(通用版)高考化学一轮复习课时分层提升练三十九1原子结构与性质(含解析)

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　原子结构与性质

一、选择题
1.以下表示氦原子结构的化学用语中,对电子运动状态描述最详尽的是
(　　)
AHe　　　B.　　　C.1s2　　　D.
【解析】选D。A项,只能表示最外层电子数;B项,只表示核外的电子分层排布情况;C项,具体到能级上的电子数;D项,包含了能层、能级、轨道以及轨道内电子的自旋方向。
2.下列关于价电子排布式3s23p4的叙述正确的是 (　　)
A.它的元素符号为O
B.它的核外电子排布式为1s22s22p63s23p4
C.它的单质可以与H2化合生成液态化合物
D.其电子排布图为
【解析】选B。由价电子排布式为3s23p4,可知该元素为S,S单质与H2化合生成H2S气体,D项电子排布图违背了洪特规则。
3.下列各组原子中,彼此化学性质一定相似的是 (　　)
A.原子核外电子排布式为1s2的X原子与原子核外电子排布式为1s22s2的Y原子
B.原子核外M层上仅有两个电子的X原子与原子核外N层上仅有两个电子的Y原子
C.2p轨道上只有2个电子的X原子与3p轨道上只有2个电子的Y原子
D.最外层都只有一个电子的X、Y原子
【解析】选C。原子核外电子排布式为1s2的X原子是He,原子核外电子排布式为1s22s2的Y原子是Be,二者的性质不同,A错误;原子核外M层上仅有两个电子的X原子是Mg,原子核外N层上仅有两个电子的Y原子不一定是Ca,还可以为副族元素,二者的性质不一定相似,B错误;2p轨道上只有2个电子的X原子与3p轨道上只有2个电子的Y原子分别是第ⅣA族的C和Si,性质相似,C正确;最外层都只有一个电子的X、Y原子可以是H和Na等,性质不同,D错误。
4.下列关于电离能和电负性的说法不正确的是 (　　)
A.第一电离能的大小:Mg>Al
B.锗的第一电离能高于碳而电负性低于碳
C.Ni是元素周期表中第28号元素,第二周期基态原子未成对电子数与Ni相同且电负性最小的元素是碳
D.F、K、Fe、Ni四种元素中电负性最大的是F
【解析】选B。同周期从左到右第一电离能呈增大趋势,但第ⅡA族的第一电离能比相邻的第ⅢA族元素的第一电离能大,A正确;锗是金属元素而碳是非金属元素,第一电离能低于碳,B不正确;Ni的价电子排布为3d84s2,未成对电子数为2,第二周期未成对电子数为2的元素有碳和氧,同周期从左到右电负性逐渐增大,则电负性C 5.下列叙述正确的是 (　　)
A.可能存在核外电子排布式为1s22s22p63s23p64s24p1的原子
B.当电子排布在同一能级的不同轨道时,总是优先单独占据一个轨道,而且自旋方向相反
C.1个原子轨道里最多容纳2个电子,且自旋方向相同
D.基态原子的电子获得一定能量变为激发态原子,而激发态原子变为基态原子,则要放出能量
【解析】选D。按照各能级能量的大小顺序,原子中电子排满4s轨道后应排3d轨道,A错误;根据洪特规则,电子排布在同一能级的不同轨道时,基态原子中的电子总是优先单独占据一个轨道,而且自旋方向相同,B错误;根据泡利原理,同一轨道上的2个电子自旋方向相反,C错误。
二、非选择题
6.如图是s能级和p能级的原子轨道图,试回答下列问题:

(1)s电子的原子轨道呈________形,每个s能级有________个原子轨道;p电子的原子轨道呈________形,每个p能级有________个原子轨道。 
(2)元素X的原子最外层电子排布式为nsnnpn+1,原子中能量最高的是________电子,其电子云在空间有______________________方向;元素X的名称是________,它的氢化物的电子式是________________。若元素X的原子最外层电子排布式为nsn-1npn+1,那么X的元素符号为________,原子的电子排布图为__________。 
【解析】(1)s电子的原子轨道都是球形的,每个s能级有1个原子轨道;p电子的原子轨道都是哑铃形的,每个p能级有3个原子轨道,它们相互垂直,分别以px、py、pz表示。
(2)因为元素X的原子最外层电子排布式为nsnnpn+1,np轨道已排上电子,说明ns轨道已排满电子,即n=2,则元素X的原子核外电子排布式为1s22s22p3,是氮元素,其中原子中能量最高的是2p电子,其电子云在空间有三个互相垂直的伸展方向;氮元素的氢化物是氨气,含有极性键,其电子式是当元素X的原子最外层电子排布式为nsn-1npn+1时,根据上述分析,有n-1=2,则n=3,所以X元素的原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p4,是硫元素;硫元素的元素符号为S,其原子的电子排布图为。
答案:(1)球　1　哑铃　3　
(2)2p　三个互相垂直的伸展　氮　　S

【易错提醒】书写电子排布图时易出现的错误
(1)每个原子轨道里最多只能容纳2个电子,且自旋状态相反。如2s轨道上的电子排布为,不能表示为。
(2)当电子排布在同一能级的不同轨道时,基态原子中的电子总是优先单独占据一个轨道,且自旋状态相同。如2p3的电子排布为,不能表示为或。
7.(2019·衡水模拟改编)A、B、C、D、E为原子序数依次增大的前36号元素,其中只有一种金属元素。A与C同主族,B与E同主族;B与C能形成两种常见化合物;C最外层只有1个电子,且内层均已排满;基态D原子成对电子数是未成对电子数的4倍。请问答下列问題:
(1)基态B原子的轨道表达式为__________________,其最高能级的电子云有________个不同的伸展方向。 
(2)B、C、E原子半径由大到小的顺序为____________(用元素符号表示)。 
(3)D和E中第一电离能较大的是________(填元素符号),原因为__________ __________________________。 
(4)D的最高价氧化物对应的水化物分子中,除氢外其他原子均满足最外层8电子稳定结构,则其结构式为__________________________。 
【解析】根据题意可推断A、B、C、D、E分别为H、O、Na、P、S。
(1)基态B原子的轨道表达式为,其最高能级的电子云有3个不同的伸展方向。
(2)根据电子层数和核内质子数的关系可得原子半径:r(Na)>r(S)>r(O)。
(3)P的3p轨道处于半充满状态,较难失去一个电子,所以第一电离能较大。
(4)D的最高价氧化物对应的水化物为H3PO4,除氢外其他原子均满足最外层8电子稳定结构,可知P与O之间形成了一个配位键,结构式为。
答案:(1)　3
(2)Na>S>O　(3)P　P的3p轨道处于半充满状态,较难失去1个电子　(4)
8.(2019·重庆模拟节选)镧系为元素周期表中第ⅢB族、原子序数为57～71的元素。
(1)镝(Dy)的基态原子电子排布式为[Xe]4f106s2,画出镝(Dy)原子外围电子排布图:____________________。 
(2)高温超导材料镧钡铜氧化物中含有Cu3+,基态时Cu3+的电子排布式为______ ________________。 
(3)观察下面四种镧系元素的电离能数据,判断最有可能显示+3价的元素是________(填元素名称)。几种镧系元素的电离能(单位:kJ·mol-1) 
元素
I1
I2
I3
I4
Yb(镱)
604
1 217
4 494
5 014
Lu(镥)
532
1 390
4 111
4 987
La(镧)
538
1 067
1 850
5 419
Ce(铈)
527
1 047
1 949
3 547
(4)元素铈(Ce)可以形成配合物(NH4)2[Ce(NO3)6]。组成配合物的四种元素,电负性由大到小的顺序为____________________(用元素符号表示)。 
【解析】(1)根据镝(Dy)的基态原子电子排布式[Xe]4f106s2可知,镝(Dy)原子外围4f能级上有10个电子,6s能级上有2个电子,则其外围电子排布图为

(2)Cu是29号元素,基态原子的电子排布式为[Ar]3d104s1,高温超导材料镧钡铜氧化物中含有Cu3+,说明Cu失去3个电子,则基态时Cu3+的电子排布式为[Ar]3d8(或1s22s22p63s23p63d8);
(3)第三电离能与第一电离能、第二电离能相差越小,第三个电子越容易失去,+3价可能性越大,在上述表中,镧的I1、I2和I3最接近,则最有可能显示+3价的元素是镧;
(4)①元素铈(Ce)可以形成配合物(NH4)2[Ce(NO3)6],组成配合物的四种元素中,因元素非金属性越强,电负性越大,则O>N>H,又因Ce是金属,其电负性在四种元素中最小,所以电负性大小顺序为O>N>H>Ce。
答案:(1)

(2)[Ar]3d8(或1s22s22p63s23p63d8)
(3)镧　(4)O>N>H>Ce

1.(改编题)月球上的主要矿物有辉石(CaMgSi2O6)、斜长石(KAlSi3O8)和橄榄石(可分为铁橄榄石(Fe2SiO4)、镁橄榄石(Mg2SiO4)、铁-镁橄榄石[(Mg/Fe)2SiO4])等。
(1)铁橄榄石中铁元素化合价为________,硅元素原子核外电子排布式为________________。 
(2)硅元素的原子核外共有________种不同能级的电子,其原子最外层共有________种不同运动状态的电子。 
(3)月球上的上述主要矿物中,属于短周期元素的原子半径由大到小的顺序为________(填元素符号)。 
(4)某元素与氧元素同周期,且与氧元素组成的化合物中氧元素显+2价,两者电负性关系是________(填元素符号)。 
【解析】(1)根据氧元素为-2价、硅元素为+4价,铁橄榄石Fe2SiO4中铁元素化合价为+2价,硅元素原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p2。
(2)硅元素原子核外有5种不同能级的电子,最外层有4种不同运动状态的电子。
(3)属于短周期元素的是Mg、Al、Si、O。
(4)与氧元素组成的化合物中氧元素显+2价,说明电负性比氧元素更强,只有F元素。
答案:(1)+2　1s22s22p63s23p2　(2)5　4
(3)Mg>Al>Si>O　(4)F>O
2.(2019·合肥模拟)A、B、C、D、E五种常见元素的基本信息如下表所示:
元素
相关信息
A
A元素的一种原子没有中子,只有一个质子
B
B是电负性最大的元素
C
C的基态原子2p轨道有三个未成对电子
D
D为主族元素,且与E同周期,其最外层上有两个运动状态不同的电子
E
E能形成砖红色(红色)的E2O和黑色的EO两种氧化物
请回答下列问题:
(1)写出E元素原子基态时的电子排布式:__________,A元素的电子排布图____________。 
(2)B元素原子的核外有____________种不同运动状态的电子,原子中未成对电子数为________________。 
(3)C元素的第一电离能比氧元素的第一电离能____________(填“大”或“小”)。 
(4)与D元素同周期且未成对电子数最多的元素是____________。 
【解析】根据题意,A为氢元素;B是电负性最大的元素,则B为氟元素;C的基态原子2p轨道中有三个未成对电子,核外电子排布为1s22s22p3,则C为氮元素;E能形成红色的E2O和黑色的EO两种氧化物,则E为铜;D是主族元素且与E同周期,其最外层上有2个运动状态不同的电子,则D为钙元素。
(1)E为铜元素,其基态原子核外电子排布式为:1s22s22p63s23p63d104s1或[Ar]3d104s1,氢原子的电子排布图为 。
(2)B元素是氟元素,原子序数是9,其核外电子排布图为 ,原子核外有9种不同运动状态的电子,原子中未成对电子数为1。
(3)一般非金属性越强,第一电离能越大,但由于氮元素的2p轨道电子处于半充满状态,稳定性强,所以氮元素的第一电离能大于氧元素。
(4)D为钙元素,位于第四周期,该周期中未成对电子数最多的元素其基态价电子排布为 [Ar]3d5 4s1,则为铭元素。
答案:(1)1s22s22p63s23p63d104s1或[Ar]3d104s1　
(2)9　1　(3)大
(4)Cr (或铬)
3.第4周期有14种金属元素,其中4种为主族元素,10种为过渡元素。
(1)锰元素在周期表中的位置为________________,属于________区元素。 
(2)基态铬原子的电子排布式为________________,与铬元素同周期的所有元素的基态原子中,最外层电子数与铬原子相同的有________。 
(3)基态Fe原子中,电子占据的最高能层的符号为________,该能层具有的原子轨道数为________,电子数为________。 
(4)As、Se、Br元素的电负性由大到小的顺序为______,第一电离能由大到小的顺序为____________。 
(5)铜、锌两种元素原子的第一电离能、第二电离能如表所示:
电离能/kJ·mol-1
I1
I2
铜
746
1 958
锌
906
1 733
铜的第一电离能(I1)小于锌的第一电离能,而铜的第二电离能(I2)却大于锌的第二电离能,其主要原因是______________________________。 
答案:(1)第四周期第ⅦB族　d
(2)1s22s22p63s23p63d54s1或[Ar]3d54s1　K、Cu
(3)N　16　2
(4)Br>Se>As　Br>As>Se
(5)Cu失去一个电子变成Cu+,Cu+的电子排布式为[Ar]3d10,能量较低,结构较稳定,所以Cu的第二电离能相对较大
4.A、B、C、D、E、F、G、H是元素周期表前四周期常见元素,且原子序数依次增大,其相关信息如下表:
元素
相关信息
A
原子核外有6种不同运动状态的电子
C
基态原子中s电子总数与p电子总数相等
D
原子半径在同周期元素中最大
E
基态原子最外层电子排布式为3s23p1
F
基态原子的最外层p轨道有两个电子的自旋方向与其他电子的自旋方向相反
G
基态原子核外有7个能级且能量最高的能级上有6个电子
H
是我国使用最早的合金中的最主要元素
请用化学用语填空:
(1)A元素位于元素周期表第________周期________族;B元素和C元素的第一电离能比较,较大的是________(填元素符号,下同);C元素和F元素的电负性比较,较小的是________。 
(2)G元素的低价阳离子的结构示意图是________,F元素原子的价电子的电子排布图是__________________,H元素的基态原子核外电子排布式是____________ ______________。 
(3)G的高价阳离子的溶液与H单质反应的离子方程式为__________________; 
与E元素成对角线关系的某元素的最高价氧化物的水化物具有两性,写出该两性物质与D元素的最高价氧化物的水化物反应的化学方程式: __________。 
【解析】A的原子核外有6种不同运动状态的电子,即核外共有6个电子,A为碳元素。C的基态原子中s电子总数与p电子总数相等,则核外电子排布式为1s22s22p4或1s22s22p63s2,C是氧元素或镁元素。E的基态原子最外层电子排布式为3s23p1,是铝元素。D的原子半径在同周期元素中最大,且D的原子序数比C大比E小,故D是钠元素,则C是氧元素。由于A、B、C原子序数依次增大,故B是氮元素。F的基态原子的最外层p轨道有两个电子的自旋方向与其他电子的自旋方向相反,说明p轨道上有5个电子,是氯元素。G的基态原子核外有7个能级且能量最高的能级上有6个电子,则其电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2,是铁元素。H是我国使用最早的合金中的最主要元素,是铜元素。
答案:(1)二　ⅣA　N　Cl
(2)　
1s22s22p63s23p63d104s1(或[Ar]3d104s1)
(3)2Fe3++Cu2Fe2++Cu2+
Be(OH)2+2NaOHNa2BeO2+2H2O
5.开发新型储氢材料是氢能利用的重要研究方向。
(1)Ti(BH4)3是一种储氢材料,可由TiCl4和LiBH4反应制得。
①基态Ti3+的未成对电子数有________个。 
②Li、B、H元素的电负性由大到小排列顺序为____________________。 
(2)若已知氟元素电负性大于氧元素,试解释H2O沸点高于HF:_______________ _________________________________________。 
【解析】(1)①基态Ti3+的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d1,其未成对电子数是1;②元素非金属性越强其电负性越大,非金属性最强的是H元素,其次是B元素,最小的是Li元素,所以Li、B、H元素的电负性由大到小排列顺序为H>B>Li。
(2)分子间氢键数目越多,则沸点越高,H2O分子间氢键数比HF多,所以H2O沸点高。
答案:(1)①1　②H>B>Li
(2)H2O分子间氢键数比HF多,所以H2O沸点高
6.(2019·咸阳模拟节选)原子序数依次增大的A、B、C、D、E、F六种元素。其中A的基态原子有3个不同的能级,各能级中的电子数相等;C的基态原子2p能级上的未成对电子数与A原子的相同;D为它所在周期中原子半径最大的主族元素;E和C位于同一主族,F的原子序数为29。
(1)F基态原子的核外电子排布式为________________________。 
(2)在A、B、C三种元素中,第一电离能由小到大的顺序是__________________ ______ (用元素符号回答)。
(3)元素B的简单气态氢化物的沸点________(填“高于”或“低于”)元素A的简单气态氢化物的沸点,其主要原因是__________________________。 
(4)FC在加热条件下容易转化为F2C,从原子结构的角度解释原因________ ________________________。 
【解析】原子序数依次增大的A、B、C、D、E、F六种元素。其中A的基态原子有3个不同的能级,各能级中的电子数相等,原子核外电子排布式为1s22s22p2,故A为碳元素;C的基态原子2p能级上的未成对电子数与A原子的相同,则C原子核外电子排布式为1s22s22p4,故C为氧元素,由原子序数可知B为氮元素;F的原子序数为29,则F为Cu;E和C位于同一主族,则E为硫元素;D为它所在周期中原子半径最大的主族元素,处于ⅠA族,原子序数大于氧元素小于硫元素,故D为Na。(1)F原子核外电子数为29,基态原子的核外电子排布式为[Ar]3d104s1;
(2)同周期随原子序数增大元素第一电离能呈增大趋势,但氮元素2p能级容纳3个电子,处于半满稳定状态,能量较低,第一电离能高于氧元素,故第一电离能N>O>C;(3)NH3分子之间存在氢键,CH4分子间的作用是范德华力,氢键比范德华力更强,故其沸点高于CH4;(4)Cu+外围电子3d10轨道全充满稳定,Cu2+外围电子3d9轨道电子非全充满状态不稳定,故CuO在加热条件下容易转化为Cu2O。
答案:(1)1s22s22p63s23p63d104s1或[Ar]3d104s1
(2)C (3)高于　NH3分子之间存在氢键,而CH4分子间的作用是范德华力,氢键比范德华力更强
(4)Cu+外围电子3d10轨道全充满稳定,Cu2+外围电子3d9轨道电子非全充满状态不稳定
【加固训练】
1.(2019·西宁模拟)短周期元素W、X、Y和Z的原子序数依次增大。金属元素W是制备一种高效电池的重要材料,X原子的最外层电子数是内层电子数的2倍,元素Y是地壳中含量最丰富的金属元素,Z原子的最外层电子数是其电子层数的2倍。
(1)W元素的原子核外共有________种不同运动状态的电子、________种不同能量的电子。 
(2)元素Z与元素X形成共价化合物XZ2是______(选填“极性”或“非极性”)分子,其电子式为__________________________。 
(3)Y原子的最外层电子排布式为____________________________。 
(4)两种非金属元素中,非金属性较强的元素是________(写元素符号),试写出一个能说明这一事实的化学方程式________________________________。 
【解析】金属元素W是制备一种高效电池的重要材料,则W为锂元素;X原子的最外层电子数是内层电子数的2倍,则X为碳元素;元素Y是地壳中含量最丰富的金属元素,则Y为铝元素;Z原子的最外层电子数是其电子层数的2倍,则Z的原子序数可能是6或16,因为W、X、Y和Z的原子序数依次增大,则Z为硫元素。
(1)锂元素的原子核外电子排布式为1s22s1,由于不存在运动状态完全相同的2个电子,所以,锂元素的原子核外共有3种不同运动状态的电子、锂原子核外电子有2个能级,有2种不同能量的电子。
(2)共价化合物XZ2的分子式是CS2,与CO2是等电子体,直线形分子,属于非极性分子,其电子式为。
(3)铝原子的最外层有3个电子,其最外层电子排布式为3s23p1;
(4)两种非金属元素中,硫元素非金属性大于碳元素的非金属性;可以通过比较其最高价氧化物对应水化物的酸性大小来确定,H2SO4+Na2CO3Na2SO4+H2O+CO2↑。
答案:(1)3　2　(2)非极性
(3)3s23p1
(4)S　H2SO4+Na2CO3Na2SO4+H2O+CO2↑
2.A、B、C、D、E、F六种短周期元素,原子序数依次增大;A、B的阴离子与C、D的阳离子的电子排布式均为1s22s22p6,A原子核外有2个未成对电子且A形成的单质在常温下为气态,C形成的单质可与热水反应但不能与冷水反应;E、F原子在基态时填充电子的轨道数有9个,且E原子核外有3个未成对电子,F能与A形成相同价态的阴离子,且离子半径A小于F。请回答下列问题。
(1)上述六种元素中,________(填名称)元素的第一电离能最大,理由是______ ____________________。 
(2)C、D元素的第一电离能较大的是________,原因是_______________ _____________。 
(3)将题给六种元素按电负性从小到大的顺序排列:________(用元素符号表示)。 
(4)C、D、E、F元素形成的最高价氧化物属于离子化合物的是________,属于共价化合物的是________。 
【解析】A、B的阴离子与C、D的阳离子的电子排布式均为1s22s22p6,则A、B在第二周期,A原子核外有2个未成对电子且A形成的单质在常温下为气态,A是氧元素,B只能为氟元素;C、D在第三周期,C单质可与热水反应但不能与冷水反应,为镁元素,D只能是铝元素。F能与A形成相同价态的阴离子,且离子半径A小于F,F为硫元素。E原子在基态时填充电子的轨道数有9个,且E原子核外有3个未成对电子,E是磷元素。
答案:(1)氟　F原子最外层有7个电子且原子半径小,容易得电子,不容易失电子
(2)Mg　Mg最外层3s轨道全满,3p轨道全空,处于较稳定状态
(3)Mg (4)MgO、Al2O3　P2O5、SO3