选修3物质结构与性质

选修3 物质结构与性质
第1讲原子结构
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基础过关
1.(2012年上海化学改编)元素周期表中铋元素的数据如图,下列说法正确的是( B )
A.Bi元素的质量数是209
B.Bi元素的相对原子质量是209.0
C.Bi原子6p能级有一个未成对电子
D.Bi原子最外层有5个能量相同的电子
解析:209.0表示的是Bi元素的相对原子质量,A错误,B正确;根据洪特规则,Bi原子6p能级中的3个电子分别占据3个轨道,故有三个未成对电子,C项错;Bi原子最外层6p能级中的3个电子的能量略高于
6s能级中的2个电子的能量,D项错。

2.下列表达式中不正确的是( C )
A.S2-的电子排布式为1s22s22p63s23p6
B.47号元素的电子排布式为[Kr]4d105s1
C.基态C原子的轨道表示式为
D.基态N原子的轨道表示式为
解析:根据洪特规则,当电子排布在同一能级的不同轨道时,总是优先单独占据1个轨道,而且自旋方向相同,基态C原子的轨道表示式应为
,C不正确。

3.下列有关认识正确的是( A )
A.各能级的原子轨道数按s、p、d、f的顺序分别为1、3、5、7
B.各能层的能级都是从s能级开始至f能级结束
C.各能层含有的能级数为n-1
D.各能层含有的电子数为2n2
解析:各能层的能级之间存在着交错现象,有些能层没有f能级或d 能级,B错;各能层含有的能级数为n,C错;2n2是各能层中可容纳的最多电子数,很多情况下电子达不到这个数,D错。

4.(2013龙岩质检)在第二周期中,B、C、N、O四种元素的第一电离能由大到小的排列顺序正确的是( C )
A.I1(N)>I1(C)>I1(O)>I1(B)
B.I1(N)>I1(O)>I1(B)>I1(C)
C.I1(N)>I1(O)>I1(C)>I1(B)
D.I1(O)>I1(N)>I1(C)>I1(B)
解析:同周期元素,从左到右第一电离能呈现增大的趋势,但由于氮原子的p能级电子处于半充满状态,所以第一电离能N>O。

5.(2012年浙江自选模块)(1)可正确表示原子轨道的是。

A.2s
B.2d
C.3p z
D.3f
(2)写出基态镓(Ga)原子的电子排布式: 。

(3)下列物质变化,只与范德华力有关的是。

A.干冰熔化
B.乙酸汽化
C.乙醇与丙酮混溶
D.溶于水
E.碘溶于四氯化碳
F.石英熔融
(4)下列物质中,只含有极性键的分子是,既含离子键又含共价键的化合物是;只存在σ键的分子是,同时存在σ键和π键的分子是。

A.N2
B.CO2
C.CH2Cl2
D.C2H4
E.C2H6
F.CaCl2
G.NH4Cl
(5)用“>”、“<”或“=”填空:
第一电离能的大小:Mg Al;
熔点的高低:KCl MgO。

解析:(1)第2电子层上只有s和p轨道,故B错误;第3电子层上有s、
p、d轨道,没有f轨道,故D错误。

(2)镓(Ga)在元素周期表中位于Al 的下面,即第四周期第ⅢA族,其原子的核外电子排布为:1s22s22p63s23p63d104s24p1。

(3)B项,乙酸汽化破坏范德华力和氢键;C项,乙醇与丙酮因分子间产生氢键而混溶;D项,因能与H2O分子间产生氢键而溶于水;F项,石英熔融破坏的是共价键。

(4)N2的结构式为N≡N,叁键中有一个σ键、两个π键;O C O中的每个
C O中有一个σ键、一个π键;CH
2Cl2的结构式为:,四个键均
为σ键:中的C C中有一个σ键、一个π键;中的C
—H和C—C 均为σ键;CaCl2为离子化合物,含有离子键;NH4Cl中
[]+的四个N—H 均为σ键,但N与Cl-之间是离子键。

(5)Mg 的最外层电子排布为3s2,为全充满,Al的最外层排布为3s23p1,因而Al易失去1个电子变成较稳定结构,故第一电离能:Mg>Al。

离子键的强弱与离子半径和离子所带的电荷数有关,离子半径越小,离子所带电荷数越多,离子键越强。

在KCl和MgO中,离子半径:K+>Mg2+,Cl->O2-;离子所带电荷数:Mg2+>K+,O2->Cl-,所以MgO中的离子键强,熔点高。

答案:(1)AC
(2)1s22s22p63s23p63d104s24p1
(3)AE (4)BC G CE ABD
(5)> <
6.(2013泉州五中模拟)纳米技术制成的金属燃料、非金属固体燃料、
氢气等已应用到社会生活和高科技领域。

(1)A和B的单质单位质量的燃烧热大,可用作燃料。

已知A和B为短周期元素,其原子的第一至第四电离能如表所示:
A元素的名称是。

某同学推断A、B两元素中有一种元素原子的核外电子排布如图所示,则该同学所画的核外电子轨道表示式违背了原理。

(2)氢气作为一种清洁能源,必须解决它的储存问题,C60可用作储氢材料。

①已知金刚石中的C—C的键长为154.45 pm,C60中的 C—C 的键长为140～145 pm,有同学据此认为C60的熔点高于金刚石,你认为是否正确? (填“是”或“否”);阐述其理由: 。

②继C60后,科学家又合成了Si60、N60,则C、Si、N原子电负性由大到小的顺序是。

(3)氯化铬酰(CrO2Cl2)在有机合成中可作氧化剂或氯化剂,能与许多有机物反应。

请回答下列问题:
①写出基态铬原子的核外电子排布式: ,与铬同周期
的所有元素的基态原子中,最外层电子数与铬原子相同的元素有
(填元素符号)。

②CrO2Cl2常温下为深红色液体,能与CCl4、CS2等互溶,据此可判断CrO2Cl2是(填“极性”或“非极性”)分子。

③铬的同周期元素形成的化合物中,AsH3分子的空间构型为;已知(CH3)3Ga为非极性分子,则其中镓原子的杂化方式为。

解析:(1)由电离能可知:A最外层有2个电子,B最外层也有2个电子,且A金属性较强,所以A是Be,B是Mg;核外电子排布时,先排能量低的轨道再排能量高的轨道。

(2)①C60是分子晶体,熔化时破坏分子间作用力,金刚石是原子晶体,熔化时破坏共价键,所以熔点:金刚石>C60。

②电负性,同周期:N>C,同主族:C>Si,综合可得:N>C>Si。

(3)①Cr是24号元素,3d和4s均处于半充满状态,其最外层电子数为1,同周期还有K(4s1)和Cu(3d104s1)的最外层也是1个电子。

②CCl4、CS2都属于非极性分子,根据相似相溶的原理知CrO2Cl2也属于非极性分子。

③AsH3分子中As的杂化数是=4,由于As还有一对孤电子对,所以AsH3是三角锥形;Ga最外层有3个电子,而(CH3)3Ga分子属于非极性分子,具有对称结构,所以Ga采取sp2杂化。

答案:(1)铍能量最低
(2)①否C60是分子晶体,熔化时不需破坏化学键
②N>C>Si
(3)①1s22s22p63s23p63d54s1K、Cu ②非极性
③三角锥形sp2
能力提升
7.(2014安徽阜阳一中第二次模拟)X、Y、Z是3种短周期元素,其中X、Y位于同一族,Y、Z处于同一周期。

X原子的外围电子排布式为ns n np n+2。

Z原子的核电荷数是最外层电子数的三倍。

下列说法正确的是( D )
A.原子序数由大到小的顺序为X>Y>Z
B.Y元素最高价氧化物对应水化物的化学式可表示为H3YO4
C.3种元素的气态氢化物中Z的气态氢化物最稳定
D.原子半径由大到小的顺序为Z>Y>X
解析:根据X外围电子排布式可知X为:1s22s22p4即为O,Y与O同族且在短周期,则Y为S,Z核电荷数是最外层电子数的三倍,且Z与S同周期可知Z为P,原子序数:S>P>O,A错;S的最高价含氧酸为H2SO4,B 错;H2O最稳定,C错;原子半径:P>S>O,D对。

8.以下有关元素性质的说法不正确的是( C )
A.具有下列电子排布式的原子中,①1s22s22p63s23p2②1s22s22p3③1s22s22p2④1s22s22p63s23p4原子半径最大的是①
B.具有下列外围电子排布式的原子中,①3s23p1②3s23p2③3s23p3
④3s23p4第一电离能最大的是③
C.Na、K、Rb元素的电负性随原子序数的增大而递增
D.某主族元素气态基态原子的逐级电离能分别是738、1 451、7 733、
10 540、13 630、17 995、21 703(kJ/mol)……,当它与氯气反应时
生成的阳离子是X2+
解析:A项中各元素分别是①Si ②N ③C ④S,原子半径最大的是①Si,A正确;B项中各元素分别为①Al ②Si ③P ④S,其中P第一电离能最大,B正确;C项中随原子序数增大,电负性递减,C不正确;D 项中可看出第三电离能远大于第二电离能,所以显+2价,D正确。

9.(2013年安徽理综)X、Y、Z、W是元素周期表中原子序数依次增大的四种短周期元素,其相关信息如下表:
(1)W位于元素周期表第周期第族;W的原子半径比X的(填“大”或“小”)。

(2)Z的第一电离能比W的(填“大”或“小”); XY2由固态变为气态所需克服的微粒间作用力是 ;
氢元素、X、Y的原子可共同形成多种分子,写出其中一种能形成同种分子间氢键的物质名称。

(3)振荡下,向Z单质与盐酸反应后的无色溶液中滴加NaOH溶液直至过量,能观察到的现象是 ;
W的单质与氢氟酸反应生成两种无色气体,该反应的化学方程式是。

(4)在25 ℃、101 kPa下,已知13.5 g的Z固体单质在Y2气体中完全燃烧后恢复至原状态,放热419 kJ,该反应的热化学方程式是。

解析:根据短周期元素X的最高化合价为+4,可知X为碳或硅,又因Y 为O,结合原子序数Y>X,则可确定X为C,根据Z的最外层电子排布式可写出其核外电子排布式为:1s22s22p63s23p1,即Z为铝元素;再结合W 的质量数与中子数关系可确定W的质子数为14,即W为Si。

(1)Si位于元素周期表第三周期、ⅣA族,同主族元素原子半径从上到下依次增大,则W(Si)的原子半径比X(C)的要大。

(2)因同周期元素从左到右,元素的第一电离能呈逐渐增大趋势,故Z(Al)的第一电离能比W(Si)的要小。

XY2(CO2)为分子晶体,由固态变为气态,克服的是分子间作用力。

由C、H、O组成的分子中,存在分子间氢键的物质很多,如:CH3CH2OH、CH3COOH等。

(3)Z单质即为铝,铝和盐酸反应生成氯化铝,向氯化铝溶液中滴加氢氧化钠溶液,先生成氢氧化铝沉淀,氢氧化钠过量时,氢氧化铝沉淀溶解。

W单质为硅,硅和氢氟酸反应生成SiF4和H2两种气体。

(4)13.5 g铝的物质的量为0.5 mol,所以该反应的热化学方程式为4Al(s)+3O2(g)2Al2O3(s)
ΔH=-3 352 kJ/mol。

答案:(1)三ⅣA 大
(2)小 分子间作用力 乙酸(其他合理答案均可) (3)先生成白色沉淀,后沉淀逐渐溶解,最后变成无色溶液 Si+4HF
SiF 4↑+2H 2↑
(4)4Al(s)+3O 2(g)
2Al 2O 3(s)
ΔH=-3 352 kJ/mol(其他合理答案均可)
10.(2013福建毕业班质检)开发新型储氢材料是氢能利用的重要研究方向。

(1)Ti(BH 4)3是一种储氢材料,可由TiCl 4和LiBH 4反应制得。

①基态Ti 3+的未成对电子数有 个。

②LiBH 4由Li +和
B 构成
,B 呈正四面体构型。

LiBH 4中不存在的作用力有 。

A.离子键 B.共价键 C.金属键 D.配位键
③Li 、B 、H 元素的电负性由大到小排列顺序为 。

(2)金属氢化物是具有良好发展前景的储氢材料。

①LiH 中,离子半径:Li + H -(填“>”、“=”或“<”)。

②某储氢材料是短周期金属元素M 的氢化物。

M 的部分电离能如表 所示:
M是(填元素符号)。

(3)某种新型储氢材料的理论结构模型如图所示,图中虚线框内碳原子的杂化轨道类型有种。

(4)分子X可以通过氢键形成“笼状结构”而成为潜在的储氢材料。

X 一定不是。

A.H2O
B.CH4
C.HF
D.CO(NH2)2
解析:(1)①基态Ti3+的电子排布式为
1s22s22p63s23p64s1,未成对电子数为1。

②LiBH 4中Li+和B之间为离子键,B中B和H之间有4个共价键,其中有1个是配位键。

(2)①Li+
和H-具有相同的电子层结构,核电荷数越小,离子半径越大,故离子半径:Li+<H-。

②M元素的电离能在I3发生突变,说明容易失去2个电子,即最外层有2个电子,故M为Mg(不可能为Be,因为Be核外只有4个电子,而M存在第五电离能)。

(3)虚线框内碳原子有形成单键、双键和三键的,故杂化类型有sp3、sp2、sp1 3种。

(4)CH4不能形成氢键,而HF无法形成“笼状结构”。

答案:(1)①1 ②C ③H>B>Li
(2)①< ②Mg (3)3 (4)BC。