:0族(He)、第ⅡA族、第ⅡB族、第ⅢB族、第ⅣB族、第ⅤB族、第ⅦB族、第Ⅷ族。
思考10.已知A的原子半径大于B的原子半径,那么A的离子半径一定大于B的离子半径吗
提示:不一定,原子半径与离子半径大小不同,有时可能出现相反的结果,如原子半径Na>F,而离子半径Na+思考11.某元素位于周期表中第四周期第ⅤA族,你能否据此写出该元素的价层电子排布式、电子排布式
提示:元素的价层电子排布式为4s24p3,电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p3。
思考12.价层电子排布式为5s25p1的元素,在元素周期表中处于什么位置 据此分析元素的价层电子排布与元素在周期表中的位置有何关系。
提示:位于第五周期第ⅢA族。元素能级中最高能层序数=周期序数,主族元素原子的价层电子数=该元素在元素周期表中的主族序数。
思考13.第ⅡA族元素和第ⅤA族元素第一电离能的反常现象如何解释
提示:一般地,同周期元素从左到右,第一电离能逐渐增大,但第ⅡA族元素第一电离能大于同周期第ⅢA族元素,第ⅤA族元素第一电离能大于同周期第ⅥA族元素。因为第ⅡA族元素的价电子层s轨道全满、p轨道是全空结构,第ⅤA族元素的价电子层p轨道是半充满结构,它们都比较稳定,所以第一电离能Be比B大,N比O大,Mg比Al大,P比S大。
考点一 原子的核外电子排布
1.(1)(2024·北京卷)Sn位于元素周期表的第五周期第 ⅣA族。将Sn的基态原子最外层轨道表示式补充完整。
【答案】 (1)
(2)(2024·山东卷)Mn在元素周期表中位于第 周期第 族;同周期中,基态原子未成对电子数比Mn多的元素是 (填元素符号)。
四
ⅦB
Cr
【解析】(2)Mn的原子序数为25,位于元素周期表第四周期第ⅦB族;基态Mn的电子排布式为[Ar]3d54s2,未成对电子数为5,同周期中,基态原子未成对电子数比Mn多的元素是Cr,基态Cr的电子排布式为[Ar]3d54s1,有6个未成对电子。
(3)(2024·全国甲卷)第ⅣA族元素具有丰富的化学性质,其化合物有着广泛的应用。该族元素基态原子核外未成对电子数为 ,在与其他元素形成化合物时,呈现的最高化合价为 。
2
+4
【解析】 (3)第ⅣA族元素基态原子的价层电子排布式为ns2np2,其核外未成对电子数为2,因最外层电子数均为4,所以在与其他元素形成化合物时,呈现的最高化合价为+4。
(4)(2024·重庆卷)已知基态Ru的核外电子排布式为[Kr]4d75s1,则Ru在元素周期表中位于第 周期第 族。
五
Ⅷ
【解析】 (4)根据Ru的核外电子排布式为[Kr]4d75s1可知,Ru在周期表中的位置是第五周期第Ⅷ族。
2.(2021·全国乙卷,节选)过渡金属元素铬(Cr)是不锈钢的重要成分,在工农
业生产和国防建设中有着广泛应用。对于基态Cr原子,下列叙述正确的是
(填字母)。
A.轨道处于半充满时体系总能量低,核外电子排布应为[Ar]3d54s1
B.4s电子能量较高,总是在比3s电子离核更远的地方运动
C.电负性比钾高,原子对键合电子的吸引力比钾大
AC
【解析】 轨道处于半充满状态时体系总能量低,基态Cr原子核外电子排布式为[Ar]3d54s1,A正确;由量子力学的基本理论可知,4s轨道的电子也会出现在离核较近的位置,B错误;铬的电负性比钾的大,对键合电子的吸引力比钾的大,C正确。
3.按要求回答下列问题。
(1)(2023·北京卷)基态S价层电子排布式是 。
3s23p4
【解析】 (1)S是第三周期第ⅥA族元素,基态S价层电子排布式为3s23p4。
(2)(2023·全国乙卷)基态Fe的价层电子排布式为 。
3d64s2
【解析】 (2)Fe为26号元素,基态Fe的价层电子排布式为3d64s2。
(3)(2022·湖南卷)基态Se的核外电子排布式为[Ar] 。
3d104s24p4
【解析】 (3)硒元素的原子序数为34,基态Se的核外电子排布式为[Ar]3d104s24p4。
(4)(2022·广东卷)Se与S同族,基态硒原子价层电子排布式为 。
4s24p4
【解析】 (4)S属于第三周期第ⅥA族,价层电子排布式为3s23p4,硒位于第四周期第ⅥA族,则基态硒原子价层电子排布式为4s24p4。
(5)(2022·山东卷)基态Ni的价层电子排布式为 ,在元素周期表中位置为 。
3d84s2
【解析】 (5)Ni是28号元素,故基态Ni的价层电子排布式为3d84s2,在元素周期表中第四横行第10纵列即位于第四周期第Ⅷ族。
第四周期第Ⅷ族
(6)(2022·全国甲卷)基态F的价层电子排布图(轨道表示式)为 。
【解析】 (6)基态F的价层电子排布式为2s22p5,则其价层电子排布图为
。
(7)(2022·全国乙卷)氟原子激发态的电子排布式有 ,其中能量较高的是 。(填字母)
a.1s22s22p43s1 b.1s22s22p43d2
c.1s22s12p5 d.1s22s22p33p2
ad
【解析】 (7)F的原子序数为9,其基态原子电子排布式为1s22s22p5,根据电子总数可知,a、d正确;而同一原子3p能级的能量比3s能级的能量高,因此能量最高的是1s22s22p33p2,故选d。
d
(8)(2021·河北卷)在KH2PO4的四种组成元素各自所能形成的简单离子中,核外电子排布相同的是 (填离子符号)。
K+、P3-
(9)(2021·湖南卷)基态硅原子最外层的电子排布图为 。
考点二 元素周期律的综合考查
4.(2024·江苏卷)明矾[KAl(SO4)2·12H2O]可用作净水剂。下列说法正确的是
( )
[A] 半径:r(Al3+)>r(K+)
[B] 电负性:χ(O)>χ(S)
[C] 沸点:H2S>H2O
[D] 碱性:Al(OH)3>KOH
B
【解析】 Al3+有2个电子层,而K+有3个电子层,因此,K+的半径较大,A错误;同一主族的元素,其电负性从上到下依次减小,O和S都是第ⅥA族的元素,氧元素的电负性较大,B正确;虽然H2S的相对分子质量较大,但是H2O分子间可形成氢键,因此H2O的沸点较高,C错误;元素的金属性越强,其最高价氧化物对应水化物的碱性越强,K的金属性强于Al的,因此KOH的碱性较强,D错误。
5.(2020·山东卷)短周期主族元素X、Y、Z、W的原子序数依次增大,基态X原子的电子总数是其最高能级电子数的2倍,Z可与X形成淡黄色化合物Z2X2,Y、W最外层电子数相同。下列说法正确的是( )
[A] 第一电离能:W>X>Y>Z
[B] 简单离子的还原性:Y>X>W
[C] 简单离子的半径:W>X>Y>Z
[D] 氢化物水溶液的酸性:Y>W
C
【解析】 根据Z与X可形成淡黄色化合物Z2X2,即该化合物为Na2O2,结合原子序数关系可知,X为氧元素,Z为钠元素;基态O原子核外有8个电子,是最高能级2p上排布的电子数的2倍;由原子序数关系可知Y为氟元素,则与其同主族的W为氯元素。根据第一电离能递变规律,可知其相对大小顺序为F>O>Cl>Na,A项错误;根据非金属性为F>O>Cl,可知简单离子的还原性为Cl->O2->F-,B项错误;根据离子半径的变化规律,可知简单离子半径为
Cl->O2->F->Na+,C项正确;氢化物水溶液的酸性为HF6.(2022·辽宁卷)短周期元素X、Y、Z、W、Q原子序数依次增大。基态X、Z、Q原子均有两个单电子,W简单离子在同周期离子中半径最小,Q与Z同主族。下列说法错误的是( )
[A] X能与多种元素形成共价键
[B] 简单氢化物沸点:Z[C] 第一电离能:Y>Z
[D] 电负性:WB
【解析】 短周期元素X、Y、Z、W、Q原子序数依次增大,W简单离子在同周期离子中半径最小,说明W为第三周期元素Al。短周期元素的基态原子中有两个单电子,可分类讨论,①为第二周期元素时,最外层电子排布为2s22p2或2s22p4,即C或O;②为第三周期元素时,最外层电子排布为3s23p2或3s23p4,即Si或S。Q与Z同主
族,结合原子序数大小关系可知,X、Z、Q分别为C、O和S,则Y为N。X为C,能与多种元素(H、O、N、P、S等)形成共价键,A正确;Z和Q形成的简单氢化物为H2O和H2S,由于H2O分子间能形成氢键,故H2O的沸点高于H2S的,B错误;Y为N,Z为O,N的最外层p轨道电子为半充满结构,比较稳定,故第一电离能N比O大,C正确;W为Al,Z为O,O的电负性更大,D正确。
7.(2023·湖南卷)日光灯中用到的某种荧光粉的主要成分为3W3(ZX4)2·WY2。已知:X、Y、Z和W为原子序数依次增大的前20号元素,W为金属元素。基态X原子s轨道上的电子数和p轨道上的电子数相等,基态X、Y、Z原子的未成对电子数之比为2∶1∶3。下列说法正确的是( )
[A] 电负性:X>Y>Z>W
[B] 原子半径:X[C] Y和W的单质都能与水反应生成气体
[D] Z元素最高价氧化物对应的水化物具有强氧化性
C
【解析】 根据题中所给的信息,基态X原子s轨道上的电子数与p轨道上的电子数相等,可以推测X为O或Mg,由题给化学式可知,X主要形成的是酸根离子,则X为O;基态X原子中未成对电子数为2,则Y的未成对电子数为1,因X、Y、Z、W的原子序数依次增大,故Y可能为F、Na、Cl,因W为金属元素且题给化学式中Y与W化合,故Y为F或Cl;Z原子的未成对电子数为3,且其原子序数大于Y,故Y应为F、Z应为P;由题给化学式可知W为+2价元素,故其为Ca;综上所述,X、Y、Z、W四种元素分别为O、F、P、Ca。同一周期元素从左到右,电负性依次增大,同一主族元素从上到下,电负性依次减小,故四种元素的电负性大小为Y>X>Z>W,A错误;同周期主族元素原子半径从左到右依次减小,同主族元素原子半径从上到下依次增大,故四种元素的原子半径大小为Y8.(1)(2024·浙江6月选考,节选)下列有关单核粒子的描述正确的是 (填字母,下同)。
A.Ar的基态原子电子排布方式只有一种
B.Na的第二电离能>Ne的第一电离能
C.Ge的基态原子简化电子排布式为[Ar]4s24p2
D.Fe变成Fe+,优先失去3d轨道上的电子
AB
【解析】 (1)根据原子核外电子排布规律知,基态氩原子的电子排布方式只有1s22s22p63s23p6一种,A项正确;Na的第二电离能指气态基态Na+失去一个电子转化为气态基态正离子所需的最低能量,Na+和Ne具有相同的电子层结构,Na+的核电荷数大于Ne的,Na+的原子核对外层电子的引力大于Ne的,故Na的第二电离能>Ne的第一电离能,B项正确;Ge的原子序数为32,基态Ge的简化电子排布式为[Ar]3d104s24p2,C项错误;基态Fe的价层电子排布式为3d64s2,Fe变成Fe+,优先失去4s轨道上的电子,D项错误。
(2)(2024·浙江1月选考,节选)下列说法正确的是 。
A.电负性:B>N>O
B.离子半径:P3-C.第一电离能:GeD.基态Cr2+的简化电子排布式:[Ar] 3d4
CD
【解析】 (2)同一周期元素从左到右,电负性依次增大,故电负性大小为O>N>B,A错误;核外电子排布相同,核电荷数越大,离子半径越小,故离子半径大小为P3->S2->Cl-,B错误;同一周期元素从左到右,第一电离能呈增大的趋势,第ⅤA族和第ⅥA族相反,故第一电离能大小为Ge9.按要求回答下列问题。
(1)(2023·全国乙卷)中国第一辆火星车“祝融号”成功登陆火星。探测发现火星上存在大量橄榄石矿物(MgxFe2-xSiO4)。橄榄石中,各元素电负性大小顺序为 ,铁的化合价为 。
【解析】 (1)元素的金属性越强,其电负性越小,元素的非金属性越强,则其电负性越大,因此,橄榄石(MgxFe2-xSiO4)中,各元素电负性大小顺序为O>Si>Fe>Mg;因为MgxFe2-xSiO4中Mg、Si、O的化合价分别为+2、+4和
-2,根据化合物中各元素的化合价的代数和为0,可以确定铁的化合价为+2。
O>Si>Fe>Mg
+2
(2)(2023·北京卷)比较S和O的第一电离能大小,从原子结构的角度说明理由:
。
【解析】 (2)S和O为同主族元素,O原子核外有2个电子层,S原子核外有3个电子层,
O原子半径小,原子核对最外层电子的吸引力大,不易失去 1个电子,即O的第一电离能大于S的第一电离能。
I1(O)>I1(S),氧原子半径小,原子核对最外层电子的吸引力大,不易失去一个电子
(3)(2022·全国甲卷)图a、b、c分别表示C、N、O和F的逐级电离能I变化趋势(纵坐标的标度不同)。第一电离能的变化图是 (填标号),判断的根据是
; 第三电离能的变化图是 (填标号)。
图a
同一周期元素的第一电离能从左到右总体趋势是依次升高的,但由于N的2p能级为半充满状态,相对较稳定,因此N的第一电离能较C、O两种元素的高
图b
【解析】 (3)C、N、O、F四种元素在同一周期,同一周期元素的第一电离能从左向右总体趋势是依次升高的,但由于N的2p能级为半充满状态,因此N的第一电离能较C、O两种元素的高,因此C、N、O、F四种元素的第一电离能从小到大的顺序为C(4)(2021·福建卷)N、O、S的第一电离能(I1)大小为I1(N)>I1(O)>I1(S),原因是
。
N原子2p轨道半充满,比相邻的O原子更稳定,更难失电子;O和S同主族,S原子半径大于O原子,更易失去电子
【解析】(4)N、O、S的第一电离能(I1)大小为I1(N)>I1(O)>I1(S),原因是相同电子层数的原子,N的核外电子排布式是1s22s22p3,p轨道处在半充满状态,比较稳定,原子核对核外电子的束缚作用较强,较难失去第一个电子,第一电离能N大于O;O和S是同一主族元素,O的半径较小,原子核对核外电子的束缚作用较强,较难失去第一个电子,第一电离能O大于S。故第一电离能(I1)大小为I1(N)>I1(O)>I1(S)。
(5)(2020·全国Ⅰ卷)Li及其周期表中相邻元素的第一电离能(I1)如表所示。I1(Li)>I1(Na),原因是 。
I1(Be)>I1(B)>I1(Li),原因是
。
Na与Li同族,Na电子层数多,原子半径大,易失电子
I1/(kJ·mol-1)
Li 520 Be 900 B 801
Na 496 Mg 738 Al 578
Li、Be、B同周期,核电荷数依次增加。Be为1s22s2全充满稳定结构,第一电离能最大。与Li相比,B核电荷数大,原子半径小,较难失去电子,第一电离能较大
【解析】 (5)同主族元素从上到下,原子半径逐渐增大,第一电离能逐渐减小,所以I1(Li)>I1(Na);同周期元素从左到右,第一电离能呈现增大的趋势,但由于第ⅡA族元素基态原子s能级轨道处于全充满的状态,能量更低,更稳定,所以其第一电离能大于同一周期第ⅢA族元素的,因此I1(Be)>I1(B)>I1(Li)。
(6)(2020·全国Ⅲ卷)H、B、N中,原子半径最大的是 。根据对角线规则,B的一些化学性质与元素 的相似。
【解析】 (6)在所有元素中,H的半径是最小的,同一周期从左到右,主族元素原子半径依次减小,所以,H、B、N中原子半径最大的是B。B与Si在元素周期表中处于对角线的位置,根据对角线规则,B的一些化学性质与Si相似。
B
Si(硅)
(7)(2020·江苏卷)C、N、O元素的第一电离能由大到小的顺序为 。
【解析】 (7)同周期主族元素的第一电离能从左到右呈增大趋势,但第ⅤA族元素的第一电离能出现反常,所以C、N、O的第一电离能N>O>C。
N>O>C
(时间:30分钟 满分:72分)
(选择题1～12题,每小题3分,共36分)
(一)原子结构及核外电子排布规律
C
2.(2025·江苏江阴某校月考)下列化学用语表述正确的是( )
[A] 在电子云图中,用小点表示绕核做高速圆周运动的电子
[B] p能级能量一定比s能级的能量高
[C] 电子从较低能级跃迁到较高能级将释放能量
[D] 镁原子由1s22s22p63s13p1→1s22s22p63s2时,原子释放能量,由激发态转化成基态
D
【解析】 在电子云图中,用小点表示1s电子在原子核外出现的概率密度,小点越密,表示概率密度越大,故A错误;p能级能量不一定比s能级的能量高,如3s能级的能量高于2p能级的,故B错误;电子从较低能级吸收能量跃迁到较高能级,故C错误;镁原子由1s22s22p63s13p1→1s22s22p63s2时,由能量较高的激发态转化成能量较低的基态,原子会释放能量,故D正确。
3.(2024·河北承德月考)在下列元素的基态原子中,其最外电子层未成对电子数最多的是( )
[A] C [B] P
[C] Al [D] Si
B
【解析】 C为6号元素,价层电子排布式为2s22p2,最外层有2个未成对电子;
P为15号元素,价层电子排布式为3s23p3,最外层有3个未成对电子;Al为 13号元素,价层电子排布式为3s23p1,最外层有1个未成对电子;Si为14号元素,价层电子排布式为3s23p2,最外层有2个未成对电子;由上述分析可知,P的最外层未成对电子数最多,故选B。
4.(2024·天津实验中学月考)下列各项叙述不正确的是( )
[A] 若硫原子核外电子排布图为 ,则违反了泡利原理
[B] 若21号元素Sc的基态原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d3,则违反了构造原理
[C] 铍原子核外有4种运动状态不同的电子
[D] 原子的电子排布式由1s22s22p33s1→1s22s22p4能释放特定能量产生发射
光谱
A
(二)元素周期表和元素周期律
5.具有下列价层电子排布的同周期元素原子中,第一电离能最小的是( )
[A] ns2np3 [B] ns2np4
[C] ns2np5 [D] ns2np6
B
【解析】 ns2np3中np轨道处于半充满状态,ns2np6中np轨道处于全充满状态,均是能量较低的状态,不易失去电子;ns2np4和ns2np5相比,ns2np4更容易失去一个电子变成ns2np3,因此其第一电离能最小,故B项符合题意。
6.(2024·河南部分高中联考)下列说法正确的是( )
[A] 元素周期表每一周期元素原子的最外层电子排布均是从ns1过渡到ns2np6
[B] 元素周期表中可以把元素分成s、p、d、f四个区
[C] 最外层电子数为8的都是稀有气体元素的原子
[D] 元素周期表中第ⅢB族到第ⅡB族的10列元素都是金属元素,所以称为过渡金属元素
D
【解析】 第一周期元素的最外层电子排布由1s1过渡到1s2,A错误;元素周期表共分成5个区,s区(ⅠA、ⅡA)、p区(ⅢA～ⅦA、0族)、d区(ⅢB～ⅦB、Ⅷ族)、ds区(ⅠB、ⅡB)、f区(镧系、锕系),B错误;最外层电子数为8的粒子可能是稀有气体元素原子,也可能是离子,比如Na+、F-等,C错误;元素周期表中第ⅢB族到第ⅡB族的元素称为过渡元素,又因这10列均为金属元素,所以又叫过渡金属元素,D正确。
7.(2024·湖南衡阳期末)主族元素X、Y、Z、R的原子序数依次增大,元素的某种性质递变规律如图所示。下列对应的元素和性质正确的是( )
[A] 原子半径:F、Cl、Br、I
[B] 电负性:O、S、Se、Te
[C] 第一电离能:Si、P、S、Cl
[D] 最高正化合价:C、N、O、F
C
【解析】 根据图示知,随着原子序数递增,元素性质总体呈增大趋势,但是Y元素出现“反常”。F、Cl、Br、I的原子半径依次增大,与图像不符,A项不符合题意;O、S、Se、Te的电负性依次减小,与图像不符,B项不符合题意;Si、P、S、Cl的第一电离能呈增大趋势,但P的3p能级电子排布是半充满的,比较稳定,第一电离能高于相邻元素,与图像相符,C项符合题意;氧元素没有最高正化合价,氟元素没有正价,与图像不符,D项不符合题意。
8.(2025·江苏省扬州中学月考)短周期主族元素X、Y、Z、W的原子序数依次增大,X元素原子最外层电子数是内层的2倍,元素Y的核电荷数等于W原子的最外层电子数,金属元素Z的原子最外层电子数与最内层相同。下列说法正确的是( )
[A] 电负性:χ(X)>χ(Y)
[B] 最高价氧化物对应水化物的酸性:W>X
[C] 原子半径:r(Z)[D] X、W形成的化合物中有离子键
B
【解析】 短周期主族元素X、Y、Z、W的原子序数依次增大,X元素原子最外层电子数是内层的2倍,则X为碳元素;金属元素Z的原子最外层电子数与最内层相同,则Z为镁元素;元素Y的核电荷数等于W原子的最外层电子数,短周期主族元素最外层电子数小于8,则Y元素的核电荷数小于8,大于6,则Y为氮元素,W为氯元素。同周期元素电负性从左到右依次增大,电负性:CC,则最高价氧化物对应水化物的酸性:W>X,B正确;电子层数越多,原子半径越大,同周期元素从左到右,原子半径逐渐减小,则原子半径:r(Z)>r(W),C错误;碳和氯形成的化合物中只有共价键,D错误。
9.(2025·江苏泗阳县实验中学调研)2023年诺贝尔化学奖颁给合成量子点的三位科学家。量子点是一种重要的低维半导体材料,常由硅(Si)、磷(P)、硫(S)、硒(Se)等元素组成。下列说法正确的是( )
[A] 原子半径:r(Si)>r(S)>r(Se)
[B] 电负性:χ(Se)>χ(S)>χ(Si)
[C] 第一电离能:I1(P)>I1(S)>I1(Si)
[D] 氢化物的稳定性:H2Se>H2S>PH3
C
综合应用
【解析】 Si、P、S为同一周期元素,Se在S的下一周期,两者同主族。根据原子半径递变规律知,原子半径由大到小的顺序为r(Se)>r(Si)>r(S),故A错误;根据位置关系推知,S的电负性应该大于Se的,故B错误;根据同一周期第一电离能的递变规律,第ⅤA族出现反常,可知第一电离能:I1(P)>I1(S)>
I1(Si),故C正确;H2S的稳定性强于H2Se的 ,故D错误。
10.元素处于基态时的气态原子获得一个电子成为-1价阴离子时所放出的能量叫作该元素的第一电子亲和能。-1价阴离子再获得一个电子的能量变化叫作第二电子亲和能。表中给出了几种元素或离子的电子亲和能数据:
元素 Li Na K O O- F
电子亲
和能/
(kJ·mol-1) 59.8 52.7 48.4 141 -844.2 327.9
下列说法正确的是( )
[A] 电子亲和能越大,说明越难得到电子
[B] 一个基态的气态氟原子得到一个电子成为氟离子时吸收327.9 kJ的能量
[C] 氧元素的第二电子亲和能是 -844.2 kJ·mol-1
[D] 基态的气态氧原子得到两个电子成为O2-需要放出能量
C
【解析】 根据表中数据知,元素得电子能力越强,其电子亲和能越大,所以电子亲和能越大说明越容易得到电子,故A错误;由题给信息可知,一个基态的气态氟原子得到一个电子成为氟离子时放出327.9 kJ的能量,故B错误;O-的电子亲和能就是氧元素的第二电子亲和能,所以氧元素的第二电子亲和能是
-844.2 kJ· mol-1,故C正确;氧原子的电子亲和能为41 kJ·mol-1、O-的电子亲和能为-844.2 kJ·mol-1,氧元素的第一电子亲和能小于第二电子亲和能的绝对值,所以基态的气态氧原子得到两个电子成为O2-需要吸收能量,故D错误。
11.(2025·江苏泗阳县实验中学调研)短周期主族元素X、Y、Z、W原子序数依次增大,X的基态原子2p轨道中未成对电子数同周期最多,Y是地壳中含量最高的非金属元素,Z的基态原子3s轨道中只有1个电子,W与Y同主族。下列说法正确的是( )
[A] W的基态原子电子排布式为1s22s22p63s23p3
[B] 原子半径:r(W)>r(Z)>r(Y)
[C] 第一电离能:I1(X)>I1(Y)>I1(W)
[D] 简单氢化物的稳定性:W>Y
C
【解析】 X、Y、Z、W为短周期中原子序数依次增大的四种主族元素,X的基态原子2p轨道中未成对电子数同周期最多,则X为N;Y是地壳中含量最高的非金属元素,则Y为O;Z的基态原子3s轨道中只有1个电子,则Z为Na;W与Y同主族,则W为S。硫的基态原子的电子排布式为1s22s22p63s23p4,A错误;电子层数越多,原子半径越大,电子层数相同时,核电荷数越大,原子半径越小,则原子半径:r(Na)>r(S)>r(O),B错误;同一主族元素随原子序数变大,第一电离能变小,同一周期元素随着原子序数变大,第一电离能呈增大趋势,N的2p轨道为半充满稳定状态,第一电离能大于同周期相邻元素,故C、N、O的第一电离能大小:N>O>S,C正确;元素非金属性越强,其简单氢化物稳定性越强,则简单氢化物的稳定性:H2O>H2S,D错误。
12.(2025·贵州贵阳一中月考)短周期主族元素X、Y、Z、M的原子序数依次增大,M的最高正化合价与最低负化合价的绝对值之差为4,Z的基态原子的2p轨道半充满,由这4种元素组成的一种分子的结构如图所示。下列说法错误的是( )
[A] 第一电离能:Y[B] 简单气态氢化物的热稳定性:Z>Y
[C] 原子半径:M[D] X与Z、M能形成离子化合物
C
【解析】 短周期主族元素X、Y、Z、M的原子序数依次增大,Z的基态原子的2p轨道半充满,可知Z的核外电子排布式为1s22s22p3,Z的核外电子数为7,则Z为N;M的最高正化合价与最低负化合价的绝对值之差为4,且最高正化合价与最低负化合价绝对值之和为8,可知M的最高正价为 +6价,最低负价为-2价,则M为S;结合由这4种元素组成的一种分子的结构可知,X形成1个共价键,且X的原子序数小于Z(N)的,则X为H;Y均形成4个共价键,且原子序数小于Z(N)的,则Y为C。综上所述,X、Y、Z、M分别为H、C、N、S。N的2p能级处于半充满的稳定状态,其第一电离能大于同周期相邻元素,则第一电离能N>C,即Y
CH4,即Z>Y,B正确;Y为C,M为S,电子层数越多,原子半径越大,则原子半径:S>C,即M>Y,C错误;X为H,Z为N,M为S,则X与Z、M可形成离子化合物(NH4)2S或NH4HS,D正确。
13.(20分)(2025·江苏江阴月考)根据原子结构与性质的相关知识,回答下列问题。
(1)基态S的电子占据最高能层的符号是 ,最高能级的电子云轮廓图为 形。
M
哑铃
【解析】 (1)S的原子核外有3个电子层,最高能层为M层,基态S的电子占据的能级有1s、2s、2p、3s、3p,最高能级为3p,其电子云轮廓图为哑铃形。
(2)下列Li的电子排布图表示的状态中,能量最低和最高的分别为 、
(填字母)。
D
【解析】 (2)原子核外电子排布中,电子所占的轨道能级越高,该原子能量越高,根据图知,电子排布能量最低的是1s、2s能级,能量最高的是2s、2p能级。
A B
C D
C
(3)根据元素周期律推断,原子半径:As (填“大于”或“小于”,下同)Se,电负性:As Se。
大于
【解析】 (3)同一周期元素从左到右,原子半径随着原子序数增大而减小,电负性逐渐增大,则原子半径:As大于Se,电负性:As小于Se。
小于
(4)元素铜与镍的第二电离能分别为ICu=1 958 kJ·mol-1,INi=1 753 kJ·mol-1,
ICu>INi的原因是
。
铜失去的第二个电子是全充满的3d10轨道上的电子,镍失去的第二个电子是4s1轨道上的电子
【解析】 (4)基态铜原子和基态镍原子的价层电子排布式分别为3d104s1、3d84s2,铜的第二电离能是失去全充满的3d10轨道上的电子,较难失去,镍的第二电离能是失去4s1轨道上的电子,较易失去,故铜的第二电离能大于镍的。
(5)钒(23V)是我国的丰产元素,广泛用于催化及钢铁工业中。钒在元素周期表中的位置为 。
第四周期第ⅤB族
【解析】 (5)钒是第23号元素,在元素周期表中的位置为第四周期第ⅤB族。
(6)基态Se的简化电子排布式为 。
[Ar]3d104s24p4
【解析】 (6)Se是元素周期表中第34号元素,处于第四周期第ⅥA族,其基态原子的简化电子排布式为[Ar]3d104s24p4。
(7)Cr3+的价层电子排布式为 。
3d3
【解析】 (7)Cr的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s1,失去4s能级上的1个电子、3d能级上的2个电子形成Cr3+,故基态Cr3+的价层电子排布式为3d3。
14.(16分)(2024·江苏省句容中学月考)如图是元素周期表的一部分,图中所列字母分别代表一种化学元素。
请回答下列问题。
(1)元素b位于周期表中 区,其基态原子的电子排布式为
。
【解析】 由图可知,元素a、b、c、d、e、f、g分别为H、C、N、O、Na、Fe、Cu。
(1)b是C,位于周期表中p区;其基态原子的电子排布式为1s22s22p2。
p
1s22s22p2
(2)基态c原子中有 个未成对电子,其中能量最高的电子所在原子轨道的电子云轮廓图为 形。
【解析】 (2)基态c原子为N,其有3个未成对电子,其中能量最高的电子所在原子轨道为2p轨道,电子云轮廓图为哑铃形。
3
哑铃
(3)ca5理论上为离子化合物,推测其电子式为 。
(4)基态g2+价层电子的轨道表示式为 ,已知高温下,化合物g2d比化合物gd更稳定,试从核外电子排布的角度解释原因:
。
Cu+的最外层电子排布式为3d10,而Cu2+的最外层电子排布式为3d9,最外层电子排布达到全充满状态时稳定
(5)基态f原子的原子结构示意图为 。