高考化学原子结构与元素周期表综合题含答案
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高考化学原子结构与元素周期表综合题含答案
一、原子结构与元素周期表练习题（含详细答案解析）
1．南京理工教授制出了一种新的全氮阴离子盐—AgN5，目前已经合成出钠、锰、铁、钴、镍、镁等几种金属的全氮阴离子盐。
(1)基态Mn2+的价电子排布式为____；银与铜位于同一族，银元素位于元素周期表的___区。
(2)[Mg(H2O)6]2+[(N5)2(H2O)4]2-的晶体的部分结构如图1所示：
N、O、Mg元素的前3级电离能如下表所示：
元素 I1/kJ∙mol-1 I2/kJ∙mol-1 I3/kJ∙mol-1
X 737.7 1450.7 7732.7
Y 1313.9 3388.3 5300.5
Z 1402.3 2856.0 4578.1
①X、Y、Z中为N元素的是____，判断理由是__________。
②从作用力类型看，Mg2+与H2O之间是________、N5与H2O之间是________。
③N5-为平面正五边形，N原子的杂化类型是_______。科学家预测将来还会制出含N4-、N6-等平面环状结构离子的盐，这一类离子中都存在大π键，可用符号nm表示，其中m代表参与形成大π键的原子数，n代表参与形成大π键的电子数(如苯分子中的大π键可表示为66)，则N4-中的大π键应表示为_________。
(3)AgN5的立方晶胞结构如图2所示，Ag+周围距离最近的Ag+有_______个。若晶体中紧邻的N5-与Ag+的平均距离为a nm，NA表示阿伏加德罗常数的值，则AgN5的密度可表示为_____g∙cm-3（用含a、NA的代数式表示）。
【答案】3d5 ds Z X最外层为2个电子，X为镁；N的2p轨道处于半充满的稳定状态，其失去第一个电子较难，I1较大，则Z为氮元素 配位键 氢键 sp2 54 12 223A8.910Na 【解析】
【分析】
(1)根据构造原理书写出25号Mn元素的原子核外电子排布式，Mn原子失去最外层2个电子得到Mn2+；根据原子结构与元素在周期表的位置确定Ag在周期表所属区域；
(2)①根据元素的电离能大小结合原子结构确定X、Y、Z三种元素，然后判断哪种元素是N元素；
②根据图示，判断晶体中阳离子、阴离子中含有的作用力类型；
③结合N5-为平面正五边形结构，结合原子杂化类型与微粒构型关系分析判断，结合微粒的原子结构分析大π键的形成；
(3)根据晶胞中离子的相对位置判断Ag+的配位数，利用均摊方法计算1个晶胞中含有的AgN5的个数，结合ρ=mV计算密度大小。
【详解】
(1)Mn是25号元素，根据构造原理可得Mn原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s2，Mn原子失去最外层2个电子得到Mn2+，其价电子排布式为3d5；Ag、Cu在周期表中位于第IB，发生变化的电子有最外层的s电子和次外层的d电子，属于ds区元素；
(2)①X的第一、第二电离能比较小且很接近，说明X原子最外层有2个电子，容易失去，则X为Mg元素，Z的第一电离能在三种元素中最大，结合N原子2p轨道处于半充满的稳定状态，其失去第一个电子较难，I1较大，可推知Z为N元素，Y是O元素；
②在该晶体中阳离子[Mg(H2O)6]2+的中心离子Mg2+含有空轨道，而配位体H2O的O原子上含有孤电子对，在结合时，Mg2+提供空轨道，H2O的O原子提供孤电子对，二者形成配位键；在阴离子[(N5)2(H2O)4]2-上N5-与H2O的H原子之间通过氢键结合在一起，形成N…H-O，故二者之间作用力为氢键；
③若原子采用sp3杂化，形成的物质结构为四面体形；若原子采用sp2杂化，形成的物质结构为平面形；若原子采用sp杂化，则形成的为直线型结构。N5-为平面正五边形，说明N原子的杂化类型为sp2杂化；在N5-中，每个N原子的sp2杂化轨道形成2个σ键，N原子上还有1个孤电子对及1个垂直于N原子形成平面的p轨道，p轨道间形成大π键，N5-为4个N原子得到1个电子形成带有1个单位负电荷的阴离子，所以含有的电子数为5个，其中大π键是由4个原子、5个电子形成，可表示为54；
(3)根据AgN5的晶胞结构示意图可知，假设以晶胞顶点Ag+为研究对象，在晶胞中与该Ag+距离相等且最近的Ag+在晶胞面心上，通过该顶点Ag+可形成8个晶胞，每个面心上的Ag+被重复使用了2次，所以与Ag+距离相等且最近的Ag+的数目为382=12个；在一个晶胞中含有Ag+的数目为8×18+6×12=4，含有N5-的数目为1+12×14=4，晶胞体积为V=(2a×10-7)3
cm3，则ρ=22A/mol3373A4178?g/molNm8.910VNa2a10cm g/cm3。 【点睛】
本题考查了物质结构，涉及电离能的应用、作用力类型的判断、大π的分析、晶胞计算，掌握物质结构知识和晶体密度计算方法是解题关键，要注意电离能变化规律及特殊性，利用均摊方法分析判断晶胞中含有微粒数目，结合密度计算公式解答。
2．锌在工业中有重要作用,也是人体必需的微量元素。回答下列问题:
（1）Zn原子核外电子排布式为__________洪特规则内容_____________
泡利不相容原理内容______________________
（2）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)__________I1(Cu)(填“大于”或“小于”)。原因是__________
（3）ZnF2具有较高的熔点(872℃ ),其化学键类型是__________;ZnF2不溶于有机溶剂而ZnCl2、ZnBr2、ZnI2能够溶于乙醇、乙醚等有机溶剂,原因是__________
（4）金属Zn晶体中的原子堆积方式如图所示,这种堆积方式称为__________,配位数为____六棱柱底边边长为a cm,高为c cm,阿伏加德罗常数的值为NA，Zn的密度为__________g·cm-3(列出计算式)。
【答案】1s22s22p63s23p63d104s2或[Ar]3d104s2 原子核外电子在能量相同的各个轨道上排布时，电子尽可能分占不同的原子轨道，且自旋状态相同，这样整个原子的能量最低 每个原子轨道上最多只能容纳两个自旋状态不同的电子 大于 Zn核外电子排布为全满稳定结构，较难失电子 离子键 ZnF2为离子化合物，ZnCl2、ZnBr2、ZnI2的化学键以共价键为主、极性较小 六方最密堆积(A3型) 12 2A6563N6ac4
【解析】
【分析】
【详解】
(1)Zn原子核外有30个电子，分别分布在1s、2s、2p、3s、3p、3d、4s能级上，其核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s2或[Ar]3d104s2，洪特规则是指原子核外电子在能量相同的各个轨道上排布时，电子尽可能分占不同的原子轨道，且自旋状态相同，这样整个原子的能量最低，而泡利原理是指每个原子轨道上最多只能容纳两个自旋状态不同的电子，故答案为：1s22s22p63s23p63d104s2或[Ar]3d104s2；原子核外电子在能量相同的各个轨道上排布时，电子尽可能分占不同的原子轨道，且自旋状态相同，这样整个原子的能量最低；每个原子轨道上最多只能容纳两个自旋状态不同的电子； (2)轨道中电子处于全满、全空、半满时较稳定，失去电子需要的能量较大，Zn原子轨道中电子处于全满状态，Cu失去一个电子内层电子达到全充满稳定状态，所以Cu较Zn易失电子，则第一电离能Cu＜Zn，故答案为：大于；Zn核外电子排布为全满稳定结构，较难失电子；
(3)离子晶体熔沸点较高，熔沸点较高ZnF2，为离子晶体，离子晶体中含有离子键；根据相似相溶原理知，极性分子的溶质易溶于极性分子的溶剂，ZnF2属于离子化合物而ZnCl2、ZnBr2、ZnI2为共价化合物，ZnCl2、ZnBr2、ZnI2分子极性较小，乙醇、乙醚等有机溶剂属于分子晶体极性较小，所以互溶，故答案为：离子键；ZnF2为离子化合物，ZnCl2、ZnBr2、ZnI2的化学键以共价键为主，极性较小；
(4)金属锌的这种堆积方式称为六方最密堆积，Zn原子的配位数为12，该晶胞中Zn原子个数=12×16+2×12+3=6，六棱柱底边边长为acm，高为ccm，六棱柱体积=[(6×234a)×3×c]cm3，晶胞密度=2Am656V3N6ac4，故答案为：六方最密堆积(A3型)；12；2A6563N6ac4。
【点睛】
本题考查物质结构和性质，涉及晶胞计算、微粒空间构型判断、原子杂化方式判断、原子核外电子排布等知识点，侧重考查学生分析、判断、计算及空间想像能力，熟练掌握均摊分在晶胞计算中的正确运用、价层电子对个数的计算方法，注意：该晶胞中顶点上的原子被6个晶胞共用而不是8个，为易错点。
3．电气石是一种具有保健作用的天然石材，其中含有的主要元素为B、Si、Al、Mg、Na、O等元素。
(1)上述元素中，原子半径最小的是_________(用元素符号表示)，在元素周期表中处于金属和非金属分界线附近的元素是_____________(用元素符号表示)；
(2)表示原子结构的化学用语有：原子结构示意图、核外电子排布式、轨道表示式，从中选择最详尽描述核外电子运动状态的方式，来表示氧元素原子核外电子的运动状态______________；
(3)B与最活泼的非金属元素F形成化合物BF3，检测发现BF3分子中三根B—F键的键长相等，三根键的键角相等，能否仅仅依据此数据此判断BF3分子的极性____________；
(4)SiO2晶体的熔点比BF3晶体________(选填“高”、“低”)。
【答案】O B、Si、Al 非极性 高
【解析】
【分析】
(1)同周期自左而右原子半径减小，电子层越多原子半径越大；在元素周期表中处于金属和非金属分界线附近的元素是B、Si、Al；
(2)最详尽描述核外电子运动状态的方式为核外电子轨道排布式，根据核外电子排布规律画出；处于不同能级的电子，能量不同，处于同一能级不同轨道的电子能量相同；
(3)BF3分子中三根B﹣F键的键长相等且键角也相等，为平面正三角形结构，正负电荷重心重合；根据晶体类型判断熔点高低，一般熔点：原子晶体＞离子晶体＞分子晶体；
(4)BF3是分子晶体，SiO2是原子晶体。
【详解】
(1)同周期自左而右原子半径减小，电子层越多原子半径越大，故原子半径Na＞Mg＞Al＞Si＞B＞O，在元素周期表中处于金属和非金属分界线附近的元素是B、Si、Al；
(2)最详尽描述核外电子运动状态的方式为核外电子轨道排布式，氧元素原子核外电子轨道排布式为：；
(3)BF3分子中三根B﹣F键的键长相等且键角也相等，为平面正三角形结构，正负电荷重心重合，为非极性分子；
(4)BF3是分子晶体，SiO2是原子晶体，故SiO2晶体的熔点比BF3晶体高。
