练案[30]　选修3　第30讲　原子结构与性质

[练案30]

选修3　物质结构与性质

第30讲　原子结构与性质

A组　基础必做题

1．下表中是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(　D　)

A．C、D、E的氢化物的稳定性：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

[解析]　根据题意分析可知A为C元素，B为S元素，C为Cl元素，D为O元素，E为F元素。非金属性：F＞O＞Cl，元素的非金属性越强，对应的氢化物越稳定，A项错误；A为C元素，价层电子排布式为2s22p2，p轨道有2个电子，自旋状态相同，B项错误；元素B、C之间可形成化合物S2Cl2等，C项错误；与元素B同周期且第一电离能最小的元素的单质为Na，Na为活泼金属，能与H2O发生置换反应生成氢气，D项正确。

2．元素X、Y、Z在周期表中的相对位置如图所示。已知Y元素原子的外围电子排布为ns(n－1)np(n＋1)，则下列说法不正确的是(　A　)

A．Y元素原子的外围电子排布为4s24p4

B．Y元素在周期表的第三周期第ⅥA族

C．X元素所在周期中所含非金属元素最多

D．Z元素原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p3

[解析]　Y元素原子的外围电子排布为ns(n－1)np(n＋1)，s能级最多容纳2个电子，故n－1＝2，解得n＝3，故Y元素原子的外围电子排布为3s23p4，Y为S元素，由X、Y、Z在周期表中的位置可知，X为F元素，Z为As元素。

3．(2022·山东滨州高三检测)电子在原子核外排布时，必须遵循的原则是(　C　)

①电子排布在同一能级时，总是优先单独占据不同轨道，且自旋方向相同

②电子排布在不同能级时，一定优先占据能量低的轨道，然后再占据能量高的轨道

③电子排布在同一轨道时，最多只能排2个，且自旋方向必须相反

④电子的排布一定遵循“能量最低原理”“泡利不相容原理”和“洪特规则”

A．①② B．②④

C．①③ D．②③④

[解析]　电子排布在同一能级时，总是优先单独占据不同轨道，且自旋方向相同，即遵循洪特规则，①正确；电子排布在不同能级时，若电子先占据能量高的轨道，使高能级处于半充满或全充满的稳定状态，此时整个体系能量最低，这种情况为洪特规则特例，②、④错误；电子排布在同一轨道时，最多只能排2个，且自旋方向必须相反，即遵循泡利原理，③正确。综上所述，C正确。

4．(2022·山西实验中学高三月考)下列各组表述中，两个微粒一定不属于同种元素原子的是(　B　)

A．3p能级有一个空轨道的基态原子和核外电子排布为1s22s22p63s23p2的原子

B．M层全充满而N层为4s2的原子和核外电子排布为1s22s22p63s23p63d64s2的原子

C．最外层电子数是核外电子总数的的原子和价电子排布为4s24p5的原子

D．2p能级有一个未成对电子的基态原子和原子的价电子排布为2s22p5的原子

[解析]　3p能级有一个空轨道的基态原子的电子排布式为1s22s22p63s23p2，A项不符合题意；M层全充满而N层为4s2的原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s2，B项符合题意；核外电子总数是最外层电子的5倍的元素只有Br，C项不符合题意；2p能级有一个未成对电子的基态原子的价电子为2s22p1或2s22p5，D项不符合题意。

5．写出下列原子或离子的①电子排布式、②价电子排布图、③电子占的原子轨道数、④未成对电子数。

(1)N：①__1s22s22p3__；②__ __；③__5__；

④__3__。

(2)Cl：①__1s22s22p63s23p5(或[Ne]3s23p5)__；

②____；③__9__；④__1__；

(3)Fe2＋：①__1s22s22p63s23p63d6(或[Ar]3d6)__；

②____；③__14__；④__4__。

(4)Cu：①__1s22s22p63s23p63d104s1(或[Ar]3d104s1)__；

②____；③__15__；

④__1__。

(5)Se：①__1s22s22p63s23p63d104s24p4(或[Ar]3d104s24p4)__；

②__ __；③__18__；④__2__。

(6)Br－：①__1s22s22p63s23p63d104s24p6(或[Ar]3d104s24p6)__；

②__ __；③__18__；④__0__。

6．(2022·湖北武汉模拟)X、Y、Z、W是元素周期表前四周期中的常见元素，其相关信息如下表所示：

(1)Z在元素周期表中的位置是__第三周期第ⅦA族__。

(2)基态Y原子的核外电子排布式为__1s22s22p63s23p4或[Ne]3s23p4__。

(3)基态W3＋的核外电子排布式为__1s22s22p63s23p63d5或[Ar]3d5__。

(4)X的一种氢化物H2X2分子中极性键和非极性键数目之比为__2∶1__。

(5)Y的电负性比Z的__小__(填“大”或“小”)；X和Y的简单气态氢化物中，较稳定的是__H2O__(写化学式)。

[解析]　由题意可知，X、Y、Z、W分别为O、S、Cl、Fe元素。

(1)Cl元素处于周期表中第三周期第ⅦA族。

(2)基态S原子核外有16个电子，其核外电子排布式为1s22s22p63s23p4或[Ne]3s23p4。

(3)基态Fe原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2，失去3个电子生成Fe3＋，则Fe3＋的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d5或[Ar]3d5。

(4)H2O2的结构式为H—O—O—H，分子中极性键和非极性键数目之比为2∶1。

(5)S元素的电负性比Cl元素小；O元素的非金属性强于S元素，故H2O的稳定性强于H2S。

B组　能力提升题

7．(2022·山东青岛一模，4)W、X、Y、Z为分属不同周期的主族元素，原子序数依次增大且小于20，四种元素形成的化合物在农业上常用作肥料，结构如图。下列说法错误的是(　C　)

A．简单离子半径：Y＞Z

B．X、Y分别与W形成的简单化合物的沸点：X＞Y

C．X与其他三种元素均只能形成两种化合物

D．W与Z形成化合物溶于水，可使紫色石蕊试液变蓝

[解析]　W、X、Y、Z为分属不同周期的主族元素，原子序数依次增大且小于20，推出W位于第一周期，即W为H，X位于第二周期，Y位于第三周期，Z位于第四周期，根据化合物的结构图，Z显＋1价，即Z为K；X形成2个共价键，X为ⅥA族元素，即X为O；K失去一个电子给了O，因此Y最外层有5个电子，即Y为P。P和K简单离子是P3－、K＋，它们核外电子排布相同，因此简单离子半径大小顺序是r(P3－)＞r(K＋)，故A说法正确；X、Y分别与W形成的简单化合物分别是H2O、PH3，常温下水为液体，PH3为气体，因此沸点：H2O＞PH3，故B说法正确；钾元素与氧元素可以形成氧化钾、过氧化钾、超氧化钾等，故C说法错误；K与H形成的化合物，溶于水后形成KOH溶液，KOH为强碱，滴入紫色石蕊试液，溶液显蓝色，故D说法正确。

8． (2022·山东枣庄期末，6)LDFCB是电池的一种电解质，该电解质阴离子由同周期元素原子W、X、Y、Z构成(如图)，Y的最外层电子数等于X的核外电子总数，四种原子最外层电子数之和为20，下列说法正确的是(　D　)

A．四种元素形成的简单氢化物中Z的沸点最高

B．原子半径：Z＞Y＞X＞W

C．X的杂化方式是sp3

D．电负性：Z＞Y＞X＞W

[解析]　同周期元素W、X、Y、Z中，Y的最外层电子数等于X的核外电子总数，说明这四种元素位于第二周期；根据图示可知，Y可形成2个共价键，位于第ⅥA族，则Y为O元素；X为C元素；Z只能形成1个共价键，位于ⅦA族，则Z为F元素；四种元素最外层电子数之和为20，W的最外层电子数为20－4－6－7＝3，为B元素。这四种元素形成的最简单氢化物分别为BH3、CH4、H2O、HF，由于水和氟化氢中均含有氢键，所以其沸点较前两者高，但由于相同物质的量的水中含有的氢键数比氟化氢中的氢键数多，所以水的沸点比氟化氢高，选项A错误；同周期元素从左至右，原子半径逐渐减小，所以原子半径：W＞X＞Y＞Z，选项B错误；X为C，由题图可知，C形成一个双键和两个单键，杂化方式是sp2，选项C错误；元素非金属性越强电负性越大，则电负性：Z＞Y＞X＞W，选项D正确。

9．(2022·山东潍坊一模，5)X、Y、Z、W为原子序数依次增大的前四周期元素，基态原子中，X为元素周期表中半径最小的原子，Z原子最外层电子数为次外层电子数的三倍，W原子的价电子排布为3d104s1，X、Y、Z、W形成的阳离子如图所示，下列说法正确的是(　C　)

A．原子半径：Z＞Y＞X

B．气态氢化物的稳定性：Y＞Z

C．加热时该离子首先失去的组分是X2Z

D．两种配体中的键角：X2Z＞YX3

[解析]　半径最小的原子为氢原子，则X为H；价电子排布为3d104s1，则W为Cu；Z最外层电子数为次外层电子数的三倍，则Z为O；由图可以看出，连接三个键的为N，即Y为N。原子半径大小为Y＞Z＞X，A项错误；非金属性O＞N，则气态氢化物稳定性O＞N，即Z＞Y，B项错误；加热时先脱水，C项正确；水中O原子有两对孤电子对，NH3中N原子只有一对孤电子对，因此水中孤电子对对成键电子对排斥作用更明显，H2O键角＜NH3键角，D项错误。

10．(2022·山东荷泽一模，3)短周期主族元素X、Y、Z、W的原子序数依次增大，X与Y形成的某一种化合物易生成二聚体，且X、Y两元素基态原子核外电子的空间运动状态相同，Z元素基态原子的最高能级电子数是Y元素基态原子最低能级电子数的一半，W在周期表中的周期数与族序数相等。下列有关说法正确的是(　D　)

A．X、Y、Z、W四种元素中，X的非金属性最强

B．简单离子的半径：Y＞X＞Z＞W

C．X的气态氢化物与其最高价氧化物的水化物反应，生成物中只含共价键

D．X、Z、W元素的最高价氧化物的水化物之间可以相互反应

[解析]　由X与Y形成的某一化合物易生成二聚体知该化合物为NO2，X为N元素，Y为O元素；W的周期数与族序数相等且W为短周期元素，则W位于第三周期ⅢA族，是Al元素；Y的核外电子排布为1s22s22p4，最低能级电子数为2，则Z的最高能级电子数为1，且Z的原子序数比Y大，所以Z有三个电子层，Z为Na元素。N、O、Na、Al四种元素中，O元素非金属性最强，A项错误；简单离子分别为N3－、O2－、Na＋、Al3＋，四种离子的核外电子排布相同，根据“序小径大”的规则，知四种离子的半径依次减小，即X＞Y＞Z＞W，B项错误；X为氮元素，X元素最高价氧化物的水化物与其气态氢化物反应的产物为硝酸铵，属于离子化合物，其中含有离子键和共价键，C项错误；三种元素对应的最高价氧化物的水化物为HNO3、NaOH和Al(OH)3，其中Al(OH)3为两性氢氧化物，能和酸、碱反应，D项正确。

11．下表是元素周期表的一部分，表中所列的字母分别代表一种化学元素。试回答下列问题：

(1)元素p为26号元素，请写出其基态原子的电子排布式：__1s22s22p63s23p63d64s2__。

(2)元素o的价电子排布图为____。

(3)h的单质在空气中燃烧发出耀眼的白光，请用原子结构的知识解释发光的原因：__电子从能量较高的轨道跃迁到能量较低的轨道时，以光(子)的形式释放能量__。

(4)o、p两元素的部分电离能数据列于下表：

比较两元素的I2、I3可知，气态o2＋再失去一个电子比气态p2＋再失去一个电子难。对此，你的解释是__Mn2＋的3d轨道电子排布为半充满状态，比较稳定__。

(5)第三周期8种元素按单质熔点高低的顺序排列如图(Ⅰ)所示，其中电负性最大的是__2__(填图中的序号)。

(6)表中所列的某主族元素的电离能情况如图(Ⅱ)所示则该元素是__Al__(填元素符号)。

[解析]　(1)26号元素为铁，其基态原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2。(2)元素o为Mn，价电子排布图为 。(3)h为Mg元素，Mg单质在空气中燃烧发出耀眼的白光，电子从能量较高的轨道跃迁到能量较低的轨道时，以光(子)的形式释放能量。(4)o2＋为Mn2＋，Mn2＋的3d轨道电子排布为半充满状态，难失去电子。(5)第三周期电负性最大的为Cl，其单质的熔点只比Ar大。(6)根据图(Ⅱ)可知该元素的最外层有3个电子，再根据所列元素，可确定为Al。

12．依据原子结构知识回答下列问题。

(1)基态硅原子的电子排布式是__1s22s22p63s23p2__；基态硫原子的价电子排布式是__3s23p4__。

(2)基态的铁原子有__4__个未成对电子，基态Fe2＋的价电子排布图为____。

(3)Cu、K、O、F四种元素中第一电离能最小的是__K__，电负性最大的是__F__。

(4)下列有关微粒性质的排列顺序错误的是__B__。

A．元素的电负性：P＜O＜F

B．元素的第一电离能：C＜N＜O

C．离子半径：O2－＞Na＋＞Mg2＋

D．原子的未成对电子数：Mn＞Si＞Cl

(5)下列基态原子或离子的电子排布式或排布图正确的是__①④⑤__(填序号，下同)，违反能量最低原理的是__②__，违反洪特规则的是__③__，违反泡利原理的是__⑥__。

①Ca2＋：1s22s22p63s23p6　②F－：1s22s23p6

③P：

④Fe：1s22s22p63s23p63d64s2　⑤Mg2＋：1s22s22p6

⑥C：

(6)下列硼原子电子排布图表示的状态中，能量最低和最高的分别为__B__、__D__(填选项字母)。

[解析]　(1)硅元素为14号元素，原子核外有14个电子，其基态原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p2；硫元素为16号元素，原子核外有16个电子，所以其基态原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p4，则其价电子排布式为3s23p4。(2)Fe为26号元素，原子核外有26个电子，基态铁原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2，则有4个未成对电子；Fe2＋的价电子排布式为3d6，其价电子排布图为

。(3)通常情况下，元素的金属性越强，其第一电离能越小，则Cu、K、O、F四种元素中K的第一电离能最小；元素的非金属性越强，其电负性越大，所以F的电负性最大。(4)得电子能力P＜O＜F，所以元素的电负性P＜O＜F，故A正确；C的电子排布式为1s22s22p2，N的电子排布式为1s22s22p3，p轨道处于半充满状态，O的电子排布式为1s22s22p4，第一电离能应该是N的最大，则元素的第一电离能：C＜O＜N，放B错误；电子层数相同时，核电荷数越大半径越小，则离子半径：O2－＞Na＋＞Mg2＋，故C正确；Mn、Si、Cl原子的未成对电子数分别为5、2、1，即原子的未成对电子数：Mn＞Si＞Cl，故D正确。(5)基态原子或离子的电子排布式或排布图正确的是①④⑤，违反能量最低原理的是②，违反洪特规则的是③，违反泡利原理的是⑥。(6)根据核外电子排布规律可知，基态硼原子的核外电子排布式为1s22s22p1，基态时能量最低，则B项能量最低；D项电子全部处于能量较高的第二能层上，能量最高。