原子结构模型
(40分钟 70分)
一、选择题(本题包括10小题,每小题5分,共50分)
1.(2020·苏州高二检测)自从1803年英国化学家、物理学家道尔顿提出了原子学说,人类对原子结构的认识就不断深入、发展,并通过实验事实不断完善对原子结构的认识。下列关于原子结构模型的说法中,正确的是
( )
A.道尔顿的原子结构模型将原子看作实心球,故不能解释任何问题
B.汤姆孙“葡萄干布丁”原子结构模型成功解释了原子中的正负粒子是可以稳定共存的
C.卢瑟福核式原子结构模型指出了原子核和核外电子的质量关系、电性关系及占有体积的关系
D.玻尔电子分层排布原子结构模型引入了量子化的概念,能够成功解释所有的原子光谱
【解析】选C。道尔顿的原子理论成功解释了质量守恒定律等规律,故A选项是错误的。汤姆孙“葡萄干布丁”原子结构模型提出了正负电荷的共存问题,但同时认为在这样微小的距离上有着极大的作用力,存在着电子会被拉进去并会碰撞在带正电的核心上这样的问题,故B选项是错误的。卢瑟福通过α粒子散射实验提出了核式原子结构模型,散射实验的结果能够分析出原子核和核外电子的质量关系、电性关系及占有体积的关系,故C选项是正确的。玻尔电子分层排布原子结构模型只引入了一个量子化的概念,只能够解释氢原子光谱,而不能解释比较复杂的原子光谱,故D选项是错误的。
2.(2020·青岛高二检测)N电子层含有的轨道类型数是
( )
A.3 B.4 C.5 D.6
【解析】选B。N电子层为第4层,轨道类型数即能级类型数,电子层数=所含能级数,故N电子层含4种类型能级,分别为4s、4p、4d、4f,则轨道类型数为4。
3.关于氢原子电子云图的说法正确的是
( )
A.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机会小
C.电子云图是对电子运动无规律的描述
D.电子云图描述了电子运动的客观规律
【解析】选D。电子云图中的黑点不代表电子,只是利用其密度的大小来代表电子在此区域出现机会的大小。电子运动的客观规律用图形表现就是电子云图。
【补偿训练】
观察1s轨道电子云图,判断下列说法正确的是
( )
A.一个小点表示1个自由运动的电子
B.1s轨道的电子云形状为圆形的面
C.电子在1s轨道上运动像地球围绕太阳旋转
D.1s轨道电子云小点的疏密表示电子在某一位置出现概率的大小
【解析】选D。电子在核外空间某一区域做无规则运动,且无固定半径。由图可知,处于1s轨道上的电子在空间出现的概率分布呈球形对称,电子在该区域出现的概率大,不是在面上或内部,而是在整个区域。图中的小点不表示电子,而表示电子在此位置出现概率的大小。
4.(2020·丰台区高二检测)第N能层所含能级数、原子轨道数和最多容纳电子数分别为
( )
A.3、9、18
B.4、12、24
C.5、16、32
D.4、16、32
【解析】选D。每一能层包含的能级数目等于该能层的序数,故第三能层包含s、p、d三个能级,每一能级所能容纳的最多电子数是其原子轨道数目的2倍,以s、p、d、f……排序的各能级可以容纳的最多电子数依次为1、3、5、7……的2倍,英文字母相同的不同能级中所能容纳的最多电子数相同。第N能层含有4个能级,16个原子轨道,最多容纳的电子数为32个。
5.(2020·菏泽高二检测)下列关于同一原子中的基态和激发态说法中,正确的是
( )
A.基态时的能量比激发态时高
B.激发态时比较稳定
C.由基态转化为激发态过程中吸收能量
D.电子仅在激发态跃迁到基态时才会产生原子光谱
【解析】选C。激发态时能量较高,较不稳定,A、B不正确。电子从较低能量的基态跃迁到较高能量的激发态时,也会产生原子光谱,D不正确。
6.(双选)下列说法中正确的是
( )
A.s能级的能量一定比p能级低
B.3p2表示第三电子层上有两个电子
C.同一原子中,1s、2p、4p电子的能量逐渐增大
D.同一原子中,2p、3p、4p能级最多容纳的电子数相等
【解析】选C、D。高电子层的s能级比低电子层的p能级的能量高,A项不正确;3p2表示3p能级排了两个电子,B不正确;同一原子中,1s、2p、4p电子的能量逐渐升高,C项正确;D项,p能级最多容纳6个电子。
7.(2020·新乡高二检测)下列元素的原子中,原子轨道能量与能级无关的是
( )
A.Na
B.C
C.H
D.Ne
【解析】选C。对于氢原子来说,它只有1个电子,轨道能量只与n有关;而多电子原子,其轨道能量不仅与n有关,还与能级有关。
8.下列说法中正确的是
( )
A.一般而言,n越大,电子离核平均距离越远,能量越低
B.一般n越大,电子层中的能级数越多
C.对于确定的n值,其原子轨道数为2n2个
D.自旋状态随原子轨道的具体情况而确定
【解析】选B。随n值增大,电子离核越来越远,电子能量越来越高,A项错误;电子层数越大,其能级数越多,如n=1,K层只有s能级,n=2,L层有s、p能级,n=3,M层有s、p、d三个能级,n越大,电子层中的能级数越多,B项正确;一个电子层上的原子轨道数为n2,电子有两种自旋状态,一个电子层容纳的最多电子数为2n2,C项错误;自旋状态与原子轨道无关,D项错误。
9.(2020·银川高二检测)原子光谱是线状光谱,是由不连续的谱线组成的,这表明
( )
A.在原子中只有某些电子能够跃迁产生光谱
B.原子中的电子可以处于某些特定的能量状态,即电子的能量是量子化的
C.原子发射的光是单色光
D.白光可以由多种单色光组成
【解析】选B。光谱分为连续光谱和线状光谱,无论是单色光还是白光,都是连续光谱,原子光谱是线状光谱,也就是由具有特定频率的光形成的谱线。原子光谱之所以产生这种特定的谱线,是由于电子的能量是量子化的,电子跃迁的始态和终态的能量差也是量子化的。
【规律方法】原子光谱与电子跃迁的关系
10.(2020·连云港高二检测)下列有关电子层和能级的叙述中正确的是
( )
A.M电子层有s、p共2个能级,最多能容纳8个电子
B.3d能级最多容纳5个电子,3f能级最多容纳7个电子
C.无论哪一电子层的s能级最多容纳的电子数均为2
D.每个电子层都有s、p能级,但不一定有d能级
【解析】选C。A项M电子层有s、p、d共3个能级,最多容纳18个电子。B项3d能级最多容纳10个电子,从N电子层开始有f能级,最多容纳14个电子,不存在3f能级。C项每个电子层都从s能级开始,且s能级最多容纳2个电子。D项K电子层只有s能级,不含有p能级。
二、非选择题(本题包括2小题,共20分)
11.(4分)比较下列多电子原子原子轨道的能量高低(填“<”“>”或“=”)。
(1)2s________3s;(2)2s________3d;?
(3)2px________2py;(4)4f________6f。?
【解析】相同电子层上不同原子轨道能量的高低:ns
答案:(1)< (2)< (3)= (4)<
12.(16分)回答下列问题:
(1)n=2的电子层有________个能级,________种形状不同的电子云,有________个原子轨道,最多容纳________个电子。?
(2)用相应的符号描述n=2的所有的原子轨道________。?
(3)处于一定空间状态的电子在原子核外出现的概率密度分布可用________形象地描述。在基态14C原子中,核外存在________个运动状态不同的电子。?
(4)基态K原子中,核外电子占据的最高电子层符号为________,占据该电子层电子的电子云图的形状为________。?
【解析】(1)第2电子层有2s、2p两个能级,有s、p两种形状不同的电子云,有2s、2px、2py、2pz4个原子轨道,每个轨道最多容纳2个电子,所以n=2的电子层最多容纳8个电子。(2)n=2的原子轨道为2s、2px、2py、2pz。(3)电子在原子核外出现的概率密度分布图像一团云雾,因而形象地称为电子云,用于描述电子的概率密度分布。原子中单个电子的空间运动状态可以用原子轨道来描述,并具有两种自旋状态中的一种,因此多电子原子中,不同电子的运动状态不同,故14C原子核外有6个运动状态不同的电子。(4)K原子核外有四个电子层,N层上只有一个电子,占据4s轨道,电子云图为球形。
答案:(1)2 2 4 8 (2)2s、2px、2py、2pz (3)电子云 6 (4)N 球形
(20分钟 30分)
一、选择题(本题包括2小题,每小题8分,共16分)
13.若以E表示某能级的能量,下列能量大小顺序中正确的是
( )
A.E(3p)>E(2p)>E(1p)
B.E(3s)>E(3p)>E(3d)
C.E(4f)>E(4s)>E(4d)
D.E(5s)>E(4s)>E(5f)
【解析】选A。B项,应为E(3d)>E(3p)>E(3s);C项,应为E(4f)>E(4d)>E(4s);D项,应为E(5f)>E(5s)>E(4s)。
【规律方法】判断原子轨道能量高低的方法
首先看电子层,一般电子层序数越大,能量越高。
再看能级,同一电子层中的各能级,能量是s同一能级中的各原子轨道能量相同。
还要注意能级交错现象,即高电子层的s、p能级的能量可能会小于低电子层的d、f能级,如4s<3d,5s<4d等。
14.(双选)下列说法正确的是
( )
A.同一个电子层中s能级的能量总是大于p能级的能量
B.2s原子轨道半径比1s原子轨道半径大,说明2s轨道比1s轨道离核远
C.第2电子层上的电子,不论在哪一个原子轨道上,其能量都相等
D.N电子层的原子轨道类型数和原子轨道数分别为4和16
【解析】选B、D。同一电子层中,s能级的能量小于p能级的能量,A不正确;由于2s轨道比1s轨道离原子核远,因此2s原子轨道半径比1s原子轨道半径大,B正确;当电子在同一电子层的不同能级上时,其能量不相同,因此C不正确;对于N电子层,n=4,其轨道类型数为4,轨道数为n2=42=16。
二、非选择题(本题包括1小题,共14分)
15.(2020·日照高二检测)回答下列问题:
(1)在基态多电子原子中,关于核外电子能量的叙述错误的是________(填字母,下同)。?
A.最易失去的电子能量最高
B.同一个电子层上的不同能级上的原子轨道,能量大小不同
C.p轨道电子能量一定高于s轨道电子能量
D.在离核最近区域内运动的电子能量最低
(2)下列说法正确的是________。?
A.一个原子轨道上只能有1个电子
B.处在同一原子轨道上的电子运动状态完全相同
C.处在同一电子层上的电子(基态)能量一定相同
D.处在同一能级中的电子(基态)能量一定相同
(3)比较下列多电子原子的原子轨道的能量高低。
①1s,3d____________;②3s,3p,3d________;?
③2p,3p,4p________;④3px,3py,3pz________。?
(4)符号3px所代表的含义是________。?
A.3px轨道上有3个电子
B.第3个电子层3px轨道有三个伸展方向
C.px电子云有3个伸展方向
D.第3个电子层沿x轴方向伸展的p轨道
【解析】(1)能量越高的电子在离核越远的区域内运动,也就越容易失去,A项正确;多电子原子在第n层中不同能级的能量大小顺序为E(ns)(2)同一原子轨道上最多容纳2个电子,并且自旋方向相反,A、B项均不正确;电子的能量由电子层和能级共同决定,同一电子层(n相同),根据能量的不同又分为不同的能级,所以同一电子层不同能级上的电子的能量不同,C项不正确;处在同一能级中的电子能量相同,D项正确。
(3)在多电子原子中,原子轨道能量的高低存在如下规律:①形状相同的原子轨道能量的高低:1s<2s<3s<4s……,3d<4d<5d……;②相同电子层上原子轨道能量的高低:ns(4)3px中,3表示第3电子层,p原子轨道在空间的分布分别沿x、y、z三个方向,px表示沿x轴方向伸展的p轨道。
答案:(1)C (2)D (3)①1s<3d ②3s<3p<3d ③2p<3p<4p ④3px=3py=3pz (4)D
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7
-基态原子的核外电子排布
(40分钟 70分)
一、选择题(本题包括10小题,每小题5分,共50分)
1.(2020·青岛高二检测)下列轨道表示式所表示的元素原子中,能量处于最低状态的是
( )
A.
B.
C.
D.
【解析】选C。本题考查的是核外电子排布的基本原理。
要使各原子能量处于最低状态(即基态),核外电子必须遵循三大原理进行排布。A项中2s轨道没有排满电子就排在了2p轨道上,显然能量不是最低的;B项中2p轨道上的电子排布不符合洪特规则,三个电子各占一个p轨道且自旋状态相同时,能量最低;C项中2p3为半充满状态,能量最低;D项中2p轨道未排满就排3s轨道,能量不是最低的。
2.(双选)下列微粒中,电子排布式为1s22s22p63s23p6的是
( )
A.Na+
B.Mg2+
C.Cl-
D.S2-
【解析】选C、D。该微粒的核外电子数为18,Cl-、S2-符合。
3.(2020·南京高二检测)在d轨道中电子排布成
,而不排布成
,其直接的根据是
( )
A.能量最低原理
B.泡利不相容原理
C.原子轨道能级图
D.洪特规则
【解析】选D。本题考查学生对核外轨道表示式的理解。当多电子排布在相同能级时分别占据不同的原子轨道且自旋状态相同为洪特规则。
4.(双选)某基态原子的电子排布式为
1s22s22p63s23p63d54s2,下列说法中不正确的是
( )
A.该元素基态原子中共有23个电子
B.该元素原子核外有4个电子层
C.该元素原子最外层共有2个电子
D.该元素原子M电子层共有8个电子
【解析】选A、D。由该原子基态电子排布式知,其有25个电子,核外有4个电子层,最外层有2个电子,M电子层有13个电子,A、D项不正确。
5.下列给出的基态原子的电子排布式,其中正确的是
( )
A.19K:1s22s22p63s23p7
B.24Cr:1s22s22p63s23p63d44s2
C.20Ca:1s22s22p63s23p63d2
D.35Br:[Ar]3d104s24p5
【解析】选D。A项中的“3p7”违背了泡利不相容原理,p能级有3个轨道,最多填充6个电子,正确的电子排布式为1s22s22p63s23p64s1;B项中的“3d44s2”违背了洪特规则特例,正确的电子排布式为
1s22s22p63s23p63d54s1;C项中的“3d2”违背了能量最低原理,根据构造原理,3d能级的能量大于4s能级,3p能级排满之后应该先排4s能级,故20Ca的电子排布式应为1s22s22p63s23p64s2。
6.下列能级按能量由低到高的顺序排列正确的是
( )
A.3s 3p 3d 4s
B.4s 4p 3d 4d
C.4s 3d 4p 5s
D.1s 2s 3s 2p
【解析】选C。A项,3d>4s;B项,4p>3d;D项,3s>2p。
7.下列关于钠元素的几种表达式错误的是
( )
选项
微粒种类
表示方法的名称
表示方法
A
基态Na+
轨道表示式
B
基态Na+
结构示意图
C
Na+
电子排布式
1s22s22p63s1
D
基态Na
最外层电子排布式
3s1
【解析】选C。Na+的电子排布式为1s22s22p6
8.(2020·淄博高二检测)已知三种微粒(原子或离子):
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
( )
【解析】选C。11X、19Y、20Z都是金属阳离子。分析A～D微粒结构示意图的核电荷数和核外电子排布的关系可知,A和D是原子,B是阴离子,C是金属阳离子。
9.(双选)(2020·苏州高二检测)M-的最外层电子排布式为3s23p6,下列说法中正确的是
( )
A.M可能为稀有气体元素
B.M原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p64s1
C.M原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p5
D.M的最外电子层上有7个电子
【解析】选C、D。M-的最外层电子排布式为3s23p6,M原子的最外层电子排布式为3s23p5,其最外层有7个电子。
10.某元素的3p轨道上有两个未成对电子,因此其
( )
A.第三电子层上有4个电子
B.最高正价为+2
C.最高正价为+4
D.第二电子层没有未成对电子
【解析】选D。3p轨道上有两个未成对电子,则该基态原子电子排布式为1s22s22p63s23p2或
1s22s22p63s23p4,即为Si元素或S元素。
二、非选择题(本题包括2小题,共20分)
11.(10分)(2020·连云港高二检测)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外半径最大的元素,C的最外层有三个未成对电子,E的最外层电子排布式为3d64s2。回答下列问题:
A为________(写出元素符号,下同),电子排布式是_______________________;?
B为________,电子排布式是_________________;?
C为________,电子排布式是_________________;?
D为________,轨道表示式是_________________;?
E为________,原子结构示意图是_____________。?
【解析】由题意可知,A为Si,B为Na,C为P,则D为N,E为Fe。这5种元素电子排布式分别为A:1s22s22p63s23p2,B:1s22s22p63s1,C:1s22s22p63s23p3,D:1s22s22p3,其轨道表示式为,
E:1s22s22p63s23p63d64s2,其原子结构示意图为。
答案:Si 1s22s22p63s23p2
Na 1s22s22p63s1 P 1s22s22p63s23p3
N Fe
12.(10分)设X、Y、Z代表三种元素。
①X+和Y-两种离子具有相同的电子层结构;
②Z原子核内质子数比Y原子核内质子数少9个;
③Y和Z两种元素可以形成4核42个电子的负一价阴离子。据此,请填空。
(1)Y元素是________(填元素符号),其原子的电子排布式为________________,Z元素原子的电子排布式为________________。?
(2)由X、Y、Z三种元素形成的含68个电子的盐类化合物的化学式是________________。?
【解析】X+和Y-电子层结构相同可推测为Na+、F-或K+、Cl-,然后根据Y和Z可形成4核42个电子的负一价阴离子,推测该阴离子为Cl。
X+与Y-具有相同的电子层结构说明X位于Y的下一周期,由于Y形成Y-,又Z比Y的质子数少9个,故Y的原子序数最少为17,假设Y为Cl,则由③可推知Z为O,由①可推知X为K,满足题意。
答案:(1)Cl 1s22s22p63s23p5 1s22s22p4
(2)KClO4
(20分钟 30分)
一、选择题(本题包括2小题,每小题8分,共16分)
13.(2020·济宁高二检测)X、Y两种元素可形成X2Y3型化合物,则X和Y原子最外层的电子排布可能是
( )
A.X:3s23p1 Y:3s23p5
B.X:2s22p3 Y:2s22p4
C.X:3s23p2 Y:3s23p4
D.X:3s2 Y:2s22p3
【解析】选B。A项,X为Al,Y为Cl,形成AlCl3;B项,X为N,Y为O,可以形成N2O3;C项,X为Si,Y为S,二者不易形成化合物;D项,X为Mg,Y为N,二者形成Mg3N2。
14.下列微粒中,未成对电子数最多的是
( )
A.O:1s22s22p4
B.P:1s22s22p63s23p3
C.Fe:1s22s22p63s23p63d64s2
D.Mn:1s22s22p63s23p63d54s2
【解析】选D。A项,O原子未成对电子数为2;B项,P原子未成对电子数为3;C项,Fe原子未成对电子数为4;D项,Mn原子未成对电子数为5。
【补偿训练】
下列表示方法错误的是
( )
A.硫离子的电子式为]2-
B.Br原子的最外层电子排布式为4s14p6
C.N原子的轨道表示式为
D.Cu原子的结构示意图为
【解析】选B。Br是35号元素,位于第四周期ⅦA族,其原子核外电子排布式为
1s22s22p63s23p63d104s24p5,其最外层电子排布式为4s24p5。
二、非选择题(本题包括1小题,共14分)
15.(2020·威海高二检测)有A、B、C、D、E、F六种短周期主族元素,它们的原子序数依次增大,其中A元素原子核外电子仅有一个原子轨道,也是宇宙中最丰富的元素;B元素原子核外p电子数比s电子数少1;C元素原子的最外层电子排布可表示为asaap2a;D为金属元素且M层上有一个未成对的p电子;E元素的原子核外最外层p轨道半充满;F元素原子的价电子排布式为3s23p5。
(1)写出A、C、F元素的元素符号:
A________、C________、F________。?
(2)写出基态D原子的电子排布式________。写出基态E原子的核外电子轨道表示式_________________________________。?
(3)D元素原子核外电子云有________种不同的伸展方向,共有________种不同运动状态的电子,__________?个不同能级的电子。
(4)B元素单质和氢化物的电子式:单质________,氢化物________。?
【解析】A原子只有一个原子轨道,可能是H或He,又因A是宇宙中最丰富的元素,则A为氢;B元素原子的核外电子排布为1s22s22p3,为氮;C的价电子排布为2s22p4,为氧;D元素原子的核外电子排布为1s22s22p63s23p1,为铝;E元素原子的核外电子排布为1s22s22p63s23p3,为磷,F为氯。s轨道只有1种伸展方向、p轨道有3种伸展方向,Al核外电子排布为1s22s22p63s23p1,涉及s轨道和p轨道,因此其核外电子云(轨道)的伸展方向有4种;核外13个电子的运动状态各不相同,故核外有13种不同运动状态的电子,有1s、2s、2p、3s、3p共5个能级。
答案:(1)H O Cl
(2)1s22s22p63s23p1
(3)4 13 5 (4N?? H
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6
-核外电子排布与元素周期表
(40分钟 70分)
一、选择题(本题包括10小题,每小题5分,共50分)
1.(2020·焦作高二检测)基态原子的核外电子排布式为4d105s1的元素所在的区、周期和族分别为
( )
A.p区、第五周期、第ⅠB族
B.ds区、第五周期、第Ⅷ族
C.d区、第四周期、第ⅠB族
D.ds区、第五周期、第ⅠB族
【解析】选D。解法一:以稀有气体Kr为参照,核外电子排布式为4d105s1的元素位于第五周期。该原子的价电子排布式与Cu相似,属于第ⅠB族元素,位于ds区。
解法二:按照构造原理,该元素基态原子的核外电子排布顺序应为4d95s2,实际上是4d105s1,故可认为是先填满4d能级再填充5s能级,故位于ds区。位于元素周期表第11列,即第ⅠB族。该元素最大电子层数为5,故位于第五周期。
【补偿训练】
元素原子的核外电子排布决定了元素在元素周期表中的位置,已知某元素原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d34s2。该元素位于元素周期表
( )
A.第2周期第ⅡB族
B.第4周期第ⅡA族
C.第4周期第ⅤB族
D.第5周期第ⅡB族
【解析】选C。周期数等于电子层序数,族数等于价电子数。共有四个电子层,位于第4周期,价电子排布式为3d34s2,共5个价电子,而且排在3d、4s轨道中,应为副族,所以为ⅤB族。
2.元素周期表长周期共有18个纵列,从左到右排为18列,即碱金属是第1列,稀有气体是第18列。按这种规定,下列说法正确的是
( )
A.第9列元素中没有非金属
B.第15列元素的原子最外层的电子排布式是ns2np5
C.最外层电子排布为ns2的元素一定在第2列
D.第11、12列为d区元素
【解析】选A。第9列元素是过渡元素,没有非金属,A项正确;第15列元素的最外层电子排布式是ns2np3,B项错误;最外层电子排布为ns2的元素也可能是过渡元素或0族元素He,C项错误;11、12列为ds区元素,D项错误。
3.某元素位于周期表中第四周期ⅤA族,则该元素的名称和价电子排布式均正确的是
( )
A.砷,4s24p3
B.溴,4s24p5
C.磷,4s24p3
D.锑,5s25p3
【解析】选A。由于该元素为主族元素,价电子数=主族序数,故价电子数为5,排除B项;又因周期数=电子层数,排除D;由元素在周期表中的位置可知:元素的价电子排布式为4s24p3,电子排布式为
1s22s22p63s23p63d104s24p3,为33号元素砷。
4.(2020·平顶山高二检测)元素周期表中铋元素的数据见图,下列说法不正确的是
( )
A.该元素为第ⅤA族元素
B.该元素为第六周期,p区元素
C.铋原子6p能级中6px、6py、6pz轨道上各有一个电子
D.铋原子最外层有5个能量相同的电子
【解析】选D。根据图中信息确定原子序数为83,为第六周期第ⅤA族元素,相对原子质量为209.0。因为根据电子排布的规律在6p能级上先占据不同原子轨道,所以铋原子6p能级中6px、6py、6pz轨道上各有一个电子。最外层电子能量不同(s和p)。
5.某元素的最外层电子数为2,价电子数为5,并且是同族中原子序数最小的元素,关于该元素的判断错误的是
( )
A.电子排布式为1s22s22p63s23p63d34s2
B.该元素为V
C.该元素为ⅡA族元素
D.该元素位于d区
【解析】选C。该元素的最外层电子数为2,并且为同族元素中原子序数最小的,所以该元素为第2周期或第4周期元素。又因其价电子数≠最外层电子数,可推出该元素并不是第2周期元素,应为第4周期元素,价电子排布式为3d34s2,故为23号元素V,d区元素。
6.(双选)(2020·盐城高二检测)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
C.某元素的原子最外层上电子数为6
D.某元素的原子价电子排布式为5s25p1
【解析】选A、D。A中能说明该元素的L层有7个电子,可以确定其在周期表中的位置是第二周期,第ⅦA族;某些非金属元素有多种化合价,+4价不一定是其最高化合价,无法确定;C中根据最外层电子数只能确定族序数,无法确定周期数;D可确定该元素在第五周期第ⅢA族。
7.下列说法中正确的是
( )
A.所有金属元素都分布在d区和ds区
B.最外层电子数为2的元素都分布在s区
C.元素周期表中ⅢB族到ⅡB族10个纵列的元素都是金属元素
D.s区均为金属元素
【解析】选C。s区除H外均为金属元素,A、D项错误;He、Zn等虽然最外层电子数为2但却不是s区元素,B项错误;周期表中ⅢB族～ⅡB族为过渡元素,全部为金属元素,C项正确。
8.下列说法中错误的是
( )
A.所有的非金属元素都分布在p区
B.3p能级上只有一个空轨道的原子和4p能级上只有一个空轨道的原子一定属于同一族
C.除氦以外的稀有气体元素原子的最外层电子数都是8
D.同一元素的各种同位素的化学性质一定相同
【解析】选A。氢元素位于s区,故A错。
9.(2020·德州高二检测)某元素原子的最外层电子排布是5s25p1,该元素或其化合物不可能具有的性质是
( )
A.该元素单质是导体
B.该元素单质在一定条件下能与盐酸反应
C.该元素氧化物的水化物显碱性
D.该元素的最高化合价呈+5价
【解析】选D。由原子核外最外层电子排布可知该元素位于周期表中第五周期ⅢA族,是较活泼的金属元素,它应具有金属的一般性质,其最高化合价为+3价,故D错误。
10.某元素M的单质1.8
g在过量的O2中充分燃烧,得到M2O33.4
g,已知M原子核外电子数比核内中子数少1。该元素在周期表中的位置是
( )
A.第2周期ⅢA族
B.第2周期ⅥA族
C.第3周期ⅤA族
D.第3周期ⅢA族
【解析】选D。设金属M的相对原子质量是x,
根据化学方程式:
=,解得x=27,所以M是金属Al,在周期表中的位置是第3周期ⅢA族,故选D项。
二、非选择题(本题包括2小题,共20分)
11.(10分)Ⅰ.(1)砷原子的最外层电子排布式是4s24p3,在元素周期表中,砷元素位于第________周期_______________?族;最高价氧化物的化学式为________,砷酸钠的化学式是________。?
(2)已知下列元素在周期表中的位置,写出它们价电子排布式和元素符号:
①第4周期ⅣB族___________________________;?
②第5周期ⅦA族___________________________。?
Ⅱ.写出下列元素在周期表中的位置:
序号
价电子排布
周期
族
(1)
4s1
(2)
3d34s2
(3)
3d104s1
(4)
3s23p5
【解析】Ⅰ.(1)砷原子最外层电子排布式是4s24p3,可知砷原子有4个电子层,价电子数为5,由电子层数=周期序数可知,砷元素在第4周期,由主族序数=价电子数=最高正价可知,砷元素位于ⅤA族,最高价氧化物为As2O5,砷酸钠的化学式为Na3AsO4。
(2)根据元素在周期表中的位置与核外电子排布的关系分析。
Ⅱ.由价电子排布式判断元素在周期表中的位置时:周期数=电子层数,主族序数=价电子数。
答案:Ⅰ.(1)4 ⅤA As2O5 Na3AsO4
(2)①3d24s2、Ti ②5s25p5、I
Ⅱ.(1)4 ⅠA (2)4 ⅤB (3)4 ⅠB
(4)3 ⅦA
12.(10分)(2020·苏州高二检测)回答下列问题:
(1)某元素的原子序数为29,试回答:
①该基态原子的价电子排布式是________________,核外电子有________个能级,有________个未成对电子。?
②它属于第________周期________族。?
(2)某元素原子的电子排布式为[Ar]3d104s24p1,该元素处于元素周期表的第________周期________族。?
【解析】(1)根据核外电子排布规律,该元素原子的核外电子排布式应为1s22s22p63s23p63d104s1,价电子排布式为3d104s1,所以有1个未成对电子,有7个能级。有四个电子层,所以为第4周期元素,价电子排布式为3d104s1,所以在ⅠB族。
(2)该元素为主族元素,根据电子层数=周期序数,主族序数=价电子数,该元素位于第4周期ⅢA族。
答案:(1)①3d104s1 7 1 ②4 ⅠB (2)4 ⅢA
(20分钟 30分)
一、选择题(本题包括2小题,每小题8分,共16分)
13.(2020·南京高二检测)主族元素A和B可形成组成为AB2的离子化合物,则A、B两原子的最外层电子排布分别为
( )
A.ns2np2和ns2np4
B.ns2和ns2np4
C.ns2和ns2np5
D.ns2和ns2
【解析】选C。由A和B为主族元素,且二者能形成AB2型的离子化合物,知A为第ⅡA族元素,B为第ⅦA族元素,故A元素原子的最外层电子排布为ns2,B元素原子的最外层电子排布为ns2np5。
14.具有下列电子层结构的原子,其对应的元素一定属于同一周期的是
( )
A.两种元素原子的电子层上全部都是s电子
B.3p能级上只有1个空轨道的原子和3p能级上只有1个未成对电子的原子
C.最外层电子排布为2s22p6的原子和最外层电子排布为2s22p6的离子
D.原子核外的M层上的s、p能级上都填满了电子而d轨道未排电子的两种原子
【解析】选B。两种元素原子的电子层上全部都是s电子,即为1s1或1s2或1s22s1或1s22s2,对应的分别是H、He、Li、Be,即两种元素原子的电子层上全部都是s电子,可能属于第一周期或第二周期。3p能级上只有1个空轨道的原子即1s22s22p63s23p2是硅元素;3p能级上只有1个未成对电子的原子即1s22s22p63s23p1是铝元素或1s22s22p63s23p5是氯元素,都属于第三周期。最外层电子排布为2s22p6的原子是氖元素,属于第二周期元素;最外层电子排布为2s22p6的离子对应的元素可能为氮、氧、氟、钠、镁、铝等,很显然不一定属于同一周期。原子核外的M层上的s、p能级上都填满了电子而d轨道未排电子的两种原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p6或1s22s22p63s23p64s1或1s22s22p63s23p64s2,可能为Ar、K、Ca,很显然不一定属于同一周期。
二、非选择题(本题包括1小题,共14分)
15.(2020·青岛高二检测)A、B、C、D、E、F均为短周期元素,原子序数依次递增。A元素原子核内无中子。B元素原子核最外层电子数是次外层电子数的2倍。C元素是地壳中含量最多的元素。D是短周期元素中金属性最强的元素。E与F的位置相邻,F的最高价氧化物的水化物为最强酸。
(1)推断B在元素周期表中的位置:第________周期,第________族。?
(2)写出F的电子排布式:________。?
(3)C、D可形成淡黄色的粉末,其电子式为_____________________________。?
(4)写出A与C形成的10电子微粒的化学式:_______、________、________。?
【解析】原子核内无中子的只有氢(A);原子核最外层电子数是次外层电子数的2倍的是碳(B);地壳中含量最多的元素是氧(C);短周期元素中金属性最强的元素是钠(D);F的最高价氧化物的水化物为最强酸,则F是氯,E为硫。
答案:(1)二 ⅣA (2)1s22s22p63s23p5
(3)Na+]2-Na+
(4)H2O H3O+ OH-
【补偿训练】
原子结构与元素周期表存在着内在联系,按要求回答下列问题:
(1)由下列元素在周期表中的位置,写出元素原子的价电子排布式。
①第4周期ⅥB族____________;?
②第5周期ⅠB族____________;?
③第5周期ⅣA族____________;?
④第6周期ⅡA族____________。?
(2)根据元素电子排布可以确定元素在周期表中的位置。
①具有(n-1)d10ns2电子排布的元素位于周期表中________族。?
②基态金原子的价电子排布式为5d106s1,试判断金元素在元素周期表中位于第________________周期__________?族。
③已知某元素+2价离子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d3。该元素位于元素周期表第________周期________族。?
【解析】(1)ⅢB～ⅦB族元素的价电子排布式分别为(n-1)dxns1～2(x=1～5),且价电子数等于族序数。故①为3d54s1。ⅠB族和ⅡB族的价电子排布分别为(n-1)d10ns1和(n-1)d10ns2,故②为4d105s1。主族元素的价电子全都排布在最外层的ns或np上,且价电子数等于族序数。故③为5s25p2,④为6s2。
(2)①具有(n-1)d10ns2电子排布的元素位于周期表第ⅡB族。
②元素基态原子的价电子排布式为5d106s1,应位于第6周期ⅠB族。
③该元素基态原子价电子排布式为3d34s2,根据周期数=电子层数,族序数=价电子数,该元素为d区副族元素(价电子排在d、s轨道上),可知该元素位于第4周期ⅤB族。
答案:(1)①3d54s1 ②4d105s1 ③5s25p2 ④6s2
(2)①ⅡB ②6 ⅠB ③4 ⅤB
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-元素性质及其变化规律
(40分钟 70分)
一、选择题(本题包括10小题,每小题5分,共50分)
1.(2020·宿州高二检测)下列原子的价电子排布中,第一电离能最大的是
( )
A.3s23p1
B.3s23p2
C.3s23p3
D.4s24p4
【解析】选C。由上述各项元素原子的价电子排布式可知C项中3p3处于半充满状态,电子能量低,原子较稳定,故第一电离能最大。
2.下列微粒半径依次增大的是
( )
A.同一主族元素随着原子序数的递增
B.同一周期的元素随着原子序数的递增
C.Na+、Mg2+、Al3+、F-
D.P、S、S2-、Cl-
【解析】选A。依据比较微粒半径大小的规律进行分析,同一主族,随着原子序数的递增,原子的电子层数依次增加,原子半径依次增大,A项正确;同一周期,随着原子序数的递增,原子半径逐渐减小,B项错误;C项中各微粒的电子层结构相同,核电荷数越大,半径越小,故半径F-最大,Al3+最小,C项错误;D项中的微粒半径P>S,S2->Cl-,D项错误。
3.(2020·南京高二检测)钡的核外电子排布式为6s2,下列关于钡的说法不正确的是
( )
A.其电负性比Cs大
B.位于第6周期ⅡA族
C.能与冷水反应放出氢气
D.第一电离能比Cs小
【解析】选D。Cs、Ba位于同周期,一般来说,同周期元素的第一电离能从左到右呈增大的趋势,故Cs的第一电离能比Ba小,D项不正确。
4.(2020·淄博高二检测)具有下列电子排布式的原子中,半径最大的是
( )
A.1s22s22p63s23p3
B.1s22s22p3
C.1s22s22p5
D.1s22s22p63s23p4
【解析】选A。由核外电子排布知识可知A为磷原子,B为氮原子,C为氟原子,D为硫原子。根据同周期从左到右原子半径逐渐减小,同主族由上到下原子半径逐渐增大,故原子半径最大的是磷原子。
5.下列说法中正确的是
( )
A.第3周期所含元素中钠的第一电离能最小
B.铝的第一电离能比镁的第一电离能大
C.在所有的元素中,F的第一电离能最大
D.钾的第一电离能比镁的第一电离能大
【解析】选A。B项,I1(Mg)>I1(Al);C项,在所有元素中,He的第一电离能最大;D项,I1(Na)>I1(K),I1(Mg)>I1(Na),故I1(Mg)>I1(K)。
6.下列微粒半径大小比较正确的是
( )
A.Na+B.S2->Cl->Na+>Al3+
C.NaD.Cs【解析】选B。A中四种离子核外电子排布相同,核电荷数越大,半径越小;B中S2-与Cl-,Na+与Al3+的核外电子排布分别相同,S2-和Cl-比Na+和Al3+多一个电子层,微粒半径大;C中微粒电子层数相同,核电荷数越大,半径越小,应为Na>Mg>Al>Si;D中微粒为同一主族,电子层数越多,原子半径越大,应为Cs>Rb>K>Na。
【补偿训练】
下列关于微粒半径的说法不正确的是
( )
①r(Li+)②r(F-)③r(Na+)④r(Fe3+)>r(Fe2+)>r(Fe)
A.②③④
B.①④
C.③④
D.①②③
【解析】选C。同主族元素,从上到下,同价态离子半径均增大,所以①②正确;电子层结构相同的离子,随核电荷数增大,离子半径减小,③错误;不同价态的同种元素的离子,核外电子多的半径大,④错误。
7.(2020·石嘴山高二检测)如图所示,横坐标表示元素的原子序数,纵坐标表示同一主族的五种元素的电负性数值的是
( )
【解析】选B。同主族自上而下原子半径增大,原子对键合电子的吸引力减小,元素的电负性减弱,即同主族随原子序数的增大,电负性降低,选项中符合该变化规律的为B中所示图像。
8.(双选)(2020·青岛高二检测)如图是部分短周期元素的原子序数与其某种常见化合价的关系图,若用原子序数代表所对应的元素,则下列说法正确的是
( )
A.31d和33d互为同位素
B.第一电离能:d>e,电负性:dC.气态氢化物的稳定性:a>d>e
D.a和b形成的化合物不可能含共价键
【解析】选A、B。短周期元素中,a为-2价,e为+6价,均处于第ⅥA族,可推知a为O,e为S,b为+1价,原子序数大于O,则b为Na,由原子序数可知d处于第3周期,化合价为+5,则d为P。31P和33P质子数相同,中子数不同,是不同的核素,互为同位素,A正确;同周期元素从左到右第一电离能增大,但是P原子3p轨道电子为半充满稳定状态,第一电离能较大,则第一电离能:P>S,电负性:PH2S>PH3,C错误;O和Na形成的化合物Na2O2中含有共价键,D错误。
【补偿训练】
气态电中性基态原子的原子核外电子排布发生如下变化,吸收能量最多的是
( )
A.1s22s22p63s23p2→1s22s22p63s23p1
B.1s22s22p63s23p3→1s22s22p63s23p2
C.1s22s22p63s23p4→1s22s22p63s23p3
D.1s22s22p63s23p64s24p2→1s22s22p63s23p64s24p1
【解析】选B。气态电中性基态原子的第一电离能越大,失去一个电子吸收的能量越多。B项中3p3为p轨道半充满状态,故第一电离能最大。
9.下表列出了某短周期元素R的各级电离能数据(用I1、I2……表示,单位为kJ·mol-1)。下列关于元素R的判断中一定正确的是
( )
I1
I2
I3
I4
……
R
740
1
500
7
700
10
500
①R的最高正价为+3价 ②R元素位于元素周期表中第ⅡA族 ③R元素第一电离能大于同周期相邻元素 ④R元素基态原子的电子排布式为1s22s2
A.①②
B.②③
C.③④
D.①④
【解析】选B。由表中数据可知,R元素的第三电离能与第二电离能的差距最大,故最外层有两个电子,最高正价为+2价,位于第ⅡA族,可能为Be或者Mg元素,因此①不正确,②正确,④不正确;短周期第ⅡA族(ns2)的元素,因s轨道全满状态,比较稳定,所以其第一电离能大于同周期相邻主族元素,③正确。
10.已知X、Y元素同周期,且电负性X>Y,下列说法错误的是
( )
A.X与Y形成的化合物,X显负价,Y显正价
B.最高价含氧酸的酸性:X对应的酸性强于Y对应的酸性
C.气态氢化物的稳定性:HmY小于HnX
D.第一电离能Y一定小于X
【解析】选D。X、Y元素同周期,且电负性X>Y,则非金属性X>Y。电负性大的元素在化合物中显负价,所以X和Y形成化合物时,X显负价,Y显正价,A正确;非金属性越强,其最高价氧化物的水化物的酸性越强,非金属性X>Y,则X对应的酸性强于Y对应的酸性,B正确;非金属性越强,气态氢化物越稳定,则气态氢化物的稳定性:HmY小于HnX,C正确;一般非金属性强的第一电离能大,但O的非金属性比N大,第一电离能N>O,D错误。
二、非选择题(本题包括2小题,共20分)
11.(8分)(2020·菏泽高二检测)(1)Mg元素的第一电离能比Al元素的________,第2周期元素中,元素的第一电离能比铍大的有________种。?
(2)碳原子的核外电子排布式为________________。与碳同周期的非金属元素N的第一电离能大于O的第一电离能,原因是________________________。?
(3)A、B均为短周期金属元素。依据下表数据,写出B原子的电子排布式:________。?
电离能/kJ·mol-1
I1
I2
I3
I4
A
899
1
821
15
390
21
771
B
738
1
451
7
733
10
540
【解析】(1)Mg的价电子排布式为3s2,3s为全充满稳定结构;Al的价电子排布式为3s23p1,3p轨道不是稳定结构。元素第一电离能Mg>Al。第2周期元素的第一电离能比Be元素第一电离能大的元素有C、N、O、F、Ne共5种。
(2)O原子和N原子的价电子排布分别为2s22p4、2s22p3,N原子的2p轨道半充满,结构比较稳定,所以第一电离能大。
(3)由A、B元素的各级电离能可看出,A、B两元素容易失去两个电子形成+2价金属阳离子,故A、B元素属于ⅡA族的元素,由同主族元素电离能变化规律可知,B元素为镁元素,其原子的电子排布式为1s22s22p63s2。
答案:(1)大 5 (2)1s22s22p2 N原子的2p轨道达到半充满结构,比较稳定 (3)1s22s22p63s2
12.(12分)碳、硅、锗等是ⅣA族元素,回答下列问题:
(1)CH4和CO2所含的三种元素电负性从大到小的顺序为____________。?
(2)从电负性角度分析,碳、硅和氧元素的非金属活泼性由强至弱的顺序为____________(填元素符号)。?
(3)CH4中共用电子对偏向C,SiH4中共用电子对偏向H,则C、Si、H的电负性由大到小的顺序为?________________________________(填元素符号)。
(4)基态锗(Ge)原子的电子排布式是____________,Ge的最高价氯化物分子式是____________。该元素可能的性质或应用有________(填字母)。?
A.是一种活泼的金属元素
B.其电负性大于硫
C.其单质可作为半导体材料
D.锗的第一电离能高于碳而电负性低于碳
(5)溴与氯能以________键结合形成BrCl,BrCl分子中,Br化合价为________。BrCl与水发生反应的化学方程式为____________________。?
【解析】(1)CH4分子中C为-4价,H为+1价,所以C的电负性大于H的电负性,同周期元素从左到右电负性增大,O的电负性大于C。
(2)根据同周期从左到右元素的电负性增大,同主族从上到下元素的电负性减小可知:电负性由强到弱顺序为O>C>Si,所以元素非金属性O>C>Si。
(3)由于元素电负性越大,吸引电子能力越强,根据电子对偏向情况可得电负性大小为C>H>Si。
(4)锗是32号元素,核外有32个电子,基态锗(Ge)原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p2。Ge的价电子数为4,所以其最高价为+4价,氯化物分子式是GeCl4。Ge是一种金属元素,但最外层电子数为4,金属性不强,A项错误;硫的电负性大于硅,硅的电负性大于锗,所以锗的电负性小于硫,B项错误;锗单质是一种半导体材料,C项正确;锗的电负性低于碳,锗的第一电离能也低于碳,D项错误。
(5)Br与Cl的电负性差别不大,所以BrCl分子中化学键为共价键,由于电负性Br答案:(1)O>C>H (2)O>C>Si (3)C>H>Si
(4)1s22s22p63s23p63d104s24p2 GeCl4 C (5)共价
+1 BrCl+H2OHCl+HBrO
(20分钟 30分)
一、选择题(本题包括2小题,每小题8分,共16分)
13.下列有关微粒性质的排列顺序中,错误的是
( )
A.原子半径:Na>S>O
B.稳定性:H2O>H2S>PH3
C.离子半径:Al3+>Mg2+>Na+
D.电负性:N【解析】选C。A项,Na、S位于同一周期,O、S位于同一主族,原子半径Na>S>O,正确;B项,P、S位于同一周期,O、S位于同一主族,其氢化物稳定性,PH3Mg2+>Al3+;D项正确。
14.(2020·德州高二检测)已知短周期元素X、Y、Z在周期表中的相对位置如图所示,则下列说法正确的是
( )
X
Y
Z
A.Y元素原子的价电子排布为2s22p4
B.原子半径:ZC.X是周期表中第一电离能最大的元素
D.第一电离能Z>Y
【解析】选C。因X、Y、Z为短周期元素,结合位置关系知X为He,Y为F,Z为S。F(Y)元素价电子排布为2s22p5;原子半径S>F(Z>Y);结合第一电离能在同周期和同主族间的变化规律知,He是第一电离能最大的元素;第一电离能F>S。
二、非选择题(本题包括1小题,共14分)
15.A～G是周期表中1～36号的元素,它们的原子序数依次递增且分别位于前四周期的各个周期中。对它们的性质及结构的描述如下:
A原子的基态只有一种形状的电子云,并容易形成共价键;B的基态原子有3个不同的能级,各能级中电子数相等;C与B同周期,其第一电离能高于周期表中与之相邻的所有元素;D的基态原子2p能级上的未成对电子数与B原子相同;C3-与E2+具有相同的稳定的电子层结构;F元素在周期表中位于C元素的下一周期,其电负性在同周期元素中最大;G元素的基态原子在前四周期中未成对电子数最多。
(1)A的元素符号为________,基态G原子的电子排布式为___________________,与G同周期的所有元素的基态原子中最外层电子数与G原子相同的元素有______________________(填元素符号)。?
(2)B、C、D三种元素第一电离能从大到小的顺序是________,三种元素的电负性大小顺序为________(均填元素符号)。?
(3)已知元素的电负性C>F,则C元素与F元素形成的化合物CF3中C的化合价为________价,CF3与水发生水解反应的化学方程式为__。?
(4)E与C元素形成的化合物的化学式为__,?
B和C形成的化合物B3C4中B显________价。?
【解析】A为H元素,B为C元素,C为N元素,D为O元素,E为Mg元素,F为Cl元素,G为Cr元素。
(1)铬元素是24号元素,处于第4周期,电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s1,其最外层只有1个电子,同周期中原子最外层只有一个电子的元素还有K、Cu。
(2)同周期从左到右元素的第一电离能呈增大趋势,但N原子最外层为2p3半充满稳定结构,其第一电离能比O的大,而电负性同周期从左到右依次增大。
(3)水解反应前后各元素的化合价不变,N的电负性比Cl的电负性大,所以NCl3中N的化合价为-3价,Cl的化合价为+1价,则在NCl3水解的产物中N的化合价是-3价,Cl的化合价是+1价,其水解产物是HClO和NH3
·H2O
。
(4)Mg与N元素形成的化合物中,Mg显正价,N显负价,化学式为Mg3N2。C的电负性小于N的电负性,C与N形成的化合物C3N4中,C显+4价。
答案:(1)H 1s22s22p63s23p63d54s1 K、Cu
(2)N>O>C O>N>C
(3)-3 NCl3+4H2ONH3·H2O+3HClO
(4)Mg3N2 +4
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